ROZWÓJ METOD WZMACNIANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO

Transkrypt

1 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 13 Mgr inż. Beata Gajewska Dr inż. Bolesław Kłosiński Instytut Badawczy Dróg i Mostów ROZWÓJ METOD WZMACNIANIA PODŁOŻA GRUNTOWEGO 1. Wprowadzenie Techniki wzmacniania podłoża gruntowego mają perspektywy rozwoju i rozpowszechnienia. Obecnie obiekty budowane są coraz częściej na terenach, które do niedawna uznawano za nieprzydatne do zabudowy. Względy ekonomiczne i środowiskowe narzucają wykorzystywanie w budowlach ziemnych niemal wszystkich miejscowych gruntów, a także materiałów odpadowych. Nowe technologie stwarzają bogate możliwości wzmacniania i ulepszania słabych podłoży. Istnieje duża liczba metod, specjalistycznych zabiegów i wyrobów, o szerokim lub też o bardzo ograniczonym, specjalnym przeznaczeniu. Wybór metody budowy zależy nie tylko od przewidywanych kosztów. Coraz ważniejsza jest rola ochrony środowiska i zasobów naturalnych. W znowelizowanej w 2006 r. dyrektywie UE strategii zrównoważonego rozwoju wskazano cele do osiągnięcia do 2020 r.: redukcję o 20% emisji gazów cieplarnianych, redukcję o 20% zużycia nieodtwarzalnych źródeł energii, wzrost o 20% wykorzystania odtwarzalnych form energii. Ocenia się, że około 25% światowej emisji CO 2 wiąże się z różnymi formami budownictwa. Aby zapewnić zrównoważony rozwój ekonomiczny, istotne jest zmniejszenie emisji CO 2 w procesach budowlanych. Dlatego przy porównywaniu różnych metod wykonania robót, obok kryterium kosztu wprowadza się dodatkowe kryterium wielkości emisji gazów. W Anglii Agencja Ochrony Środowiska [EA 2007] opracowała specjalne przeliczniki węglowe (ang. carbon calculators) umożliwiające ocenę emisji w różnych robotach, m.in. geotechnicznych [O Riordan i inni 2011]. Są one stosowane przez Agencję Drogową [HA 2008] m.in. do ocen i porównania różnych metod robót ziemnych, umocnień skarp i wzmacniania podłoża. Takie kryteria wprowadzają kraje UE dla robót publicznych. Prowadzone studia i pomiary wykazują, że wykorzystanie technik wzmacniania podłoża znacznie mniej obciąża środowisko niż klasyczne rodzaje konstrukcji, zwłaszcza w przypadku wykorzystania miejscowego gruntu oraz materiałów odpadowych np. popiołów lotnych, żużli, odpadów kopalnianych i hutniczych itp. Posadowienie na wzmocnionym podłożu jest często konkurencyjne kosztowo wobec klasycznych fundamentów głębokich. Zagadnienia te nie są dostatecznie spopularyzowane, niemal zupełnie brak jest szczegółowych przepisów krajowych. Wzmacnianie i ulepszanie właściwości podłoża obejmuje grupę różnorodnych zagadnień, przedstawionych m.in. w Wytycznych wzmacniania podłoża (2002) oraz w wielu monografiach [np. Grundbau-Taschenbuch , Gryczmański i Sękowski 2000, Pisarczyk 2005, Sekowski 2006, Wiłun 2000]. Z racji ograniczonej objętości w referacie dokonano ogólnego przeglądu metod, a bardziej szczegółowo omówiono wybrane przykłady mniej znanych i mających perspektywy rozwoju: konsolidacja próżniowa metodą MENARD-a, szybkie ubijanie impulsowe (RIC), lekkie wypełnienia w nasypach kolumny przemieszczeniowe. W pracy pominięto zagadnienie wzmacniania fundamentów, gdyż było ono omawiane na poprzednich Seminariach i kursach (2004, 2006, 2007), opisano je także np. w materiałach XVI i XX Konferencji PZITB Warsztat pracy projektanta konstrukcji (Ustroń 2001) i (Wisła 2005) oraz w wielu publikacjach np. [Grundbau- Taschenbuch , Jarominiak 1999, Kłosiński 2004, WPiF 2006]. Zainteresowani znajdą więcej informacji w podanym piśmiennictwie. 2. Zakres i cele wzmacniania podłoża Zabiegi wzmacniające podłoże można podzielić na cztery grupy: wzmacnianie wgłębne słabego podłoża (głównie budowli ziemnych, rzadziej fundamentów), wzmacnianie powierzchniowe, typowe np. dla podłoża nawierzchni drogowych: zagęszczanie, ulepszanie uziarnienia, stabilizacja mechaniczna, ulepszanie i stabilizacja spoiwami (cementem, wapnem, aktywnymi popiołami), odwodnienie itp., wykonywanie barier w podłożu np. przegród przeciwfiltracyjnych (ze ścian szczelinowych, zawiesiny twardniejącej, iniekcyjnych), wzmacnianie istniejących fundamentów. Przedmiot referatu ograniczono do pierwszej z wymienionych grup zabiegów.

2 14 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Specjalnym sposobem poprawy właściwości podłoża, nie omawianym szerzej w referacie, jest zastosowanie geosyntetyków: do separacji, filtrowania, wzmocnienia lub zbrojenia, ochrony, opakowania. Podstawowe informacje i bogate piśmiennictwo zawierają Wytyczne wzmacniania podłoża (2002). Wzmacnianie fundamentów wyczerpująco przedstawiano m.in. na wcześniejszych Seminariach PZWFS w latach 2004, 2006, Innym specjalnym zagadnieniem, również tu pominiętym, jest ocena właściwości, zabudowa i ulepszanie (mechaniczne, chemiczne) wysypisk i składowisk. Informacje na ten temat można znaleźć np. w pracy Zadrogi (2003). Wiążą się z nim również zagadnienia ochrony podłoża i środowiska. Cele wzmacniania podłoża zależą od rodzaju zadania budowlanego i występujących warunków gruntowych. Mogą one być następujące: zwiększenie nośności, zmniejszanie osiadań budowli, zapobieganie utracie stateczności (poślizgom lub osuwiskom), zabezpieczenie skarp wykopów i ochrona pobliskich konstrukcji, zapobieganie upłynnianiu podłoża, stabilizacja struktury podłoża. 3. Charakterystyka słabych podłoży Słaby grunt lub podłoże jest pojęciem względnym: w Wytycznych wzmacniania podłoża (2002) zdefiniowano je jako warstwy gruntu nie spełniające wymagań, wynikających z warunków nośności lub stateczności albo warunków przydatności do użytkowania, w odniesieniu do konkretnego obiektu lub elementu konstrukcji. A zatem nie ma jednego kryterium określającego podłoże jako wymagające wzmocnienia, lecz zależy to od cech podłoża oraz rodzaju budowli i stawianych jej wymagań. Do słabych gruntów należą: w podłożu nawierzchni drogowych - grunty nie spełniające kryteriów określonych w Rozporządzeniu... MTiGM (Dz. U. nr 43, poz. 430, 1999): rodzaju i uziarnienia gruntu, wskaźnika zagęszczenia I S, modułu odkształcenia E 2 oraz stosunku modułów E 2 /E 1 wymaganych w normie PN-S-02205:1998, jak również wymagań dla grupy nośności G1 - wysadzinowości i wskaźnika nośności CBR. w podłożu budowli ziemnych - grunty bardzo ściśliwe, o małej lub nietrwałej wytrzymałości oraz o niestabilnej strukturze: grunty o małej wytrzymałości (c u do 50 kpa) i bardzo ściśliwe (moduł do 5 MPa), przede wszystkim grunty organiczne i nasypowe (antropogeniczne); grunty o niestabilnej strukturze (pęczniejące, zapadowe - lessowe i ulegające deformacjom filtracyjnym - sufozji, podatne na upłynnienie itp.), tereny osuwiskowe, krasowe i zagrożone deformacjami górniczymi. w podłożu fundamentów budowli - grunty o wytrzymałości i ściśliwości nie zapewniających spełnienia wymagań dotyczących stanów granicznych nośności i użytkowalności konstrukcji np. według norm PN-EN , PN-B-03020:1981 lub PN-B-03010: Specyfika badań słabych podłoży Badania podłoża mają kluczowe znaczenie: wyniki ich decydują o tym, czy możliwe jest bezpieczne posadowienie obiektu oraz czy wzmacnianie podłoża jest w ogóle potrzebne (a często wzmacnia się je, choć nie ma takiej potrzeby!), a także pozwalają ustalić niezbędny jego zakres i ocenić przydatność różnych metod Badania podłoża powinny być wyczerpujące, a poniesione na nie nakłady prawie na pewno się zwrócą. Nie warto oszczędzać na badaniach podłoża - za niewykonane badania podłoża też trzeba potem zapłacić! Zbadanie warunków gruntowych powinien zapewnić inwestor. Wyniki badań powinny być dostępne dla projektanta i wykonawcy przed sfinalizowaniem warunków kontraktu. Jednak regułą jest, że dane te są dalece niewystarczające tak do projektu, jak i do przygotowania oferty oraz wyceny robót. Tym sposobem inwestorzy przerzucają ryzyko niespodzianek na wykonawcę, a zwłaszcza na podwykonawcę robót geotechnicznych. A z takimi niespodziankami zawsze należy się liczyć! Warto pamiętać, że za kompletność badań podłoża odpowiada projektant konstrukcji, a nie geolog-dokumentator. Badania podłoża powinny być wykonane 2-3 etapowo: 1. etap 0 - wstępne w fazie studiów do wyboru lokalizacji trasy lub budowli i oceny wykonalności (w tej fazie często można uniknąć sytuowania obiektów na słabych gruntach lub ograniczyć ich wpływ), 2. etap I - podstawowe do uzyskania decyzji lokalizacyjnej albo do projektu budowlanego służą one do zaprojektowania konstrukcji oraz do wstępnego wyboru metod budowy, 3. etap II - uzupełniające lub kontrolne w fazie projektowania lub budowy obiektu, uściślające zakres terenowy lub przedmiotowy badań, m.in. właściwości słabych warstw pod kątem ich wzmocnienia oraz gruntów przydatnych do użycia jako materiału do robót ziemnych. Ogólnie zakres badań powinien umożliwiać określenie na ich podstawie warstw geotechnicznych z dokładnością odpowiadającą wymaganiom obliczeń nośności i stateczności budowli. Podłoże powinno być rozpoznane do głębokości strefy aktywnej oddziaływania budowli. Budowę i parametry podłoża należy ustalać na

3 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 15 podstawie wierceń lub wykopów badawczych, sondowań i innych badań polowych, badań makroskopowych oraz badań laboratoryjnych. Badania powinny wyjaśnić, czy wzmocnienie rzeczywiście jest potrzebne? Jeśli tak, to należy możliwie dokładnie ustalić zakres występowania słabych gruntów, by uniknąć zbędnych robót wzmacniających. Wiercenia czy sondowania są zawsze tańsze od samego wzmacniania. Tablica 1. Zalecane metody badań gruntu do wzmacniania podłoża Metoda wzmocnienia Główny cel badań Zalecane rodzaje badań Wymiana gruntu Stabilizacja spoiwami Lekkie wypełnienia Konsolidacja statyczna, przeciążenie Wibroflotacja gruntów niespoistych Wibrowymiana (kolumny żwirowe), kolumny wibrobetonowe Mieszanie wgłębne: na sucho, na mokro (kolumny DSM,) Konsolidacja dynamiczna, wymiana dynamiczna (kolumny wybijane) Iniekcja wzmacniające, wypełniające Iniekcja strumieniowa Pale, mikropale, kotwy, gwoździowanie układ słabych warstw warunki wodne rodzaj gruntu, uziarnienie układ słabych warstw ściśliwość słabego podłoża układ słabych warstw ściśliwość słabego podłoża wytrzymałość na ścinanie czas konsolidacji uziarnienie, stan zagęszczenia układ i rodzaj słabych warstw wytrzymałość na ścinanie układ i rodzaj słabych warstw wytrzymałość na ścinanie wytrzymałość i trwałość mieszanek ściśliwość słabego podłoża układ i rodzaj słabych warstw wytrzymałość na ścinanie układ warstw podłoża, uziarnienie, przepuszczalność układ warstw podłoża, uziarnienie, wytrzymałość układ słabych warstw wytrzymałość gruntu nośnego nośność elementów konstrukcji wiercenia, sondowania próbki gruntu, wytrzymałość mieszanek, obciąż. płytą PLT wiercenia, sondy CPT, SD presjometr, próbne obciążenie wiercenia, sondowania presjometr, próbne obciążenie ścinanie VT, sonda CPT, presj. współcz. filtracji k 10, współcz. konsolidacji, próbne obciążenie uziarnienie, sondy CPT, SD wiercenia, sondowania ścinanie VT, sonda CPT, presjometr wiercenia, sondowania ścinanie VT, sonda CPT, presj. próbne mieszania (laborator., terenowe), sondowania kolumn presjometr, próbne obciążenie wiercenia, sondowania ścinanie VT, sonda CPT, presjometr wiercenia, próbki gruntu, współczynnik filtracji k 10 wiercenia, próbki gruntu, sondy CPT, SD, presjometr wiercenia, sondowania sondy CPT, SD, presjometr próbne obciążenia pali itp. Tablica 2. Zalecane metody badań podłoża i określania parametrów gruntu Główny cel badań Układ i rodzaj słabych warstw warunki wodne rodzaj gruntu, uziarnienie ściśliwość słabego podłoża wytrzymałość na ścinanie stan zagęszczenia przepuszczalność gruntu czas konsolidacji wytrzymałość i trwałość mieszanek wytrzymałość gruntu nośnego nośność elementów konstrukcji Zalecane rodzaje badań wiercenia, pobranie i badania próbek, uziarnienia itp.; orientacyjnie: sondowania, zwł. statyczne CPT wiercenia, pomiary w piezometrach, sonda CPT-U badania próbek gruntu, uziarnienia, części organiczne presjometr, próbne obciążenie płytą 0,5 1 m 2, wielkowymiarowe 4 10 m 2 ścinanie obrotowe VT, sonda CPT, presjometr sondy statyczne CPT, dynamiczne SD pomiar współczynnika filtracji k 10, próbne pompowania współczynnik filtracji k 10, współczynnik konsolidacji, próbne obciążenie próbne mieszania (laboratoryjne, terenowe), badania próbek, sondowania kolumn, próbne obciążenia sondy CPT, SD, presjometr próbne obciążenia pali, kolumn, kotew itp.

4 16 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Podstawą wyboru metody wzmacniania podłoża oraz zaprojektowania posadowienia jest zwykle szczegółowe rozpoznanie w II etapie badań (tablice 1 i 2). Powinno ono dostarczyć danych do opracowania receptur technologicznych, zwymiarowania elementów fundamentów i prognozy ich zachowania (np. przebiegu osiadań w czasie). Badania uzupełniające mogą obejmować próby laboratoryjne wzmocnienia gruntu (dobór receptur mieszanek, iniektów itp.) oraz próby terenowe (wykonanie elementów próbnych, ich odkopanie, badania nośności, wytrzymałości materiału, pomiary osiadań, próbne pompowania i inne). Stosowane są zwykle proste metody badań, lecz ściśle ukierunkowane na określone zadanie, aby dostarczyły potrzebnych danych i parametrów. Program tych badań powinien być dostosowany do potrzeb wykonawcy wzmocnienia podłoża. Rozpoznanie powinno spełniać ogólne wymagania norm oraz np. Instrukcji badań podłoża gruntowego (1998), lecz w szczegółach być powinno dostosowane do lokalnych warunków wzmacnianego obiektu oraz do specyficznych potrzeb związanych z przewidywaną metodą wzmocnienia. W każdym przypadku należy zwrócić uwagę na: budowę geologiczną i właściwości geotechniczne podłoża, w szczególności grubość i rodzaj warstw słabych oraz poziom stropu podłoża nośnego, wodoprzepuszczalność i szybkość konsolidacji, niejednorodności budowy podłoża i występowanie lokalnych gniazd lub soczewek słabych gruntów, rodzaj i uziarnienie gruntów, parametry geotechniczne, szczególnie słabych warstw wymagających wzmocnienia, prognozowane zmiany właściwości gruntów w wyniku ich wzmocnienia, warunki hydrogeologiczne: poziomy wód gruntowych, kierunek ich przepływu, prognozę zmian stanów wód, właściwości chemiczne, zanieczyszczenia gruntu i wód gruntowych oraz ich agresywność, przeszkody w podłożu utrudniające roboty, dostępność i przejezdność terenu podczas wykonywania robót. Niektóre metody wzmacniania i ulepszania podłoża wymagają określenia konkretnych właściwości lub parametrów warstw podłoża - słabych albo wymagających zabiegów. W odróżnieniu od typowej praktyki, badania powinny objąć także właściwości warstw określanych zwykle ogólnikowo jako nienośne (np. niekontrolowane nasypy lub grunty organiczne), gdyż to one podlegają wzmocnieniu, a ich parametry przed zabiegami i po wzmocnieniu - są podstawą projektowania posadowienia. Może to wymagać specjalistycznych badań laboratoryjnych, a także wstępnych prób terenowych w dużej skali np. [Tężyk i Głodzik 2009]. Ale wydatki na te badania zwrócą się dzięki oszczędniejszej i pewniejszej realizacji robót. W wyniku stosowanych zabiegów słabe podłoże zostaje wzmocnione w różnym stopniu. W celu oceny liczbowej efektu wzmocnienia potrzebne bywają badania parametrów słabego gruntu poddanego obciążeniu konsolidującemu (np. Wojnicka-Janowska 2006), działaniu spoiw, iniekcji itp. Wyniki ich służą do opracowania szczegółowych receptur, oceny potrzebnego czasu wzmocnienia lub zachowania gruntu w przyszłości. Szczególne znaczenie ma ocena trwałości wzmocnienia. Wzmocnieniu podłoża towarzyszą badania kontrolne w czasie i po wykonaniu robót np. [Wytyczne 2002]. Badania te powinny wykazać, czy wykonane zabiegi i uzyskane parametry spełniają wymagania określone w projekcie i specyfikacji robót. Generalnie badania podłoża poprzedzające budowę i badania kontrolne są zwykle dużo droższe, niż w przypadku typowych posadowień. Jednak są to nakłady potrzebne, dzięki którym można uzyskać oszczędności kosztu i czasu budowy. Wprowadzenie międzynarodowych norm geotechnicznych. Dotychczas praktykę badań regulowały przepisy i normy krajowe. Stan ten obrazuje np. Instrukcja badań podłoża (1998). Wdrożenie norm EN i ISO istotnie wpłynęło na uregulowania dotyczące geotechniki i fundamentowania. Rewolucją jest wprowadzenie trzech norm PN-EN ISO oznaczania i klasyfikacji gruntów [PN-EN ISO :2006, PN-EN ISO :2006, PN-EN :2006]. Od nowa trzeba się uczyć rozpoznawania i nazw gruntów. Dlatego jest potrzebna ich popularyzacja wśród wszystkich zainteresowanych. Użyteczne informacje i schematy postępowania zawierają Instrukcja ITB [Wysokiński 2007] oraz praca [Gołębiewska i Wudzka 2006]. Ujednoliconymi normami projektowania są Eurokody geotechniczne [PN-EN :2008, PN-EN :2008, Kłosiński 2006; Kłosiński, Rychlewski 2009]. Pełne wdrożenie Eurokodów i wycofanie norm krajowych norm nastąpiło r. PN-EN :2008 (Eurokod 7-1) wprowadza podział dokumentacji badań podłoża na raport z badań (zawierający fakty: wyniki badań, opis stosowanych procedur) sporządzany w ramach dokumentacji geologiczno-inżynierskiej lub geotechnicznej, oraz część interpretacyjną z wnioskami realizacyjnymi ( ocenę geotechnicznych warunków posadowienia lub projekt geotechniczno-konstrukcyjny) wykonywaną przez inżyniera-geotechnika lub konstruktora. Ta druga część podaje charakterystyczne parametry warstw podłoża. Eurokod określa je ogólnie jako ostrożne oszacowanie wartości wpływających na wystąpienie rozpatrywanego stanu granicznego. Wartość wyprowadzona nie jest więc wartością średnią lub wyznaczoną z określonym prawdopodobieństwem metodami analizy statystycznej, lecz wartością ekspercką. Wybór wartości jest elementem sztuki budowlanej ; zależy on w dużym stopniu od doświadczenia i wiedzy projektanta. Tak wyznaczone parametry służą do określenia wartości obliczeniowych do projektowania budowli. Procedura

5 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 17 wyznaczania parametrów według Eurokodu 7-1 wprowadza ogólnie większe zapasy bezpieczeństwa niż dotychczasowe normy. Eurokod 7-2 zawiera m.in. dane do interpretacji wyników różnych badań (polowych, laboratoryjnych) i przykładowe sposoby wyznaczania parametrów potrzebnych do projektowania. Ale wymagają one kalibrowania korelacji w warunkach polskich. 5. Wymagania stawiane podłożu budowli Ogólnym celem wzmacniania podłoża jest dostosowanie go do wymagań, jakie stawiane są konstrukcji posadawianej na nim budowli. Wymagania dotyczące podłoża obiektów budowlanych zawiera m.in. norma PN- B-03020:1981, dotyczące drogowych budowli ziemnych - m.in. norma PN-S-02205:1998 i Rozporządzenie MTiGM (1999). Wymagania dotyczące całokształtu projektowania geotechnicznego robót i badań podłoża podaje norma PN-EN :2008. Wymagane jest sprawdzenie dwóch grup stanów granicznych podłoża budowli: I SG - nośności podłoża i stateczności skarp, II SG - użytkowalności. Podłoże powinno zapewniać wymagany zapas bezpieczeństwa w odniesieniu do nośności i stateczności. Nie powinno się też nadmiernie odkształcać przez cały okres użytkowania budowli. Zgodnie z normą PN-S-02205:1998 i Rozporządzeniem MTiGM (1998) obliczeniowe osiadanie powierzchni nasypu (suma osiadań korpusu nasypu, podłoża wzmocnionego i podłoża rodzimego) od momentu wykonania podbudowy nie powinno przekraczać 10 cm. Późniejsze osiadania eksploatacyjne nie powinny powodować deformacji profilu nawierzchni, zwłaszcza przy obiektach z mało podatnymi fundamentami, aby w miejscu styku osiadanie nasypu było równe osiadaniu obiektu. Jeżeli podłoże nie spełnia podanych wymagań, to należy inaczej ukształtować budowlę lub poprawić właściwości podłoża. 6. Wzmacnianie słabych podłoży 6.1. Przegląd metod wzmacniania słabych podłoży Istnieje kilka grup metod wzmacniania i wiele specyficznych technologii. W tablicy 3 zestawiono większość stosowanych metod wzmacniania podłoża gruntowego. Podano także ich podstawową charakterystykę oraz zakres stosowania. Uwzględnione są także niektóre sposoby raczej egzotyczne w naszych warunkach, jak np. metody termiczne. Najważniejsze metody w obecnej praktyce krajowej to: wymiana słabego gruntu (całkowita, częściowa) lub zastosowanie lekkich wypełnień (kruszywa keramzytowego, styropianu, pianobetonu [Gajewska i in. 2004, Sitko i Leszczyński 2007, WWPG 2002], konsolidacja statyczna słabego podłoża [Sas i in. 2005, Sas i in. 2007, WWPG 2002], wibroflotacja, wibrowymiana i kolumny wibrobetonowe - EN 14731:2005 i [Grundbau-Taschenbuch 2009, Priebe 1995, Topolnicki 1997, Topolnicki i Sołtys 2006], mieszanie wgłębne gruntu (ang. deep soil mixing DSM) z całą gamą odmian - EN 14679:2005, Topolnicki 2003] (suche, mokre, w kombinacji z iniekcją strumieniowa, minipale Ø200 mm), kolumny wiercone przemieszczeniowe [Godlewski i inni 2007; Kłosiński 2007], iniekcja strumieniowa (kolumny, bloki, przegrody) [Bzówka 2005; Kościk, Noga 2001; Kubański, Spyra 2003; Lienbacher 2010, Michalski 2008; Motak 1998] nie doceniane, choć tanie i skuteczne, metody konsolidacji i wymiany dynamicznej (kolumny wybijane) oraz ubijania impulsowego [Fudali i Saloni 2007, Godlewski i Saloni 2006, Gryczmański 2003, Kłosiński 1992, Kłosiński i Gawor 1983, Menard 1974, Rzeźniczak 2007, Sękowski, Kwiecień 2010]. Metodami tymi coraz częściej wykonuje się elementy palopodobne będące tańszą alternatywą pali fundamentowych. Są one szczególnie przydatne do posadawiania na słabym podłożu nasypów obiektów komunikacyjnych (dróg i autostrad, szybkiej kolei) lub obiektów przemysłowych (posadzek hal, magazynów, parkingów), w których nie dopuszcza się dużych osiadań. W wielu przypadkach jest to bardzo dobre rozwiązanie. Należy jednak pamiętać, że to nie są pale. Kolumny wzmacniające podłoże są rodzajem zbrojenia gruntu, współpracują z nim pod obciążeniem (rys. 1). Różne rodzaje kolumn różnią się sztywnością (czy podatnością). Najbardziej podatne są kolumny niezwiązane (żwirowo-kamienne, wybijane udarowo), sztywniejsze formowane metodami mieszania wgłębnego DSM lub wibrobetonowe, a najbardziej sztywne - wiercone przemieszczeniowe i iniekcyjne. Podstawowe dane różnych rodzajów kolumn zestawiono w tablicy 3. Sztywność kolumn zależy więc od sposobu formowania oraz od użytych materiałów np. ich wytrzymałości. Mocniejsze i o dość jednorodnych właściwościach są kolumny

6 18 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego formowane z kontrolowanej zaprawy czy betonu. Bardziej podatne są kolumny z mieszanki spoiwa z miejscowym gruntem mniej jednorodne, z lokalnymi strefami słabszymi, o nie w pełni przewidywalnych parametrach. Rodzaje kolumn Tablica 3. Kolumny wzmacniające podłoże Typowe średnice [cm] Typowa/maks głębokość [m] Typowa/maks nośność N t [kn] żwirowo-kamienne / wibrobetonowe / wiercone przemieszczeniowe / wybijane udarowo (wymiana dynamiczna) / iniekcyjne jet grouting (400) 20 >1000 mieszanie wgłębne DSM na sucho i mokro /25 słabe kpa mocne 2 5 MPa Racjonalne wykorzystanie wzmocnienia kolumnami jest łatwiejsze w przypadku ich większej podatności, gdyż wówczas możliwe jest włączenie do współpracy gruntu pomiędzy kolumnami oraz współdziałanie kolumn. Wzmocnione podłoże z kolumnami jest swoistym kompozytem. Jego parametry często wyznacza się jako wartości uśrednione, z uwzględnieniem pola przekroju elementów składowych. Rys. 1. Zasada pracy pali i kolumn wzmacniających podłoże [wg Ważne jest zapewnienie odpowiedniego rozłożenia obciążeń przekazywanych na głowice kolumn. W celu zapewnienia równomiernego oparcia nasypu na stosunkowo sztywnych kolumnach i przekazania obciążenia na ich głowice, wykonuje się nad nimi warstwę z zagęszczonego mechanicznie kruszywa, uzbrojonego geotkaniną, geosiatką lub georusztem. Długość kolumn powinna zapewniać osadzenie w mocnym podłożu (zwykle na 0,5 1 m). Należy podkreślić, że kolumn nie należy wymiarować jak pale, zagłębiając je w nośne podłoże, a tym bardziej wymagać ich próbnych obciążeń jak pali. Sposoby wymiarowania kolumn opierają się na wynikach obserwacji i zaleceniach specjalistycznych wykonawców. Kolumn tych nie można utożsamiać z palami. Natomiast w przypadku wymiarowania ich na podstawie normy palowej PN-B-02482:1983 powinny zostać spełnione wymagania dotyczące pali: wymiarów, wytrzymałości materiału, zagłębienia w grunt nośny itp., a także kontroli za pomocą próbnych obciążeń, co w praktyce eliminuje zalety kolumn. W przypadku dużych obciążeń poziomych należy przeanalizować nośność podłoża i kolumn, gdyż ich zdolność przenoszenia sił bocznych i momentów zginających jest niewielka Wymiana gruntu Wymiany gruntu [Pisarczyk 2005, Wytyczne 2002] dokonuje się, gdy wierzchnie warstwy o niedużej grubości są zbudowane z gruntów nienośnych: organicznych (torfów, gytii, namułów), miękkoplastycznych gruntów spoistych, niekontrolowanych wysypisk słabych materiałów, odpadów itp. Na miejsce wybranego

7 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 19 gruntu układany jest materiał przydatny jako nasyp, ewentualnie odpowiednio ulepszony, spełniający wymagania wynikające z przeznaczenia i miejsca w budowli ziemnej np. według normy PN-S-02205:1998,. Stosowane są odmiany procesu: wymiana pełna - wykop i budowa nasypu, gdy grubość słabej warstwy nie przekracza 3-5 m, wyjątkowo głębiej, jeśli nie ma wody gruntowej, wymiana częściowa - usunięcie części słabych warstw i wykonanie poduszki gruntowej, gdy grubość tych warstw jest większa od 3-5 m, a także jako wstępna faza wgłębnego wzmocnienia podłoża, wypieranie słabego gruntu ciężarem nasypu - gdy w podłożu znajduje się gruba warstwa bardzo słabego gruntu (bagna typu II i III), trudnego do usunięcia przez wykopanie i nie zapewniającego stateczności nasypu Konsolidacja statyczna słabego podłoża Konsolidacja podłoża [Pisarczyk 2005, Sas i in. 2005, Werno i Zadroga 2003, WWPG 2002] jest procesem zmniejszenia objętości porów gruntu pod obciążeniem dzięki wyciskaniu wolnej wody z porów gruntu. Dlatego powodzenie i czas konsolidacji w decydującym stopniu zależą od przepuszczalności podłoża i długości drogi filtracji. Konsolidacja przez wstępne obciążenie podłoża jest stosowana w przypadku wykonywania budowli ziemnych na słabym, bardzo ściśliwym podłożu: organicznym (z torfów, namułów, gytii, gruntów zatorfionych), gruntów spoistych w stanie miękkoplastycznym, zwałowisk śmieci i odpadów, nawodnionych osadów w odstojnikach. Są to materiały o dużej wilgotności - do 300% i większej. Celem wstępnego obciążenia jest umożliwienie bezpiecznego posadowienia budowli oraz ograniczenia jej osiadań w fazie użytkowania (po ułożeniu trwałej nawierzchni). Przy mostach wstępne obciążenie stosuje się w celu redukowania różnic osiadań przyczółków i nasypu dojazdu. Stosowano także ułożenie tymczasowego nasypu w miejscu budowanego następnie wiaduktu lub przepustu. Konsolidacja jest także skuteczna i dość szybka w nawodnionych gruntach pylastych (zwłaszcza z przewarstwieniami piaszczystymi) i w niektórych torfach. Natomiast konsolidacja grubych warstw gytii i gruntów ilastych wymaga bardzo długiego czasu. W takich warunkach celowe jest użycie środków wspomagających. Konsolidację można istotnie przyspieszyć przez skrócenie drogi filtracji w celu umożliwienia szybszego odpływu wody. Zależnie od występujących warunków gruntowych, wymagań wobec budowli ziemnej oraz czasu, jaki jest do dyspozycji, można stosować wstępne obciążenie lub budowę etapową. Zabieg konsolidacji można przyspieszyć za pomocą okresowego przeciążenia (rys. 2), użycia drenów, pompowania wody, podciśnienia, elektoosmozy itp. Wstępne obciążenie podłoża (ang. preloading) polega na wprowadzeniu planowanego obciążenia naciskiem zbliżonym do projektowanej budowli ze znacznym wyprzedzeniem, pozostawiając dostateczny czas na skonsolidowanie słabych warstw podłoża i wywołanie całkowitego lub dominującej części spodziewanego osiadania konsolidacyjnego. Budowa etapowa (ang. staged construction) polega na stopniowym wznoszeniu budowli ziemnej, z przerwami na konsolidację i wzmocnienie podłoża, umożliwiające wykonanie kolejnego etapu budowli, gdy mała wytrzymałość podłoża nie pozwala na budowę jednoetapową. Rys. 2. Ograniczanie osiadań konsolidacyjnych przez wstępne przeciążenie podłoża

8 20 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Przeciążenie (ang. surcharge) polega na okresowym obciążeniu podłoża ponad docelowy nacisk projektowanej budowli (rys. 2), zwykle nasypem o wysokości 1-2 m. Stosuje się je często przy budowie nasypów drogowych, zwłaszcza na dojazdach do mostów - przed ułożeniem trwałej nawierzchni. W tej fazie osiadanie jest łatwe do wyrównania. Czas konsolidacji wynosi od paru miesięcy do roku i więcej. Jednym ze sposobów obciążenia jest obniżenie poziomu wody gruntowej, przez co likwiduje się działanie wyporu i dociąża podłoże. Wyjątkowo obciążenie bywa wywierane za pomocą zbiorników z wodą, podnośnikami hydraulicznymi albo sprężonymi kotwami gruntowymi. Wspomaganie konsolidacji drenami pionowymi. Dreny wprowadzone odpowiednio gęsto w podłoże skracają drogę filtracji i przyspieszają odpływ wody wyciskanej z gruntu. Dzięki temu szybciej następuje konsolidacja gruntu i zanik osiadań. Pozwala to szybciej wznosić nasypy i w krótszym czasie wprowadzić obciążenie budowli, a także zastosować większe pochylenia skarp niż w podłożu naturalnym. Wymagania dotyczące drenów zawiera norma EN 15237:2007. Dreny obecnie mają postać taśm plastykowych, złożonych z przestrzennego rdzenia z kanałami do przepływu wody oraz osłony z geowłókniny, zabezpieczającej dren przed wnikaniem gruntu. Dreny są wciskane w grunt specjalnymi maszynami z trzpieniem wciągającym taśmę, na głębokość zwykle do m. Dreny najczęściej przecinają całą odwadnianą warstwę do przepuszczalnego podłoża - jeżeli ono występuje. Górne końce drenów sięgają do układanej na powierzchni warstwy drenażowej z materiału o dużej przepuszczalności, zwykle żwiru lub tłucznia, odprowadzającej wyciskaną wodę. Rolę drenów spełniają także pale piaskowe lub żwirowe, jak i kolumny z kruszywa wykonywane metodą wibrowymiany (opisane dalej) lub mikrowybuchów. Przepuszczalność niektórych gruntów zwiększają też kolumny wapienne formowane w podłożu metodą mieszania na sucho Metody wibracyjne wzmacniania podłoża Metody wibracyjne należą do najczęściej stosowanych. Polegają one na zagęszczaniu gruntu lub formowaniu kolumn w podłożu. Istnieją odmiany metody [EN 14731:2005, Priebe 1995, Topolnicki i in. 2006, WWPG 2002]). Wibroflotacja (wibrozagęszczanie) jest metodą wzmacniania gruntu niespoistego, polegającą na wywołaniu zmiany układu ziaren i zmniejszeniu objętości porów, przy użyciu ciężkich wibratorów wgłębnych tzw. wibroflotów. Celem tego zabiegu jest zwiększenie nośności i zmniejszenie ściśliwości podłoża oraz ryzyka upłynnienia nawodnionego gruntu wywołanego drganiami od wstrząsów sejsmicznych, wybuchów lub obciążeń dynamicznych. Wibroflotacja daje dobre wyniki w piaskach oraz w niespoistych odpadach kopalnianych itp., zawierających nie więcej niż 40% frakcji pylastej oraz do 3% frakcji iłowej; dobre lub umiarkowane w piaskach pylastych, słabe w pyłach. Można wzmacniać także luźne piaski zawierające cienkie przewarstwienia torfu, namułu itp. Wibroflotację często stosuje się do zagęszczania nasypów formowanych hydromechanicznie (namywanych). Jest ona nieprzydatna do gruntów spoistych oraz zwałowisk śmieci itp. Możliwość użycia do niekontrolowanych nasypów zależy od rodzaju i składu nasypu. Urządzeniem do zagęszczania jest wibroflot, który składa się z cylindrycznego korpusu o średnicy 30 do 50 cm, zawieszonego przegubowo na kolumnie rur. W korpusie znajduje się silnik elektryczny albo hydrauliczny. Obraca on wał z mimośrodowymi obciążnikami, co wywołuje obrotowe drgania poprzeczne wibratora. Jest on zagłębiany wraz z kolumną w grunt. Do powstałego otworu dodaje się materiał wypełniający (grunt miejscowy lub tłuczeń, żwir, żużel, ewentualnie gruby piasek) o takim uziarnieniu, by tonął w otworze i dobrze się zagęszczał. Ilość zasypki sięga 10% zagęszczanej objętości. Zagęszczanie odbywa się podczas podciągania stopniami wibroflotu i jednoczesnego dodawania zasypki, która zostaje częściowo wciśnięta w ściany otworu. Skuteczność zagęszczania poprawia tłoczenie przez górne dysze wody lub powietrza. W gruntach nienawodnionych, utrzymujących stabilny otwór, proces jest często wykonywany na sucho, bez dodawania wody lub z wykorzystaniem sprężonego powietrza. W piaskach drgania i strumień wody upłynniają grunt, umożliwiając szybkie pogrążanie wibroflotu. W luźnym gruncie powstaje zagęszczony słup średnicy 1,5 do 3 m. Dodanie grubych frakcji, a wypłukiwanie przez wodę najdrobniejszych cząstek poprawia uziarnienia podłoża. Punkty zagęszczania są rozmieszczane w siatce trójkątnej lub kwadratowej o rozstawie 1,5 do 3 m. Głębokość wynosi najczęściej 3 do 6 m, ale może osiągać 30 m. Uzyskiwany jest stopień zagęszczenia I D = 0,6 do 0,9, nawet pomiędzy punktami wibrowania. W każdym przypadku konieczne jest dogęszczenie warstwy powierzchniowej 0,5 do 1 m np. walcem wibracyjnym. Zabiegi znacznie redukują osiadania gruntu piaszczystego, zwykle do 5-15 mm; można go bezpiecznie obciążyć fundamentem o nacisku kn/m 2, a jeszcze większym naciskiem nasypu. W wyniku zagęszczenia maleje także współczynnik filtracji gruntu. Powierzchnia gruntu podczas wibrowania osiada o 2 do 10 % grubości zagęszczanej warstwy. Wypływające na powierzchnię drobne cząstki gruntu należy usunąć przed końcowym zagęszczeniem. Wibrowymiana polega na wzmocnieniu słabego podłoża kolumnami formowanymi z kamienia lub żwiru, "zbrojącymi" i drenującymi grunt, w celu zwiększenia nośności oraz zmniejszenia i przyspieszenia osiadań. Stosuje się ją głównie w miękkoplastycznych glinach i iłach, a także w warstwach torfu, gytii lub namułu

9 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 21 grubości do kilku metrów. Drgania gruntu wywołane przez wibrator mogą spowodować upłynnienie gruntów spoistych o właściwościach tiksotropowych i dużej wrażliwości strukturalnej. W metodzie wibrowymiany stosuje się zwykle wibrator wgłębny z rurą do rdzeniowego podawania kruszywa do dna otworu. Aby uniknąć rozpłukiwania podłoża wibrator jest zagłębiany bez tłoczenia wody, a przy wyciąganiu tłoczy się sprężone powietrze. Po uzyskaniu wymaganej głębokości wibrator jest wyciągany ruchem posuwisto-zwrotnym ( krokiem pielgrzyma ) z jednoczesnym wsypywaniem porcji kruszywa. Ruchy wibratora w dół rozpychają i zagęszczają kruszywo. W słabym podłożu kruszywo jest wciskane w otaczający grunt wzmacniając go, a duża przepuszczalność kolumny pozwala na szybki odpływ wyciskanej z gruntu wody i zmniejszenie ciśnienia porowego. Wytworzenie w podłożu stosunkowo sztywnych kolumn powoduje zmniejszenie jego ściśliwości i osiadań oraz przyspieszenie konsolidacji. Kolumny zachowują się jak podatne słupy. Pod obciążeniem osiowym osiadają i odkształcają się poprzecznie - "pęcznieją", wzbudzając odpór otaczającego słabego gruntu, który przeciwdziała nadmiernym odkształceniom. Kolumny mogą być formowane w gruncie o wystarczającej wytrzymałości. W gruntach bardzo słabych (np. silnie nawodnionych torfach) opór boczny jest zbyt mały, by uformować kolumnę, a wprowadzony materiał rozpływa się i miesza ze słabym gruntem, nie zapewniając sztywności osiowej kolumny. W celu przekazania obciążenia z nadległego nasypu na głowice kolumn wykonuje się warstwę, zwykle z zagęszczonego mechanicznie kruszywa. Warstwa ta może być uzbrojona geotkaniną, geosiatką lub georusztem. Wzmocnienie kolumnami jest mało skuteczne w przypadku dużych obciążeń poziomych. Naciski pionowe są przejmowane przez kolumny i przez grunt pomiędzy nimi - proporcjonalnie do stosunku ich powierzchni i sztywności. Typowe obciążenie przejmowane przez kolumnę wynosi 250 do 300 kn. Pod długotrwałym obciążeniem następuje konsolidacja gruntu spoistego i redystrybucja nacisków, czemu towarzyszy pewne dodatkowe osiadanie. W celu przyspieszenia mobilizacji oporów gruntu i ograniczenia późniejszych osiadań, stosuje się zwykle okresowe wstępne przeciążenie wzmocnionego podłoża nadkładem gruntu. Duża przepuszczalność kolumn przyspiesza konsolidację obciążonego podłoża. Kolumny wibrocementowe i wibrobetonowe można formować z kruszywa związanego cementem. Metodę tę stosuje się w bardzo słabych gruntach (torfach, namułach), gdy ich wytrzymałość nie zapewnia bocznego oparcia podczas formowania kolumny. Kolumny są wykonywane wibratorami wgłębnymi "śluzowymi" z rurą do rdzeniowego podawania materiału do dna otworu. Średnica kolumn zależy od oporów otaczającego gruntu i zwykle wynosi około 60 cm. W czasie formowania kolumny wibrocementowej do materiału wypełniającego tłoczony jest zaczyn cementowy. Kolumny wibrobetonowe są formowane z tłoczonego betonu o konsystencji "ubijalnej" klasy B10 lub betonu konstrukcyjnego B25. Podczas formowania wibrator może być wielokrotnie opuszczany i podciągany w celu rozepchnięcia kruszywa na boki i powiększenia średnicy kolumny. Specjalnym rozwiązaniem są kolumny kombinowane (hybrydowe) wg np. [ formowane specjalnym świdrem. Najpierw formowana jest podstawa żwirowa, następnie w słabych warstwach formuje się trzon o średnicy cm z betonu ubijalnego klasy C12/15. W końcowej fazie podawane jest znów kruszywo służące do uformowania żwirowej głowicy kolumny, zapewniającej podatne oparcie konstrukcji. W przypadku kosztownych robót zaleca się wykonywanie nasypów próbnych oraz ich obserwacje, zwłaszcza przebiegu osiadań w czasie i zmian wytrzymałości gruntu w podłożu. Tak postąpiono na budowie Stadionu Narodowego w Warszawie [Tężyk, Głodzik 2009]: zbadano grupę 4 próbnych kolumn żwirowobetonowych długości 7 m, wykonanych techniką wibrowymiany, które obciążano siłą do kn wywołując osiadanie 6 mm. Na podstawie uzyskanych wyników określono sztywność podłoża wzmocnionego kolumnami na kn/m 3, wobec sztywności około kn/m 3 bez wzmocnienia. Nośność podłoża wzmocnionego 4 kolumnami oceniono na 560 kpa. Weryfikacja doświadczalna parametrów pozwoliła racjonalnie zaprojektować posadowienia obiektów stadionu na wzmocnionym podłożu Wgłębne mieszanie gruntu Mieszanie wgłębne (ang. deep soil mixing) jest metodą formowania w podłożu kolumn lub ich układów, albo masywnych bloków, utworzonych z miejscowego gruntu mieszanego ze spoiwem: najczęściej z wapnem i/lub cementem, niekiedy z mieszanką cementowo-piaskową. Metoda ta jest wykorzystywana do wzmacniania grubych warstw (ponad 20 m) słabych gruntów spoistych, namułów i torfów, które trudno byłoby wymienić albo wzmocnić innymi metodami. Istotą procesu jest odspajanie gruntu i jego mieszanie, oraz częściowa wymiana, ze spoiwem (najczęściej z wapnem i/lub cementem) w postaci suchej lub mokrej. Elementy mają postać pojedynczych kolumn, ścian, rusztów lub bloków (rys. 3). Średnica kolumn wynosi od 0,4 do 1 m, długość zwykle do 10 m, ale osiąga 20 m i więcej. Kolumny są zwykle rozmieszczane w siatce 1 x 1 m do 2 x 2 m, albo w rzędach (styczne lub wcięte). Odmianą kolumn są cienkie "minipale" o średnicy do 200 mm, ze słabego gruntu mieszanego z wprowadzaną świdrem ślimakowym mieszanką piaskowo-cementową,. Mają one długość od 3 do m, rozmieszczane są w liczbie 1 do 2 na m 2.

10 22 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Rys. 3. Przykłady układów kolumn DSM: pojedynczych oraz ścian, rusztu i bloku z kolumn stycznych lub przecinających się [wg EN-14679:2005] Celem zabiegu jest poprawa właściwości mechanicznych podłoża. Zaletą metody jest szybkie uzyskiwanie przejezdności drogi w trudnych warunkach podłoża dzięki możliwości obciążenia kolumn już po paru tygodniach po ich wykonaniu. Natomiast formowane kolumny nie są sztywnymi elementami konstrukcyjnymi, jak pale. Często też celowo są wykonywane jako dość podatne, co zapewnia włączenie do współdziałania z nimi otaczającego gruntu. W zależności od warunków podłoża mieszanie wgłębne jest wykorzystywane do wzmocnienia podłoża, głównie dużych masywów ściśliwego gruntu w celu zwiększenia nośności i poprawy stateczności oraz ograniczenia osiadań np. pod nasypami drogowymi lub kolejowymi, dojazdami do mostów; stabilizacji bloków gruntu (zwykle głębokości 2 do 5 m) w celu uzyskania ich jednorodnej wytrzymałości; formowania przegród przeciwfiltracyjnych; zapobiegania upłynnieniu luźnych gruntów piaszczystych. Rys. 4. Mieszadła do formowania na sucho kolumn DSM średnicy mm [Topolnicki 2003]

11 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 23 Przydatność tej metody jest ograniczona, jeżeli występują w gruncie przeszkody utrudniające mieszanie, grunt ma niekorzystne właściwości chemiczne itp. Należy wykonać wstępne badania mieszanki, aby określić ilość spoiwa potrzebną w występujących gruntach, na próbnych mieszankach w laboratorium lub wykonując kolumny próbne na obiekcie. W przypadku gruntów o dużej zawartości części organicznych należy sprawdzić możliwość uzyskania wymaganej wytrzymałości, przepuszczalności i długotrwałej stateczności. W metodzie suchej wytrzymałość na ścinanie stabilizowanego gruntu wzrasta od 10 do 40 razy, zwykle do kpa. W metodzie mokrej wytrzymałość na ściskanie kolumn cementowo-wapiennych osiąga 3 do 6 MPa, zależnie od właściwości gruntu oraz rodzaju i ilości użytego spoiwa. Szczególnie dużą wytrzymałość uzyskują kolumny formowane z użyciem mieszanki cementu i granulowanego żużla wielkopiecowego. Ale w gruntach organicznych wytrzymałość jest znacznie mniejsza. W świeżej kolumnie może być osadzane zbrojenie. Opisy różnych zastosowań zawierają publikacje np. [Topolnicki 2003], a wymagania dotyczące wykonywania i projektowania - norma EN 14679: Kolumny wiercone przemieszczeniowe W latach 1990-tych wprowadzono nową generację pali - systemy "bezurobkowego" wykonywania przemieszczeniowych pali wierconych (WP). Pale te o średnicach 300 do 600 mm i długości do m są udoskonaleniem pali CFA i Atlas. Pale są formowane świdrem z różnymi końcówkami, np. z traconym ostrzem, o zmiennym skoku i kierunku spirali oraz przekroju rury rdzeniowej. Specjalne ukształtowanie końcówek zmniejsza opory wkręcania i - jak wykazują doświadczenia - zapewnia nośność większą nawet o 20-30% od wbijanych pali prefabrykowanych. Jednak w bardzo mocnych gruntach np. zagęszczonych piaskach i żwirach lub półzwartych glinach i iłach bywa trudne uzyskanie planowanego zagłębienia. Tak formowane są typowe pale nośne (także ukośne), a w luźnych gruntach niespoistych mogą one pełnić rolę pali zagęszczających podłoże. W niektórych systemach podczas betonowania świder jest wykręcany, dzięki czemu pale formowany jest ze spiralnym pogrubieniem gwintowany. Formowanie specjalnym świdrem rozpychającym grunt poprawia nośność pala oraz zapewnia czyste wykonawstwo i eliminuje wywożenie z budowy zwiercin. Ma to szczególne znaczenie, gdy przepisy wymagają traktowania urobku jako odpad wymagający kosztownej nieraz utylizacji. Technologie WP są określane mianem ekologicznych (Gwizdała 2004, 2007). Z uwagi na sposób formowania są to typowe pale przemieszczeniowe, natomiast proces betonowania jest analogiczny jak pali wierconych CFA i dlatego można do nich racjonalnie stosować poszczególne wymagania norm PN-EN 1536 i PN-EN 12699, stanowiące podstawę kontroli jakości. Maszyny do pali WP często są wykorzystywane do formowania kolumn wzmacniających podłoże: zagęszczających luźne grunty piaszczyste lub zbrojących słabe grunty spoiste i organiczne. Przykładem są kolumny CMC firmy Menard czy CMM firmy Keller. Kolumny są formowane z betonu słabszego niż w palach (zwykle B10 B20 w zależności od wymaganej podatności), nie muszą być zagłębione w grunt nośny, lecz wystarczy, gdy tylko sięgają jego stropu. Kolumny mają inne przeznaczenie niż pale fundamentowe: wzmacniają i stabilizują podłoże fundamentów bezpośrednich lub nasypów. Dlatego niefortunne jest nazywanie kolumn palami, co może wprowadzać w błąd. Zaletą kolumn przemieszczeniowych CMC i CMM, w stosunku do kolumn formowanych metodą wibrowymiany lub mieszania wgłębnego, jest możliwość formowania ich również w warstwach bardzo słabych gruntów. Dzięki ciągłemu procesowi tłoczenia mieszanki betonowej, która rozpycha słaby grunt i tworzy w nim pogrubienia trzonu, nie obawy rozpłynięcia się lub osłabionych przewarstwień kolumn. Wprowadzane są też elementy palopodobne np. kolumny typu mix-in-place zbrojone kształtownikami stalowymi lub kolumny wibrobetonowe, iniekcyjne, CSV i inne. Znane od dawna rozwiązanie hydrofrezu wykorzystano w technice CSM (Cutter Soil Mixing) [Piling & Deep Foundations 2006] (rys. 5 i 6), którą formuje się pale (barety), a także ściany i przegrody przeciwfiltracyjne.

12 24 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Rys. 5. Narzędzie robocze w systemie CSM Soletanche-Bachy (Mathieu, Borel 2006) Rys. 6. Narzędzie robocze firmy Bauer w systemie CSM (Stoetzer i inni 2006) 6.7. Iniekcja strumieniowa Iniekcja ta (ang. jet grouting) [PN-EN 12716:2002] jest to proces wzmacniania podłoża i formowania w nim elementów z tłoczonego zaczynu i związanego nim gruntu. Polega na niszczeniu struktury i odspajaniu gruntu (lub słabej skały) oraz jego częściowej wymianie i mieszaniu ze spoiwem - najczęściej zaczynem cementowym. Odspajanie odbywa się za pomocą wysokoenergetycznego strumienia cieczy, która sama może być czynnikiem wiążącym. W wyniku procesu iniekcji powstaje kompozyt gruntowo-cementowy. Są z niego formowane elementy iniekcyjne: walcowe - pale lub płaskie - ściany. Z elementów tych mogą być tworzone różne konstrukcje: bloki zeskalonego gruntu, palisady, przegrody, płyty, sklepienia itp. Elementy iniekcyjne mogą być zbrojone elementami stalowymi. Iniekcja strumieniowa jest stosowana w budowlach tymczasowych lub trwałych, do wykonywania albo do wzmacniania fundamentów lub podłoża, do formowania konstrukcji oporowych lub podpierających [Domski 1998, Jarominiak 1999, Kościk i Noga 2001, Michalski i Krzywkowski 2000, Motak 1998]. Rys. 7. Kolumna iniekcyjna Superjet średnicy 5 m (rekord to 8 m!) Tajwan

13 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 25 Zaletą, zwłaszcza wobec tradycyjnych zastrzyków, jest przydatność tej metody praktycznie we wszystkich rodzajach gruntów (mineralnych i antropogenicznych), w zwietrzelinach, a nawet w słabych skałach. Jednak w gruntach spoistych, a zwłaszcza w organicznych, wytrzymałość powstałego tworzywa jest mała (nawet tylko 500 kpa). Kolumny (zwykle średnicy od 60 cm do 3 m, a nawet do 8 m) ze scementowanego gruntu pozwalają formować różne konstrukcje, np. elementy nośne przypominające pale wielkośrednicowe, głębokie fundamenty masywne, "studnie" ze stykających się kolumn, przegrody przeciwfiltracyjne i wiele innych. Główne parametry procesu to: ciśnienie i wydatek cieczy z żerdzi iniekcyjnej; skład zaczynu iniekcyjnego; prędkość przesuwu i obrotów żerdzi iniekcyjnej. W systemie jednomediowym [PN-EN 12716:2002] ciśnienie iniektu wynosi zwykle MPa, a wydatek l/min. Skuteczność zabiegu i wybór parametrów należy zweryfikować podczas prób wstępnych. Dobór parametrów iniekcji jest oparty głównie na wcześniejszych miejscowych doświadczeniach. Iniekcja może być wspomagana wstępną fazą odspajania (tzw. iniekcją wstępną), za pomocą strumienia wody lub wody i powietrza. Kolumny iniekcyjne mogą być zbrojone elementami stalowymi (prętami, rurami, kształtownikami), osadzanymi podczas lub po wykonaniu iniekcji strumieniowej. W przypadku wzmacniania fundamentów należy zapewnić ścisły kontakt pomiędzy jego spodem a górną powierzchnią kolumny. Konstrukcje iniekcyjne są formowane następująco: "świeży w świeżym" tj. kolejno, bez oczekiwania na związanie zachodzących elementów, "pierwotny-wtórny", gdy zachodzące na siebie elementy wykonuje się po upływie określonego czasu twardnienia lub po osiągnięciem przewidzianej wytrzymałości wcześniej elementów. W odniesieniu do kolumn rozpowszechniły się błędne nazwy pale iniekcyjne lub "pale jet grouting", niezgodne z normą PN-EN 1536:2001. W konsekwencji tego nieporozumieniem jest traktowanie kolumn formowanych z miejscowego gruntu mieszanego z zaczynem jako pali nośnych, pomimo wielu dobrych doświadczeń. Nie można przyjmować wytrzymałości cementogruntu jak betonu B25 lub większej, podczas gdy międzynarodowe zalecenia dotyczące takich konstrukcji ograniczają użyteczną wytrzymałość cementogruntu do 5 MPa (chociaż osiąga dużo większe wartości, zwłaszcza w piaskach). Do wytrzymałości takiego materiału należy stosować większe zapasy bezpieczeństwa, niż wobec betonu o kontrolowanej jakości. Procesowi iniekcji strumieniowej towarzyszy wypływ na powierzchnię urobku, będącego mieszaniną cząstek gruntu i cieczy iniekcyjnej. Należy ograniczać jego szkodliwy wpływ na środowisko. Szczególną uwagę należy zwrócić na postępowanie z urobkiem: odbiór z otworu wiertniczego, czasowe składowanie na budowie, możliwą utylizację i końcowe składowanie Wzmacnianie wgłębne podłoża metodą ubijania Wgłębne ubijanie podłoża polega na zagęszczaniu gruntu uderzeniami spadającego ubijaka. Metoda ta jest przydatna praktycznie we wszystkich rodzajach gruntów, zwłaszcza niespoistych i nie nawodnionych. Można nią również wzmacniać wielometrowe warstwy nasypów, słabego podłoża spoistego, lessów, a także zwałowiska odpadów przemysłowych lub komunalnych, np. wysypiska śmieci. W gruntach o małej przepuszczalności stosuje się wspomaganie ubijania przez wykonanie pionowych drenów, zwykle z taśm plastykowych. Skuteczność zabiegu i wybór parametrów należy zweryfikować podczas prób wstępnych. Dobór sposobu ubijania opiera się głównie na wcześniejszych miejscowych doświadczeniach. Ograniczeniem metody są towarzyszące ubijaniu wstrząsy, które mogą niekorzystnie wpływać na sąsiadujące obiekty. Wzmacnianie grubych warstw słabych gruntów spoistych jest trudne i czasochłonne, a skuteczność nie jest pewna. Grunty nie nawodnione mogą być ubijane jednofazowo. Natomiast grunty nawodnione, zwłaszcza spoiste i organiczne - a więc słabo przepuszczalne, których udarowo nie daje się zagęścić, wymagają ubijania w kilku fazach, z parodniowymi lub parotygodniowymi przerwami w celu rozproszenia wzbudzonego nadciśnienia wody w porach. Po ubijaniu wgłębnym wierzchnia warstwa gruntu wymaga dogęszczenia powierzchniowego. Istnieje kilka odmian metody ubijania wgłębnego, o zróżnicowanej przydatności i warunkach stosowania. Ubijanie lekkie (ang. tamping) pokrywa całą wzmacnianą powierzchnię uderzeniami ubijaka o masie zwykle 1,5 do 4 t. Tym sposobem wzmacniano do głębokości 1,5-4 m głównie luźne grunty niespoiste, zwłaszcza nasypowe, a także zapadowe grunty lessowe. Później wprowadzono ubijanie punktowe, zwykle w siatce 2 x 2 do 4 x 4 m [Kłosiński i Gawor 1983]. Najczęściej używane były ubijaki o masie 3 do 8 t, zrzucane z wysokości 5 do 10 m. Uzyskiwano wzmocnienie podłoża do głębokości 3-6 m. Ubijanie ciężkie - konsolidacja dynamiczna (ang. dynammic consolidation, heavy tamping) wprowadzona przez L. Ménarda (1974). Stosowane są duże energie uderzeń ubijaków o masie 8-40 t, a nawet 200 t, zrzucanych z wysokości 10 do 30 m. Pozwalało to wzmacniać podłoże do głębokości m, a wyjątkowo jeszcze większej. W gruntach spoistych ubijanie jest kilkufazowe (z wielodniowymi przerwami koniecznymi do rozproszenia wzbudzonej nadwyżki ciśnienia wody w porach), punktowe w siatce od 3 x 3 do 6 x 6 m. Typowe głębokości wzmocnienia wynoszą od 5 do 15 m. W kraju opracowano urządzenia do swobodnego zrzucania ubijaków o masie do 15 t z wysokości 16 m [Gryczmański 2003].

14 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Wymiana dynamiczna Formowanie w podłożu kolumn tłuczniowych [Fudali i Saloni 2007, Godlewski i Saloni 2006, Gryczmański 2003, Kłosiński 1992, Menard 1974, WWPG 2002], nazywane też wymianą dynamiczną (ang. dynamic replacement). Słupy wykonuje się przede wszystkim w bardzo słabych gruntach. Na terenie układany jest "materac" z tłucznia lub żwiru (platforma robocza), grubości 0,5 do 1 m, który umożliwia ruch maszyn. Formowanie słupów (rys. 8) polega na wybiciu kilkoma uderzeniami w podłożu otworu, w który wsypuje się materiał formujący kolumnę, ponownie go ubija i dosypuje grunt. Trwa to aż do zaniku osiadań gruntu pod kolejnymi uderzeniami ubijaka. Kolumny formowane są z lokalnie dostępnych materiałów. Najlepszy jest gruby tłuczeń i okruchy skalne. Wykorzystuje się też materiały odpadowe (żużel, spieki, odpady kopalniane, gruz) albo żwir, piasek. Typowa masa ubijaków (rys. 9) wynosi od 8 do 20 t. Przewagą wybijanych kolumn nad typową konsolidacją dynamiczną jest szybszy proces wzmocnienia podłoża, większa niezawodność wzmocnienia oraz skuteczniejsza poprawa właściwości słabego gruntu wzmacnianego dzięki przemieszaniu z dodawanym materiałem. Zastosowanie formowanych kolumn może zastąpić masową wymianę słabego gruntu, często w ogóle niemożliwą do wykonania. Kolumny formowane w podłożu zwiększają jego nośność, znacznie ograniczające osiadania, a także zwiększają stateczność wznoszonych budowli. Rys. 8. Schemat procesu wymiany dynamicznej (wg L. Menarda) Rys. 9. Przykłady ubijaków do wymiany dynamicznej Wyniki badań wybijanych kolumn oraz propozycje projektowania zawiera praca [Sękowski, Kwiecień 2010]

15 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW Wybór metod wzmacniania słabych podłoży Różnorodność warunków gruntowych oraz mnogość metod wzmacniania, często dostosowanych do specyficznych warunków, powodują, że wybór odpowiedniej, a przy tym nie najdroższej metody jest trudny. Metody te są słabo znane przez projektantów, a jeszcze mniej przez inwestorów. Często niezadowalające są dane z badań podłoża, na których lubią nadmiernie oszczędzać inwestorzy, a jeszcze bardziej wykonawcy projektu, gdy badania podłoża wchodzą w zakres kosztu dokumentacji. Bywają też potrzebne specjalne badania, dostosowane do konkretnej metody. Potencjalny wykonawca nie decyduje się na nie przed rozstrzygnięciem przetargu, by nie ponosić zbędnych kosztów, a często też nie ma już na to czasu. Brak takich badań zwiększa groźbę niepowodzenia. Decyzje utrudnia fakt, że wyboru metod wzmacniania często dokonuje się w takiej fazie projektowania, gdy konstrukcja i geometria obiektu nie są jeszcze sprecyzowane, a rozpoznanie podłoża jest niepełne. Aby zapewnić wybranie skutecznej i taniej metody zaleca się skorzystać z następujących rad, dotyczących toku postępowania przygotowawczego: zapewnić czas na rozpoznanie, studia i ewentualne próby, badania podłoża rozpocząć od studiów kameralnych i wstępnego rozpoznania, jak najwcześniej rozważyć zmianę lub korektę lokalizacji budowli lub jej części, rozpatrzyć kilka metod wzmocnienia - najlepiej we współpracy ze różnymi specjalistycznymi wykonawcami, nie oszczędzać na projekcie (stanowi on mały ułamek kosztu robót!) i wykonać dwa lub więcej projekty koncepcyjne, wykonać uzupełniające badania podłoża, ściśle dostosowane do lokalizacji i metody wzmocnienia (dodatkowe rozpoznanie jest też dużo tańsze od robót wzmacniania podłoża, zwłaszcza tam, gdzie to jest zbędne), przed ukończeniem projektu i zawarciem kontraktu wykonać na obiekcie wstępne próby technologii i jej efektów (próbne elementy, badania wytrzymałości, nośności, osiadań itp.), określić i uzgodnić z wykonawcą kryteria kontroli robót (specyfikacje wykonawcze), zapewnić monitorowanie zachowanie budowli podczas robót i eksploatacji. Nasuwa się tylko pytanie - jak to wszystko pogodzić z ustawą o zamówieniach publicznych? Niełatwo o odpowiedź! Rys. 10. Dreny pionowe 520 mm w osłonie z geowłókniny formowane metodą Franki (Autostrada A4) W Wytycznych wzmacniania podłoża 2002 podano zalecenia stosowania metod wzmacniania podłoży organicznych i mineralnych oraz z gruntów antropogenicznych, w zależności od rodzaju i właściwości podłoża. Wyciąg tych zaleceń zestawiono w tablicach w załączniku. Dane te mogą służyć do wstępnego przeglądu i wyboru metod, które mogą być rozpatrywane przy wykonywaniu konkretnego zadania budowlanego. 8. Podstawy projektowania wzmocnienia podłoża Zagadnienie wzmacniania słabego podłoża jest skomplikowane. Ze względu na zmienność właściwości gruntów i złożoność zachodzących zjawisk zastosowanie wielu zabiegów jest w istocie eksperymentem w skali naturalnej, którego wyniki można w pełni ocenić dopiero po wykonaniu robót, a czasem po dłuższym okresie

16 28 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego obserwacji obiektu. Nie łatwo jest przyjąć to do wiadomości odpowiedzialnym za decyzje projektantom lub nadzorującym, lecz taka jest prawda. Dlatego wskazane jest korzystanie z pomocy specjalistów posiadających stosowną wiedzę i doświadczenie. Tablica 4. Zakres zastosowania metod wzmacniania słabego podłoża w przypadku różnych gruntów [na podstawie Metoda Rodzaj gruntu Torf Ił/Glina Pył Piasek Żwir Grunty nasypowe Odpady komunalne Dreny pionowe X X X X Wibroflotacja X X X X X Wibrowymiana X X Wgłębne mieszanie na sucho X X Możliwe stosowanie X Wgłębne mieszanie na mokro Możliwe stosowanie X Możliwe stosowanie Możliwe stosowanie Wgłębne ubijanie dynamiczne X Możliwe stosowanie Możliwe stosowanie Możliwe stosowanie Kolumny przemieszczeniowe Projekt powinien być opracowywany w kilku etapach. Na wstępie warto rozważyć zmianę lub korektę lokalizacji obiektów w miejsce o mniej niekorzystnych warunkach. W fazie wstępnego planowania należy rozpatrzyć różne sposoby wzmocnienia podłoża. Jeżeli grunt ma być wykorzystany jako materiał budowlany, to potrzebne są badania dostosowane do metody wzmocnienia. Dokładnego rozpoznania wymagają warstwy określane zwykle jako nienośne, gdyż właściwości i parametry właśnie tych gruntów mogą decydować o wyborze zabiegów oraz o ich efektach. Dlatego często potrzebne są specjalne badania uzupełniające. Przy wyborze metody powinny być uwzględniane również nieoczekiwane skutki negatywne dla otoczenia. Np. konsolidacja torfów czy wgłębna stabilizacja gruntu powoduje drastyczne zmniejszenie wodoprzepuszczalności. Może to doprowadzić do szkód w wyniku spiętrzenia wód gruntowych, jak np. zniszczenie nawierzchni obwodnicy Lęborka czy podtopienia terenów przy obwodnicy Radzymina. Roboty powinny być wykonywane na podstawie zatwierdzonego projektu, zawierającego m.in.: szczegółowe wymagania konstrukcyjne i użytkowe obiektu, dane wymagane do planowania robót, oceny ich kosztu oraz do wykonania i kontroli, szczegółową specyfikację techniczną (SST) lub równorzędne opracowanie, rodzaje i zawartość dokumentów wykonawczych (metryk, protokołów itp.), program monitorowania zachowanie budowli i jej otoczenia. Projekt wzmocnienia powinien uwzględniać m.in. wcześniejsze doświadczenia z podobnych robót w sąsiedztwie terenu budowy. W dokumentacji należy podać wymagane parametry wzmocnionego podłoża (np. wytrzymałość, moduł ściśliwości, współczynnik filtracji) i konstrukcji wzmacniających (wytrzymałość lub odkształcalność tworzywa elementów, zachowanie pod obciążeniem), tolerancje wykonawcze elementów i konstrukcji (wymiarów, usytuowania). Należy uwzględnić przewidywane terminy wprowadzania obciążeń budowli, a także równoczesne działania, które mogą mieć wpływ na przebieg robót i otoczenie (np. odwodnienie, głębokie wykopy, drgania i wstrząsy). Sposób wykonania wzmocnienia należy dokładnie i wyczerpująco opisać na rysunkach, w specyfikacji i innych dokumentach. Niewiele jest krajowej literatury na temat projektowania wzmocnień. Wartościowe dane można znaleźć np. w pracach [Grundbau und Taschenbuch , Gryczmański 1993, Jarominiak 1999, Michalski i Krzywkowski 2000, Priebe 1995, Świniański 2003]. W przypadku rozwiązań niekonwencjonalnych lub propozycji zamiennych wykonawca robót powinien przedstawić inwestorowi (zamawiającemu) własną specyfikację techniczną, określającą parametry procesu technologicznego, których kontrola powinna być prowadzona w czasie robót. Powinna ona zostać uzgodniona przez reprezentanta inwestora (inżyniera budowy).

17 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 29 W uzasadnionych przypadkach należy przewidzieć próby wstępne (np. odcinki lub poletka próbne, wykonanie próbnych elementów, badania nośności itp.), które będą podstawą wyboru rozwiązań, wymagań projektu wykonawczego i ustaleń kontraktowych. Rozwiązania szczegółowe w projekcie przetargowym powinny być traktowane jako przykładowe, do określenia wymagań technicznych, kosztu, czasu trwania itp. Merytorycznie korzystne jest opracowanie projektu wykonawczego przez specjalistycznego wykonawcę, lecz może to powodować naciąganie ilości robót w celu zwiększenia kosztu kontraktu. W przypadku przetargu na roboty należy w jego warunkach przewidzieć możliwość zastosowania rozwiązań alternatywnych, zaproponowanych przez specjalistycznych wykonawców robót, jeżeli spełniają one wymagania użytkowe określone dla obiektu. Projektowanie jest dostosowane do konkretnej metody wzmocnienia. Wspólne zasady to sprawdzenie stanów granicznych: nośności podłoża i stateczności skarp oraz użytkowalności. Bardziej szczegółowe zalecenia zawierają np. prace [Grundbau und Taschenbuch , Molisz i in. 1986, Wiłun 2000]. Dla podłoża wzmocnionego kolumnami lub skonsolidowanego pod obciążeniem należy przyjmować wytrzymałość gruntu odpowiednio zmodyfikowaną: np. średnią z wytrzymałości gruntu i kolumn (ważoną proporcjonalnie do ich przekrojów) lub ustaloną doświadczalnie czy szacunkowo wytrzymałość po skonsolidowaniu. Wymaga to ostrożności i nawiązania do doświadczeń z praktyki. Zwykle większe znaczenie ma warunek, by podłoże nie odkształcało się nadmiernie przez cały okres użytkowania budowli. Istotne znaczenie ma przebieg osiadań w czasie, gdyż osiadania w czasie budowy najczęściej nie są ograniczane, natomiast po zakończenie robót (np. po ułożeniu przewodów odwadniających i nawierzchni) nie powinny przekraczać wartości akceptowalnych. Osiadania oblicza się typowymi metodami. Są one sumą osiadania samego nasypu (budowli ziemnej) oraz warstwy słabej (osiadań konsolidacyjnych powodowanych przez wypieranie wody z porów gruntu i osiadań wtórnych związanych z odkształceniami materiału gruntowego). Odkształcenia podłoża wzmocnionego kolumnami oblicza się jak kompozytu, uwzględniając przekroje i sztywności jego składników. Kolumny formowane wibracyjnie z kruszywa lub przez stabilizację spoiwami są elementami dość podatnymi, natomiast wybijane w podłożu ciężkimi ubijakami są bardzo sztywne i mogą przenosić duże obciążenia. Czas osiadań konsolidacyjnych istotnie zależy do drogi filtracji wody. W przypadku użycia drenów droga ta bardzo się skraca i czas konsolidacji maleje. Niekiedy problemem są osiadania wtórne, które bywają długotrwałe i trudne do przyspieszenia. W każdym przypadku wskazane jest okresowe przeciążenie podłoża (np. nadkładem 1 1,5 m nasypu), co pozwala niemal zupełnie eliminować osiadania w czasie eksploatacji. Szczegółowe dane zawierają np. prace [Grundbau und Taschenbuch , Molisz i in. 1986, EN 14731:2005, Priebe 1995, Werno i Zadroga 2003, Wiłun 2000]. Dokładność analiz nie jest duża i nie warto stosować zbyt skomplikowanych metod. Największe znaczenie ma określenie wiarygodnych wartości modułów odkształcenia słabych warstw, a także współczynników filtracji i szybkości konsolidacji. W takich przypadkach nieoceniona jest metoda obserwacyjna oraz doświadczenie specjalistycznych wykonawców. Dokumentacje geotechniczne zwykle wartości modułów bardzo zaniżają, co powoduje przewymiarowanie wzmocnienia, a czasem prowadzi do przykrych niespodzianek, np. gdy wzmacniające nasyp warstwy geosiatek znajdą się w strefie podbudowy nawierzchni i projektowanego przepustu, zamiast poniżej. Szczególnego podejścia wymagają nasypy niebudowlane [Sękowski 2006]. Bywają one bardzo różne od zupełnie dobrego podłoża, nie wymagającego niemal żadnych zabiegów, do trudnych do oceny zachowania się materiałów. Do wzmacniania takich nasypów lub wielometrowych warstw składowisk odpadów jest szczególnie przydatna konsolidacja dynamiczna. Ze względu na nieuniknioną ograniczoną dokładność przewidywań projektowych należy zawsze zaplanować badania kontrolne wytrzymałości podłoża i formowanych elementów oraz pomiary przemieszczeń. Wyniki badań kontrolnych są podstawą odbioru robót, ale bieżąco prowadzone i interpretowane często pozwalają na zmniejszenie zakresu robót, lub przeciwnie wskazują konieczność dodatkowych zabiegów, co powoduje wzrost kosztu, ale chroni inwestora i innych zainteresowanych przed późniejszymi, czasem bardzo kosztownymi, kłopotami. Roboty powinny być wykonywane na podstawie projektu technologicznego lub podobnego opracowania, określającego m.in. harmonogramy prac. Odstępstwa od dokumentacji projektowej w trakcie robót powinny być uzasadnione w dokumentacji wykonawczej i potwierdzone przez nadzór. Zalecane jest opracowanie w projekcie wykonawczym szczegółowej listy czynności związanych z przygotowaniem robót, wykonawstwem, nadzorem i odbiorami robót, z podaniem jednostek i/lub osób odpowiedzialnych za ich realizację. Zabiegi związane ze wzmacnianiem podłoża są robotami specjalistycznymi. Powinny one być wykonywane i nadzorowane przez wyszkolony i doświadczony personel, zaznajomiony ze stosowanymi metodami. Materiały i sprzęt powinny być w dobrym stanie. Inwestor lub projekt wykonawczy powinien określić zasady systemu kontroli jakości robót przez nadzór oraz ich monitorowania, jeśli jest wymagane. Wskazana jest współpraca z autorskim nadzorem projektanta.

18 30 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego 9. Konsolidacja podłoża wspomagana podciśnieniem Opis metody i warunki stosowania Konsolidacja wykorzystująca efekt podciśnienia jest skutecznym sposobem ulepszania właściwości słabych gruntów spoistych i organicznych, zwłaszcza bardzo ściśliwych grubych warstw o miąższości m, w dużych robotach ziemnych. Powierzchnia gruntu lub ułożonej warstwy drenującej jest przykrywana szczelną powłoką, zagłębioną na obwodzie w wykopanych rowach i dociśniętą gruntem. Pod powłoką montowana jest instalacja drenująca i wywoływane podciśnienie za pomocą pompy próżniowej. W ten sposób można uzyskać przeciążenie podłoża ciśnieniem atmosferycznym, odpowiadające naciskowi nasypu wysokości 4 m. Schemat instalacji podciśnieniowej przedstawia rys. 11. Rys. 11. Konsolidacja podciśnieniowa podłoża z drenami pionowymi [Wytyczne WPG 2002] Szczególną zaletą metody podciśnieniowej jest fakt, że zamiast zwiększać naprężenia efektywne w gruncie przez zwiększenie naprężeń całkowitych za pomocą zewnętrznego nacisku, uzyskuje się przeciążenie gruntu redukując ciśnienie wody w porach bez zmiany naprężeń całkowitych. Nacisk zewnętrzny jest skierowany "do wewnątrz" gruntu i jest on ściskany niemal izotropowo, a naprężenia ścinające powstające przy krawędziach nasypu są niewielkie. Efektem ściskania gruntu jest chwilowy wzrost jego spójności, a zatem i wytrzymałości na ścinanie. Dzięki temu nie ma obawy wyparcia słabego gruntu spod nasypu i potrzeby wznoszenia go etapami, z okresami oczekiwania na konsolidację. Pozwala to znacznie skrócić czas wznoszenia nasypu. Dodatkową korzyścią jest mniejsza objętość materiału nasypowego dzięki brakowi wypierania podłoża na boki oraz możliwość przyjęcia stromszych skarp nasypu, co poważnie ogranicza potrzebną ilość materiału ziemnego. Na oczyszczonej i wyrównanej powierzchni słabego podłoża jest układana, zwykle na geowłókninie, warstwa drenażowa piasku (grubości cm), której zadaniem jest stworzenie platformy roboczej. W razie potrzeby stosowane jest zbrojenie z geosyntetyków. Na obwodzie powierzchni obciążanej wykopywane są rowy zagłębione około 0,5 m poniżej zwierciadła wody gruntowej, wypełniane płuczką bentonitową, służącą do uszczelnienia brzegów powłoki. Do przewodów instalacji odwodnieniowej podłącza się pompy próżniowe do wody i do powietrza (rys. 12).

19 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 31 Rys. 12. Schemat systemu do konsolidacji podciśnieniowej MENARD Vacuum Consolidation (MVC ) [Binder 2008] Skuteczność konsolidacji zwiększa się dodatkowo przez obciążenie powłoki kilkumetrową warstwą gruntu, który stanowi część docelowego nasypu. W celu przyspieszenia konsolidacji i skrócenia czasu zabiegu zwykle stosowane są dreny pionowe. Rozstaw drenów wyznacza potrzebną długość drogi filtracji wody i decydująco wpływa na prędkość konsolidacji. Układanie nasypu na powłoce można rozpocząć już po 2 tygodniach od początku działania podciśnienia. Typowy czas potrzebny do uzyskania konsolidacji metodą podciśnieniową wynosi od 3 do 6 miesięcy, wobec 12 i więcej w przypadku metod klasycznych. W celu obserwacji i kontroli przebiegu konsolidacji instalowane są urządzenia pomiarowe (repery geodezyjne, piezometry, mierniki ciśnienia porowego, ewentualnie inklinometry i wgłębne repery talerzowe). Pozwala to zakończyć pompowanie po osiągnięciu wymaganych parametrów (osiadań, wskaźnika porowatości, wytrzymałości na ścinanie). Konsolidacja podciśnieniowa jest stosowana zamiast tradycyjnego przeciążenia w celu eliminacji ryzyka utraty stateczności podłoża nasypu albo do zwiększenia stateczności - w połączeniu z przeciążeniem nasypem. Jest ona stosowana od lat 1980-tych we Francji, Niemczech i krajach. Znajduje zastosowanie w robotach drogowych, do budowy zbiorników paliw, terminali lotniczych i kontenerowych, oczyszczalni ścieków itp. Badania kontrolne i kryteria odbioru Badania kontrolne, odpowiednio do sytuacji, mogą obejmować: grubość i skład słabych warstw konsolidowanych, ocenę ich właściwości geotechnicznych oraz poziom i pochylenie stropu podłoża nośnego, w przypadku budowy etapowej nasypu - zmiany właściwości geotechnicznych konsolidowanych warstw podłoża, w szczególności słabych warstw organicznych. zgodność wbudowywanego materiału z wymaganiami (rodzaj, uziarnienie, wilgotność) oraz jego objętość, sprawdzenie zagęszczenia gruntu nasypowego (wskaźnika zagęszczenia I s lub wskaźnika odkształcenia I 0, modułu odkształcenia wtórnego E 2 ), w szczególnych przypadkach - badania dynamicznego modułu odkształcenia, pomiar zagęszczenia przyrządami radiometrycznymi itp. Zasady kontroli i kryteria techniczne są podane w odpowiednich dokumentach np. w PN-S-02205:1998 i OST D :1998. Monitorowanie W fazie badań podłoża i budowy należy założyć punkty monitorowania i rozpocząć pomiary, których wyniki będą składnikiem dokumentów do odbioru robót, a w razie potrzeby pomiary, obserwacje i okresowe oceny należy kontynuować w czasie eksploatacji budowli. Pomiary i obserwacje powinny obejmować:

20 32 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego pomiary osiadań podłoża i nasypu za pomocą reperów powierzchniowych (na nasypie i terenie), wgłębnych (teleskopowych wbudowanych w nasyp), "wagi wodnej" (w przewodzie ułożonym pod nasypem) w celu kontroli zachowania nasypu i stabilizacji osiadań, w razie potrzeby - pomiary przemieszczeń pionowych (uniesienia) i poziomych słabego podłoża w sąsiedztwie podstawy nasypu, w celu kontroli czy nie zachodzi wypieranie podłoża spod nasypu, w przypadku budowy etapowej nasypu - pomiary piezometrami ciśnienia wody w porach na różnych głębokościach w podłożu, dokumentowanie podczas robót wykonanych elementów budowli ziemnej i parametrów technologicznych. Piśmiennictwo, normy, specyfikacje Zagadnienia konsolidacji przedstawiają m.in. prace [Molisz i inni 1986; Wiłun 1987, 2000; Pisarczyk 2005], a konsolidacji podciśnieniowej [Binder 2008; Kirstein 2007]. Badania podłoża zgodnie z [Instrukcją IBDiM, 1998]. Norm i specyfikacji brak. Przykłady z praktyki zagranicznej Autostrada A837 Tonnay Charente we Francji Odcinek autostrady przebiegał przez teren bagnisty, o głębokości bardzo ściśliwych warstw organicznych 18 do 26 m. Wytrzymałość ich na ścinanie c u była w granicach 17 do 75 kpa. Projektowany nasyp wznosił się ponad teren od 1,5 do 2 m. Na obszarze konsolidowanym m 2 ułożono 1,5 m nasypu, stanowiącego też platformę roboczą, z której zagłębiono w podłoże dreny średnicy 5 cm w siatce 1,5 x 1,5 m. Osiadania pod ciężarem nasypu wstępnego wyniosły cm. Po ułożeniu przepony i uruchomieniu pompowania rozpoczęto wznoszenie docelowego nasypu o wysokości powiększonej o przewidywane osiadanie podłoża (2 do 2,5 m). Pompowanie trwało przez 6 miesięcy. Całkowita grubość ułożonego nasypu wynosiła 3,35 do 4,26 m. Pomierzone osiadania osiągnęły 1,1 do 2,2 m, prognozowane osiadania całkowite do 2,5 m. Uzyskano stopień konsolidacji 70 75%. W czasie robót mierzono także ciśnienia wody w porach i przebieg ich rozpraszania w czasie konsolidacji. Na podstawie obserwacji osiadania opóźnione w ciągu 30 lat szacowano na 90 do 110 mm. Zachowanie wykonanej drogi uznano za spełniające założenia. W ciągu 6 lat eksploatacji osiadania nie przekroczyły 100 mm. Rys. 13. Przykład konsolidacji podciśnieniowej bagnistego podłoża pokrytego 2 m warstwą piasku na membranie (autostrada A837 we Francji -Tonnay Charente) [Binder 2008]

21 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 33 Hamburg - zakłady produkcji Airbusa A380 ( ) Zakłady wymagające dużej dodatkowej przestrzeni usytuowano na zalądowanym obszarze rozlewiska przy ujściu Łaby. Słabe podłoże do 5 14 m tworzyły namuły, torf i gytia, poniżej zalegały nośne piaski. Nasyp tworzący platformę zakładu miał obszar 132 ha. Na powierzchni m 2 zaplanowano platformę rozładowczą o szerokości 100 m. Teren ten otoczono wałem wysokości 6 m, tworząc zamknięty zbiornik, który wypełniono zasypką grubości 2,5 m. Następnie wykonano drenów pionowych długości do 15 m w siatce 50 x 50 cm (rys. 14) tak gęstej, aby maksymalnie przyspieszyć konsolidację. By zapobiec wypieraniu podłoża, wzdłuż podstawy wału wykonano pas poddany konsolidacji podciśnieniowej. Strefę tę zabezpieczono przed napływem wody z zewnątrz przesłoną o grubości 30 cm i głębokości ponad 8 m z miejscowego gruntu zmieszanego z bentonitem. Na zdrenowanym podłożu ułożono membranę PCV i rozpoczęto pompowanie spod niej wody i powietrza. W drugiej fazie konsolidowano teren o powierzchni m 2, w którym zainstalowano 13 milionów drenów w siatce o większym rozstawie. Na tym obszarze metodę podciśnieniową użyto na terenie m 2, na którym projektowano budynki i bardzo obciążone parkingi. Pozwoliło to zagwarantować, że całkowite osiadania opóźnionych poniżej narzuconej dla tego obszaru wartości 10 cm. Przebieg robót rejestrowano w bazie danych. Sprawdzono pionowość i ostateczną długość instalowanych drenów. Rejestrowano istotne parametry procesu wykonywania otworu w gruncie, co pozwoliło weryfikować danych o podłożu. Dreny instalowane były z wydajnością m na dobę (12000 do punktów dziennie). Na terenie ułożono nasyp wysokości 4,5 m. Wbudowano i zagęszczono 11 mln m 3 piasku, m drenów. Prognozowano osiadanie zdrenowanego podłoża do 3 m, osiadania opóźnione 15 do 30 cm w ciągu 5 lat. Pomierzone osiadania osiągnęły około 2,5 m, spełniony został warunek osiadania <15 cm w ciągu 5 lat. Podciśnienie wywierało na podłoże nacisk do 70 kpa. W strefie konsolidowanej podciśnieniowo przez 15 miesięcy osiadanie wzrosło o 1,6 1,8 m, osiadania opóźnione wyniosły do 3 cm w ciągu 3 lat. Rys. 14. Wciskanie w podłoże drenów taśmowych na głębokość do 15 m (wg Kirstein 2007) Rys. 15. Widok strefy konsolidowanej podciśnieniowo (wg Kirstein 2007)

22 34 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego 10. Szybkie ubijanie impulsowe RIC Szybkie ubijanie impulsowe RIC (ang. Rapid Impact Compation) jest jedną z odmian wgłębnego wzmacniania podłoża metodą ubijania. Technologia ta polega na przekazaniu na grunt poprzez stalową płytę dużej ilości energii (ok. 6,40 MJ) w krótkim czasie (ok. 1 minuty). Wykorzystywane jest specjalne urządzenie, montowane na koparce gąsienicowej, z pionową prowadnicą i młotem hydraulicznym, który podnosi i zrzuca wielotonowy (7-9 t) ubijak z wysokości 1,2 m do 1,5 m z częstotliwością 40 do 60 uderzeń/minutę. Średnica płyty przekazującej energię uderzeń na grunt wynosi 1,5 m. Urządzenie porusza się po powierzchni terenu, od punktu do punktu, po zadanej siatce (kwadraty, trójkąty i inne wieloboki). Ilość przekazywanej energii w określonych punktach, zależnie od potrzeb, może być różna w każdym kolejnym przejściu. Osprzęt elektroniczny umożliwia bieżącą kontrolę procesu. Tablica 5. Typowa głębokość wzmocnienia metodą RIC (wg Serridge i Synac 2006; BRE BR Report 458, 2003) Rodzaj gruntu Całkowita przyłożona energia [txm/m 2 ] Głębokość zagęszczenia [m] Luźny gruz budowlany 150 4,0 Zasypki popiołowe 150 3,5 Wyselekcjonowane zasypki ziarniste 150 4,0 Pył piaszczysty i piasek pylasty 80 i 190 2,0 i 3,0 Metodą szybkiego ubijania impulsowego można z dużą wydajnością zagęszczać nienawodnione rodzime i nasypowe grunty niespoiste, grunty zapadowe, zwały odpadów przemysłowych, gruzu, śmieci, zwykle do głębokości 5 m, w sprzyjających warunkach do 8 m. Stosowana jest w celu poprawy parametrów geotechnicznych (sztywności i nośności) i redukcji osiadań. W Polsce metoda ta była stosowana m.in. do: wzmacnianie podłoża pod obiekty liniowe autostrady A1 w okolicach Gdańska, dogęszczenia gruntów terenu portu kontenerowego w Gdyni, wzmocnienia hałdy pod budowę centrum logistycznego na Śląsku. Rys. 16. Urządzenie do szybkiego ubijania impulsowego RIC

23 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 35 Przykład z praktyki zagranicznej Renowacja wałów przeciwpowodziowych rzeki Kamp (Austria) Wały przeciwpowodziowe rzeki Kamp (w dolnej części) znajdują się po jej obydwu stronach. Fragmenty wałów mają ponad 100 lat. W wyniku powodzi w 2002 roku wały zostały miejscami przerwane, a woda zalała okoliczne miejscowości. Prowadzone w latach analizy wykazały m.in. koniecznych renowacji wałów przeciwpowodziowych wzdłuż obydwu brzegów na odcinku o łącznej długości 4,9 km. Roboty rozpoczęto w 2009 roku. Zastosowano ubijak o masie 9 ton, zrzucany z wysokości 1,2 m. Płyta miała średnicę około 1,5 m i masę około 3 ton. Wały zbudowane są z gruntów sypkich, znacznie podatniejszych na ubijanie niż grunty spoiste. Na podstawie doświadczeń z wcześniejszych projektów drogowych przewidywano efektywną głębokość zagęszczenia do 7 m. W trakcie procesu ubijania rejestrowano następujące parametry: datę i czas, położenie (współrzędne GPS), przemieszczenia w czasie jednego impulsu, całkowite przemieszczenia, krzywą przemieszczenia, liczbę impulsów, przyłożoną energię. W początkowej fazie wykonano odcinek próbny na długości około 50 m. W celu oceny efektów wykonanego wzmocnienia przed, w trakcie i po zakończeniu procesu przeprowadzono badania terenowe: - dynamiczną sondą lekką (DPL), - dynamiczną sondą ciężką (DPH), - płytą dynamiczną, - izotopowy przyrząd do określania gęstości, - pomiary wibracji w trakcie wykonywania wzmocnienia, - pomiary deformacji wału. Następnie dokonano odwiertów, pobrano próbki i zbadano ich wodoprzepuszczalność. Tak kompleksowe badania pozwoliły na rzetelna ocenę jakości wzmocnienia i jego głębokości. Doświadczenia z próbnego odcinka pozwoliły w sposób optymalny dobrać intensywność ubijania dla rekonstruowanych wałów. W pierwszej kolejności usuwano wierzchnią warstwę gleby. Jednorazowo odsłaniano odcinek około 50 m. Po dwukrotnym przejściu maszyny powstałe kratery wypełniano odpowiednim materiałem gruntowym (piasek pylasty z domieszką żwiru). Po wypełnieniu kraterów następowało trzecie przejście maszyny. Kratery ponownie wypełniono materiałem gruntowym, całość dogęszczano walcem. Na tak wzmocnionym podłożu ponownie układano warstwę ziemi urodzajnej. Zastosowanie RIC powoduje duże przemieszczenia. Dzięki wypełnianiu kraterów odpowiednim materiałem gruntowym zmniejszono przepuszczalność wałów. W trakcie procesu mogą zostać zlikwidowane istniejące pustki. Odporność wału na zniszczenie w wyniku erozji została zwiększona. Ponadto wzrosła wytrzymałość gruntu, a tym samym stateczność skarp. W celu oceny jakości wzmocnienia wałów przeciwpowodziowych, zdecydowano o wykonaniu sondowań co 200 m wału. W pierwszym etapie wykonano 14 sondowań DPH prawego wału (do głębokości 9 m). Ponadto w przypadku pierwszych sześciu stanowisk (w odległości około 10 m) wykonano badania sondą DPL. W przypadku wału lewego, ze względu na większą zmienność, wykonano 15 sondowań DPL. Uśrednione wyniki przeprowadzonych badań pokazano na rys Wykonane badania sejsmiczne wykazały wzrost gęstości materiału, z którego wykonane są wały.

24 36 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Rys. 17. Wyniki badań sondą DPL i DPH prawego wału przed i po wykonaniu dogęszczenia metodą szybkiego ubijania impulsowego średnia z 6 stanowisk (według Lienbacher i in. 2010) Rys. 18. Wyniki badań sondą DPH prawego wału przed i po wykonaniu dogęszczenia metodą szybkiego ubijania impulsowego średnia z 14 stanowisk (według Lienbacher i in. 2010) Rys.19. Wyniki badań sondą DPL lewego wału przed i po wykonaniu dogęszczenia metodą szybkiego ubijania impulsowego średnia z 15 stanowisk (według Lienbacher i in. 2010)

25 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW Wypełnienia z lekkich materiałów Lekkie wypełnienia są stosowane w nasypach i zasypkach w celu zmniejszania obciążeń podłoża i parcia gruntu na ściany oporowe oraz ograniczenia długotrwałych osiadań i deformacji budowli. Jest to wskazane: w przypadku budowy, podwyższania lub poszerzania nasypów na bardzo ściśliwym podłożu (np. na bagnach), gdy nasyp z materiału ziemnego wywołałby nadmierne i długotrwałe osiadania lub, w skrajnych przypadkach, mógłby zatonąć lub utracić stateczność, do wymiany gruntu w celu naprawy długotrwale osiadających nasypów na bardzo ściśliwym podłożu, zwłaszcza w przypadkach, gdy kolejne wyrównywanie niwelety drogi nakładkami bitumicznymi dociąża podłoże i powoduje dalszy przyrost osiadań, jako zasypka do zabezpieczania lub naprawy ścian oporowych i przyczółków mostów, doznających przemieszczeń poziomych spowodowanych bocznym parciem słabego gruntu, wywołanym przez obciążenie pionowe nasypem. Wypełnienia z materiałów nasiąkających lub wrażliwych na wodę (np. popiołów lotnych, pianobetonu) powinny być zabezpieczone przed jej działaniem, w szczególności nie można ich wbudowywać w budowlę ziemną poniżej poziomu zwierciadła wody gruntowej. W przypadku okresowego przyboru wody omywającej budowlę (np. przybory w rzekach) konieczne jest sprawdzenie warunku stateczności z uwzględnieniem sił wyporu. Lekkie wypełnienia mają mały współczynnik przewodności cieplnej. Ta cecha może być pożyteczna przy tworzeniu warstw chroniących podłoże przed przemarzaniem, lecz także sprzyja oblodzeniu nawierzchni. Dane do projektowania Grubość i skład słabych warstw, ocena ich właściwości geotechnicznych, poziomy występowania wód powierzchniowych i gruntowych oraz poziom stropu podłoża nośnego. W badaniach gruntów organicznych celowe jest oznaczenie: uziarnienia i granic konsystencji wg PN-88/B , zawartości części organicznych, stopnia rozkładu torfu wg skali von Posta, gęstości objętościowej i właściwej oraz wilgotności naturalnej. Właściwości mechaniczne określa się z badań trójosiowych (kąt tarcia wewnętrznego, spójność, odkształcalność) oraz edometrycznych, w zakresie przewidywanych obciążeń słabego podłoża. W badaniach terenowych wyznacza się wytrzymałość na ścinanie w warunkach bez odpływu τ f (sondą obrotową), w razie potrzeby moduł odkształcalności E 0 (np. świdrem talerzowym). Do szybkiego głębokiego rozpoznania zalecana jest sonda wciskana (CPT), która pozwala oszacować wytrzymałość i ściśliwość gruntu. Opis metody Do wypełnień lżejszych od gruntu należą m.in.: popioły lotne, lekkie kruszywa, pianobeton, bloki ze spienionego polistyrenu - styropianu. Popioły lotne stanowią odpad przemysłowy, który może być wykorzystany jako materiał budowlany. Zaletą popiołów jest mały ciężar objętościowy (9 12 kn/m 3 ). Dysponenci popiołów mają zorganizowany system składowania i dystrybucji, często dostarczają własnym transportem w miejsce wbudowania, niekiedy oferują wzbogacenie popiołów materiałami wiążącymi. Barierą stosowania popiołów do budowy nasypów jest opłacalność w przypadku dużych odległości dowozu. Trudność stanowi też pylenie suchych popiołów w czasie robót. Popioły prawidłowo wbudowane są traktowane jako materiał nieszkodliwy dla środowiska. Zgodnie z opinią Głównego Inspektoratu Dozoru Jądrowego z dnia , pyły i żużle z energetycznego spalania węgla, z punktu widzenia ochrony radiologicznej, mogą być wykorzystywane do budowy nasypów drogowych i kolejowych, izolacji i rekultywacji składowisk odpadów bez obowiązku wykonywania pomiarów radiometrycznych. Każdorazowo trzeba rozważać sprawę ochrony wód podziemnych przed zanieczyszczeniem wysiękami związków chemicznych. Zasady budowy nasypów z popiołów podane są np. w wytycznych IBDiM [1981]. Nasypy z popiołów należy osłonić okładem z gruntu naturalnego, który w górnej części jest podłożem nawierzchni, zaś na skarpach - podłożem okrywy roślinnej. Popioły stosowane do budowy nasypów zaleca się układać na podłożu z gruntów przepuszczalnych, na warstwie odcinającej od wody gruntowej. Ma to duże znaczenie szczególnie przy stosowaniu popiołów drobnoziarnistych, które wykazują właściwości kapilarne i nie są mrozoodporne. Nasypy z popiołów lotnych są wykonywane warstwami poziomymi grubości cm, a górną powierzchnię nasypu zabezpiecza się przed przenikaniem wody np. przez zastosowanie stabilizacji. Lekkie kruszywa keramzytowe są przydatne do wykonywania nasypów pływających na bardzo słabych podłożach oraz do zasypek lub obsypek rozmaitych konstrukcji zagłębionych w gruncie z uwagi na gęstość trzykrotnie mniejszą od gruntu. W kraju produkowane są rożne rodzaje tych kruszyw. Keramzyt jest materiałem ceramicznym, produkowanym w procesie wypalania glin i iłów w temperaturze 1000 do 1200 C. Nie wykazują one promieniotwórczości i spełniają wymagania ochrony środowiska. Jako lekkie wypełnienie zaleca się stosować frakcje kruszywa od 8 do 20 mm, które w stanie suchym po utrzęsieniu ma gęstość objętościową 300 do 350 kg/m³.

26 38 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Ziarna kruszywa mają nasiąkliwość około 20%, a porowatość około 40%. W stanie trwale zawilgoconym gęstość objętościowa wynosi kg/m³, do obliczeń przyjmuje się 600 kg/m³. Kruszywo keramzytowe nie wymaga intensywnego zagęszczania, a dzięki dużemu tarciu ziarna dobrze się klinują. Nasypy z kruszyw keramzytowych należy układać na przygotowanym podłożu, warstwami o grubości do 1 m, stosując urządzenia transportowe i zagęszczające o nacisku do 30 kn/m². Skarpy przyjmuje się z pochyleniem do 1 : 1,5. Przy podstawie skarpy nasypu wskazane jest uformowanie trapezowego wału z kruszywa mineralnego o wysokości około 0,4 grubości nasypu z lekkiego kruszywa. Zasypki konstrukcji oporowych należy układać warstwami grubości do 0,6 m i zagęszczać np. ruchem środków transportowych o nacisku do 5 kn/m². Zagęszczone warstwy należy chronić przed zniszczeniem przez ruch ciężkich pojazdów. Warstwę lekkiego kruszywa zaleca się osłonić geowłókniną i odseparować od podłoża. Budowla ziemna z lekkiego kruszywa powinna zostać przykryta warstwą gruntu lub kruszywa grubości co najmniej 0,6 m, mieszanki stabilizowanej mechanicznie lub mieszanki stabilizowanej spoiwem o R m = 2,5 MPa. Wymagania i sposób badania kruszywa keramzytowego określają np. aprobaty techniczne IBDiM. Wykonanie nasypów i zasypek należy sprawdzać i oceniać zgodnie wymaganiami normy PN-S-02205:1998 i OST D :1998. W analogiczny sposób mogą być wykorzystane kruszywa sztuczne z popiołów, przeznaczone do wykonywania mieszanek betonowych i dolnych warstw nawierzchni dróg. Materiały te mają większą wytrzymałość, ale też znacznie większy ciężar objętościowy ( kg/m ³) i są droższe od kruszyw keramzytowych. Przykład odciążenia przepustu powłokowego Przepust z blachy falistej 7 mm o rozpiętości 4,90 m i długości około 90 m przebiega prostopadle do trzech jezdni drogi DK8 Białystok-Augustów [projekt Transprojekt-Gdańsk]. Z powodu zbyt niskiego nadkładu gruntowego nad powłoką przepustu, w celu zmniejszenia obciążenia jego sklepienia, w pokrywający go nasyp wbudowano warstwę lekkiego kruszywa (keramzytu) o grubości od 1 do 1,8 m (rys. 20). W warstwie tej umieszczono ze spadkiem 5% powłokę uszczelniającą z folii 1 mm, osłoniętej obustronnie geowłókniną. Rys. 20. Przekrój poprzeczny przepustu z blachy falistej obsypany warstwą odciążającą keramzytu [wg projektu Transprojekt-Gdańsk]

27 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 39 Przykład lekkiej zasypki przyczółka W wiadukcie w ciągu autostrady A2 nad linią kolejową E20 zastosowano przyczółki żelbetowe wysokości do 10 m, posadowione na ławach szerokości 4,0 m. Ściana czołowa przyczółka grubości 60 cm jest połączona od strony nasypu z przyporami słupowymi o przekroju prostokątnym. W celu ograniczenia obciążenia parciem nasypu, jego czołową część za korpusami przyczółków wykonano z gruntu zbrojonego georusztem. Przestrzeń w kształcie wąskiego klina (40 cm u dołu, 1 1,5 u góry) pomiędzy czołem gruntu zbrojonego a ścianą przyczółka, w miarę układania warstw gruntu zbrojonego wypełniano keramzytem o ciężarze objętościowym do 6 kn/m 3. Uzyskano w ten sposób radykalne zmniejszenie parcia na przyczółek, a także doskonałą warstwę odwadniającą. Pianobeton nadaje się doskonale do lekkich wypełnień, zwłaszcza przestrzeni trudno dostępnych. Jest on tworzywem obojętnym dla środowiska. Do jego produkcji stosuje się cement, wodę, środek pianotwórczy oraz wypełniacze np. drobny piasek, popioły lotne lub pyły. Pianobeton wytwarza się na placu budowy i transportuje w miejsce wbudowania rurociągiem. Duża ilość pęcherzyków gazu, zawartych w mieszance, zwiększa jej płynność do tego stopnia, że łatwo wypełnia wszelkie nierówności, a powierzchnia sama się poziomuje. Gęstość pianobetonu może być łatwo regulowana od najniższej, praktycznie stosowanej 400 kg/m 3 do około 1400 kg/m 3. Właściwości mechaniczne w zależności od gęstości podano w tablicy 6. Pianobeton może być układany w nasypach ziemnych powyżej poziomu wody gruntowej jako lekkie wypełnienie. Należy je dzielić na bloki, które ułatwią dostosowywanie się bez pęknięć i uskoków do odkształceń podłoża i samej budowli ziemnej. Pianobeton należy układać warstwami o grubości do około 30 cm i przedzielać je tak, aby każda warstwa była odseparowana od poprzedniej np. cienką warstwą piasku. Układanie kolejnej warstwy może nastąpić dopiero po kilku godzinach od zakończenia formowania poprzedniej. W każdej warstwie należy wykonać nacięcia pianobetonu w miejscach, w których oczekuje się pojawienia spękań warstwy. W kolejnych warstwach nacięcia powinny być wzajemnie przesunięte. Podział na warstwy i miejsca ich nacięcia powinny być określone w projekcie wypełnienia nasypu, w nawiązaniu do funkcji budowli, przyczyn, które zadecydowały o zastosowaniu lekkiego wypełnienia, warunków posadowienia nasypu i spodziewanych odkształceń budowli. Tablica 6. Typowe właściwości pianobetonu Moduł sprężystości Rodzaj Wytrzymałość po 56 dniach piano- Gęstość na ściskanie betonu (kg/m 3 (MPa) ) (MPa) statyczny dynamiczny TM ,5 TM , TM , TM ,0 TM , TM , Pianobeton może być stosowany przy naprawach uszkodzonych przyczółków mostowych i ścian oporowych. Nadaje się do wykonania lekkiego wypełnienia przestrzeni za przyczółkiem, szczególnie, gdy jego elementy uległy spękaniu i trzeba je umonolitycznić. Pianobetonu nie należy stosować do wypełniania budowli ziemnych poniżej poziomu zwierciadła wody gruntowej. Badania kontrolne obejmują: sprawdzenie wymiarów wykonanych bloków, gęstości objętościowej w stanie suchym oraz średniej wytrzymałości na ściskanie pianobetonu. Badania przeprowadza się na próbkach wyciętych z uformowanego elementu; metoda badań wg opisu w p. 5.1 i p. 5.5 normy PN-89/B Nasypy z wkładem styropianowym W celu zmniejszenia nacisku na podłoże, w budowli ziemnej część objętości wypełnia się wkładami z bloków styropianowych (EPS). Bloki powinny być układane ściśle obok siebie, konstrukcja jest warstwowa, z zachowaniem zasady przykrywania styków bloków niższej warstwy blokami wyższej warstwy (analogia do przewiązywania muru ceglanego). Podstawowym elementem konstrukcyjnym, używanym w drogownictwie, jest blok o wymiarach 4,0 x 1,0 x 0,5 m. Do utworzenia odpowiedniej konstrukcji przestrzennej, używa się jako uzupełniające bloki o innych wymiarach: 3,0 x 1,0 x 0,5 m i o mniejszej długości.

28 40 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Bloki są wytwarzane ze styropianu samogasnącego. Typowe właściwości styropianu zawiera tablica 7. Dopuszcza się stosowanie odmiany 20, ale zaleca odmianę 30, wyjątkowo 40. Liczba 30 oznacza, że gęstość pozorna tego materiału jest nie mniejsza niż 30 kg/m 3. Tablica 7. Typowe właściwości styropianu Lp. Właściwości Jednostki Odmiana gęstość pozorna kg/m obciążenia wywołujące odkształcenie 10% kn/m obciążenia wywołujące trwałe kn/m odkształcenie 2% 4 moduł sprężystości E MN/m 2 3,4 7 7,7 11,3 5 nasiąkliwość (przy zanurzeniu) % objętości Styropian jest stosowany: do budowy nasypów (rys. 21) zamiast materiału ziemnego na podłożu bardzo ściśliwym, Rys. 21. Schemat wbudowania bloków styropianu w nasyp drogowy przy poszerzaniu nasypów na ściśliwym podłożu (rys. 22); jeśli dobudowa poszerzenia z materiału ziemnego może doprowadzić do przesunięcia poprzecznego, przechylenia lub utraty stateczności budowli; poszerzenie wypełnione lekkim materiałem zmniejsza te zagrożenia, Rys. 22. Wbudowanie bloków styropianu w poszerzany nasyp do likwidacji skutków osiadania przeciążonego podłoża (rys. 23); jeśli osiadanie jest znaczne i wymagane jest podwyższenie nasypu, to użycie ciężkich materiałów spowoduje dalszy wzrost osiadania budowli, najwłaściwszym jest zastąpienie części tego nasypu blokami ze styropianu, Rys. 23. Wbudowanie bloków styropianu w celu odciążenia podwyższanego nasypu

29 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 41 przy odciążaniu czynnego osuwiska: zasadą jest, by w górnej części zsuwającej się masy zastąpić grunt wkładkami z bloków styropianowych, przesuwając wykopany grunt do podstawy tego osuwiska, z wyprzedzającym wykonaniem odprowadzenia wód opadowych i skutecznego drenażu, w połączeniu nasypu drogowego z mostem: często posadowiony na palach przyczółek ulega poziomemu przesunięciu w wyniku wywieranego na pale przez słaby grunt nacisku bocznego, spowodowanego przez pionowy nacisk nasypu; odciążenie podłoża zmniejsza boczne parcie na pale, zaś bryła z wbudowanego styropianu przejmuje parcie poziome nasypu i odciąża przyczółek. Odporność styropianu na działanie substancji chemicznych jest na ogół duża. Nawet długotrwałe działanie roztworu soli kuchennej, mydła, środków powierzchniowo czynnych, rozcieńczonych kwasów, ługu sodowego i potasowego, wody amoniakalnej, oleju sylikonowego nie powoduje uszkodzenia materiału. Olej parafinowy, wazelina, alkohole działające przez długi czas mogą zniszczyć tylko powierzchnię bloku. Natomiast niszczą styropian: aceton, octan etylenu, benzen, ksylen, rozpuszczalniki do lakierów, trójchloroetylen, nasycone alifatyczne węglowodory, benzyna apteczna, benzyna lakowa, olej napędowy, paliwa gaźnikowe (benzyna we wszystkich odmianach). Styropian nie powoduje zanieczyszczenia wód gruntowych. Środowisko wodne nie powoduje procesów gnilnych ani butwienia. Styropian nie stanowi pożywienia dla owadów i kręgowców. Okrywa ziemna bloków zabezpiecza je przed mechanicznym niszczeniem przez wandali oraz przed ogniem. Styropian jest materiałem samogasnącym, tzn. nie ma zdolności podtrzymywania płomienia, gdy nie ma obcego, czynnego źródła ognia. Bloki styropianowe układa się na naturalnym podłożu wyrównanym i przykrytym kilkunastocentymetrową warstwą dobrze zagęszczającego się gruntu, pospółki lub wysiewek z produkcji kruszywa łamanego. Wskazane jest ułożenie w podstawie zbrojenia z geosyntetyków, zapobiegającego rozpełzaniu się bardzo słabego podłoża. Odstępy między blokami powinny być nie większe od 10 mm, o ile nie określono inaczej w projekcie. Bloki układanych warstw powinny być łączone między sobą łącznikami metalowymi, zapobiegającymi wzajemnemu ich przemieszczaniu. Służą do tego specjalne kształtki z blachy lub odcinków prętów zbrojeniowych. Zaleca się przyjmować co najmniej 3 szt/4 m 2 warstwy, lecz nie mniej niż 2 szt. na blok. Wysokość konstrukcji ze styropianu zależy od potrzeb; na ogół jest to kilka warstw grubości po 0,5 m. W celu ochrony styropianu przed ewentualnym przesiąkaniem przez grunt skarpy szkodliwie działających substancji chemicznych (głównie ropopochodnych) zalecane jest okrywanie krawędzi bloków pasmami folii. Jeśli łączna grubość gruntu i konstrukcji nawierzchni drogowej, przykrywającej wkład styropianowy, jest większa od 1,5 m, to nie wymaga się specjalnego przykrycia najwyższej warstwy bloków. W przeciwnym przypadku należy okryć najwyższą warstwę styropianu płytą betonową o grubości co najmniej 12 cm, zbrojoną osiowo siatką # 15 cm z prętów 8 mm. Badania kontrolne i kryteria odbioru Kontrola wbudowania bloków styropianu obejmuje: sprawdzenie właściwości materiału (odmiany, ciężaru objętościowego, modułu sprężystości), poprawności ułożenia i połączenia bloków (odstępów między blokami, położenia i liczby łączników) osłonięcia folią lub płytą żelbetową. Wymagania i sposób badania bloków styropianowych określają np. aprobaty techniczne IBDiM. Most przez rzekę Huczwę Zbudowany w latach most długości 9,0 m (szerokość 7,0 + 2x1,25) jest wykonany z belek typu "Gromnik". Przyczółki żelbetowe o wysokości 2,4 m, z zawieszonymi skrzydłami o wysięgu 2,5 m, oparto na dwóch rzędach po 9 pali prefabrykowanych 30x30 cm, długości 9,0 m. Dolina rzeki jest uformowana z gruntów organicznych; do głębokości 4,5 m zalegają namuły, głębiej torfy, dopiero na głębokości 9 m występują zagęszczone piaski. Zagłębienie pali w piaski nie przekracza 2 m. Nasyp dojazdów, posadowiony bezpośrednio na podłożu z namułów podścielonych torfami, ma wysokość 3 m. Osiadanie podłoża nasypu dało o sobie znać na tyle szybko, że nie wykonywano nawierzchni asfaltowej, długo oczekując stabilizacji budowli. Mimo tego, w dwa lata po wykonaniu nawierzchni, jej osiadanie na styku z przyczółkiem osiągnęło 15 cm. Uskok likwidowano nakładkami asfaltowymi. Zaobserwowano zarysowania przyczółka w miejscu utwierdzenia skrzydełek. Okazało się, że przyczółki przemieściły się ku przeszkodzie, a belki przęsła stały się ich górną rozporą. Przyczółki przesunęły się więcej dołem niż górą (ruch był tam ograniczony przęsłem), odkształcenie pali były nadmierne. Przyczyną odkształceń jest duże parcie poziome namułów i torfu, które przemieszczają się pod obciążeniem nasypem w kierunku rzeki i powodują przesunięcie pali słabo utwierdzonych w nośnym podłożu. IBDM [Grzegorzewicz, Kłosiński 1998] zalecił znaczące odciążenie podłoża nasypu w strefie przy przyczółkach, wykonanie płyt przejściowych w celu ograniczenia nacisków eksploatacyjnych nasypu w styku z mostem oraz naprawę uszkodzeń żelbetu przyczółków. W celu odciążenia podłoża wbudowano bloki ze styropianu klasy 20. Styropian właściwie wbudowany i osłonięty stanowi trwałe wypełnienie budowli ziemnej. Kilkuletnia konsolidacja podłoża przez nasyp, spowodowała poprawę parametrów podłoża. Po przebudowie nasyp i obciążenie użytkowe są bezpieczne dla podłoża i podpory.

30 42 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego W celu odciążenia za przyczółkami wbudowano bloki styropianu o gęstości kg/m 3. Remont mostu w r. 1997, po naprawieniu skrzydełek, obejmował rozebranie nasypu za przyczółkami, ułożenie na podłożu warstwy separacyjnej i odwadniającej (20 cm wysiewków), okrycie tylnej powierzchni przyczółków folią izolującą bitum izolacji od styropianu, zmontowanie bloków styropianu (rys. 26) według zaprojektowanego schematu (rys. 25), okrycie bocznych powierzchni styropianu folią chroniącą przed awaryjnym przesiąkiem cieczy ropopochodnych, ułożenie na górnej powierzchni 15 cm płyty betonowej lekko zbrojonej oraz uformowanie nasypu ziemnego okrywającego z boku styropian i wykonanie na płycie nawierzchni drogowej. Przebudowa nasypów trwała 3 tygodnie. Rys. 24. Konstrukcja mostu przez Huczwę Rys. 25. Układ i osłona gruntem bloków styropianu wbudowanych w nasyp

31 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 43 Po rozebraniu zasypki przyczółków zaobserwowano zmniejszenie wygięcia pali. Po wznowieniu ruchu nie wystąpiły znaczące osiadania nawierzchni przy przyczółkach. Rys. 26. Układanie bloków styropianu za przyczółkiem Zabezpieczenie zdeformowanej ściany oporowej Fragment drogi wojewódzkiej nr 328 w Marciszowie (koło Jeleniej Góry), biegnący wzdłuż rzeki Bóbr, zabezpieczono w r na długości 72 m stalową ścianką szczelną z grodzic stalowych G62 ze zwieńczeniem żelbetowym. Projektowana wysokość odsłoniętej ścianki wynosiła 2,7 m. W ściance wykonano otwory i osadzono w nich przewody umożliwiające odpływ wody. W 2001 r. wykonano wzdłuż ścianki przekop o głębokości 1,5 m do ułożenia nowego wodociągu. Wspornikowa wysokość ścianki zwiększyła się z 2,7 m do 4,2 m. Spowodowało to taki wzrost momentu zginającego, że ścianka została przeciążona i trwale się odkształciła, przemieszczenia wieńca osiągnęły ponad 20 cm. W efekcie odgięcia ścianki stalowej korpus drogi utracił swoje podparcie, spękał, a na nawierzchni powstały pęknięcia i uskoki o wysokości do 45 cm. Sposób naprawy drogi dostosowano do warunków miejscowych. Z uwagi na bliskość rzeki Bóbr oraz pobliskie zabudowania pozostawiono ściankę stalową, ale korpus drogi tak przebudowano, aby istotnie ograniczyć jego parcie na ściankę. Ustalono, że w wyniku podkopania ścianki powstał w niej moment zginający pięciokrotnie większy od zakładanego w projekcie ścianki. Jako rozwiązanie naprawcze zastosowano odciążenie ścianki przez wbudowanie bloków styropianowych w miejsce usuniętego gruntu (rys. 27): obniżono niweletę drogi o około 0,7 m i usunięto wieniec ścianki szczelnej, po jej obcięciu ponownie wykonano wieniec żelbetowy, który umożliwił zgubienie krzywizn jakich doznała ścianka, ponieważ samo obniżenie drogi było niewystarczające, aby w dostatecznie odciążyć ściankę stalową; znaczące jej odciążenie uzyskano przez usunięcie gruntu zza ścianki i zastąpienie go blokami styropianu, ponieważ usunięcie gruntu spowodowało naruszenie systemu odwodnienia, konieczna była budowa nowego drenażu. Zaletą takiego rozwiązania jest bardzo duże odciążenie podłoża (γ 1 kn/m 3 zamiast 18 kn/m 3 ) i praktycznie wyeliminowanie parcia bocznego w strefie wypełnionej styropianem. W miejsce usuniętego gruntu ułożono trzy półmetrowe warstwy (łącznie 1,5 m) bloków ze styropianu (rys. 28 i 29). Styropian został przykryty konstrukcją drogi o grubości 1 m.

32 44 Beata Gajewska, Bolesław Kłosiński Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego Rys. 27. Przekrój poprzeczny drogi z konstrukcją ścianki i wbudowanym styropianem Rys. 28. Widok bloków styropianowych za ścianką szczelną oraz przedłużenia jej ścianą z gabionów

33 Seminarium IBDiM i PZWFS - Warszawa, 31 marca 2011 WZMACNIANIE PODŁOŻA I FUNDAMENTÓW 45 Rys. 29. Bloki styropianowe układane pod drogą wzdłuż ścianki szczelnej Ważnym składnikiem naprawy było wykonanie drenażu, który zawsze będzie działał niezawodnie. Piśmiennictwo, normy, specyfikacje Publikacje [Grzegorzewicz, Kłosiński 1998; Grzegorzewicz, Łęgosz 2003; Merkblatt FSV 1994; Wytyczne WPG 2002], normy PN-89/B-06258, PN-S-02205:1998 i OST D :1998 Roboty ziemne. 12. Normalizacja metod wzmacniania podłoża i fundamentów Większość stosowanych technologii wzmacniania jest stosunkowo nowa i stale się rozwija. Powoduje to, że normalizacja i inne przepisy "nie nadążają" za praktyką. W zasadzie nie zajmują się one projektowaniem wzmacniania podłoża. Np. obszerny Eurokod 7-1 poświęca temu zagadnieniu podrozdział 5.5 liczący raptem 18 wierszy. Intensywne prace w tej dziedzinie prowadzi Komitet Techniczny CEN TC 288 "Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych" [Kłosiński 2006; Kłosiński, Rychlewski 2009]. Wynikiem ich jest opracowanie 13 norm EN. Wydano polskie wersje 8 norm, m.in. PN EN 12715:2002 Iniekcje i PN EN 12716:2002 Iniekcja strumieniowa. Ostatnio wydano normy EN 14679:2005 Wgłębne mieszanie gruntu, EN 14731:2005 Wgłębne wibrowanie, EN 14475:2006 Grunt zbrojony, EN 15237:2007 Dreny pionowe i EN 14490:2010 Gwoździowanie, wprowadzone do zbioru PN w wersji oryginalnej. Normy te dotyczą zasadniczo wykonawstwa, jednak zawierają też wymagania projektowe np. dotyczące konstruowania lub wskazówki dotyczące obliczeń. Wyczerpującym dokumentem z tej dziedziny są Wytyczne wzmacniania podłoża... (2002). Obecnie wymagają one aktualizacji. Jednak wiele metod nie zostało jeszcze skodyfikowanych, także w innych krajach i w skali europejskiej. Ich stosowanie opiera się na tzw. sztuce budowlanej oraz - głównie - na doświadczeniu specjalistycznego wykonawcy. Dlatego Polskie Zrzeszenie Wykonawców Fundamentów Specjalnych podjęło inicjatywę opracowania i rozpowszechnienia wzorcowych specyfikacji technicznych na wykonywanie tego rodzaju robót. Są one dostępne na stronie Zrzeszenia Metoda obserwacyjna projektowania geotechnicznego Postępowanie metodą obserwacyjną (OM) według PN-EN różni się zasadniczo od tradycyjnego projektowania, w którym zwykle przyjmowane są ostrożne, bezpieczne wartości parametrów, z zapasem uwzględniającym różne nieprzewidziane okoliczności, a wykonawca jest zobowiązany do ścisłej realizacji zaprojektowanego rozwiązania. Filozofia metody obserwacyjnej np. (Gajewska, Kłosiński 2010) polega na opracowaniu projektu w założeniu najbardziej prawdopodobnych (średnich), a nie ostrożnych wartości