Doskonałe rozpoznanie podłoża gruntowego, doświadczenie i umiejętność obliczania i przewidywania zjawisk przez projektanta oraz realizacja obiektów przez doświadczonych wykonawców dają pożądane efekty.
Gwoździowanie
Poprzez gwoździowanie doprowadza się nasyp gruntowy do cech konstrukcji oporowej masywnej. Grunt uzbrojony za pomocą prętów stalowych i w otuleniu zaczynu cementowego spaja się w całość powłoką powierzchniową, tzw. opinką, spełniającą funkcję stabilizacyjną przed erozją. Długość gwoździ musi wynikać ze szczegółowych analiz i ujęcia najbardziej niekorzystnej linii poślizgu. Przy istnieniu warstwy wodonośnej lub jej przecięciu w trakcie wykonywania wykopów należy przewidzieć systemy odwodnienia wgłębnego na odpowiednim poziomie.
Rys. 10 Konstrukcje ścian z gruntu gwoździowanego*
Kotwienie gruntu
Przy istnieniu bardzo dużych sił zsuwających lub stwierdzeniu osuwiska czynnego bardzo często się stosuje stabilizację zboczy kotwami zespolonymi z rusztem żelbetowym.
Nośność kotew dochodzi do 2 MN. Przy długościach do 30 m są atrakcyjną alternatywą dla innych technologii. Warunkiem prawidłowego kotwienia jest przeprowadzenie pełnego toku obliczeń z ustaleniem zasięgu płaszczyzny poślizgu.
Rys. 11 Stabilizacja zbocza za pomocą kotwi i rusztu żelbetowego, Ż/Po – żwir/pospółka; Gh – glina pylasta
Technologia muru tessyńskiego
Mur tessyński [1] jest konstrukcją opartą na kozłowym układzie pali pionowych i ukośnych. Pale pionowe stanowią fundament i część zbrojenia muru oporowego, natomiast ukośne działają jak kotwie, zapewniając całej konstrukcji stabilność. Wykonuje się pionowe mikropale zagłębione, tak aby przechodziły przez powierzchnię poślizgu i były zakończone w warstwach nośnych, w strefie nieaktywnej. Mikropale takie pełnią dwie funkcje:
– działają jak „gwoździe” wzmacniające grunt w strefie poślizgu, przenosząc siły ścinające, a tym samym stawiając opór przemieszczanym warstwom;
– stanowią fundament takiego muru. Mur posadowiony na mikropalach jest dodatkowo kotwiony ukośnymi mikro- palami (kotwami), sięgającymi również poza powierzchnię poślizgu. Jego zadaniem jest przytrzymanie ruchu zwietrzeliny.
W ten sposób pionowe mikropale stabilizują warstwy w strefie poślizgu, a lekki mur oporowy kotwiony ukośnymi mikropalami zapewnia dodatkową stateczność konstrukcji.
Stosując takie rozwiązanie, ogranicza się prace ziemne. Technologia ta charakteryzuje się szybkim postępem robót bez konieczności zamykania ruchu na zagrożonych fragmentach dróg.
Rys. 12 Stabilizacja osuwiska za pomocą pali i rusztu żelbetowego
Palowanie, kolumny i konstrukcje oporowe
Przy dużych i rozległych osuwiskach na stokach z głęboko sięgającymi powierzchniami poślizgu stosuje się pale i kolumny.
W przypadku dużych sił ścinających stosuje się gęsto zbrojone pale dużych średnic i studnie niejednokrotnie łącznie z konstrukcjami kaszycowymi. Instaluje się je pionowo, ukośnie lub w sposób kozłowy. Całość zwieńczona zostaje rusztem żelbetowym.
Konstrukcje oporowe stosuje się do stabilizacji małych i średnich osuwisk z płytko położoną płaszczyzną poślizgu Wykonuje się je jako przypory kamienne, konstrukcje masywne i kątowe oraz w formie kaszyc, gabionów i materacy geokomórkowych.
Również tutaj należy starannie zaprojektować i wykonać elementy upustowe dla wody gruntowej, eliminując w ten sposób dodatkowe parcie od spiętrzonej wody.
Rys. 13 Stabilizacja osuwiska układem pali kozłowych z oczepem
Stabilizacja osuwisk geosyntetykami
Geosyntetyki w postaci geosiatek, geotkanin, geowłóknin lub konstrukcji geokomórkowych stanowią bardzo przydatny materiał przy stabilizacji osuwisk, z pominięciem oczywiście ruchów masowych na dużą skalę obejmujących swym zakresem głębokie warstwy podłoża. Mogą w tym przypadku być wykorzystane do:
– zbrojenia skarp nasypów lub stoków,
– budowy drenaży,
– powierzchniowego zabezpieczenia skarp.
W większości przypadków geosyntetyki spełniają cztery podstawowe funkcje:
– separacyjną – jako warstwy odcinające lub separujące grunt podłoża od nasypu, hamując tym samym mieszanie się tych gruntów, likwidując podciąganie wód kapilarnych i uniemożliwiając przez to powstawanie przełomów wiosennych w nawierzchniach bitumicznych;
– wzmacniającą – jako warstwy poprawiające nośność słabego podłoża pod nasypami lub polepszające wytrzymałość nawierzchni na rozciąganie;
– filtracyjną – jako filtry chroniące materiał przepuszczalny przed kolmatacją i zmianą właściwości filtracyjnych;
– drenującą – jako dreny odprowadzające wodę w płaszczyźnie geosyntetyków.
Geosyntetyki mogą i najczęściej pełnią jednocześnie więcej niż jedną z wymienionych funkcji.
W trakcie projektowania obiektów inżynierskich najistotniejsze są następujące parametry geosyntetyków:
– wytrzymałość na rozciąganie,
– wydłużalność,
– wytrzymałość na przebicie CBR,
– wodoprzepuszczalność,
– otwartość porów.
Podstawowym czynnikiem decydującym o wyborze geosyntetyków do danej konstrukcji jest możliwość jej wzmocnienia i zapewnienia długotrwałej stateczności.
Fot. 4 i 5 Przykłady zabudowy osuwisk (arch. J. Siry)
Fot. 6 Konstrukcja gabionowa z gwoździami
Fot. 7 Konstrukcja osłonowa zbocza z siatki i gwoździ
Połączenie wiedzy o właściwościach fizykomechanicznych geosyntetyków, kryteriach ich doboru do danych warunków gruntowo-wodnych i pełnionych funkcjach oraz umiejętność dokonywania obliczeń złożonych układów gruntowo-geosyntetycznych z doświadczeniem inżynierskim w tej dziedzinie daje dopiero pożądane efekty.
Optymalnym rozwiązaniem technicznym w przypadku osuwisk jest stosowanie technologii łączących stabilizację gruntu i jego zabezpieczenie wraz z odwodnieniem powierzchniowym i wgłębnym, przy równoczesnej możliwości kontrolowanych zmian geometrii zboczy razem ze wzmocnieniem konstrukcyjnym w pełnej harmonii z wymaganiami architektury krajobrazu i ochrony środowiska.
Każdorazowy wybór materiału geosyntetycznego na etapie projektu powinien być poparty:
– określeniem współczynnika bezpieczeństwa stateczności konstrukcji,
– obliczeniem potrzebnej długości pasm geosyntetyków poza potencjalną powierzchnią poślizgu lub klinami odłamu,
– obliczeniem maksymalnej wytrzymałości pasma ze względu na zerwanie,
– zastosowaniem odpowiednich kryteriów doboru dla optymalnego wyboru geosyntetyków.
Rys. 14 Mur żelbetowy
Rys. 15 Kątowa ściana oporowa
Rys. 16 Funkcjonalność
Pionowe pasma geosyntetyków
Dotychczas stosowane metody zapobiegania utracie stateczności masywów gruntowych polegały na stosowaniu konstrukcji oporowych, różnego rodzaju kotew gruntowych, kolumn, mikropali itd. Są to metody kosztowne i często wymagają użycia trudno dostępnego sprzętu. Najprostszą od dawna stosowaną metodą umacniania zboczy i skarp jest budowa przypór ziemnych. Do ich zbrojenia bywają używane poziome przewarstwienia z geosyntetyków, wbudowywane w przyporę przy jej sypaniu. Jednak to rozwiązanie (racjonalne m.in. dzięki trwałości geosyntetyków) często nie może być zastosowane ze względu na brak miejsca dla przypory oraz duże koszty transportu materiału do jej zbudowania. Metoda (opracowana w Politechnice Rzeszowskiej) dotycząca instalowania w masywie gruntowym zagrożonym osuwiskiem pionowych lub zbliżonych do pionu pasm geosyntetyków nie wymaga rozkopywania masywu, a wykonane badania modelowe potwierdziły jej skuteczność. Szerokość pasm zbrojących wynosiła 0,7 lub 1 m. Pasma zagłębiane były poniżej potencjalnej powierzchni poślizgu do głębokości zapewniającej zakotwienie ich w stabilnym gruncie. Rozstaw pasm oraz ich parametry wytrzymałościowe powinny być obliczane na podstawie analizy potrzebnego stopnia wzmocnienia masywu gruntowego.
W opisany sposób można umieszczać w masywie gruntowym pasma pionowe, pochylone, a także zbliżone do poziomu. Tego typu zabezpieczenia wymagają jednak szerokiej weryfikacji terenowej.
Rys. 17 Zabudowa stoku gruntem zbrojonym
Rys. 18 Instalacja pionowych pasm geosyntetyków w gruncie [9]: a) schemat stempla, b) wyciąganie stempla z gruntu i wtłaczanie zawiesiny cementowej, c) pasmo geosyntetyku po zabudowie w gruncie; 1 – rura osłonowa, 2 – „but” stalowy, 3 – geosyntetyk, 4 – zawiesina cementowa
Fot. 8 Konstrukcja wsporcza z systemu geokomórkowego
Zakończenie
Osuwisk na ogół nie da się zatrzymać, ale można ograniczyć szkody spowodowane ruchami masowymi ziemi. Jedną z dróg jest stworzenie skutecznego systemu ostrzegania przed zagrożeniami. Taki system pod nazwą SOPO działa w Państwowym Instytucie Geologicznym.
Bezpieczeństwo konstrukcji budowlanej zależy od bardzo wielu czynników, na które mają wpływ zarówno działania ludzkie, oddziaływanie wody (gruntowej, opadowej, płynącej itd.), jak i nieprzewidywalne zdarzenia losowe. Bezpieczna konstrukcja to bezpieczeństwo ludzi i mienia, dlatego trzeba i warto podejmować wszelkie możliwe działania edukacyjne i legislacyjne, których celem nadrzędnym będzie zapewnienie bezpieczeństwa użytkownikom obiektów budowlanych i eliminacja szkód wynikających z osuwisk. Doskonałe rozpoznanie podłoża gruntowego, doświadczenie i umiejętność obliczania i przewidywania zjawisk przez projektanta oraz realizacja obiektów przez doświadczonych wykonawców dają pożądane efekty.
Takie postępowanie może pozwoli również ograniczyć lub wyeliminować budownictwo na terenach typowo osuwiskowych.
W znalezieniu odpowiedzi na pytania dotyczące osuwisk i innych problemów z zakresu geotechniki, hydrotechniki, posadawiania obiektów czy stosowania geosyntetyków pomocna może być internetowa encyklopedia prezentowana przez autora artykułu na:
Piotr Jermołowicz
Inżynieria Środowiska, Szczecin
Literatura
- K. Furtak, A. Sala, Stabilizacja osuwisk komunikacyjnych metodami konstrukcyjnymi, „Geoinżynieria” nr 3/2005.
- ITB, Instrukcje, wytyczne, poradniki nr 429/2007.
- P. Jermołowicz, Geosyntetyki w drogownictwie, BTE nr 2, 1997.
- R. Jermołowicz, Osuwiska – sposoby określania zasięgu, obliczanie stateczności i sposoby zabezpieczeń, materiały szkoleniowe, Podkarpacka OIIB, Rzeszów 2012.
- P. Jermołowicz, Zjawiska filtracji, przesięków i sufozji w budownictwie. Skuteczne systemy zabezpieczeń stateczności i odwodnienia, materiały szkoleniowe, Mazowiecka OIIB, Warszawa 2015.
- P. Jermołowicz, Osuwiska, www.inzynieriasrodowiska.com.pl/Encyklopedia.
- P. Jermołowicz, Sposoby zabezpieczeń osuwisk, www.inzynieriasrodowiska.com.pl/Encyklopedia.
- P. Jermołowicz, Stabilizacja skarp i osuwisk, magazyn „Autostrady” nr 11/2014.
- Materiały z Ogólnopolskiej Konferencji Naukowo-Technicznej „Problematyka osuwisk w budownictwie komunikacyjnym”, Zakopane 2000.
- Materiały z Ogólnopolskiej Konferencji Naukowo-Technicznej „Problematyka osuwisk w budownictwie komunikacyjnym”, Zakopane 2009.
- S. Pisarczyk, Geoinżynieria, Metody modyfikacji podłoża gruntowego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2005.
- J. Madej, Metody sprawdzania stateczności zboczy, Biblioteka Drogownictwa, WKiŁ, Warszawa 1981.
* Numeracja rysunków jest kontynuacją z cz. I artykułu
