budowli drogowych

Temat specjalny

Wzmacnianie podłoża gruntowego

budowli drogowych

46

tekst:PAWEŁ ŁĘCKI, MICHAŁ RÓŻAŃSKI,GTProjektSp.zo.o.&Co.S.K,zdjęcia:GT PROJEKT Sp. z o.o. & Co. S.K

Podłoże gruntowe to, według lakonicznej, normowej [2] definicji, grunt, skała lub nasyp istniejący na miejscu budowy przed wykonaniem prac budowlanych. Norma posadowienia bezpośredniego budowli [5] określa z kolei podłoże gruntowe jako strefę, w której właściwości gruntów mają wpływ na projektowanie, wykonywanie i eksploatację budowli.

fot. Superingo – Fotolia.com

47 Marzec – Kwiecień 2015 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 47

I Badania podłoża gruntowego – projektowanie geo-techniczneZakresbadańpodłożagruntowegoi sposóbudokumentowania

wynikówtychbadańwinienbyćadekwatnydostopniaskompli-kowaniabudowygeologicznejpodłożaorazdowarunkówgrun-towych[1,3].Występowaniew podłożubudowliwarstwgruntówmineralnychsłabonośnych(np.luźnychpiaszczystych,miękko-plastycznychgruntówspoistych),nieskonsolidowanychgruntóworganicznych,niekontrolowanychnasypówskutkujeokreśleniemwarunkówgruntowychjakozłożonebądźskomplikowane.Obiektbudowlanyrealizowanyw takichwarunkachpowinienbyćzali-czonydodrugiejbądźtrzeciejkategoriigeotechnicznej.W konsekwencji,powykonaniuszczegółowychbadańpodłoża

gruntowegonaetapieopracowywaniaprojektubudowlanegokoniecznejestsporządzenieprojektugeotechnicznego,który,próczinnychelementów,winienobejmowaćokreśleniemodeluobliczeniowegopodłoża,prognozęzmianwłaściwościpodłożanaskutekrealizacjiinwestycji,wzajemnychinterakcjipodłożai budowli,a takżeobliczenienośności,sprawdzeniestatecznościi osiadańbudowliposadowionejnaanalizowanympodłożugruntowym.Zapewnienieodpowiedniejnośnościpodłoża,stateczności

budowli i ograniczenie jejosiadańw przypadkuposadawia-nianagruntachsłabonośnychwymaga ichodpowiedniegowzmocnienia.Analizującwłaściwościpodłożagruntowego,należymiećna

uwadzeplanowanąinwestycję:jejwielkość,obciążeniaprze-kazywanenapodłoże i wymaganiadotycząceograniczeniai ujednoliceniaosiadań.Parametrytedecydująniejednokrotnieo ostatecznejoceniejakościi przydatnościpodłożagruntowegoi,w konsekwencji,przyjęciuokreślonegosposobuposadowienia.

II Wybór sposobu posadowienia – posadowienie bez-pośrednie czy głębokie

W klasycznympodzialesposobówfundamentowaniawyod-rębnionezostałyposadowieniebezpośrednieorazposadowieniepośrednie,głębokie.W minionychponad20latachdynamicz-negorozwojugeotechnikii geoinżynieriizarównow zakresieszczegółowychbadańinsitupodłożagruntowego,jaki technikposadowieniazdezaktualizowałsiępodziałnafundamentowaniebezpośredniei pośrednie.Corazczęściejstosującnowoczesnetechnologie,budowleposadawianesąbezpośrednionapodłożuwzmocnionym,przyczymzabiegompowierzchniowegobądźwgłębnegowzmacniania i stabilizacjipoddawanesągruntysłabonośne,zarównorodzime,jaki antropogeniczne.

III Rozwój nowoczesnych technologii fundamento-wania

Minionelataprzyniosłyrozwójtechnikfundamentowania.Skalazmianw fundamentowaniugłębokimnajlepiejuwidaczniasięw analizienormy[7]orazporównaniutypówi technologiiwykonywaniapalifundamentowychwymienionychw normiez 1983r.z dominującymiw praktyce inżynierskiejostatnichlat. Jeszczedynamiczniejszy jestrozwójnowychtechnologiiwzmacniania,zwłaszczawgłębnego,słabonośnychpodłożygruntowych.Przyczynrozwojudopatrywaćsięnależyw poszu-kiwaniunowychsposobówposadowieniabudowli,atrakcyjnychekonomiczniei technicznie,cechującychsięniższymkosztemrealizacjirobótorazkrótszymczasemrealizacji,jednocześnie

spełniającychwszystkiewymogitechniczne.Dodatkowymczyn-nikiemwpływającymnapowstawanienowychtechnologiijestrozwójbudownictwadrogowego,związanyz projektowaniemdrógw terenachwcześniejwykluczonychz zabudowy,m.in.z powoduwystępowaniarodzimychgruntówsłabonośnych,orazponownymzagospodarowywaniemterenówwcześniejużytkowanychnacelebudowlane,zdegradowanych,pokrytychmiąższymipokładaminiekontrolowanychnasypówantropo-genicznych.Corazszerszyzakresstosowaniametodwzmacnianiagruntu

przyczyniasiędoichmodyfikacjii rozwoju,a zebraneprzykolejnych realizacjachdoświadczeniawykorzystywane sądoweryfikowania i doskonaleniametodobliczeniowych.Metody obliczeń i sposoby projektowaniawzmocnieniagruntubazująnazałożeniachteoretycznych,aletakżew niemniejszymstopniunacorazbogatszychdoświadczeniachpraktycznych.Realizacja specjalistycznych robót ziemnychi fundamentowychzmierzającychdowzmocnieniapodłożaprowadzonajestnapodstawieprojektów,przyopracowaniuktórychczęstozakładasięmożliwośći koniecznośćwprowa-dzaniabieżącychkorekti zmianw przyjętychrozwiązaniach.Korektywprowadzane sąm.in.napodstawieobserwacjiefektówwykonywanychrobót,oporugruntuprzywykony-waniuwzmocnienia,a takżewynikówuzupełniającychbadańgeotechnicznych,prowadzonychw trakcie realizacji robótspecjalistycznych.Metoda ta, zwanametodąaktywnegoprojektowania,przewidujeudziałprojektanta-geotechnikaw realizacjirobótspecjalistycznych.

IV Klasyfikacja metod wzmacniania gruntu

Przyjęcieprostej,jednoznacznejklasyfikacjimetodwzmac-nianiagruntu jestbardzo trudne. Jakokryteriumpodziałuprzyjmowanemogąbyć: technologiawzmocnienia,głębo-kośćingerencjiw podłoże,stosowanemateriały,finalnyefektwzmocnienia.Istotnymczynnikiemutrudniającymsklasyfiko-wanieposzczególnychmetodjestfakt,żegranicepomiędzytechnologiamisąnieostre;częstoróżnesposobystosowanesąłączniew celuosiągnięciapożądanegoefektuwzmocnie-niapodłożagruntowego.Pomimotychwątpliwości,możnawydzielićnastępującegrupytechnologii:1.Wymianagruntówsłabonośnychnanasypz kwalifikowa-

negokruszywa.

Wymiana gruntów słabonośnych

48 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne Marzec – Kwiecień 2015

2.Wzmocnieniepodłożaprzezpoprawieniejegowłaściwości(parametrów)bezstosowaniadomieszek innychmateriałów(kruszyw,spoiw).3.Wzmocnieniepodłożaprzyzastosowaniudomieszek,np.

nadrodzepowierzchniowejlubwgłębnejstabilizacjibądźfor-mowaniakolumnczyelementówpalopodobnych.4.Wzmocnieniepodłożaprzyużyciugeosyntetyków.5.Metodymieszane,polegającenastosowaniukilkuróżnych

zabiegówwzmacniających.

1. Wymiana gruntu

Wymianagruntujestsposobemstosowanymw fundamen-towaniuodbardzodawna.Niejesttometoda,w pełnymtegosłowaznaczeniu,wzmocnieniagruntu.W przypadkuwystępowaniaw podłożuosadówsłabonośnych

podlegająoneczęściowejbądźpełnejwymianienanasypbu-dowlanyz kwalifikowanegokruszywamineralnego,naturalnegolubłamanegobądźz materiałuantropogenicznego.Zewzględunazakresi sposóbwymianywyróżnićmożnakilkawariantówwymianygruntu.

1.1. Częściowa wymiana gruntu

Poleganawymianiegórnych,stropowychpartiiosadówsłabonośnychz pozostawieniemdolnych,niewymienionychpartiiw podłożu.Najczęściejwymianaprzeprowadzanajesttylkopowyżej lustrawodygruntowej.Częstowymianatakapołączonajestz powierzchniowymdogęszczeniempozostawia-nychw podłożugruntówsłabonośnychlub(i)z zastosowaniemgeosyntetyków(podogęszczeniuistniejącegopodłożaw dniewykopuukładanajestwarstwageosyntetyku,np.geotkaniny,zbrojącegopodłożew podstawieformowanegonasypubudow-lanego).Rozwiązanietomożebyćstosowanew celuumożliwie-niaposadowienianiskichnasypów,drógo niewielkimnatężeniuruchu,w przypadkuktórychniesąstawianewysokiewymaganiaw zakresieredukcji i ujednoliceniaosiadań,a takżew celuumożliwieniaposadowieniadrógtymczasowych.

1.2. Całkowita wymiana gruntu powyżej lustra wody gruntowej

Wymianagruntuprzeprowadzanapowyżejlustrawodygruntowejnanasypbudowlanyz kwalifikowanegokruszywa,zagęszczanegowarstwami.Zagęszczanie,w zależnościodużytegosprzętui wła-

ściwościużytegokruszywa,powinnobyćprowadzonewarstwamio miąższościok.30–80cm.Rozwiązanietoumożliwiarealizacjępo-sadowieniabezpośredniegoi gwarantujeznaczącąredukcjęosiadań.

1.3. Całkowita wymiana gruntu poniżej lustra wody grun-towej

Wymianagruntuponiżejlustrawodygruntowejprowadzonajestmetodąwypieranialubmetodąbagrowania.Niezależnieodsposobuwymianydoformowanianasypunależystosowaćkruszywomineralneo kontrolowanymuziarnieniu.W przypadkustosowaniakwalifikowanegokruszywawysokiejjakości(Ps/Pr/Po;zawartośćfrakcjipyłowej:fπ ≤3%)uformowanypodwodąnasypmożezostaćzagęszczonymetodąwibroflotacji(zob.pkt2.2.4).W przypadkustosowaniakruszywaniższejjakości(piaseko zawartościfrakcjipyłowej:3% ≤ fπ ≤ 10%)w uformowanympodwodąnasypiew celuosiągnięciaodpowiedniejjakościnależyufor-mowaćkolumnyżwirowelubkamienne(zob.pkt3.1.1).Całkowitawymianagruntusłabonośnegoumożliwiarealizacjęposadowieniabezpośredniegoi gwarantujeznaczącąredukcjęosiadań.

1.3.1. Metodę wypieraniamożnastosowaćprzywymianiepłynnychi półpłynnychosadóworganicznycho wysokiejwilgot-ności(wn>200 %)i wysokiejzawartościczęściorganicznych(Com>50 %),gruntówsłabonośnycho względnieniewielkiejwytrzymałościnaścinanieτ <20 kPa.

1.3.2. W przypadku konieczności wymiany gruntu orga-nicznegoniespełniającegopodanychpowyżejorientacyjnychwymogówbądźwymianysłabonośnychgruntówmineralnychnasypówantropogenicznych,gruntsłabonośnynależybagro-wać,tj.wybieraćspodwody.

2. Wzmocnienie gruntu przez modyfikację jego wła-ściwości

Wzmocnieniegruntuprzezmodyfikacjęjegowłaściwościi para-metrówgeotechnicznychbezstosowaniadomieszekinnychmate-riałów(kruszyw,spoiw)togrupametodstosowanychw przypadkuwystępowaniagruntówrodzimychpodlegającychwzmocnieniu.W przypadkuwzmacnianianasypówantropogenicznychmetodataczęstołączonajestz częściowąwymianągruntu.

2.1. Konsolidacja gruntu

Konsolidacjagruntujestprocesemzachodzącymw gruntachw pełninasyconychwodą(gruntachorganicznych,miękkoplastycznych

Wymiana gruntów metodą wypierania

POLSKA Wzmacnianiepodłożagruntowego

49

i plastycznychgruntachspoistych),cechującychsięwzględnieniskimwspółczynnikiemfiltracji.Przyczynąkonsolidacjipodłożajestobcią-żenie.W pierwszymetapieprzyłożoneobciążeniepowodujewzrostciśnieniaporowego,a w dalszymetapienastępujezmniejszenieporowatościgruntu:woda„wyciskana”jestz poróważdocałkowitejlikwidacjinadciśnieniaporowego.Procesowispadkuporowatościtowarzyszywzrostwytrzymałościnaścinanie(spójnościgruntui kątatarciawewnętrznego)orazzwiększeniewartościmodułuściśliwości.Czasprocesukonsolidacjizależnyjestodwspółczynnikafiltracjigruntuorazdrogifiltracjiwody„wyciskanej”z porów(tj.odmiąższościkonsolidowanejwarstwy).

2.1.1. Konsolidacja nasypem przeciążającym.Metodastosowanaprzywzmacnianiuwarstwsłabonośnycho niewielkiejmiąższości(dook.3 m).W przypadku,gdyosadysłabonośnepodścielonei przekrytesągruntamipiaszczystymio wysokiejwodoprzepuszczalności,pionowafiltracjaodbywasiękudołowii kugórze.W przypadku,gdyosadykonsolidowanepodścielajągruntyspoisteo niskiejfiltracji,pionowafiltracjaodbywasiętylkow jednymkierunku.Zaletą tejmetody jestprostotawykonania,niskikoszt,zwłaszczaprzydostępnościkruszywananasypprzeciążający,a wadąwzględniedługiczaskonsolidacji.

2.1.2. Konsolidacja wspomagana drenamistosowanymiw celuredukcjiczasukonsolidacjiośrodka,zwłaszczaprzywięk-szychmiąższościachwzmacnianegogruntu,proceskonsolidacjigruntupodobciążeniemzewnętrznym(nasypemprzeciążającym)wspomaganyjestsystememdrenówpionowych.Drenywyko-nywanesązazwyczajw regularnej,trójkątnejlubkwadratowejsiatce,w rozstawiecook.1,5–2,5m;mogąbyćprojektowanei wykonywanew trojakisposób:jakoklasycznedrenypiaskowe,wykonywanemetodąwiercenia;drenyprefabrykowane(geo-dreny),wciskanew podłoże,wykonanez profilowanejtaśmyplastikowej,w osłoniez geowłokninyfiltracyjnej;jakokolumnyżwirowe,kamienne,pełniącerolędrenów.Zastosowanekolumnżwirowych,kamiennych(zob.pkt3.1.1)jestzasadnei celowew przypadkach,w którychzarównoczaskonsolidacjimusizostaćograniczony,jaki osiadaniawzmacnianego,konsolidowanegopodłożamusząbyćzminimalizowane.

2.1.3. Konsolidacja poprzez odwodnienie i konsolidacja próżniowa.Metodytewykorzystująwpływefektuobniżenialustrawodylubodpompowaniawodyz ośrodkagruntowegonaproceskonsolidacji. Jednakzewzględunaistotnywpływnaotoczenieorazkoniecznośćzastosowaniaspecjalistycznego

sprzętu,stosowanesąrzadziejniżkonsolidacjanasypemprze-ciążającymi konsolidacjawspomaganadrenami.

2.2. Zagęszczanie gruntu

Zagęszczaniegruntuw klasycznymujęciustosowanejestw gruntachmineralnych,rodzimychi nasypowych,drobno-i gruboziarnistych.Nasypbudowlanymusibyćformowanyi zagęszczanywarstwami,np.przyużyciuwalcówwibracyj-nych.Warstwyosadówsłabonośnychmogąbyćzagęszczanepowierzchniowolubwgłębnie.

2.2.1. Zagęszczanie dynamiczne.Technikawynalezionaw połowieXXw.przezMenarda.Poleganadynamicznymob-ciążaniupodłożaciężkimubijakiem(do40t),swobodniespusz-czanymz wysokościdook.30m.Metodaz powodzeniemsto-sowanaw zagęszczaniuluźnychosadówpiaszczystychi nasypówantropogenicznychzeszczególnymuwzględnieniemwysypiskodpadówkomunalnych.Zasięg,tj.głębokośćoddziaływania,jestproporcjonalnydoenergiiuderzenia.Metodastosowanaz powodzeniemw budownictwiekomunikacyjnym,jej istot-nymograniczeniemjestznaczące,dynamiczneoddziaływanienaotoczenie.

2.2.2. Dynamiczna wymiana gruntu.Jesttometodasta-nowiącamodyfikacjęzagęszczaniadynamicznego.Kolejneude-rzeniaciężkiegoubijaka,o niewielkiejpowierzchnipodstawy,wykonywanesąw tymsamympunkcie;w kolejnychfazachpowstającykraterwypełnianyjestkwalifikowanymkruszywemi formowanajestkolumnao nieregularnymkształciei głębokościsięgającejkilkumetrów.

2.2.3. Zagęszczanie wybuchami.Metoda stanowiącawariantzagęszczeniaudarowego,w którymdozagęszczania,najczęściej luźnychosadówpiaszczystych,używasięenergiidetonowanegoładunkuwybuchowego.Ładunkiumieszczasięw otworachwiertniczychnagłębokościodkilkudokilkunastumetrów,najczęściejw regularnejsiatce;efektemdetonacjijestdogęszczenieluźnego,porowategopodłoża.

2.2.4. Wibroflotacja.Metodastosowanadozagęszcza-nia luźnychosadówpiaszczystych,zwłaszczaponiżej lustrawodygruntowej.Istotametodypoleganawprowadzeniuwewzmacnianepodłożegruntowenagłębokośćdo 20m,a nawetdoponad30m,tzw.wibroflota:masywnego,pionowegowi-bratora,generującegodrganiao określonejamplitudziei czę-stotliwości.Wibroflotacjaskutkujezmniejszeniemporowatości

49

Zagęszczanie dynamiczne

WzmacnianiepodłożagruntowegoPOLSKA

Marzec – Kwiecień 2015 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne



ośrodkai jegodogęszczeniem.Uwaga,w przypadkugruntównawodnionychwibroflotacjapowodujezmniejszenieporo-watości,połączonez chwilowymupłynnieniem.Możebyćz powodzeniemstosowanaprzyzagęszczaniurodzimych,luźnychpiasków,jaki nasypówformowanychpodwodąme-todąwymiany„namokro”(zob.pkt1.3.2).Najskuteczniejszajestprzyzagęszczaniupiaskówo niewielkiejzawartościfrakcjipyłowej(fπ ≤3%).

3. Wzmocnienie gruntu przy zastosowaniu spoiw i (lub) kruszyw

Wzmocnieniepodłożaprzyzastosowaniudomieszek(kru-szywa,spoiwhydraulicznych),np.wdrodzepowierzchniowejlubwgłębnejstabilizacjibądźformowaniakolumnczyele-mentówpalopodobnych,obejmujegrupętechnologiiszerokostosowanychprzywzmacnianiuniejednorodnychpodłożysła-bonośnych.Technologiestabilizacjii wykonywaniaelementówpalopodobnychcechująsięwprowadzaniemw podłożekwa-lifikowanychkruszywlubspoiwhydraulicznych.Wszystkietetechnologiewymagająstosowaniaspecjalistycznegosprzętu.

3.1. Wibrowymiana

Technologiastanowiącarozwinięciewibroflotacji.Technolo-giawibrowymianywymagazastosowaniawibratorardzenio-wego(zwanegoteżwibratoremśluzowym),umożliwiającegowtłoczeniewewzmacnianepodłożeprzezgłowicęwibratorakruszywabądźsuchejmieszankibetonowej.Efektemwibro-wymianyjestdogęszczeniesłabonośnegopodłożaorazufor-mowaniekolumnywzmacniającejpodłoże.Wibrowymianamożebyćstosowanadowzmacnianiasłabonośnychpodłoży,niepodatnychnawgłębne zagęszczeniewibroflotacją:wewszystkichsłabonośnychgruntachmineralnychorazorga-nicznycho odpowiedniowysokiejwytrzymałościnaścinanie(τ > 25 kPa).Wibrowymianamożebyćprowadzonanagłę-bokośćponad20m.

3.1.1. Kolumny żwirowe.Najczęściejprojektowanymi realizowanymwariantemwibrowymianysątzw.kolumnyżwirowe.Przyużyciuwibratorardzeniowegoo średnicyok.30–40cmw słabonośnympodłożuformowanesąkolumny

z kwalifikowanegokruszywa,najczęściejżwiru.Zamienniemogąbyćstosowane:pospółka,rozkruszonygruzbetonowylub tłuczeń.Materiałpodawanyprzezgłowicęwibratora,zagęszczany, formujekolumnyo średnicyuzależnionejodwytrzymałościi oporuwzmacnianegopodłoża,najczęściejok.60–80cm.W przypadkuformowaniakolumnw słabonośnympodłożuorganicznymlubw miękkoplastycznych,nieskon-solidowanychosadachspoistychśrednicakolumnmożebyćwiększai przekraczać120cm.Kolumnyżwirowemogąpełnićrolędrenówpionowycho dużejśrednicy(zob.pkt2.1.2).

3.1.2. Kolumny żwirowe w osłonie z geosyntetyku (GEC).Kolumnyżwirowew osłoniez geosyntetykutokolumnyżwirowez dodatkowymwzmocnieniemw postacirękawageo-syntetycznegoo wysokichparametrachwytrzymałościowych.W powszechnymużyciukolumnyteokreślanesąjakokolumnyGEC(Geotextile-Encased Columns).W Polsceprzykłademwyko-rzystaniatejtechnologiijestwzmocnieniewykonanew pasieautostradyA2Świecko–NowyTomyślw 2010r.Kolumnaformowanajestw rurzeosłonowejo długoścido-

branejdogłębokościwzmocnienia.Rurajestwwibrowywanalubwciskanaw podłoże,następniedownętrzarurywprowa-dzanyjest geosynetycznyrękaw.Zadaniemgeotkaninyjestzabezpieczeniei usztywnieniekolumny.Ważnymelementemwzmocnieniajestwykonanienasypu,któregofunkcjąjestdo-ciążeniei skonsolidowaniesłabonośnychgruntów.Kolumnyżwirowew osłoniez geosyntetykumogąbyćfor-

mowanew gruntacho niskiejwytrzymałościnaścinanie(τ ≤ 25kPa).

3.1.3. Kolumny scementowane.Kolumnywykonywaneanalogiczniedokolumnżwirowych.W przypadkuwzmacnianiabardzosłabychgruntów(τ ≤25kPa)bądźw przypadkuznaczą-cychobciążeńprzekazywanychnapodłożezamiastkruszywamineralnegomożebyćstosowanekruszywowymieszanezespoiwamihydraulicznymi(np.pospółkaz cementem).

3.1.4. Kolumny betonowe.Kolumnywykonywaneanalogicz-niedokolumnżwirowych.W przypadkuwzmacnianiabardzosłabychgruntów,np.organicznych,bądźw przypadkuwięk-szychobciążeńprzekazywanychnapodłożezamiastkruszywamineralnegostosowanybyćmoże„suchy”betonkonstrukcyjny.

Wibroflotacja

Uwaga, kolumny żwiroweoraz kolumny scementowanei betonowemogąbyćwykonywanenietylkow technologiiwibrowymianyprzyzastosowaniuwibratorówrdzeniowych.Kolumnypiaskowelubżwirowe,a takżekolumnyz kruszywascementowanegorealizowanesąniekiedyprzyużyciupalow-nicdowykonywaniapali franki.Doświadczeniapraktycznewskazująjednak,żekolumnywykonywanemetodąwibrowy-mianyzwyklecechująsięwyższymzagęszczeniemi skuteczniejdogęszczajątakżewzmacnianesłabonośnepodłoże.Kolumnybetonowemogąnatomiastz powodzeniembyćwykonywaneprzyużyciupalownicstosowanychdowykonywaniapaliCFA.Kolumnybetonowerealizowanetątechnologiącechująsięstałą,określonąśrednicą,najczęściejok.400–800mm.Ko-lumnyżwirowe,a zwłaszczakolumnyscementowanei kolumnybetonowe,sąelementamipalopodobnymi.Projektowanietychelementówmusiuwzględniaćsprawdzeniezarównonośnościwewnętrznejelementuwzmacniającegopodłoże,jaki nośnościgruntu–wzdłużkolumnyi podjejpodstawą.

3.1.5. Betonowe kolumny przemieszczeniowe.Kolumnytewykonywanemogąbyćw każdympodłożu(jedynymogra-niczeniem sąwarstwy i przewarstwienia gruntówo dużejwytrzymałości);w odróżnieniuodkolumnw technologiiCFAwykonaniebetonowychkolumnprzemieszczeniowychskutkujedogęszczeniempodłożagruntowego.Betonowekolumnyprze-mieszczeniowewzmacniająwarstwysłabonośnei powodujądystrybucjęobciążeńnagłębiejzalegającewarstwygruntówo większejwytrzymałości.

3.2. Wgłębna stabilizacja

Technologiawgłębnejstabilizacji–wgłębnegomieszaniagruntuzespoiwamihydraulicznymi(Deep Soil Mixing)–poleganawgłębnymwymieszaniuszkieletugruntowegoz materiałemwiążącym.Doformowaniakolumncementowogruntowychużywanyjestspecjalistycznysprzęt:żerdźwiertniczaz poprzecz-nymielementamigwarantującymimieszaniegruntui formowa-niekolumno zaplanowanejśrednicy.Formowanajestkolumnaz kompozytucementowogruntowego,charakteryzującegosięzwiększonąwytrzymałościąnaściskanie,niewielkąściśliwościąi małąwodoprzepuszczalnością.Wgłębnejstabilizacjipodlegać

mogąwszystkiemineralnegruntysłabonośneorazgruntyor-ganiczneo ograniczonejzawartościczęściorganicznych(Com < 10%);próbystabilizacjigruntówo wyższejzawartościczęściorganicznychmusząbyćkażdorazowopoprzedzoneszczegó-łowymibadaniamiwytrzymałościcementogruntu.Szczególnąuwagęnależyteżpoświęcićzbadaniuchemizmuśrodowiskagruntowo-wodnego.Wytrzymałośćkompozytucementowo-gruntowegouzależnionajestodrodzajui ilościużytegospoiwaorazodrodzajuwzmacnianegoośrodka.Średniawartośćwy-trzymałościkompozytucementowogruntowegowahasięodok.1 MPa(dlakolumnw gruntachorganicznych)doponad5MPa(dlakolumnw piaskach).Technologiewgłębnejstabilizacjizna-lazłyszerokiezastosowaniezewzględunastosunkowoniewielkikoszt,szybkośćrealizacjiwzmocnienia,możliwośćstosowaniaw szerokimzakresiewzmacnianychpodłożyi niewielkiwpływnaotoczeniew trakcierealizacji.

3.2.1. Kolumny DSM-dry.Formowaneprzezwgłębnemie-szaniegruntuzespoiwemhydraulicznym(cementem,wapnem,popiołami)„nasucho”;stosowanedowzmacnianiaw pełninawodnionychgruntów.Uwaga,dowiązaniaspoiwawykorzy-stywanajestwodagruntowa,dlategokażdorazowozaprojek-towaniei wykonaniekolumnDSM-drymusibyćpoprzedzoneszczegółowymibadaniamichemicznymiśrodowiskagruntowo--wodnego.

3.2.2. Kolumny DSM-wet.Formowaneprzezwgłębnemie-szaniegruntuzespoiwemhydraulicznym(najczęściejz zaczy-nemcementowym)„namokro”;stosowanew bardzoszerokimzakresiedowzmacnianialuźnychpiasków,miękkoplastycznychi plastycznychglin,gruntóworganicznych(namułów)orazgruntównasypowycho zróżnicowanymskładzie.PogrążanieżerdzidoformowaniakolumnDSM-wetwspomaganejestin-iekcjązaczynucementowegopodciśnieniemkilkuatmosfer.Możliwośćformowaniakolumnw szerokimzakresiezmiennościpodłoża,o średnicyod500do1500mmi długości(głębokości)dokilkunastumetrów,stosunkowoniewielkikoszt i szybkietemporealizacji stanowiąo bardzodynamicznymrozwojutechnologiiDSM-wet.Uwaga,kolumnycementowogruntowe(DSM-wet,DSM-dry)

sąelementamipalopodobnymi.Projektowanietychelementów

Marzec – Kwiecień 2015 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 51

Kolumny piaskowo-żwirowe w technologii wibrowymiany Kolumny żwirowe w osłonce geosyntetycznej

WzmacnianiepodłożagruntowegoPOLSKA


musiuwzględniaćsprawdzeniezarównonośnościwewnętrznejkolumny,jaki nośnościgruntuwzdłużkolumnyi podjejpod-stawą.Nośnośćwewnętrznacementogruntujestuzależnionaodrodzajugruntu,w którymformowanajestkolumna,orazodchemizmugruntui wodygruntowej.Dlategoszczegółowebadaniachemicznewinnypoprzedzaćprojekti realizacjękolumncementowogruntowych,wykonywanychzwłaszczaw technologiiDSM-dry.Kolumnycementowogruntowemogąbyćzbrojoneprzyzastosowaniuzbrojeniawiotkiego(koszyz prętówzbroje-niowych)lubzbrojeniasztywnego(kształtowników).KolumnyDSMmogąbyćwykorzystywanejakoelementywzmacniającepodłożegruntowe,aletakżejakoelementypalisad–obudowywykopóworazjakoekrany,przegrodywodoszczelne.MateriałkolumnDSMniejestmrozoodporny,conależyuwzględnićprzyprojektowaniui realizacji.

3.3. Iniekcja strumieniowa

Technologiajetgrouting–wysokociśnieniowejiniekcjistru-mieniowej–poleganawprowadzeniuw podłoże(pionowolubpodkątemdook.30O)żerdziwiertniczejo niewielkiejśrednicy,umożliwiającejiniekcjęzaczynemcementowympodciśnieniemprzekraczającym100atm.Technologiataróżnisięodwgłębnegomieszaniazzastosowaniempomppodającychzaczyncementowypodciśnieniem,umożliwiającymzniszczeniepierwotnejstrukturyośrodka i penetracjęnaznacznąodle-głość.Średnicekolumnjetgroutingwynosząodok.50doponad400 cm.Kolumnymogąbyćformowanewewszystkichgruntach,mineralnychi organicznych,rodzimychi nasypo-wych.Średniawartośćwytrzymałościkompozytucementowo-gruntowegowahasięodok.2,5MPa(dlakolumnw gruntachorganicznych)doponad20,0MPa(dlakolumnw piaskachi żwirach).Kolumnyjetgroutingmogąbyćzbrojone,podobniejakkolumnycementowogruntoweDSM.Zakresstosowaniawysokociśnieniowejiniekcjistrumieniowej

ograniczawysokikosztrobót.

3.4. Iniekcje gruntowe (zastrzyki)

Stosowanesąw celuwzmocnienialubuszczelnieniapodłożagruntowego. Iniekcjegruntowepolegająnawprowadzaniuw podłożegruntowe,najczęściejprzezotworywiertnicze,przyużyciupomppodającychpodzróżnicowanymciśnieniem(odkilkudokilkudziesięciuatmosfer) iniektuw postacizaczynu,zawiesiny,roztworulubpłynnegobetonu.Jednymzesposobówiniekcjigruntowej,któryznalazłzastosowaniew budownictwiedrogowym,jestiniekcjazagęszczająca(Compaction Grouting),polegającanawtłaczaniuw słabonośnyośrodekgruntowygęstegozaczynucementowegolubbetonuo konsystencjipłyn-nej.MetodaCGznalazłazastosowaniezwłaszczaw pracachremontowych.

3.5. Powierzchniowa stabilizacja

W budownictwiedrogowymz powodzeniemstosowanejestpowierzchnioweulepszaniepodłożagruntowegospoiwamihydraulicznymi.Ulepszanietozwyklenazywanejeststabiliza-cją.Dostabilizacjichemicznejużywanyjestnajczęściejcement,niekiedywapno,popiołyhutniczelubinnespoiwahydrauliczne.Ulepszeniumetodąstabilizacjichemicznejpoddawanemogąbyćgruntyrodzimei antropogenicznenasypy,o uziarnieniuodglini pyłówdopiasków,pospółeki żwirów.NiezalecasięKolumny DSM


przeprowadzaniastabilizacjichemicznejgruntóworganicznycho zawartościczęściorganicznychpowyżej5%orazgruntówilastych(o zawartościfrakcjiiłowejfi>30%).Głębokośćsku-tecznegomieszaniaw pojedynczejwarstwiesięga40cm.

4. Wzmocnienie podłoża przy użyciu geosyntetyków

Nowoczesnemetodywzmocnieniasłabonośnegopodłożagruntowegowiążąsięzestosowaniemgeosyntetyków.Za-leżnieodtechnologiiprodukcji,zastosowanychmateriałóworazfinalnychwłaściwościgeosyntetyku,wyróżniasiępięćpodstawowychkategorii,cechującychsięodmiennymiwłaści-wościamii zastosowaniami:geowłókniny,geotkaniny,geosiatki,geomembranyi geokompozyty.

Geowłókniny–wyrobytekstylne,najczęściejigłowane,znaj-dujązastosowanieprzywzmacnianiupodłożagruntowego.Wykorzystywanesą ichwłaściwościseparacyjnei filtracyjneorazochronne.

Geosiatki–wyrobyo wysokiejwytrzymałościnarozciąganiei stosunkowoniewielkiejodkształcalności,sąstosowanew kon-strukcjachziemnych(nasypach)i przywzmacnianiupodłoża.Wykorzystywanajestichwysokawytrzymałość.

Geotkaniny–najczęściejtkanemateriałysyntetyczne,ce-chującesięrównieżwysokąwytrzymałościąnarozciąganie,sąstosowaneprzywzmacnianiupodłożagruntowego.Wykorzy-stywanesąichwytrzymałośćnarozciąganieorazwłaściwościseparacyjnei ochronne.

Geomembrany jakogeosyntetykinieprzepuszczalnesto-sowanesąnajczęściejdouszczelnianiaskładowiskodpadów,dnasztucznychzbiornikówwodnychi magazynówśrodkówchemicznych,w tymobiektówmagazynowania i dystrybucjipaliwpłynnych.

Geokompozytysąwyrobemstanowiącympołączeniedwóchlubtrzechrodzajówgeosyntetyków,np.geosiatkii geowłókniny.Stosowanesą jakoelementywzmocnieniapodłoża,np.przyprojektowaniu i realizacjiczęściowejwymianygruntu(jakoelementyseparująceposzczególnewarstwygruntui zbrojącepodłoże),przykonsolidacjiz zastosowaniemgeodrenów,przyprojektowaniui realizacjiskarpziemnych.

5. Wzmacnianie gruntu: projekt – realizacja – kontrola – monitoring

Nowoczesnetechnologiewzmacnianiapodłożagruntowegorozwijanesąniezwykledynamicznie.Rozwojowimetodtowa-rzyszy ichciągłamodyfikacjaorazopracowywanienowychmetodobliczeniowych i sposobówprojektowania [12,13].

Projektowaniewzmocnieńpodłożaczerpiez doświadczeńzebranychprzyzrealizowanychwcześniejinwestycjach.Istotnąrolęodgrywanadzórgeotechniczny, kontrolapoprawnościi skutecznościprzeprowadzonychzabiegówwzmacniającychorazmonitoringgeodezyjny.Nadzórgeotechnicznywinienobejmowaćwszystkieetapyrealizacjirobót,a zebranedanepowinnyzostaćwykorzystanew ramachtzw.aktywnegopro-jektowaniadoweryfikacji założeńprojektowych i wprowa-dzaniaewentualnychkorekt.Wszystkiezmianywprowadzonew trakcierealizacjispecjalistycznychrobótziemnychi funda-mentowychpowinnyzostaćuwidocznionew dokumentacjipowykonawczej.Sporządzenietakiejdokumentacjijestobo-wiązkiemwykonawcywzmocnienia.

Metris Sp. z o.o. Instytut Badań dla Budownictwaul. Łąkoszyńska 127A tel./fax: +48 24 253 50 5599-300 Kutno e-mail: [email protected]

mertis.com.pl

Badania nośności pali metodą statycznąBadania nośności pali metodą dynamicznąBadania ciągłości paliPomiary wibracjiPomiary inklinometryczne ścianek szczelnych, ścianek szczelinowych oraz skarp

Iniekcja strumieniowa jet grouting

drogowym

PEWNY SPOSÓBna wzmocnienie

podłoża gruntowego

w budownictwie

Wysokiej jakości hydrauliczne spoiwa drogowe TERRAMIX od wielu lat znajdują zastosowanie w budownictwie

komunikacyjnym i robotach ziemnych. Są przeznaczone do stabilizacji i ulepszania gruntów w zakresie:

• poprawy zagęszczalności• osuszania i poprawy parametrów geotechnicznych• poprawy nośności• zwiększenia wytrzymałości na ściskanie• zwiększenia odporności na wodę i mróz

Więcej informacji na stronie

www.spoiwex.pl


Niemniejistotnąodnadzorugeotechnicznegorolęodgrywamonitoringgeodezyjny.Pomiarygeodezyjne,rozpoczętejużnaetapiewymianybądźwzmocnieniagruntu,powinnydostarczyćpełnychdanycho deformacjach(osiadaniach)wzmocnionegopodłoża,np.w okresieprzeciążeniapodłożaorazw okresiewykonywaniabudowlidrogowych.Monitoringgeodezyjnynależyprowadzićrównieżnapoczątkowymetapieeksploatacjiinwestycjiposadowionejnawzmocnionympodłożugruntowym.

Literatura

[1]Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych.Dz.U.2012,poz.463.

[2]NormaPN-EN1997-1(maj2008)z późn.zm.;Eurokod7.Projektowanie geotechniczne.Cz.1.Zasady ogólne.

[3]NormaPN-EN1997-2(kwiecień2009)z późn.zm.;Eu-rokod 7.Projektowanie geotechniczne.Cz.2.Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego.

[4]NormaPN-B-02479:1998.Geotechnika. Dokumentowanie geotechniczne. Zasady ogólne.

[5]NormaPN-81/B-03020.Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie.

[6] Norma PN-83/B-03010. Ściany oporowe. Obliczeniastatycznei projektowanie.

[7]NormaPN-83/B-02482.Fundamenty budowlane. Nośność pali i fundamentów palowych.

[8]Wytyczne badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych.GDDP.Warszawa1998.

[9]Instrukcja obserwacji i badań osuwisk drogowych. GDDP. War-szawa1999.

[10]Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego w budownictwie drogowym.GDDP,IBDiM.Warszawa2002.

[11]Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i pół-sztywnych.GDDKiA,PolitechnikaGdańska.Gdańsk2012.

[12]HansboS.:Grunt Improvement.eLibAB,2004.[13]Recommendations for the design, construction and control

of rigid inclusions ground improvements. Asiri National Project.Paris2013.

Stabilizacja powierzchniowa spoiwami hydraulicznymi

Stabilizacja powierzchniowa spoiwami hydraulicznymi


Documents

budowli drogowych