De mi is az a talajfolyósodás?

A talajfolyósodás elsősorban földrengések során előforduló jelenség, amelynek során a vízzel telített talaj hirtelen szilárd halmazállapotból folyós halmazállapotúvá válik (1. ábra).

Az alábbi feltételek, jellemzők együttesen szükségesek a talaj megfolyósodáshoz:

• A talaj megfolyósodásához a felszínnek rázkódnia kell. A talajfolyósodás bekövetkezésének valószínűsége annál nagyobb, minél nagyobb a földrengés okozta elmozdulás nagysága és időtartama. A kutatások azt mutatják, hogy a talajfolyósodáshoz legalább 5-ös magnitúdójú sföldrengésre, és 0,1g felszíni gyorsulásra van szükség.
• A talajréteg legyen vízzel telített. Azon talajrétegek, melyek a talajvízszint felett helyezkednek el, és a talajvízszint magassága előre láthatólag nem fog megváltozni, folyósodásra nem hajlamosak.
• Talajfolyósodásra leghajlamosabb talajtípusok a finom és közepes homokok. Azok a homokok, amelyek alacsony finomrésztartalommal rendelkeznek, szintén hajlamosak folyósodásra. Sokáig azt hitték, hogy csak a tiszta homokok tekinthetők folyósodásra hajlamosnak. Ma már tudjuk, hogy ez a jelenség a talajok szélesebb körére jellemző.
• Adott talaj esetén a Terzaghi-féle kritikus hézagtényezőnél nagyobb hézagtényező megléte. Tehát minél magasabb a hézagtényező, annál lazább/puhább a talaj. Talajfolyósodás szempontjából ez laza állapotú, jellemzően egyszemcsés szemeloszlású talajt jelent.
• A szemeloszlási görbe alakja (2. ábra) is nagymértékben befolyásolja a jelenségre való hajlamot. 
   

A fenti ábrán zölddel egy jellemzően rosszul graduált, egyszemcsés talaj szemeloszlási görbéje, míg pirossal egy jól graduált, több frakciót tartalmazó talaj szemeloszlási görbéje látható. A 2. ábrán található kék görbe pedig egy közepesen graduált talaj szemeloszlási görbéje, melyet jól mutat a görbe lépcsős alakja. Az egyszemcsés talajok vázszerkezete kevésbé stabil, mint a jól graduált, más szóval több frakciót tartalmazó talajoké, ezért hajlamosabbak a folyósodásra. A 3. ábrán láthatunk példát egy rosszul graduált, folyósodásra hajlamos homok talajra.

A Földtani Kutatási Program megállapította, hogy az erőmű tervezett telephelyén folyósodásra hajlamos talajok is találhatók. Ennek jellemzésére szolgáló számítások alapján a kritikus zóna a felszín alatti 10-15 méteres mélységben található. Ebben a mélységben jellemzően negyedidőszaki homokos talajok települtek.

Miután jól ismert, hogy talajfolyósodás során a megfolyt talajon lévő építmények, de akár tárgyak is megsüllyednek (lásd 1. ábra), ez ellen az atomerőmű építése során védekezni kell. A kérdés az, hogyan növeljük a természetes talajok teherbírását, miként korlátozzuk az épületszerkezet alapozásának várható süllyedéseit? A válasz a mély talajkeveréses technológia (deep soil mixing – DSM).

A mély talajkeverési módszer  a meglévő talaj elegyítését jelenti cementtel vagy vegyes kötőanyagokkal (mész, pernye, salak, bentonit stb.), és célja a talaj mechanikai és fizikai tulajdonságainak számottevő mértékű feljavítása. 

A talajszilárdítás célja alapvetően a cementes megszilárdítás, a talajrészecskék megkötése és a hézagok feltöltése. Ennek eredményeként olyan, úgynevezett cementált talajoszlopok jönnek létre, amelyek nagyobb szilárdsággal, kisebb mértékű összenyomódással és kisebb vízáteresztőképességgel rendelkeznek, mint a természetes talaj.

A DSM eljáráshoz alkalmazott gépek és berendezések az alábbi elemekből állnak: fúróberendezés, zagykeverő telep, víztartály, csővezetékek és siló (4. ábra). A talajszilárdítási munkák során szimplaspirálos fúróberendezést alkalmaznak, a spirál átmérője megegyezik a tervezett szilárdított talajoszlopok átmérőjével, amely 2 méter. 

A fúrófej lapátjai az oszlop teljes átmérőjében biztosítják az egyenletes keverést. A keverés a tervezett mélységig történik, miközben gépkezelő folyamatos információt kap az aktuális mélységről, forgatónyomatékról, az oszlop függőlegességéről, és egyéb fontos paraméterről. A szabványnak megfelelően a mély talajkeveréses eljárás a következő technológiai sorrendben valósul meg: 

1. keverőszerszám pozicionálása; 
2. talajkeverés;
3. keverőszerszám lejuttatása a kívánt mélységig;
4. keverőszerszám folyamatos forgatása mellett a kötőanyag talajba juttatása;
5. keverőszerszám visszahúzása, szilárdított oszlop elkészítése.
    

Minden egyes oszlop középpontjának pontos pozícióját a talajszilárdító gép szoftvere rögzíti, majd ezt követően az adatok feldolgozásra kerülnek egy 3D-szoftver segítségével annak érdekében, hogy egy homogén szilárdított talajtömb jöjjön létre.

Mivel csak cement kerül alkalmazásra a talajszilárdítás során, a talaj és a talajvíz nem fog szennyeződni.

A nukleáris sziget alatt lévő, mélyen fekvő szilárdított talajtestek esetében nagyobb forgatónyomatékkal rendelkező BG40/45 típusú fúrógépeket fognak alkalmazni. 

A szilárdított talajtestek összemetsző talaj-cement oszlopokból állnak, melyek „fresh-in-fresh” módszerrel készülnek oly módon, hogy a még meg nem szilárdult oszlopok kerülnek összemetszésre.

A még lágy DSM-oszlopokon nehézgéppel átközlekedni legalább 3 napig nem lehet. A 28 napos kor után tekinthető az oszlop teljesen megszilárdultnak, ekkor éri el a kívánt szilárdságot és alacsony vízáteresztő képességet (10⁻⁷–10⁻⁸ m/s).

A Paks II. Atomerőmű nukleáris szigetének munkatér-határolását úgy fogják kialakítani, hogy a függőleges határolás egy részét a nukleáris szigethez csatlakozó épületek alatti talajszilárdítás, másik részét pedig az ehhez csatlakozó, hátrahorgonyzott vasbeton cölöpfal képezi. A függőleges határolószerkezetek belekötnek az említett épületek és alagutak alatti talajszilárdításba kvázi „kádat” képezve.  

Az úgynevezett „kád” szerkezet, illetve a készülő résfal segít abban, hogy minimalizálni tudjuk a munkagödrök víztelenítéséből származó káros vízszintsüllyesztést a már üzemelő atomerőműnél. 

Építészeti Osztály – Geotechnika szakterület