• alapozás
• építés

Cölöpalapok (mélyalapozások)

Cölöpalapozás az a mélyalapozási mód, amelynél az épület terheit – megfelelő teherelosztó szerkezeten (cölöprácson) keresztül – cölöpök továbbítják a mélyen fekvő teherhordó altalajra. A cölöpalapozás a legrégibb és legelterjedtebb mélyalapozási mód.

Általában akkor alkalmazzák, ha:

• a teherbíró altalaj mélyen található;
• a nem megfelelő talajszerkezet következtében – síkalapozás esetén – vízkimosás, üregképződés és megcsúszás veszélye áll fenn;
• a talajvíz szintje olyan magas, hogy síkalapozás esetén a víztelenítés túl költséges és időigényes lenne;
• a kialakítandó épület süllyedésre érzékeny.

A cölöpalapozás egyaránt alkalmazható tömörfalas és vázas szerkezetű épületeknél. Nagy előnye, hogy jól gépesíthető, kis élőmunkát igényel és gyorsan kivitelezhető.

A cölöpalap összetett szerkezet, három alapeleme:

• cölöp;
• cölöpfej;
• cölöprács.

A cölöpök a talajban elhelyezkedő, hengeres szerkezetek, amelyek az épület terheit közvetlenül a teherhordó altalajnak adják át. Többféle anyagúak és kialakításúak lehetnek. A cölöpalapok több cölöpből állnak. Ezek méreteit, elrendezését, számát, fajtáit és kialakításuk módját az épület szerkezeti rendszere, a terhek nagysága, eloszlása és a talajviszonyok határozzák meg.

A talaj felé történő teherátadás szempontjából a cölöpök lehetnek:

• támaszkodó,
• lebegő és
• vegyes cölöpök.

Támaszkodó az a cölöp, amely a terhének a legnagyobb részét a cölöp alsó végén keresztül a teherhordó talajrétegre továbbítja. Az e felett elhelyezkedő közbülső talajréteg kis teherbírása miatt a cölöp köpenyfelületén (a palást mentén) történő teherátadás nem számottevő. Lebegő az a cölöp, amely a terhének a nagyobb részét a köpenyfalán továbbítja a talaj felé és nem támaszkodik, vagyis az alsó felületen nem (vagy elenyésző mértékben) terhel a talajra.

A valóságban a fenti két teherátadási mód egyszerre jelentkezik, vagyis a cölöp köpenyfelületén és a cölöp alsó végén keresztül is számottevő a teherátadás. Ilyenkor beszélünk vegyes teherátadású cölöpről.

3.20. ábra Cölöpalapozás

3.21. ábra Cölöpök teherátadása

Cölöpalapokat ma már kizárólag betonból és vasbetonból készítenek. Korábban igen elterjedt volt a fa és acél anyagok alkalmazása is. A készítés módja szerint megkülönböztetjük az előre gyártott és a monolit vasbeton cölöpalapokat. A cölöpfej a cölöpök felső végét lezáró monolit vasbeton szerkezet.

A legtöbb esetben a cölöpök nem egyenként, hanem csoportosan helyezkednek el. A cölöpcsoport fejrészét fogja össze a cölöpfej, amely egyenletes tehereloszlást biztosít a csoporton belül a cölöpök között. A cölöpfejet nem alkalmazzák minden esetben.

A monolit cölöpöket mindig a tervezettnél nagyobb hosszúságúra készítik. Ezt úgy érik el, hogy a munkagödröt csak a beton szilárdulása után alakítják ki a tervezett mélységig. (Az eltávolítandó földréteg vastagságával hosszabb a cölöp.) A túlnyúló fejrészt visszaréselik, mert a szilárdsága nem megfelelő. A szabaddá tett vasbetéteket széthajtogatják, majd erre a fejrészre dobozszerű vasalást készítenek, és az adott geometriának megfelelően zsaluzatot alakítanak ki. A kapott cölöpfej a cölöp meghosszabbításának tekinthető. Előre gyártott cölöpök esetén a cölöp végét nem réselik szét, hanem a fejrészen lévő abroncshoz vasalatot hegesztenek.

A cölöprács a felmenő szerkezetek (falak, pillérek) alatt elhelyezkedő, a cölöpfejekre épített vagy közvetlenül a cölöpökhöz csatlakozó teherelosztó és merevítő vasbeton szerkezet. A cölöprács biztosítja az épület terheinek cölöpök közötti egyenletes elosztását, a cölöpök/cölöpcsoportok együttdolgozását, valamint megakadályozza a cölöpök egymáshoz viszonyított elmozdulását.

Cölöprács helyett sok esetben vasbeton lemezt készítenek. Ezt általában olyankor alkalmazzák, ha az épület alaprajza túl bonyolult (egyedi), és nem illeszthető rá megfelelő rácsszerkezet. Ilyen esetekben nem készül külön cölöpfej: a cölöpöket közvetlenül a vasbeton lemezbe kötik be.

Előre gyártott vasbeton cölöpalapok

Az előre gyártott vasbeton cölöpalapokat nagy szilárdságú betonból, a várható legnagyobb igénybevételekre méretezve és vasalva készítik el.

Alkalmazásuk elsősorban akkor célszerű, ha:

• a felső talajrétegek lazák, kicsi a verési ellenállás, a közbenső talajrétegek pedig a verés során tömörödnek (nő a teherbírás);
• nincs szükség 10-12 m-nél hosszabb cölöpökre.

Az előre gyártott cölöpök jellemző keresztmetszetei: letompított sarkú háromszög, négyzet vagy szabályos sokszög. Hazánkban 30×30 cm (vagy 40×40 cm) oldalhosszúságú, négyzet keresztmetszetű, 4-12 m hosszúságú előre gyártott vasbeton cölöpöket alkalmaznak. A cölöpök alsó, talajba kerülő vége a könnyebb talajba juttatás miatt acélsaruval ellátott, csúcsos kialakítású.

Az előre gyártott cölöpök előnyei:

• ellenőrzött üzemi körülmények között, mindig megfelelő minőségben készülnek;
• vert cölöpözés esetén a talaj teherbírása növelhető (az ismétlődő verés tömörítő hatású).

Az előre gyártott cölöpök hátrányai:

• nagy súly;
• a kész cölöp érzékeny a szállításra és mozgatásra;
• a szállítás, emelés és talajba juttatás során keletkező igénybevételek miatt jelentős többletvasalást igényel;
• kötött méretekben készülnek, így nem igazodnak a talajviszonyokhoz.

3.22. ábra Cölöpfej vasalásának kialakítása

3.23. ábra Előre gyártott vasbeton cölöpök

A felsorolt hátrányos tulajdonságok miatt az előre gyártott vasbeton cölöpalapokat ma már csak ritkán alkalmazzák.

Az előre gyártott cölöpök különböző módon juttathatók/ hajthatók le a talajba:

• veréssel;
• vibrálással;
• öblítéssel.

Cölöpverés esetén ütésekkel juttatják a cölöpöket a talajba. Ez többféle verőberendezéssel végezhető. A legelterjedtebb a sűrített levegővel működő verőkalapács, valamint az ún. diesel verő. A verés során a cölöpök fejrészére acél „verősapkát” rögzítenek, amely megakadályozza, hogy a cölöp fejrésze károsodjon az ütésekkor. Mivel az ütések jelentős zajt és dinamikus hatásokat keltenek, ezért a cölöpverés beépített területen nem vagy csak korlátozottan alkalmazható.

Cölöpvibrálás esetén a cölöp fejrészére helyezett nagy tömegű vibro berendezés által keltett rezgés juttatja a talajba a cölöpöt. A rezgő cölöp fellazítja a környező talajszemcséket, így jelentősen csökken a súrlódási ellenállás. Alkalmaznak vibrációs verőkalapácsot is. Ez a verés és vibrálás előnyeit egyesíti: a folyamatos rezgés mellett ütéseket végez, így sokkal hatékonyabban juttatható a cölöp a talajba.

Az öblítés elsősorban finom szemcsés talajok esetén alkalmazott eljárás. Ennek során a cölöp alsó csúcsához nagy nyomáson vizet vezetnek, amely fellazítja a talajt, így elenyésző lesz a talajellenállás. (A vizet a cölöptől különálló csövön vagy előre beépített betétcsövön vezetik el.) Az öblítést a tervezett alapozási sík felett 1,00 m-rel abba kell hagyni; innentől veréssel vagy vibrálással kell a cölöpöt le-hajtani.

Monolit vasbeton (beton) cölöpalapok

A helyszínen készített beton és vasbeton cölöpalap az egyik legelterjedtebb mélyalapozási eljárás.

Monolit vasbeton cölöpalap alkalmazható a következő esetekben:

• ha a változó teherbírású talajrétegekhez kell igazodni;
• ha a teherhordó altalaj mélyen (> 15 m) helyezkedik el, és ezért hosszú cölöpökre van szükség;
• ha különböző okokból (beépítettség, talajszerkezet) a cölöpverés nem alkalmazható.

A monolit vasbeton cölöpalapok kialakításának lényege, hogy veréssel vagy fúrással előre kialakítják a cölöp helyét a talajban. A furat geometriája (keresztmetszet, mélység) megegyezik a tervezett cölöpével. Ezt követően a helyszínen előre elkészített vasalást a furatba helyezik, majd végül azt kibetonozzák.

A különböző cölöpözési eljárások függvényében a fúrtcölöpök köpenycső nélkül, visszanyert köpenycsővel, valamint bennmaradó köpenycsővel készülhetnek. A vert köpenycsöves cölöpök visszanyert vagy bennmaradó köpenycsővel alakíthatók ki. Hazánkban leggyakrabban köpenycső nélküli fúrt cölöpözést, visszanyert köpenycsöves fúrt cölöpözést, valamint visszanyert köpenycsöves vert cölöpözést alkalmaznak.

3.24. ábra Cölöpverés

3.25. ábra Köpenycső nélküli fúrt cölöpözés (Soil-Mec)

A köpenycső nélküli fúrt cölöpözés során a cölöpök helyét olyan speciális fúróberendezéssel alakítják ki, mellyel akár 30 m mély furat is készíthető. A fúrás kezdeti fázisában a furat felső 3-5 m-es szakaszán egy ún. iránycsövet építenek be. A kész furatot a beomlás ellen bentonitos zaggyal védik. A furat kialakítása után behelyezik a helyszínen előre elkészített vasalást, majd kibetonozzák. Olyan technológiával is találkozhatunk, ahol a fúróberendezés szárának visszahúzásával egyidejűleg juttatják le a betont. A vasalást ilyenkor utólag „benyomják”, bevibrálják a beton cölöpbe a kötés kezdete előtt.

3.26. ábra Visszanyert köpenycsöves fúrt cölöpözés (Benoto)

A visszanyert köpenycsöves fúrt cölöpözés során a cölöpök helyén egy köpenycsövet juttatnak a talajba. A lehajtást végző géppel a köpenycsövet folyamatosan különböző irányokba forgatják, illetve le-fel mozgatják, hogy minél kisebb legyen a súrlódási ellenállás. A cső belsejéből egy speciális markolóval termelik ki a földet. A tervezett mélység elérése után beemelik a furatba a kész cölöpvasalást, majd a köpenycső visszahúzásával egyidejűleg végzik a betonozást. A köpenycsövet a lehajtással megegyező módon húzzák ki folyamatos forgatással és le-fel mozgatással, ez a talaj és beton jobb összetömörödését okozza.

A visszanyert köpenycsöves vert cölöpözés során a cölöp tervezett helyére egy köpenycsövet állítanak, melynek belsejét 1,00 m magasságig betonnal töltik meg. A megszilárdult betont folyamatosan döngölik; az ütések következtében a betonnal együtt halad a talajba a köpenycső is.

3.27. ábra Visszanyert köpenycsöves vert cölöpözés (Franki)

A tervezett mélység elérése után elhelyezik az előre kialakított vasalást, majd rétegenkénti betonbedolgozás és folyamatos döngölés mellett visszahúzzák a köpeny csövet. A döngölés következtében a visszahúzott részen a beton belenyomódik a talajba, így jelentősen nő a cölöp teherbírása. Az eljárás előnye, hogy nincs talajkiemelés, a döngölés során a talaj folyamatosan tömörödik.

A monolit vasbeton cölöpalapozás előnye, hogy:

• a cölöpök a terheléshez és a talajrétegződéshez igazodva tetszőleges méretben alakíthatók ki;
• nincs szükség az előre gyártott cölöpöknél a szállítás, tárolás, talajba juttatás során jelentkező egyedi igénybevételek felvételéhez szükséges vasalásra;
• a káros zaj- és dinamikus hatásokkal járó verés nélkül (fúrással) is kialakíthatók;
• a fúrásból, illetve a felszínre kerülő földből (szín, állag, tömörség, szennyezettség stb.) információt kapunk a pontos talajrétegződésről;
• köpenycső nélküli vagy visszanyert köpenycsöves eljárásoknál az oldalirányba talajba jutó beton következtében jelentősen nőhet a teherbírás (mert megnő a súrlódó felület);
• a cölöp „hagymafej” kialakítás esetén húzó igénybevétel felvételére is alkalmas.

A monolit vasbeton cölöpalapozás alkalmazásának hátránya, hogy:

• nem ellenőrizhető a cölöpökben a betonminőség;
• üregeket tartalmazó talajnál a köpenycső nélküli megoldás nem alkalmazható;
• a kialakítás során nincs vagy az előre gyártott cölöpöknél jelentősen kisebb a talajtömörítés mértéke.