Előzmények

A két, egyenként 1200 m³ szennyvíz befogadására alkalmas monolit vasbeton szerkezetű iszaprothasztó torony az orosházi szennyvíztelep-beruházás keretében készült el tavaly tavasszal. A csúszózsaluzatos technológiával, hagyományos vasalással épült tornyokat a beton megszilárdulása után a vízzáróság ellenőrzéséhez teljes mértékben, 16 m magasságig vízzel feltöltötték. A nyomáspróba során a toronyfalak alsó harmadában a külső felületen folyamatosan továbbterjedő függőleges irányú repedéseket észleltek, melyeken keresztül a falon át egyre növekvő vízszivárgás volt tapasztalható. A szivárgás megszüntetése érdekében a legnagyobb tágasságú repedéseket az 1. sz. toronyfal külső oldalán, a tartály üzemi nyomása alatt, műgyanta alapú injektáló anyaggal kiinjektálták.

Az in­jektálás után az elsődlegesen megjelent repedéseken keresztül a szivárgás ugyan csökkent, de a kiinjektált repedések között körülbelül fél távolságra újabb függőleges repedések jelentek meg, melyeken keresztül a víz szivárgása tovább folytatódott. Ekkor az injektálást abbahagyták, és felkérték a BME Hidak és Szerkezetek Tanszéket, hogy tárja fel a szivárgás okait, és adjon javaslatot annak elhárítására, illetve a szerkezet megerősítésére. A felkérés alapján ellenőriztük a tartályok statikai terveit, helyszíni vizsgálatokat végeztünk a hibák feltárására és az okok meghatározására, majd a statikai számítások eredményeinek figyelembevételével javaslatot tettünk a szerkezet megerősítésére.

A szerkezet leírása

Az iszaprothasztó tornyok szabadon álló, henger alakú, felül síklemezzel lezárt, monolit vasbeton szerkezetek, más szerkezetekkel nincsenek erőtani kapcsolatban (1. kép). A tartályok belmagassága 17,5 m, ebből a tervezett víztér magassága 16,0 m, a felette lévő gáztér magassága 1,5 m, a hengerfalak belső átmérője 10,0 m. A tartály a tervek szerint végleges állapotban kívülről hőszigetelt.

1. kép. A tornyok építési állapotban, a meghibásodás után

A szomszédos gépház épületszerkezetei (alapozás és felmenő szerkezet) a tornyokétól erőtanilag függetlenek, így azok a tornyok erőjátékát nem befolyásolják. A gépház tartó­szerkezetéből csak annak alaplemeze épült közvetlenül a tornyok mellé, attól 30 mm széles dilatációs hézaggal elválasztva. A gépház alaplemezének felső síkja (88,50 mBf) a tornyok alaplemezeinek felső síkjától (87,40 mBf) 1,1 m-rel van magasabban.

A tornyok alapozását egymáshoz közeli elrendezésű, Φ = 1,2 m átmérőjű és 6,0 m hosszúságú, védőcső nélkül fúrt cölöpökkel közvetlenül alátámasztott alaplemez alkotja („dugóalap”). A talajmechanikai vizsgálatok szerint a cölöpök hossza mentén túlnyomó mértékben közepes agyag található vékony sovány és kövér agyagrétegek beékelődésével. Az alapozási sík (86,90 mBf) a rendezett terepszint (88,35 mBf) alatt 1,45 m-re található. A cölöpökben 0,6 × 0,6 m oldalhosszúságú négyzet sarkaiban kialakított (nem a kerület mentén elhelyezett), 4,8 m hosszúságú (oszlopszerű) vasalás készült.

Az alaplemez egyben a tartály fenéklemezeként is működik. Az alaplemez 0,4 m-rel túlnyúlik a tartályfal külső felületén. Az alaplemez és a fal csatlakozásában lévő sarok a tartály belsejében hidraulikai okokból 0,5 × 0,5 m méretű ferde felületű (vasalatlan) betongyűrűvel ki van betonozva. Az alaplemez alul-felül sík, vastagsága 0,5 m, és egyben cölöpösszefogó lemezként is működik. Az alaplemezben kétoldali, derékszögű hálóvasalás készült.

A tartályfal csúszózsaluzattal épült, állandó 0,4 m falvastagsággal, kétoldali derékszögű hálós vasalással. Az alkotó irányú vasalás (φ12/150) a magasság mentén állandó, a gyűrűvasalás mennyisége a felső 8,5 m-en φ12/150, alatta φ12/75. A tartályfalon lévő áttörések közül a legnagyobbik átmérője 1,016 m.
A födém két, 0,5 × 0,5 m keresztmetszetű alulbordával merevített, 0,3 m vastagságú monolit vasbeton lemez, középen a gázdómot fogadó ~1,016 m átmérőjű áttöréssel.

A tartószerkezet károsodásai

A helyszíni szemle során a tartályok falain intenzív repedezettséggel összefüggő károsodást észleltünk. Megállapítható volt továbbá, hogy a repedezettséggel kapcsolatos erőtani probléma csak a tartályfalon áll fenn. Sem az alaplemez, sem a födém tekintetében erőtani károsodás nem észlelhető. Az alapozásnál a vártnál nagyobb mértékű, vagy elferdülést okozó egyenlőtlen süllyedés nem tapasztalható.

A tartályfalon a repedések a terv szerinti szerkezetkész állapotot követő nyomáspróba idején jelentkeztek. A teljes feltöltés után a repedések maximális tágassága a fal külső oldalán mintegy 0,5 mm, a fal belső oldalán mintegy 0,2 mm volt. A tartályfalon észlelt repedések a következőkkel jellemezhetők.
A repedések iránya jellemzően függőleges, vízszintes repedések csak elvétve jelentkeznek, a repedések kialakulása az alapozás felett mintegy 2 m-től a torony alsó harmadában (~8 m-ig) jellemző, tágassága változó (< 0,5 mm), hossza általában néhány méter.

A repedések megjelenésének észlelésekor az 1. sz. torony külső felületén jelentkező repedéseket a terhelés alatt műgyantával kiinjektálták. Rövid idő elteltével azonban az injektált repedések között újabb repedések jelentek meg, ekkor az injektálást abbahagyták. A 2. sz. tornyot emiatt a feltöltés és a repedések megjelenése után már nem is injektálták.

A tartályok belső oldalán maximálisan 0,2 mm tágasságú függőleges repedések jelentek meg. Ez a tény arra utal, hogy a függőleges repedések átmenő jellegűek. A repedések a folyadék leengedése után sem záródtak. Mivel a feltöltött tartály esetén a repedések tágassága várhatóan jelentősen meghaladja az üres tartályon észlelhető maradó repedések mértékét, a folyadékzárás nem biztosított.

A kialakult károsodások a tartályok falában, gyűrűirányban alkalmazott kétoldali, Φ12/150 mm vasalás repedési határállapot szempontjából való elégtelensége következtében jöttek létre. A feltöltött tartály falában keletkező maximális húzóerő hatására számítható repedéstágasság mértéke az al­kalmazott vasalás esetén a gépi számítás eredményeként mintegy 0,2 mm, de a való­ságban ennél jóval nagyobb, 0,4–0,5 mm tágasságú repedéseket tapasztaltak. Sőt, az elsőként megjelenő repedések egymástól való nagyobb távolsága miatt a valóságban ennél nagyobb tágasságú repedések is kialakulhattak. Ezt támasztják alá a falon a feltöltés során keletkezett tényleges repedések is. A feltöltéskor azért észleltek a repedéseken keresztül azonnali szivárgást, mert a tartályok falának belső felületén nem készült el a tervezett folyadékzáró bevonat.
Az iszaprothasztó tartályok falán a helyszíni szemle során észlelt elváltozások a 2. és a 3. képen láthatók.

2. kép. 0,3 mm-nél nagyobb tágasságú repedés a külső falon, injektálás után

3. kép. Belső oldali, kis tágasságú (<0,2 mm) repedések

A szerkezet erőtani állapota

A károsodások alapján megállapítottuk, hogy a szerkezet funkciójából adódó, repedezettséggel kapcsolatos erőtani követelmények a tartályfal tekintetében nem teljesültek. Az ezzel kapcsolatos hiányosságok a következőképpen foglalhatók össze:
Az iszaprothasztó funkcióra készült, üzemi állapotú folyadéktartályok repedezettségére vonatkozó MSZ EN 1992-3 szabvány alapján a tárgyi műtárgyak 2. folyadékzárási osztályba („a szivárgást lehető legkisebb mértékűre kell korlátozni, felületi elszíneződés nem károsíthatja a megjelenést”) tartoznak. Belső oldali vízzáró bevonat hiányában repedéskorlátozási követelményként az átmenő repedések megelőzése szükséges. A kialakult helyzetben megállapítható, hogy a meglévő műtárgyak esetében ez a követelmény nem biztosított.

Megjegyezzük, hogy az előzőnél egy foko­zattal alacsonyabb szintű, 1. folyadékzá­rási osztály („a szivárgást alacsony szintre kell korlátozni, bizonyos fokú felületi elszíneződés vagy nedves foltok jelenléte elfogadható”) esetén (belső oldali vízzáró bevonat hiányában) a fellépő átmenő repedések megengedett tágassága a tárolt folyadék nyomásmagasságától függően a tárgyi műtárgyaknál 0,05–0,20 mm. A kialakult helyzetben megállapítható, hogy a meglévő műtárgyak esetében ez a követelmény sem biztosított.

A rendelkezésre álló betontechnológiai terv szerint a tartály betonja és annak környezeti terhelése C35/45-XA3-XC4-XV2(H)-XF3 jelű. Ezzel kapcsolatban megjegyezzük, hogy ha feltételeznénk, hogy a szerkezet a tárolt folyadékkal való közvetlen érintkezéstől teljesen el van zárva (pl. a víztérben vízzáró bevonat felhordásával), vagyis ha az XA3 és XV2(H) környezeti osztályok figyelmen kívül hagyhatók lennének, a tartályfal terheletlen állapotában sem elégíti ki a kültérben szabadon álló szerkezetre vonatkozó (MSZ EN 1992-1-1 szerinti) repedéstágassági követelményeket (0,3 mm).

A szerkezet javítása

A tartályfal repedezettsége miatt a megépült tornyok nem voltak alkalmasak a tervezett funkcióra. Ezért szükségessé vált a szerkezet javítása, melynek stratégiáját és összetevőit a következőkben részletezzük.

A javítás elve

A szükséges javítási módszert a következő (részben elvi) szempontok figyelembevételével választottuk meg.
Biztosítani kellett, hogy a szerkezet vasa­lása a belső oldalon a nyomásmagasságtól függően legfeljebb 0,2 mm tágasságú repedéseken keresztül érintkezzék a szennyvízzel.
A külső oldali meglévő repedések közül azokat, melyek tágassága meghaladja a szabadon álló, folyadékkal közvetlenül nem érintkező szerkezetre vonatkozó megengedett mértéket, le kell zárni.
Olyan szerkezetmegerősítést kell alkalmazni, amely biztosítja, hogy a meglévő repedések tágassága a tartály feltöltése során nem növekszik.

Figyelembe véve, hogy a tartályfal belső oldalán terheletlen állapotban (üres tartály) meglévő repedések tágassága ~0,2 mm, továbbá, hogy a tartály belső oldalán a felület egységességének megőrzése érdekében repedésinjektálás nem javasolt, a fenti feltétel belső oldali vízzáró bevonat nélkül nem biztosítható.
Belső oldali vízzáró bevonat alkalmazása esetén a tartályfal folyadékkal való közvetlen érintkezése megszűnik, ezért a belső oldalon a tartályfal repedezettségét a folyadékkal közvetlenül nem érintkező, felületi bevonattal ellátott szerkezetekre vonatkozó követelmények szerint kell korlátozni.
Az alkalmazandó repedéstágassági korlát értékét a bevonat repedésáthidaló képességének függvényében kell felvenni.

Az injektálás után maradó repedésképet erőtanilag „konzerválni” kell, vagyis biztosítani kell, hogy a tartály feltöltése során a meglévő repedések tágassága nem növekszik tovább, valamint nem keletkeznek új repedések. Ezt egy külső oldali, gyűrűirányú, csúszókábeles utófeszítési rendszer alkalmazásával javasoltuk megoldani. Az utófeszítés mértékét úgy választottuk meg, hogy az üzemi szintre feltöltött (és felül üzemi gáznyomással terhelt) tartály falában ne keletkezzen gyűrűirányú húzófeszültség. A feszítési rendszer felszerelhetősége a külső oldali hozzáférés lehetőségével biztosított volt, ráadásul az a külső oldali hőszigeteléssel eltakarható.

A javítás módszere

Az elvégzett vizsgálatok eredményeként a tartályon az alábbiakban részletezett be­avat­kozások elvégzését javasoltuk annak érdekében, hogy a javítások és a megerősítés eredményeként létrejövő szerkezeti rendszer funkciójában egyenértékű legyen a tervezettel. Az erőtani beavatkozás mértékét erőtani számítással igazoltuk.

Repedésinjektálás

A tartályfal külső oldalán a terheletlen (üres) állapotban a 0,2 mm-nél nagyobb tágasságú repedéseket polimer alapú gyantával ki kell injektálni. Injektálási technológiaként a korábban már használt technológia alkalmazható, de az injektálást a tartály terheletlen állapotában kell végezni. A tartályfal belső oldalán repedésinjektálást nem javasoltunk. Az injektálás befejeztével a tartály külső oldali felületén az injektálás és egyéb okok miatt kialakuló hibákat cementbázisú javító­anyag felhordásával ki kell javítani.

Belső oldali bevonat

A tartály belső felületének vízzel érintkező szakaszán (beleértve az alaplemezt is) vízzáró, kémiailag szennyvízálló, min. 0,2 mm tágasságú repedés áthidalására alkalmas bevonatot javasoltunk felhordani. A bevonat célja a károsodott belső betonfelület lezárása a szennyvízzel való közvetlen érintkezéstől. A becsatlakozó szerelvények helyén a be­vonatot a szerelvények falára min. 50 mm magasságig fel kell vezetni.

Szerkezetmegerősítés utófeszítéssel

A tartályfal külső oldalára KPE csőben ve­ze­tett (gyárilag korrózióvédett) egyedi pászmákból kialakított, gyűrűirányú, tapadásmentes utófeszítési rendszert javasoltunk felszerelni. Az utófeszítés célja annak biztosítása, hogy a meglévő repedések tágassága a tartály feltöltése során ne növekedjen tovább, a tartály feltöltött állapotában, a belső oldalon legyen kisebb, mint az alkalmazott bevonat repedésáthidaló képességének 50%-a, a külső oldalon legyen kisebb, mint a szabadon álló, folyadékkal közvetlenül nem érintkező szerkezetre vonatkozó megengedett mérték (0,3 mm).

A feszítés kialakításához alkalmazott egyedi pászmák típusa Y1860S7, keresztmetszeti területe 150 mm² (külső átmérő KPE cső nélkül 15,7 mm, KPE csővel 18,5 mm), a feszítési feszültség szükséges mértéke 1450 N/mm². A pászmák kiosztásakor tekintettel voltunk a már megépült gépház alaplemez és a toronyfal közötti 3 cm-es hé­zagra. Ez alapján a pászmák száma a hengerpalást alkotója mentén, az alaplemez felső síkjától (±0,00 = 87,40 mBf) kiindulva felfelé a födém alsó síkjáig (17,50 = 104,90 mBf) 15 cm-től 45 cm-ig változó tengelykiosztásban összesen 69 db pászma.

A pászmákat egyedileg, kifejezetten erre a célra kifejlesztett, az ábra szerinti, Dk = 10,8 m átmérőhöz tartozó, közbenső X lehorgonyzóelemmel javasoltuk lehorgonyozni („Freyssinet 1 × 15 anchorage”). A lehorgonyzó­elemet közvetlenül a tartály külső falára kell felfektetni (a technológiai utasítás szerinti, a termék részét képező alátételemek közbe­iktatásával). A lehorgonyzóelem alkotó irányú 167 mm-es magassága, valamint a feszítőerő kerület menti egyenletes elosztása miatt minden második pászmát a tartály átellenes oldalán célszerű lehorgonyozni, két alkotó mentén kialakított lehorgonyzási vonalban.

A feszítőbetétek lehorgonyzása

A pászmák felszerelését a tartályfalra nehezítették a tartály alsó szakaszán lévő áttörések, amelyek miatt a vízszintesen futó pászmákat az áttörések környezetében el kellett téríteni. Ezt a 4. képen látható módon olyan iránytörő elemek alkalmazásával oldották meg, amelyek biztosították a pászmák megfelelő görbületi sugárral történő törésmentes átvezetését.

4. kép. A pászmák átvezetése a tartályfal áttörésénél

A feszítőbetétek elhelyezése és megfeszítése után, és még a javasolt belső burkolati bevonat elkészítése előtt, a tartályokat vízzel feltöltötték. A nyomáspróba igazolta a szerkezet megfelelő működését. A feszítőbetétek kiosztását az 5. kép mutatja.

5. kép. A feszítőbetétek kiosztása a tartály falán

Tanulságok

Az orosházi szennyvíztelep iszaprothasztó tartályainak megépítése utáni feltöltés során a henger alakú tartályok vasbeton falán, a tartályok alsó harmadában több méter hosszúságú, jellemzően függőleges, alkotó irányú repedések jelentek meg, a repedéseken át a folyadék szivárgását észlelték.
A szivárgást megpróbálták a repedések kiinjektálásával megszüntetni, ám az injektált repedések között újabb repedések jelentek meg. Tanulság: a kialakult repedések kiinjektálása általában nem célravezető, mert a húzásra jelentős mértékben kihasznált betonacélok miatt két meglévő repedés között körülbelül félúton újabb repedések alakulnak ki.
A repedések kialakulásának alapvető oka, hogy a tartályok falának gyűrűirányú vasalása nem elegendő a folyadékzárás szempontjából szükséges repedéskorlátozási követelmények szerint. Tanulság: ne higgyünk vakon a számítógépi program által szolgáltatott eredményeknek! A repedéstágasság számítása sok bizonytalanságot tartalmaz, viszont a repedések megnyílásának közelítő mértékét egyszerű, szemléletes módszerekkel megbecsülhetjük. Ha ez jelentősen eltér a gépi számítással kapott értéktől, kételkedjünk!

A szerkezet javítására és megerősítésére komplex megoldást javasoltunk, amit a fentiekben ismertettünk. Ennek leglényegesebb összetevője az utólagos feszítés alkalmazása, aminek segítségével a hengeres tartályok falában a belső folyadék nyomásából keletkező húzófeszültségek megszüntethetők. A feszítés létrehozásának részletmegoldásai azonban nagy körültekintést igényelnek. A szerkezet tartósságának biztosítása, a korróziós ká­ro­sodások megakadályozása érdekében el kell kerülni, hogy a pászmák burkolócsöve a feszítés során megsérüljön. Ehhez a feszítő­betétek pontos elhelyezéséhez szükséges rendező­rácsokat és a tartály falán lévő áttörések helyén a betétek irányváltozását úgy kell kialakítani, hogy a feszítőpászmák ezeken a helyeken ne törhessenek meg.
A javítási, megerősítési munkák elvégzése után a tartályok feltöltése igazolta, hogy a szerkezet maradéktalanul alkalmas tervezett funkciója betöltésére.•

Irodalom
MSZ EN 1990 A tartószerkezetek tervezésének alapjai.
MSZ EN 1991-4 A tartószerkezeteket érő hatások. Silók és tartályok.
MSZ EN 1992-3 Betonszerkezetek tervezése. Folyadéktartályok és tárolószerkezetek.