20

1. Wstęp

Rejon południowej Polski to z geologicznego punktu widzenia

obszar występowania utworów nazywanych fl iszem karpackim.

Jest to złożony ośrodek gruntowy, w obrębie którego wydzielić

można zazwyczaj naprzemianległe warstwy piaskowców i mu-

łowców (łupków) oraz tzw. pokrywę zwietrzelinową, zalegającą

najpłycej, powstałą w procesach wietrzenia podłoża fl iszowego,

litologicznie odpowiadającą najczęściej pyłom i glinom z różną

domieszką piasku i okruchów kamienistych. Jest to ośrodek niejed-

norodny, bardzo często silnie spękany i szczelinowaty, ze złożoną

hydrogeologią, którego poszczególne wykształcenia litologiczne

odznaczają się sporą podatnością na wpływ wody. Wszystko to

wraz z młodą rzeźbą morfologiczną powoduje, że południowe re-

jony kraju są wybitnie predestynowane do występowania osuwisk.

Z tego samych powodów ośrodek jest jednocześnie niezwykle

trudny do precyzyjnego, technicznego opisu geologicznego, umoż-

liwiającego planowanie i projektowanie działań inżynierskich.

Również aspekt wykonawczy, tj. wdrażanie zaplanowanych dzia-

łań w ramach ochrony przeciw osuwiskowej, napotyka na wiele

trudności. Warstwowany ośrodek z naprzemianległymi utworami

miękkimi i czasem bardzo twardymi, dodatkowo spękany, po-

woduje że, spośród wielu technik i technologii geotechnicznych

wykorzystywanych w budownictwie inżynieryjnym zaledwie kilka

jest użytecznych i możliwych do aplikacji w trudnych warun-

kach fl iszu karpackiego, a jeszcze mniej spośród nich odznacza

się właściwą, adekwatną do kosztów skutecznością. Stąd zdarzają

się nieekonomiczne próby stabilizowania osuwisk przy pomocy

technik niemających technicznych racji w ośrodku fl iszowym,

jak choćby kolumn jet grouting. Niestety, działania zmierzające

do stabilizacji osuwisk mają nierzadko charakter działań nieco ad

hoc, w których właściwie metodą prób i błędów próbuje się dojść

do skutecznego rozwiązania, ponosząc po drodze (niemałe) koszty

kolejnych przybliżeń i narażając lokalne społeczności na dodatkowe

koszty i utrudnienia (jak choćby objazdy).

Poniżej przedstawiono charakterystykę pozytywnie zwe-

ryfi kowanych narzędzi geotechnicznych wykorzystywanych

w zakresie stabilizacji osuwisk i zwalczania ich skutków wraz

ze wskazaniem ich przydatności do naprawy i rekonstrukcji

infrastruktury drogowej.

2. Przegląd konstrukcyjnych metod wzmocnienia podłoża

osuwiskowego

2.1. Gwoździowanie gruntu

Uniwersalność technologii gwoździowania gruntu, przejawia-

jąca się szerokim spektrum zastosowań i możliwościami adapta-

cyjnymi, w połączeniu z najwyższą efektywnością ekonomiczną

sprawiają, że konstrukcje gwoździowane stały się częstym elemen-

tem dużych projektów infrastrukturalnych. Dzięki tej technologii

możliwe stało się m.in. wzmacnianie istniejących nasypów dro-

gowych bez konieczności ich klasycznej przebudowy (co wiąże

się np. z możliwością utrzymania przejezdności w trakcie prac),

formowanie w pełni bezpiecznych skarp przekopów (o pochyleniu

nawet do 60–70o), jak i tworzenie efektownych, pionowych ścian

oporowych o znacznej wysokości (ponad 20 m).

Gwoździowanie to również jedna z najefektywniejszych metod

stabilizacji osuwisk związanych z obiektami komunikacyjnymi.

Godny uwagi jest również fakt, że według wyliczeń CALTRANS

(California Department of Transportation) konstrukcje gwoź-

dziowane są najtańszymi konstrukcjami oporowymi. Tech-

nologia do minimum ogranicza konieczność ingerencji w za-

bezpieczany obiekt, co nabiera szczególnej wagi w przypadku

działających ciągów komunikacyjnych (zarówno drogowych,

jak i kolejowych) oraz terenów osuwiskowych.

-20 -10 0 10 20 30 40 50

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

w w

ps = 39.06 ps = 39.06

c[°] [kN/m²] [kN/m³] Designation

15.00 17.00 20.70 IA16.00 19.00 19.50 II13.00 12.00 19.60 IB11.50 54.00 19.20 VB

Soil c[°] [kN/m²] [kN/m³] Designation

15.00 17.00 20.70 IA16.00 19.00 19.50 II13.00 12.00 19.60 IB11.50 54.00 19.20 VB

kS

kS

kSkS

kS

0.71

1.04

1.90

1.741.04

0.81

0.88

0.91

1.27

kS

kS

kS

kS

1.75

1.23

2.41

1.69

0.74

0.76

0.93

1.46

6.01

5.21

kS

1.15

2.96

1.68

0.79

0.73

0.69

0.74

c[°] [kN/m²] [kN/m³] Designation

15.00 17.00 20.70 IA16.00 19.00 19.50 II13.00 12.00 19.60 IB11.50 54.00 19.20 VB

Soil c[°] [kN/m²] [kN/m³] Designation

15.00 17.00 20.70 IA16.00 19.00 19.50 II13.00 12.00 19.60 IB11.50 54.00 19.20 VB

Obliczenia statecznosci skarpyObwodnica Przemysla, km 0+500

min = 0.69xm = 7.41 mym = 28.87 mR = 23.59 m

Ryc. 1. Obliczenia stateczności skarpy, Stan wyjściowy. Wskaźnik stateczności Fs = 0,69

Gwoździowanie jest metodą zbrojenia wgłębnego gruntu. Polega

na wytworzeniu w obrębie górotworu (skarpy wykopu, nasypie)

materiału (struktury, bryły) geokompozytowego o znacznie wyż-

szych parametrach wytrzymałościowych względem pierwotnych

parametrów gruntowych wzmacnianego ośrodka. Idea gwoździo-

wania gruntu jest znana od kilku dziesięcioleci, jednak dopiero

rozwój odpowiednich technologii pozwolił na pełne wykorzystanie

jej zalet i możliwości. Dla gwoździowania jako metody zbrojenia

gruntu najistotniejsza jest efektywność zespolenia gwoździ z grun-

tem – im jest ona wyższa, tym formowany wgłębnie geokompozyt

jest bardziej jednorodny („monolityczny”), a wzrost parametrów

wytrzymałościowych wyraźniejszy. Dlatego też zastosowanie

odpowiedniej technologii decyduje w znacznej mierze o efekcie

końcowym zabiegu. Natura w wielu przypadkach negatywnie

zweryfi kowała próby gwoździowania z wykorzystaniem prętów

żebrowanych osadzonych w otworach wypełnionych zaczynem

cementowym. Trudności z utrzymaniem statecznego, drożnego

otworu i ograniczony zasięg „iniekcji” sprawiają, że podstawowy

Likwidacja problemów osuwiskowych w drogownictwie

– skuteczność kompleksowych rozwiązań geotechnicznych, cz. 1 ❚ mgr inż. Jakub Sierant, TITAN POLSKA Sp. z o.o.

Zamierzeniem niniejszego artykułu jest próba polemiki ze spotykanym obecnie podejściem do rozwiązywania problemów osuwisk, zwłaszcza związanych z obiektami infrastrukturalnymi, oraz chęć przekonania, że pomimo wszelkich trudności dysponujemy zarówno wiedzą inżynier-ską, jak i skutecznymi narzędziami do racjonalnego stabilizowania osuwisk i zwalczania ich skutków. Służące do tego celu technologie omó-wiono w tej części artykułu, natomiast na łamach następnego numeru „Nowoczesnego Budownictwa Inżynieryjnego” zostanie przedstawiony sposób ich praktycznego wykorzystania na przykładzie stabilizacji osuwiska przy drodze wojewódzkiej nr 941 między Wisłą a Istebną.

Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne Listopad – Grudzień 2011

Kraj Geotechnika

21

dla gwoździowania gruntu warunek – zmonolityzowania ośrodka

gruntowego – nie występuje lub jest zbyt słaby dla poprawnego

funkcjonowania konstrukcji. W tym świetle najbardziej wydajne

zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym są

technologie tzw. gwoździ samowiercących (self-drilling soil nails

– wiercenie z jednoczesną iniekcją przy użyciu zestawu traconych

elementów przewodu wiertniczego, pełniących następnie funkcję

zbrojenia gwoździa; ryc. 1, 2).

-20 -10 0 10 20 30 40 50

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

w w

ps = 39.06 ps = 39.06

Soil nail 1/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 2/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 3/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 4/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 5/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 6/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 7/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 8/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 9/t1:30.6/t2:30.6

c[°] [kN/m²] [kN/m³]

15.00 17.00 20.7016.00 19.00 19.5013.00 12.00 19.6011.50 54.00 19.20

Soil c[°] [kN/m²] [kN/m³]

15.00 17.00 20.7016.00 19.00 19.5013.00 12.00 19.6011.50 54.00 19.20

Soil nail 1/t1:30.6/t2:30.6/406.6

Soil nail 2/t1:30.6/t2:30.6/361.7

Soil nail 3/t1:30.6/t2:30.6/328.4

Soil nail 4/t1:30.6/t2:30.6/303.9

Soil nail 5/t1:30.6/t2:30.6/286.8

Soil nail 6/t1:30.6/t2:30.6/276.0

Soil nail 7/t1:30.6/t2:30.6/179.0

Soil nail 8/t1:30.6/t2:30.6/178.9

Soil nail 9/t1:30.6/t2:30.6/183.8

kS

kS

kSkS

kS

1.60

kS

1.95

kS

kS

1.59

1.58

1.71

1.69

1.67

1.72

1.76

1.85

2.02

2.87

kS

1.96

2.32

3.54

nb

19999.00

nb

kS

1.61

c[°] [kN/m²] [kN/m³]

15.00 17.00 20.7016.00 19.00 19.5013.00 12.00 19.6011.50 54.00 19.20

Soil c[°] [kN/m²] [kN/m³]

15.00 17.00 20.7016.00 19.00 19.5013.00 12.00 19.6011.50 54.00 19.20

Obliczenia statecznosci skarpyObowdnica Przemysla, km 0+500

min = 1.58xm = 7.41 mym = 28.87 mR = 24.58 m

Legende WandDIMENSIONSBottom: x = 10.000 y = 5.000 mLength = 18.258 m Inclination = 45.40 °Concrete shell thickness = 0.250 mHorizontal nail spacing = 1.200 m

Soil nails

Nr. Depth L t1 t2[m] [m] [kN/m/m]

9 16.80 12.00 30.62 30.62

8 15.40 12.00 30.62 30.62

7 14.00 12.00 30.62 30.62

6 12.60 15.00 30.62 30.62

5 11.20 15.00 30.62 30.62

4 9.80 15.00 30.62 30.62

3 8.40 15.00 30.62 30.62

2 7.00 15.00 30.62 30.62

1 5.60 15.00 30.62 30.62

Horizontal nail spacing = 1.20 mStandard: DIN 4084 (old)

Ryc. 2. Obliczenia stateczności skarpy. Stan po zagwoździowaniu. Wskaźnik stateczności

Fs = 1,58

System TITAN – pierwsza zastosowana na świecie technologia

typu self-drilling – została opracowana prawie 30 lat temu przez

niemiecką fi rmę Ischebeck. Do wykonywania gwoździ wyko-

rzystywane są najczęściej żerdzie typu 30/11 i 40/16, wyjątkowo

również 52/26. Końcówka żerdzi wyposażona jest w traconą

koronkę wiertniczą, dobraną odpowiednio do rodzaju gruntu

(najczęściej stosowane są koronki o średnicach z przedziału

od 75 do 150 mm). Nośności projektowe gwoździ zawierają

się zazwyczaj w przedziale od 10 do blisko 500 kN! Wykorzy-

stując grunt in situ jako element konstrukcyjny uzyskuje się

bezpieczne, „eleganckie” inżyniersko konstrukcje, o dowolnej

praktycznie geometrii przy odpowiednim dopełnieniu gwoź-

dziowania systemem oblicowania elastycznego.

Technologiczne zalety gwoździ iniekcyjnych TITAN stają się

szczególnie widoczne w przypadku obiektów zlokalizowanych

w genetycznie słabym ośrodku gruntowym (typu np. drobnoryt-

micznego fl iszu karpackiego z zaangażowaną mikrotektoniką)

lub w ośrodkach osłabionych procesami geodynamicznymi.

Wyjątkowy sposób osadzania gwoździ (wiercenia z jednoczesną

iniekcją) pozwala nie tylko spiąć strefę aktywną i bierną form

osuwiskowych, ale również zapewnić wgłębne wzmocnienie

iniekcyjne samego ośrodka, zwłaszcza w strefi e poślizgu. Roz-

wiązanie to jest niezwykle skuteczne i ułatwia nadane zabez-

pieczeniom lekkiej formy, ograniczając tym samym znacząco

zakres prac ziemnych, np. wymiany gruntu czy rozbiórki i for-

mowania masywnych konstrukcji podpierających.

Możliwość sprawnego funkcjonowania gwoździ z elastycz-

nym systemem zabezpieczenia powierzchniowego pozwala

wtopić konstrukcję w otoczenie – uzyskać efekt „zielonego”

wykończenia, z pokrywą wegetacyjną, zaś konstrukcje oporowe

formowane w technologii ścian gwoździowanych, z uwagi na

odmienny charakter pracy, są znacznie bezpieczniejsze i ła-

twiejsze w użytkowaniu niż tradycyjne konstrukcje oporowe

z kotwami sprężanymi (bezproblemowa i bezobsługowa kil-

kudziesięcioletnia eksploatacja). Dodatkowo zaobserwowano,

że tego typu konstrukcje świetnie sprawdzają się na terenach

o aktywności sejsmicznej (a także m.in. tereny eksploatowane

górniczo) właśnie dzięki względnej podatności (ryc. 3, 4).

Ryc. 3. Widok zagwoździowanych skarp osuwiskowych z oblicowaniem elastycznym.

Szymbark

Ryc. 4. Widok skarpy gwoździowanej z oblicowaniem elastycznym po zazielenieniu.

Grodziec Śląski

Z uwagi na zestaw unikatowych zalet, opisana technika stała

się już jednym z podstawowych narzędzi przy rozwiązywaniu

zagadnień związanych ze stabilizacją osuwisk. Gwoździowanie

gruntu jest wydajne, oszczędne i skuteczne, a przy tym inżynier-

sko „eleganckie”, m.in. wskutek wykorzystania do współpracy

rodzimego gruntu. Jednak zastosowanie konstrukcji gwoździo-

wanych ma największy sens, gdy konfi guracja terenowa w rejonie

osuwiska zawiera – bądź pozwala wykształcić – powierzchnię,

w obrębie której rozmieszczony zostanie raster (układ) gwoździ

gruntowych. Idealne zatem, pod względem przydatności metody

i uzyskiwanych efektów, są wyraźnie wykształcone skarpy, urwiska,

skłony dające możliwość (przynajmniej częściowej) reprofi lacji oraz

nasypy i korpusy drogowe, zwłaszcza poprowadzone na zboczach.

Charakterystyka przypadków odpowiada więc warunkom lokali-

zacyjnym wielu dróg rejonu południowej Polski (ryc. 5).

Ryc. 5. Widok zabezpieczonych skarp i urwiska skalnego. Lubień

Wrzesień – Październik Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne

Geotechnika Kraj

22

Nieco inaczej należy podchodzić do problemów osuwisko-

wych na terenach, które pozornie nie są predestynowane do

rozwoju zjawisk geodynamicznych.

2.2. Bariery mikropalowe

Według dostępnych statystyk, pokaźna liczba form osuwi-

skowych rozwija się na stokach o nachyleniu 12–18o. Pomimo

względnie łagodnego nachylenia osuwiska, które rozwijają się

na tych terenach, mają zazwyczaj duży zasięg. W odniesieniu

do obiektów infrastrukturalnych oznacza to, iż konstrukcje są

zagrożone już nie tylko koluwiami osuwiska, lecz mogą znaleźć

się w całości w jego obrębie. Rozległość form obejmujących

nierzadko tereny użytkowane rolniczo stanowi w kwestii sta-

bilizacji nie lada wyzwanie. Z jednej strony zabiegi stabilizujące

wymagają zastosowania konstrukcji geotechnicznych charak-

teryzujących się dużą wytrzymałością i nośnością, z drugiej

jednak istnieją poważne ograniczenia techniczne i terenowe,

uniemożliwiające wprowadzenie na obszar osuwiska ciężkiego

sprzętu. W sytuacji takiej idealnym rozwiązaniem są bariery

mikropalowe (ryc. 6).

Ryc. 6. Schemat bariery mikropalowej

Z uwagi na możliwości i rozmiary sprzętu do wykonywania

mikropali, bariery łączą potencjał konstrukcji o dużej wytrzy-

małości z zachowaniem pełnej możliwości operowania na tere-

nie osuwiska. Zasadniczo, idea bariery polega na zdyblowaniu,

zszyciu aktywnej i biernej strefy osuwiska, uniemożliwiając

przemieszczenia mas koluwialnych. Elementem konstrukcyj-

nym są odpowiedniej długości mikropale, utwierdzone w stabil-

nym podłożu. Wytrzymałość bariery dobiera się stosownie do

działających sił i określa się ją zazwyczaj w drodze modelowania

numerycznego (ryc. 7, 8).

-5.0

0

5.00

15.0

0

25.0

0

35.0

0

45.0

0

55.0

0

65.0

0

75.0

0

85.0

0

95.0

0

105.

00

115.

00

125.

00

135.

00

145.

00

155.

00

165.

00

175.

00

185.

00

195.

00

202

00

0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.04

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.07

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.11

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.14

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.18

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.21

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.25

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.28

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.32

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.35

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0.39

0.00

0.39

Ryc. 7. Wynik modelowania numerycznego MES dla zbocza osuwiskowego. Widok stref

uplastycznienia

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

200

220

240

260

280

300

320

340

w ww

ww

w

w

w

pv = 25.00 pv = 25.00

Soil dowels 1/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 2/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 3/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 4/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 5/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 6/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

c pw[°] [kN/m²] [kN/m³] [-] Designation

6.50 15.00 18.50 0.00 Nn9.50 30.00 20.20 0.00 Ib1.50 12.00 18.70 0.00 Ia

30.00 5.00 19.80 0.00 IIc8.00 60.00 19.70 0.00 III

30.00 60.00 21.00 0.00 Podloze fliszowe

Soil c pw[°] [kN/m²] [kN/m³] [-] Designation

6.50 15.00 18.50 0.00 Nn9.50 30.00 20.20 0.00 Ib1.50 12.00 18.70 0.00 Ia

30.00 5.00 19.80 0.00 IIc8.00 60.00 19.70 0.00 III

30.00 60.00 21.00 0.00 Podloze fliszowe

Soil dowels 1/e1:0.0/e2:88.0/228.7Soil dowels 2/e1:0.0/e2:88.0/231.4

Soil dowels 3/e1:0.0/e2:88.0/198.0Soil dowels 4/e1:0.0/e2:88.0/208.9

5.78

5.63

5.34

5.20

4.85

4.19

3.66

3.23

5.43

4.73

4.23

4.35

4.48

4.81

5.58

8.74

4.41

4.73

4.99

4.04

3.64

3.94

4.35

5.39

2.47

2.21

2.30

2.40

2.65

3.24

3.53

2.65

2.80

2.94

c pw[°] [kN/m²] [kN/m³] [-] Designation

6.50 15.00 18.50 0.00 Nn9.50 30.00 20.20 0.00 Ib1.50 12.00 18.70 0.00 Ia

30.00 5.00 19.80 0.00 IIc8.00 60.00 19.70 0.00 III

30.00 60.00 21.00 0.00 Podloze fliszowe

Soil c pw[°] [kN/m²] [kN/m³] [-] Designation

6.50 15.00 18.50 0.00 Nn9.50 30.00 20.20 0.00 Ib1.50 12.00 18.70 0.00 Ia

30.00 5.00 19.80 0.00 IIc8.00 60.00 19.70 0.00 III

30.00 60.00 21.00 0.00 Podloze fliszowe

Analiza statecznosci zbocza, osuwisko Gromnik 2Przekroj B-B, parametry zredukowane, zabezpieczenie

min = 2.21xm = 43.77 mym = 292.44 mR = 59.65 m

Mikropale TITAN 40/16, dl.9m, rozstaw 1m x 0,5m

Ryc. 8. Obliczenia stateczności osuwiska z zastosowaniem barier mikropalowych

Bariery mikropalowe są elastycznie konfi gurowalne. W za-

leżności od potrzeb, składają się z jednego, dwóch lub trzech

(rzadko więcej) rzędów mikropali, zwieńczonych żelbetowym

oczepem. Dużą wytrzymałość na siły poprzeczne (ścinające)

uzyskuje się przez odpowiednią konfi gurację przestrzenną

mikropali, np. rozchylenie poszczególnych rzędów w układ

kozłowy. W przypadku osuwisk szczególnie głębokich bariery

uzupełnia się elementem zakotwienia, np. rzędem mikropali

kotwiących o nachyleniu ok. 40–45o, zamocowanych w poziomie

oczepu, co pozwala na dodatkowe zwiększenie wytrzymałości

poprzecznej i ograniczenie przemieszczeń w strefi e przypo-

wierzchniowej. Wyjątkową cechą barier jest ich niezwykle ko-

rzystny stosunek wartości dodatkowej siły utrzymującej wpro-

wadzanej w masyw do gabarytów samej konstrukcji – zajętość

w planie rzędu 1,0–1,5 m. Dodatkowo w większości przypadków

oczepy zwieńczające można umiejscowić na pewnej głębokości

(ok. 1,0 m p.p.t.), co umożliwia zrekultywowanie powierzchni

i przywrócenie pierwotnych funkcji terenu po wykonaniu prac

stabilizujących. W zależności od warunków stateczności i kon-

fi guracji terenowej, na osuwisku wykonuje się jedną lub więcej

barier. Układy wielobarierowe charakteryzują się większym za-

pasem bezpieczeństwa z powodu mniejszego wytężenia poszcze-

gólnych elementów. Pozwalają ponadto stabilizować rozległe

formy z zachowaniem racjonalności ekonomicznej (ryc. 9–11).

Ryc. 9. Wykonywanie bariery mikropalowej

Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne Listopad – Grudzień 2011

Kraj Geotechnika

Ryc. 10. Mikropale tworzące barierę

Ryc. 11. Bariera mikropalowa z częściowo wykonanym oczepem

2.3. Konstrukcje tesyńskie

Ściany tesyńskie (tessyńskie) to lekkie, żelbetowe konstrukcje

oporowe, których fundament stanowią mikropale, a statyka

zapewniona jest przez układ zakotwień. Nazwa pochodzi od

kantonu Ticino w Szwajcarii, gdzie po raz pierwszy zastosowano

tę konstrukcję do poszerzania górskich odcinków dróg, z zacho-

waniem przejezdności w trakcie robót. Technologia mikropali

i mikropali CFG przyczyniła się do spopularyzowania tego

typu obiektów z powodu łatwości i krótkiego czasu realizacji.

Idea konstrukcji powstała z potrzeby poszerzenia odcinka drogi

przez dobudowanie korpusu pod dodatkowy pas ruchu do już

istniejącego obiektu ziemnego (ryc. 12).

Ryc. 12. Schemat konstrukcji tesyńskiej

Proces odbył się zatem nie poprzez wcięcie w istniejące zbocze,

lecz odsunięcie się w dół stoku. Możliwość dobudowywania kon-

strukcji drogowych w części odstokowej bardzo szybko została

doceniona przy rekonstrukcji odcinków dróg uszkodzonych

w wyniku osuwisk. Zazwyczaj naprawy tego typu stanowią duży

problem techniczny (brak dojazdu i możliwości wprowadzenia

sprzętu do prac ziemnych) i logistyczny (konieczność całkowi-

tego wyłączenia ruchu i tyczenie, nierzadko długich, objazdów),

gdyż wymagają szeroko zakrojonych robót ziemnych, rozbiórki

korpusu i uformowania go na nowo. Zastosowanie konstrukcji

tesyńskiej likwiduje większość problemów i minimalizuje czas

naprawy, która może odbywać się z zachowaniem ciągłości ru-

chu. Proces tworzenia konstrukcji przebiega w kilku etapach.

W pierwszej kolejności wykonuje się rząd mikropali stanowiący

fundament przyszłej ściany oporowej. Mikropale wykonywane

są z poziomu uszkodzonej drogi przy użyciu oprzyrządowania

wiertniczego zamocowanego do ramienia koparki, wysięgnika

itp. W kolejnym etapie formuje się żelbetową konstrukcję ściany

z pozostawieniem otworów technologicznych dla zakotwień.

Grubość ścianki wynosi zazwyczaj ok. 0,4–0,5m. W dalszych

etapach wykonuje się zasypkę konstrukcyjną, wypełniając prze-

strzeń pomiędzy ścianą a uszkodzonym korpusem drogowym.

Wykonanie zakotwień odbywa się podobnie jak w przypadku

mikropali, z wysięgiem „pod siebie”, i przebiega w sposób sko-

ordynowany z kolejnymi poziomami formowania zasypki.

W ten sposób odtwarza się pierwotny przebieg drogi lub w ra-

zie potrzeby zyskuje się dodatkowe miejsce na pobocze, zatokę

mijankową itp. (ryc. 13, 14)

Zmienna : Przem Z Przem Z: min: -40.0[mm]; max: 0.1[mm]

0.00

10.0

0

20.0

0

30.0

0

37.7

0

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-36.8

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-33.3

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-29.8

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-26.3

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-22.8

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-19.3

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-15.8

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-12.3

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-8.8

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-5.3

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

-1.8

-40.0-40.0-40.0-40.0-40.0

0.1

Analiza statecznoci zbocza osuw

iskowego w

miejscow

oci Brzyna

Przekrój II-II

Strefy przem

ieszczen pionowych

Ryc. 13. Wyniki modelowania MES stateczności korpusu drogowego. Widoczne prze-

mieszczenia sięgające pod drogę.

Zmienna : Przem Z Przem Z: min: -38.2[mm]; max: 1.5[mm]

0.00

10.0

0

20.0

0

30.0

0

37.7

0

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-34.7

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-31.2

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-27.7

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-24.2

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-20.7

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-17.2

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-13.7

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-10.2

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-6.7

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

-3.2

-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2-38.2

0.4

-38.2-38.2-38.2

1.5

Analiza statecznoci zbocza osuw

iskowego w

miejscow

oci Brzyna

Przekrój II-II w

raz zabezpieczeniem

Strefy przemieszcze

pionowych

TITAN PO

LSKA Sp. z o.o.

Ryc. 14. Wyniki modelowania MES zabezpieczeń dla korpusu drogowego. Widoczne

wygaszenie przemieszczeń.

Geotechnika Kraj

Listopad – Grudzień 2011 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 23

Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne Listopad – Grudzień 201124

Konstrukcje tesyńskie wykorzystywane w rekonstrukcjach

osuwiskowych mogą być obiektami samodzielnymi, tzn. poza

funkcją obiektu służącego rekonstrukcji mogą równocześnie

pełnić funkcje konstrukcji stabilizującej całą formę osuwiskową.

W razie potrzeby, w przypadku bardziej złożonych warunków,

mogą być również uzupełniane o dodatkowe elementy i kombi-

nowane z gwoździowaniem lub barierami (ryc. 15).

Ryc. 15. Formowanie ściany tesyńskiej.

Najważniejsze zalety to możliwość odtworzenia infrastruk-

tury do stanu sprzed osuwiska w najkrótszym możliwym czasie

w wyniku wyeliminowania konieczności rozbiórki korpusu

i zminimalizowania zakresu zbędnych robót ziemnych oraz

utrzymania przejezdności na naprawianym odcinku dzięki tech-

nologicznym możliwościom pracy na ograniczonej przestrzeni.

Rozwiązanie jest niezwykle ekonomiczne w sposób całościowy,

tj. w zakresie bezpośrednich kosztów technicznych, jak i mi-

nimalizowania kosztów społecznych, niezwykle istotnych dla

lokalnych wspólnot w rejonie dotkniętym awarią.

2.4. Odwodnienie wgłębne – gwoździe drenujące

Odwodnienie i regulacja stosunków wodnych w obrębie ma-

sywu osuwiskowego należą do podstawowych czynności, tj.

koniecznych do wykonania w pierwszej kolejności w ramach

zwalczania zjawisk geodynamicznych – stabilizowania osuwisk

i napraw zniszczonych w ich wyniku konstrukcji. Właściwe

wykonanie tego elementu pozwala wyeliminować lub wyraź-

nie zredukować wpływ jednego z najistotniejszych czynników

inicjalnych, czyli wpływ wody na podatny ośrodek gruntowy.

W praktyce inżynierskiej stosuje się różnorodne systemy

odwodnienia. Można je zasadniczo podzielić na dwie grupy:

systemy odwodnienia powierzchniowego i przypowierzch-

niowego oraz odwodnienie wgłębne. Wśród rozwiązań grupy

pierwszej najczęściej spotyka się sączki, przypory drenażowe,

dreny francuskie połączone w system z użyciem studni i ścieków.

Generalnie urządzenia te wykonuje się do maksymalnej głębo-

kości ok. 2,0–2,5m p.p.t. W zakresie odwodnienia wgłębnego

stosowane są dreny wiercone. O ile rolą systemów odwodnienia

powierzchniowego jest przechwycenie i szybkie odprowadzenie

wód opadowych poza zagrożony teren, tak aby nie dopuścić do

ich infi ltracji w podłoże, o tyle zadaniem drenażu wgłębnego jest

odprowadzenie wód gruntowych niewychwyconych przez sys-

tem powierzchniowy lub zasilających teren wgłębnie (np. przez

fi ltrację poziomą z górnych partii zbocza lub terenów leżących

powyżej osuwiska). Z uwagi na uwarunkowania technologiczne

w wykonywaniu drenów wierconych (wiercenie dwuprzewo-

dowe z pełnym rurowaniem), czasochłonność i koszty, drenaż

taki stosowany jest rzadko bądź w formie znacznie okrojonej

w stosunku do potrzeb technicznych – dreny są zbyt krótkie,

rozmieszczone zbyt rzadko lub zlokalizowane jedynie w miej-

scach, gdzie możliwy jest dostęp i dojazd dla wiertnicy. Po-

woduje to znaczne problemy z poprawnym funkcjonowaniem

tego elementu i obniża wyraźnie skuteczność funkcjonowania

całego rozwiązania technicznego, którego celem jest stabiliza-

cja osuwiska. Efekt ten jest jeszcze wyraźniejszy w przypadku

osuwisk zlokalizowanych w masywach fl iszu karpackiego (rejon

południowej Polski). W masywach fl iszowych woda gruntowa

ma zazwyczaj charakter szczelinowy, nie tworzy wyraźnego

horyzontu (zwierciadła), lecz fi ltracja i infi ltracja odbywa się

przez systemy spękań i szczelin. Powoduje to, że wypływy

i sączenia mają charakter często zupełnie nieprzewidywalny

z oznakami okresowości, co oznacza, że w zależności od pory

roku woda może pojawiać się w różnych miejscach i z roz-

maitym natężeniem, bez wyraźnej prawidłowości. Sprawne

uchwycenie takich wód przy pomocy drenów wierconych,

rozmieszczonych w rozstawie rzędu 5–10 m, w jednym pozio-

mie (taki układ obserwowany jest najczęściej), jest w zasadzie

niemożliwe. Pozostawienie tej kwestii w stanie obecnym nie

wydaje się dobrym rozwiązaniem. Doświadczenia wskazują, że

brak sprawnego i efektywnego systemu odwodnienia wgłębnego

skutkuje postępującą degradacją parametrów wytrzymałościo-

wych ośrodka gruntowego, rozwojem ciśnień spływowych, co

prowadzi w efekcie do ponownego uruchomienia osuwiska,

i to pomimo wykonanego odwodnienia powierzchniowego. Na

rycinie 16 widoczne są zerwane przypory drenażowe, zniszczone

w wyniku odnowienia się osuwiska.

Ryc. 16. Widok zerwanego drenażu

Właściwe rozwiązanie kwestii odwodnienia wgłębnego wy-

magałoby zatem elementów odwadniających, które mogą być

wykonywane szybko i sprawnie (a zatem względnie niskokosz-

towo), które wolne są od ograniczeń sprzętowych i terenowych

(mogą być wykonane bez ograniczeń wysokościowych, na skar-

pie lub zboczu bez bezpośredniego dojazdu) oraz które dzięki

niskim nakładom pracy i swobodzie instalacji zapewnią odpo-

wiednią gęstość pokrycia odwadnianego masywu. Po blisko 10

latach prac badawczo-rozwojowych udało się taką technologię

opracować. Nosi ona nazwę gwoździ drenujących i została opra-

cowana według założeń opisanych powyżej, co stworzyło nowe

możliwości przy projektowaniu kompleksowych rozwiązań dla

stabilizacji terenów osuwiskowych (ryc. 17).

Kraj Geotechnika

wat

er o

utle

t

DRILL DRAIN® drilled upwards up to 1 m into water-bearing strata

slope stabilisation with shotcrete and TITAN soil nail

slope dewatering with DRILL DRAIN® and TITAN 40/27

water-bearing strata

seep

age

line

> 10°

Ryc. 17. Schemat gwoździa drenującego

Ryc. 18. Widok trzonu fi ltracyjnego

Gwoździe drenujące to odmiana konstrukcyjnych, samowier-

cących gwoździ iniekcyjnych CFG Ich zadaniem jest poprawa

stosunków wodnych i redukcja ciśnienia porowego w obrębie

wzmacnianego ośrodka gruntowego w celu kompleksowej po-

prawy warunków stateczności. Gwoździe drenujące redukują

ciśnienia porowe i odprowadzają wodę przez fi ltracyjny (silnie

porowaty) trzon iniekcyjny, wytworzony wzdłuż całej długości

elementu. Łącząc w sobie swobodę, łatwość i wysoką wydajność

instalacji pozwalają na stworzenie systemu odwodnienia wgłęb-

nego o dużej gęstości, a więc nieporównanie skuteczniejszego

w wychwytywaniu wód od tradycyjnych drenów wierconych.

Gwoździe drenujące składają się z dwóch zasadniczych kompo-

nentów – stalowego elementu zbrojącego w postaci gwintowanej

żerdzi oraz fi ltracyjnego trzonu iniekcyjnego, wypełniającego

otwór na całej długości. Jako stalowy element zbrojący stosuje się

elementy systemu gwoździowania CFG w odmianie 40/27 (śred-

nica zewnętrzna / wewnętrzna żerdzi). Element podstawowy to

fi ltracyjny trzon iniekcyjny to porowata buława iniekcyjna (silnie

porowaty kamień cementowy) o współczynniku fi ltracji rzędu k =

10-4 – 10-3 m/s. Filtracyjny trzon iniekcyjny tworzony jest z miesza-

niny wody, powietrza oraz specjalnej, systemowej, konfekcjonowa-

nej mieszanki mikrocementu, mikrosfer i czynnika spieniającego.

Urządzenia te wykonywane są z użyciem sprzętu i elementów

stosowanych w systemie gwoździowania CFG, zazwyczaj łącznie

z gwoździami konstrukcyjnymi (jednocześnie z prowadzonymi

robotami wzmacniającymi), wplecione w ich raster (ryc. 18).

Podobnie jak w przypadku konstrukcyjnych gwoździ CFG, żer-

dzie wraz z łącznikami, elementami dystansowymi i jednorazową

końcówką wiertniczą tworzą kompletny zestaw będący konstrukcją

gwoździa drenującego, jednocześnie wykorzystywany do wierce-

nia otworu (przewód wiertniczy) i iniekcji (przewód iniekcyjny).

Podczas wykonywania gwoździ stosuje się płuczkę powietrzną

lub specjalną, stworzoną na bazie wody z dodatkiem systemowej,

mieszanki suchej do płuczki. Tak przygotowana płuczka umoż-

liwia utrzymanie stateczności otworu bez ograniczania później-

szych zdolności fi ltracji (migracji) wody do zasadniczego trzonu

fi ltracyjnego. Płuczkę przygotowuje się w proporcjach Ms/w 1:50

(mieszanka sucha / woda). Medium jest wytłaczane do otworu

wiertniczego przez dysze w końcówce wiertniczej. Wiercenie od-

bywa się bez rur osłonowych. Nie dopuszcza się stosowania czystej

płuczki wodnej. Iniekt, z którego tworzony jest trzon fi ltracyjny,

jest podawany po zakończeniu wiercenia przez otwór centralny

żerdzi i dysze w końcówce wiertniczej. Iniekcja zasadnicza (po

pogrążeniu całej długości gwoździa) jest prowadzona zaczynem

o wskaźniku w/c = 0,5. Iniekt fi ltracyjny należy przygotowywać

bezpośrednio przed iniekcją, czas mieszania wynosi minimum 2

minuty. Przygotowanie polega na wymieszaniu wody z systemową,

konfekcjonowaną suchą mieszanką. Iniekcję prowadzi się z uży-

ciem systemowego napowietrzacza, łączącego zaczyn ze sprężonym

powietrzem w celu odpowiedniego napowietrzenia. W trakcie

iniekcji zasadniczej żerdź powinna się obracać. Iniekcję prowadzi

się od dna otworu do wierzchu, do momentu gdy z otworu zacznie

wypływać czysty, gęsty iniekt końcowy. Iniektuje się całą długość

gwoździa. Uzyskuje się w ten sposób element o dowolnej praktycz-

nie długości (instalacja gwoździ drenujących o długości 18–21m nie

nastręcza żadnych problemów) i efektywnej powierzchni roboczej

odbierającej wodę na poziomie 0,4–0,6m2 na każdy 1 m.b. długości.

Łącząc to z wysokim współczynnikiem fi ltracji, charakterystycz-

nym dla np. pospółek, oraz gęstością – przy typowym rastrze

gwoździowania rozstaw poziomy wynosi 1,5–2,5m – otrzymuje

się przestrzenny (wielopoziomowy) system odwodnienia wgłęb-

nego o niedostępnej dotychczas skuteczności. Z uwagi na walory

techniczne i efektywność ekonomiczną gwoździe drenujące to

nowe, niezwykle skuteczne narzędzie uzupełniające lukę w arsenale

środków technicznych wykorzystywanych do stabilizacji terenów

osuwiskowych (ryc. 19).

Ryc. 19. Schemat i wykres obrazujący skuteczność pracy gwoździ drenujących w stabilizacji

osuwisk poprzez redukcję ciśnień porowych

Listopad – Grudzień 2011 Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne 25

Geotechnika Kraj