Obliczenia statecznosci skarpy Obodnica Przemysla, km 0+500 xm = 7.41 m ym = 28.87 m R = 23.59 m 0.91 1.27 0.74 0.76 0.93 1.46 6.01 5.21 0.79 0.73 0.69 0.74 1.04 2.41 1.23 1.15 1.04 0.88 0.71 0.81 1.75 1.68 1.69 1.74 1.90 ps = 39.06 ps = 39.06 2.96 Likidacja problemó osuiskoych drogonictie skuteczność kompleksoych roziązań geotechnicznych, cz. 1 mgr inż. Jakub Sierant, TITAN POLSKA Sp. z o.o. Zamierzeniem niniejszego artykułu jest próba polemiki ze spotykanym obecnie podejściem do roziązyania problemó osuisk, złaszcza ziązanych z obiektami infrastrukturalnymi, oraz chęć przekonania, że pomimo szelkich trudności dysponujemy zaróno iedzą inżynierską, jak i skutecznymi narzędziami do racjonalnego stabilizoania osuisk i zalczania ich skutkó. Służące do tego celu technologie omóiono tej części artykułu, natomiast na łamach następnego numeru Nooczesnego Budonicta Inżynieryjnego zostanie przedstaiony sposób ich praktycznego ykorzystania na przykładzie stabilizacji osuiska przy drodze ojeódzkiej nr 941 między Wisłą a Istebną. 1. Wstęp Rejon południoej Polski to z geologicznego punktu idzenia obszar ystępoania utoró nazyanych fliszem karpackim. Jest to złożony ośrodek gruntoy, obrębie którego ydzielić można zazyczaj naprzemianległe arsty piaskocó i mułocó (łupkó) oraz tz. pokryę zietrzelinoą, zalegającą najpłycej, postałą procesach ietrzenia podłoża fliszoego, litologicznie odpoiadającą najczęściej pyłom i glinom z różną domieszką piasku i okruchó kamienistych. Jest to ośrodek niejednorodny, bardzo często silnie spękany i szczelinoaty, ze złożoną hydrogeologią, którego poszczególne ykształcenia litologiczne odznaczają się sporą podatnością na pły ody. Wszystko to raz z młodą rzeźbą morfologiczną pooduje, że południoe rejony kraju są ybitnie predestynoane do ystępoania osuisk. Z tych samych poodó ośrodek jest jednocześnie niezykle trudny do precyzyjnego, technicznego opisu geologicznego, umożliiającego planoanie i projektoanie działań inżynierskich. Rónież aspekt ykonaczy, tj. drażanie zaplanoanych działań ramach ochrony przeciosuiskoej, napotyka na iele trudności. Warstoany ośrodek z naprzemianległymi utorami miękkimi i czasem bardzo tardymi, dodatkoo spękany, pooduje że, spośród ielu technik i technologii geotechnicznych ykorzystyanych budonictie inżynieryjnym zaledie kilka jest użytecznych i możliych do aplikacji trudnych arunkach fliszu karpackiego, a jeszcze mniej spośród nich odznacza się łaścią, adekatną do kosztó skutecznością. Stąd zdarzają się nieekonomiczne próby stabilizoania osuisk przy pomocy technik niemających technicznych racji ośrodku fliszoym, jak choćby kolumn jet grouting. Niestety, działania zmierzające do stabilizacji osuisk mają nierzadko charakter działań nieco ad hoc, których łaściie metodą prób i błędó próbuje się dojść do skutecznego roziązania, ponosząc po drodze (niemałe) koszty kolejnych przybliżeń i narażając lokalne społeczności na dodatkoe koszty i utrudnienia (jak choćby objazdy). Poniżej przedstaiono charakterystykę pozytynie zeryfikoanych narzędzi geotechnicznych ykorzystyanych zakresie stabilizacji osuisk i zalczania ich skutkó raz ze skazaniem ich przydatności do napray i rekonstrukcji infrastruktury drogoej. 2. Przegląd konstrukcyjnych metod zmocnienia podłoża osuiskoego 2.1. Goździoanie gruntu Uniersalność technologii goździoania gruntu, przejaiająca się szerokim spektrum zastosoań i możliościami adaptacyjnymi, połączeniu z najyższą efektynością ekonomiczną spraiają, że konstrukcje goździoane stały się częstym elementem dużych projektó infrastrukturalnych. Dzięki tej technologii możlie jest m.in. zmacnianie istniejących nasypó drogoych bez konieczności ich klasycznej przebudoy (co iąże się np. z możliością utrzymania przejezdności trakcie prac), formoanie pełni bezpiecznych skarp przekopó (o pochyleniu naet do 60 70 o ), jak i torzenie efektonych, pionoych ścian oporoych o znacznej ysokości (ponad 20 m). Goździoanie to rónież jedna z najefektyniejszych metod stabilizacji osuisk ziązanych z obiektami komunikacyjnymi. Godny uagi jest rónież fakt, że edług yliczeń CALTRANS (California Department of Transportation) konstrukcje goździoane są najtańszymi konstrukcjami oporoymi. Technologia do minimum ogranicza konieczność ingerencji zabezpieczany obiekt, co nabiera szczególnej agi przypadku działających ciągó komunikacyjnych (zaróno drogoych, jak i kolejoych) oraz terenó osuiskoych. 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 min = 0.69 c Designation [ ] [kn/m²] [kn/m³] 15.00 17.00 20.70 IA 16.00 19.00 19.50 II 13.00 12.00 19.60 IB 11.50 54.00 19.20 VB -20-10 0 10 20 30 40 50 Ryc. 1. Obliczenia stateczności skarpy, stan yjścioy. Wskaźnik stateczności Fs = 0,69 Goździoanie jest metodą zbrojenia głębnego gruntu. Polega na ytorzeniu obrębie górotoru (skarpy ykopu, nasypie) materiału (struktury, bryły) geokompozytoego o znacznie yższych parametrach ytrzymałościoych zględem pierotnych parametró gruntoych zmacnianego ośrodka. Idea goździoania gruntu jest znana od kilku dziesięcioleci, jednak dopiero rozój odpoiednich technologii pozolił na pełne ykorzystanie jej zalet i możliości. Dla goździoania jako metody zbrojenia gruntu najistotniejsza jest efektyność zespolenia goździ z gruntem im jest ona yższa, tym formoany głębnie geokompozyt jest bardziej jednorodny ( monolityczny ), a zrost parametró ytrzymałościoych yraźniejszy. Dlatego też zastosoanie odpoiedniej technologii decyduje znacznej mierze o efekcie końcoym zabiegu. Natura ielu przypadkach negatynie zeryfikoała próby goździoania z ykorzystaniem prętó żebroanych osadzonych otorach ypełnionych zaczynem cementoym. Trudności z utrzymaniem statecznego, drożnego otoru i ograniczony zasięg iniekcji spraiają, że podstaoy 72 Nooczesne Budonicto Inżynieryjne Listopad Grudzień 2011
Obliczenia statecznosci skarpy Obodnica Przemysla, km 0+500 xm = 7.41 m ym = 28.87 m R = 24.58 m 1.96 2.32 3.54 nb 19999.00 nb 1.60 1.59 1.58 1.61 2.02 2.87 1.85 1.76 1.72 1.67 1.69 1.71 1.95 ps = 39.06 ps = 39.06 nail 3/t1:30.6/t2:30.6/328.4 nail 2/t1:30.6/t2:30.6/361.7 nail 1/t1:30.6/t2:30.6/406.6 nail 8/t1:30.6/t2:30.6/178.9 nail 7/t1:30.6/t2:30.6/179.0 nail 6/t1:30.6/t2:30.6/276.0 nail 5/t1:30.6/t2:30.6/286.8 nail 4/t1:30.6/t2:30.6/303.9 nails Nr. Depth L t1 t2 [m] [m] [kn/m/m] 9 16.80 12.00 30.62 30.62 8 15.40 12.00 30.62 30.62 7 14.00 12.00 30.62 30.62 6 12.60 15.00 30.62 30.62 5 11.20 15.00 30.62 30.62 4 9.80 15.00 30.62 30.62 3 8.40 15.00 30.62 30.62 2 7.00 15.00 30.62 30.62 1 5.60 15.00 30.62 30.62 Horizontal nail spacing = 1.20 m Standard: DIN 4084 (old) Legende Wand DIMENSIONS Bottom: x = 10.000 y = 5.000 m Length = 18.258 m Inclination = 45.40 Concrete shell thickness = 0.250 m Horizontal nail spacing = 1.200 m nail 9/t1:30.6/t2:30.6/183.8 dla goździoania gruntu arunek zmonolityzoania ośrodka gruntoego nie ystępuje lub jest zbyt słaby dla popranego funkcjonoania konstrukcji. W tym śietle najbardziej ydajne zaróno pod zględem technicznym, jak i ekonomicznym są technologie tz. goździ samoiercących (self-drilling soil nails iercenie z jednoczesną iniekcją przy użyciu zestau traconych elementó przeodu iertniczego, pełniących następnie funkcję zbrojenia goździa; ryc. 1, 2). sejsmicznej (a także m.in. na terenach eksploatoanych górniczo) łaśnie dzięki zględnej podatności (ryc. 3, 4). 40 min = 1.58 35 30 25 20 15 10 Ryc. 3. Widok zagoździoanych skarp osuiskoych z oblicoaniem elastycznym, Szymbark 5 0-5 c [ ] [kn/m²] [kn/m³] 15.00 17.00 20.70 16.00 19.00 19.50 13.00 12.00 19.60 11.50 54.00 19.20-20 -10 0 10 20 30 40 50 Ryc. 2. Obliczenia stateczności skarpy, stan po zagoździoaniu. Wskaźnik stateczności Fs = 1,58 System TITAN piersza zastosoana na śiecie technologia typu self-drilling została opracoana praie 30 lat temu przez niemiecką firmę Ischebeck. Do ykonyania goździ ykorzystyane są najczęściej żerdzie typu 30/11 i 40/16, yjątkoo rónież 52/26. Końcóka żerdzi yposażona jest traconą koronkę iertniczą, dobraną odpoiednio do rodzaju gruntu (najczęściej stosoane są koronki o średnicach z przedziału od 75 do 150 mm). Nośności projektoe goździ zaierają się zazyczaj przedziale od 10 do blisko 500 kn! Wykorzystując grunt in situ jako element konstrukcyjny uzyskuje się bezpieczne, eleganckie inżyniersko konstrukcje, o doolnej praktycznie geometrii przy odpoiednim dopełnieniu goździoania systemem oblicoania elastycznego. Technologiczne zalety goździ iniekcyjnych TITAN stają się szczególnie idoczne przypadku obiektó zlokalizoanych genetycznie słabym ośrodku gruntoym (typu np. drobnorytmicznego fliszu karpackiego z zaangażoaną mikrotektoniką) lub ośrodkach osłabionych procesami geodynamicznymi. Wyjątkoy sposób osadzania goździ (iercenia z jednoczesną iniekcją) pozala nie tylko spiąć strefę aktyną i bierną form osuiskoych, ale rónież zapenić głębne zmocnienie iniekcyjne samego ośrodka, złaszcza strefie poślizgu. Roziązanie to jest niezykle skuteczne i ułatia nadane zabezpieczeniom lekkiej formy, ograniczając tym samym znacząco zakres prac ziemnych, np. ymiany gruntu czy rozbiórki i formoania masynych konstrukcji podpierających. Możliość spranego funkcjonoania goździ z elastycznym systemem zabezpieczenia poierzchnioego pozala topić konstrukcję otoczenie uzyskać efekt zielonego ykończenia, z pokryą egetacyjną, zaś konstrukcje oporoe formoane technologii ścian goździoanych, z uagi na odmienny charakter pracy, są znacznie bezpieczniejsze i łatiejsze użytkoaniu niż tradycyjne konstrukcje oporoe z kotami sprężanymi (bezproblemoa i bezobsługoa kilkudziesięcioletnia eksploatacja). Dodatkoo zaobseroano, że tego typu konstrukcje śietnie spradzają się na terenach o aktyności Ryc. 4. Widok skarpy goździoanej z oblicoaniem elastycznym po zazielenieniu, Grodziec Śląski Z uagi na zesta unikatoych zalet, opisana technika stała się już jednym z podstaoych narzędzi przy roziązyaniu zagadnień ziązanych ze stabilizacją osuisk. Goździoanie gruntu jest ydajne, oszczędne i skuteczne, a przy tym inżyniersko nienaganne, m.in. skutek ykorzystania do spółpracy rodzimego gruntu. Jednak zastosoanie konstrukcji goździoanych ma najiększy sens, gdy konfiguracja terenoa rejonie osuiska zaiera bądź pozala ykształcić poierzchnię, obrębie której rozmieszczony zostanie raster (układ) goździ gruntoych. Idealne zatem, pod zględem przydatności metody i uzyskianych efektó, są yraźnie ykształcone skarpy, uriska, skłony dające możliość (przynajmniej częścioej) reprofilacji oraz nasypy i korpusy drogoe, złaszcza poproadzone na zboczach. Charakterystyka przypadkó odpoiada ięc arunkom lokalizacyjnym ielu dróg rejonu południoej Polski (ryc. 5). Ryc. 5. Widok zabezpieczonych skarp i uriska skalnego, Lubień Listopad Grudzień 2011 Nooczesne Budonicto Inżynieryjne 73
pv = 25.00 pv Nieco inaczej należy podchodzić do problemó osuiskoych na terenach, które pozornie nie są predestynoane do rozoju zjaisk geodynamicznych. 2.2. Bariery mikropaloe Według dostępnych statystyk, pokaźna liczba form osuiskoych rozija się na stokach o nachyleniu 12 18 o. Pomimo zględnie łagodnego nachylenia osuiska, które rozijają się na tych terenach, mają zazyczaj duży zasięg. W odniesieniu do obiektó infrastrukturalnych oznacza to, iż konstrukcje są zagrożone już nie tylko koluiami osuiska, lecz mogą znaleźć się całości jego obrębie. Rozległość form obejmujących nierzadko tereny użytkoane rolniczo stanoi kestii stabilizacji nie lada yzanie. Z jednej strony zabiegi stabilizujące ymagają zastosoania konstrukcji geotechnicznych charakteryzujących się dużą ytrzymałością i nośnością, z drugiej jednak istnieją poażne ograniczenia techniczne i terenoe uniemożliiające proadzenie na obszar osuiska ciężkiego sprzętu. W sytuacji takiej idealnym roziązaniem są bariery mikropaloe (ryc. 6). Ryc. 6. Schemat bariery mikropaloej Z uagi na możliości i rozmiary sprzętu do ykonyania mikropali, bariery łączą potencjał konstrukcji o dużej ytrzymałości z zachoaniem pełnej możliości operoania na terenie osuiska. Zasadniczo idea bariery polega na zdybloaniu, zszyciu aktynej i biernej strefy osuiska, uniemożliiając przemieszczenia mas koluialnych. Elementem konstrukcyjnym są odpoiedniej długości mikropale, utierdzone stabilnym podłożu. Wytrzymałość bariery dobiera się stosonie do działających sił i określa się ją zazyczaj drodze modeloania numerycznego (ryc. 7, 8). 340 320 300 280 260 240 220 200 5.78 5.63 5.34 5.20 4.85 4.19 3.66 3.23 5.43 4.73 4.23 4.35 4.48 4.81 5.58 8.74 4.41 4.73 4.99 4.04 3.64 3.94 4.35 5.39 2.47 2.21 2.30 2.40 2.65 3.24 3.53 12.00 m = 25.00 2.65 2.80 2.94 12.00 m doels 1/e1:0.0/e2:88.0/228.7 2/e1:0.0/e2:88.0/231.4 12.00 m doels 3/e1:0.0/e2:88.0/198.0 4/e1:0.0/e2:88.0/208.9 doels 5/e1:0.0/e2:88.0 6/e1:0.0/e2:88.0 Analiza statecznosci zbocza, osuisko Gromnik 2 Przekroj Analiza B-B, parametry statecznosci zredukoane, zbocza, osuisko Gromnik zabezpieczenie 2 Przekroj B-B, parametry zredukoane, zabezpieczenie min = 2.21 min = 2.21 xm = 43.77 xm = m43.77 m ym = 292.44 ym = 292.44 m m R = 59.65 R = m59.65 m Mikropale TITAN 40/16, dl.9m, rozsta 1m x 0,5m Mikropale TITAN 40/16, dl.9m, rozsta 1m x 0,5m 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Ryc. 8. Obliczenia stateczności osuiska z zastosoaniem barier mikropaloych Bariery mikropaloe są elastycznie konfiguroalne. W zależności od potrzeb składają się z jednego, dóch lub trzech (rzadko ięcej) rzędó mikropali, zieńczonych żelbetoym oczepem. Dużą ytrzymałość na siły poprzeczne (ścinające) uzyskuje się przez odpoiednią konfigurację przestrzenną mikropali, np. rozchylenie poszczególnych rzędó układ kozłoy. W przypadku osuisk szczególnie głębokich bariery uzupełnia się elementem zakotienia, np. rzędem mikropali kotiących o nachyleniu ok. 40 45 o, zamocoanych poziomie oczepu, co pozala na dodatkoe ziększenie ytrzymałości poprzecznej i ograniczenie przemieszczeń strefie przypoierzchnioej. Wyjątkoą cechą barier jest ich niezykle korzystny stosunek artości dodatkoej siły utrzymującej proadzanej masy do gabarytó samej konstrukcji zajętość planie rzędu 1,0 1,5 m. Dodatkoo iększości przypadkó oczepy zieńczające można umiejscoić na penej głębokości (ok. 1,0 m p.p.t.), co umożliia zrekultyoanie poierzchni i przyrócenie pierotnych funkcji terenu po ykonaniu prac stabilizujących. W zależności od arunkó stateczności i konfiguracji terenoej, na osuisku ykonuje się jedną lub ięcej barier. Układy ielobarieroe charakteryzują się iększym zapasem bezpieczeństa z poodu mniejszego ytężenia poszczególnych elementó. Pozalają ponadto stabilizoać rozległe formy z zachoaniem racjonalności ekonomicznej (ryc. 9 11). c p Designation [ ] [kn/m²] [kn/m³] [-] 6.50 c 15.00 18.50 p 0.00 Nn 9.50 30.00 20.20 0.00 Designation [ ] [kn/m²] [kn/m³] [-] Ib 1.50 12.00 18.70 0.00 Ia 6.50 30.00 15.00 5.00 18.50 19.80 0.00 IIc Nn 9.50 8.00 30.00 60.00 20.20 19.70 0.00 III Ib 30.00 60.00 21.00 Podloze fliszoe 1.50 12.00 18.70 0.00 Ia 30.00 5.00 19.80 0.00 IIc 8.00 60.00 19.70 0.00 III 30.00 60.00 21.00 0.00 Podloze fliszoe 0.00 0.04 0.07 0.11 0.14 0.18 0.21 0.25 0.28 0.32 0.35 0.39-5.00 5.00 15.00 25.00 35.00 45.00 55.00 65.00 75.00 85.00 95.00 105.00 115.00 125.00 135.00 145.00 155.00 165.00 175.00 185.00 195.00 202.00 Ryc. 7. Wynik modeloania numerycznego MES dla zbocza osuiskoego, idok stref uplastycznienia Ryc. 9. Wykonyanie bariery mikropaloej 74 Nooczesne Budonicto Inżynieryjne Listopad Grudzień 2011
Ryc. 10. Mikropale torzące barierę Proces odbył się zatem nie poprzez cięcie istniejące zbocze, lecz odsunięcie się dół stoku. Możliość dobudoyania konstrukcji drogoych części odstokoej bardzo szybko została doceniona przy rekonstrukcji odcinkó dróg uszkodzonych yniku osuisk. Zazyczaj napray tego typu stanoią duży problem techniczny (brak dojazdu i możliości proadzenia sprzętu do prac ziemnych) i logistyczny (konieczność całkoitego yłączenia ruchu i tyczenie, nierzadko długich, objazdó), gdyż ymagają szeroko zakrojonych robót ziemnych, rozbiórki korpusu i uformoania go na noo. Zastosoanie konstrukcji tesyńskiej likiduje iększość problemó i minimalizuje czas napray, która może odbyać się z zachoaniem ciągłości ruchu. Proces torzenia konstrukcji przebiega kilku etapach. W pierszej kolejności ykonuje się rząd mikropali stanoiący fundament przyszłej ściany oporoej. Mikropale ykonyane są z poziomu uszkodzonej drogi przy użyciu oprzyrządoania iertniczego zamocoanego do ramienia koparki, ysięgnika itp. W kolejnym etapie formuje się żelbetoą konstrukcję ściany z pozostaieniem otoró technologicznych dla zakotień. Grubość ścianki ynosi zazyczaj ok. 0,4 0,5 m. W dalszych etapach ykonuje się zasypkę konstrukcyjną, ypełniając przestrzeń pomiędzy ścianą a uszkodzonym korpusem drogoym. Wykonanie zakotień odbya się, podobnie jak przypadku mikropali, z ysięgiem pod siebie i przebiega sposób skoordynoany z kolejnymi poziomami formoania zasypki. W ten sposób odtarza się pierotny przebieg drogi lub razie potrzeby zyskuje się dodatkoe miejsce na pobocze, zatokę mijankoą itp. (ryc. 13, 14). -40.0-36.8-33.3-29.8-26.3-22.8-19.3-15.8-12.3-8.8 Ryc. 11. Bariera mikropaloa z częścioo ykonanym oczepem 2.3. Konstrukcje tesyńskie Ściany tesyńskie (tessyńskie) to lekkie, żelbetoe konstrukcje oporoe, których fundament stanoią mikropale, a statyka zapeniona jest przez układ zakotień. Naza pochodzi od kantonu Ticino Szajcarii, gdzie po raz pierszy zastosoano tę konstrukcję do poszerzania górskich odcinkó dróg, z zachoaniem przejezdności trakcie robót. Technologia mikropali i mikropali CFG przyczyniła się do spopularyzoania tego typu obiektó z poodu łatości i krótkiego czasu realizacji. Idea konstrukcji postała z potrzeby poszerzenia odcinka drogi przez dobudoanie korpusu pod dodatkoy pas ruchu do już istniejącego obiektu ziemnego (ryc. 12). -5.3-1.8 0.1 0.00 10.00 Ryc. 13. Wyniki modeloania MES stateczności korpusu drogoego, idoczne przemieszczenia sięgające pod drogę -38.2-34.7-31.2 20.00 30.00 37.70-27.7-24.2-20.7-17.2-13.7-10.2-6.7-3.2 0.4 1.5 0.00 10.00 20.00 30.00 37.70 Ryc. 12. Schemat konstrukcji tesyńskiej Ryc. 14. Wyniki modeloania MES zabezpieczeń dla korpusu drogoego, idoczne ygaszenie przemieszczeń Listopad Grudzień 2011 Nooczesne Budonicto Inżynieryjne 75
Konstrukcje tesyńskie ykorzystyane rekonstrukcjach osuiskoych mogą być obiektami samodzielnymi, tzn. poza funkcją obiektu służącego rekonstrukcji mogą rónocześnie pełnić funkcje konstrukcji stabilizującej całą formę osuiskoą. W razie potrzeby, przypadku bardziej złożonych arunkó, mogą być rónież uzupełniane o dodatkoe elementy i kombinoane z goździoaniem lub barierami (ryc. 15). Ryc. 15. Formoanie ściany tesyńskiej Najażniejsze zalety to możliość odtorzenia infrastruktury do stanu sprzed osuiska najkrótszym możliym czasie yniku yeliminoania konieczności rozbiórki korpusu i zminimalizoania zakresu zbędnych robót ziemnych oraz utrzymania przejezdności na napraianym odcinku dzięki technologicznym możliościom pracy na ograniczonej przestrzeni. Roziązanie jest niezykle ekonomiczne sposób całościoy, tj. zakresie bezpośrednich kosztó technicznych, jak i minimalizoania kosztó społecznych, niezykle istotnych dla lokalnych spólnot rejonie dotkniętym aarią. 2.4. Ododnienie głębne goździe drenujące Ododnienie i regulacja stosunkó odnych obrębie masyu osuiskoego należą do podstaoych czynności, tj. koniecznych do ykonania pierszej kolejności ramach zalczania zjaisk geodynamicznych stabilizoania osuisk i napra zniszczonych ich yniku konstrukcji. Właście ykonanie tego elementu pozala yeliminoać lub yraźnie zredukoać pły jednego z najistotniejszych czynnikó inicjalnych, czyli pły ody na podatny ośrodek gruntoy. W praktyce inżynierskiej stosuje się różnorodne systemy ododnienia. Można je zasadniczo podzielić na die grupy: systemy ododnienia poierzchnioego i przypoierzchnioego oraz ododnienie głębne. Wśród roziązań grupy pierszej najczęściej spotyka się sączki, przypory drenażoe, dreny francuskie połączone system z użyciem studni i ściekó. Generalnie urządzenia te ykonuje się do maksymalnej głębokości ok. 2,0 2,5m p.p.t. W zakresie ododnienia głębnego stosoane są dreny iercone. O ile rolą systemó ododnienia poierzchnioego jest przechycenie i szybkie odproadzenie ód opadoych poza zagrożony teren, tak aby nie dopuścić do ich infiltracji podłoże, o tyle zadaniem drenażu głębnego jest odproadzenie ód gruntoych nieychyconych przez system poierzchnioy lub zasilających teren głębnie (np. przez filtrację poziomą z górnych partii zbocza lub terenó leżących poyżej osuiska). Z uagi na uarunkoania technologiczne ykonyaniu drenó ierconych (iercenie duprzeodoe z pełnym ruroaniem), czasochłonność i koszty, taki drenaż stosoany jest rzadko bądź formie znacznie okrojonej stosunku do potrzeb technicznych dreny są zbyt krótkie, rozmieszczone zbyt rzadko lub zlokalizoane jedynie miejscach, gdzie możliy jest dostęp i dojazd iertnicy. Pooduje to znaczne problemy z popranym funkcjonoaniem tego elementu i yraźnie obniża skuteczność funkcjonoania całego roziązania technicznego, którego celem jest stabilizacja osuiska. Efekt ten jest jeszcze yraźniejszy przypadku osuisk zlokalizoanych masyach fliszu karpackiego (rejon południoej Polski). W masyach fliszoych oda gruntoa ma zazyczaj charakter szczelinoy, nie torzy yraźnego horyzontu (zierciadła), lecz filtracja i infiltracja odbya się przez systemy spękań i szczelin. Pooduje to, że ypłyy i sączenia mają charakter często zupełnie nieprzeidyalny z oznakami okresoości, co oznacza, że zależności od pory roku oda może pojaiać się różnych miejscach i z rozmaitym natężeniem, bez yraźnej praidłoości. Sprane uchycenie takich ód przy pomocy drenó ierconych, rozmieszczonych rozstaie rzędu 5 10 m, jednym poziomie (taki układ obseroany jest najczęściej), jest zasadzie niemożlie. Pozostaienie tej kestii stanie obecnym nie ydaje się dobrym roziązaniem. Dośiadczenia skazują, że brak spranego i efektynego systemu ododnienia głębnego skutkuje postępującą degradacją parametró ytrzymałościoych ośrodka gruntoego, rozojem ciśnień spłyoych, co proadzi efekcie do pononego uruchomienia osuiska, i to pomimo ykonanego ododnienia poierzchnioego. Na rycinie 16 idoczne są zerane przypory drenażoe, zniszczone yniku odnoienia się osuiska. Ryc. 16. Widok zeranego drenażu Właście roziązanie kestii ododnienia głębnego ymagałoby zatem elementó odadniających, które mogą być ykonyane szybko i spranie (a ięc zględnie niskokosztoo), które olne są od ograniczeń sprzętoych i terenoych (mogą być ykonane bez ograniczeń ysokościoych, na skarpie lub zboczu bez bezpośredniego dojazdu) oraz które dzięki niskim nakładom pracy i sobodzie instalacji zapenią odpoiednią gęstość pokrycia odadnianego masyu. Po blisko 10 latach prac badaczo-rozojoych udało się taką technologię opracoać. Nosi ona nazę goździ drenujących i została opracoana edług założeń opisanych poyżej, co storzyło noe możliości przy projektoaniu kompleksoych roziązań dla stabilizacji terenó osuiskoych (ryc. 17). 76 Nooczesne Budonicto Inżynieryjne Listopad Grudzień 2011
slope stabilisation ith shotcrete and TITAN soil nail slope deatering ith DRILL DRAIN and TITAN 40/27 ater outlet > 10 Ryc. 17. Schemat goździa drenującego Ryc. 18. Widok trzonu filtracyjnego ater-bearing strata seepage line DRILL DRAIN drilled upards up to 1 m into ater-bearing strata Goździe drenujące to odmiana konstrukcyjnych, samoiercących goździ iniekcyjnych CFG. Ich zadaniem jest popraa stosunkó odnych i redukcja ciśnienia poroego obrębie zmacnianego ośrodka gruntoego celu kompleksoej popray arunkó stateczności. Goździe drenujące redukują ciśnienia poroe i odproadzają odę przez filtracyjny (silnie poroaty) trzon iniekcyjny, ytorzony zdłuż całej długości elementu. Łącząc sobie sobodę, łatość i ysoką ydajność instalacji, pozalają na storzenie systemu ododnienia głębnego o dużej gęstości, a ięc nieporónanie skuteczniejszego ychytyaniu ód od tradycyjnych drenó ierconych. Goździe drenujące składają się z dóch zasadniczych komponentó staloego elementu zbrojącego postaci gintoanej żerdzi oraz filtracyjnego trzonu iniekcyjnego, ypełniającego otór na całej długości. Jako staloy element zbrojący stosuje się elementy systemu goździoania CFG odmianie 40/27 (średnica zenętrzna / enętrzna żerdzi). Elementem podstaoym jest filtracyjny trzon iniekcyjny to poroata bułaa iniekcyjna (silnie poroaty kamień cementoy) o spółczynniku filtracji rzędu k = 10-4 10-3 m/s. Filtracyjny trzon iniekcyjny torzony jest z mieszaniny ody, poietrza oraz specjalnej, systemoej, konfekcjonoanej mieszanki mikrocementu, mikrosfer i czynnika spieniającego. Urządzenia te ykonyane są z użyciem sprzętu i elementó stosoanych systemie goździoania CFG, zazyczaj łącznie z goździami konstrukcyjnymi (jednocześnie z proadzonymi robotami zmacniającymi), plecione ich raster (ryc. 18). Podobnie jak przypadku konstrukcyjnych goździ CFG, żerdzie raz z łącznikami, elementami dystansoymi i jednorazoą końcóką iertniczą torzą kompletny zesta będący konstrukcją goździa drenującego, jednocześnie ykorzystyany do iercenia otoru (przeód iertniczy) i iniekcji (przeód iniekcyjny). Podczas ykonyania goździ stosuje się płuczkę poietrzną lub specjalną, storzoną na bazie ody z dodatkiem systemoej mieszanki suchej do płuczki. Tak przygotoana płuczka umożliia utrzymanie stateczności otoru bez ograniczania późniejszych zdolności filtracji (migracji) ody do zasadniczego trzonu filtracyjnego. Płuczkę przygotouje się proporcjach Ms/ 1:50 (mieszanka sucha / oda). Medium jest ytłaczane do otoru iertniczego przez dysze końcóce iertniczej. Wiercenie odbya się bez rur osłonoych. Nie dopuszcza się stosoania czystej płuczki odnej. Iniekt, z którego torzony jest trzon filtracyjny, jest podaany po zakończeniu iercenia przez otór centralny żerdzi i dysze końcóce iertniczej. Iniekcja zasadnicza (po pogrążeniu całej długości goździa) jest proadzona zaczynem o skaźniku /c = 0,5. Iniekt filtracyjny należy przygotoyać bezpośrednio przed iniekcją, czas mieszania ynosi minimum 2 minuty. Przygotoanie polega na ymieszaniu ody z systemoą, konfekcjonoaną suchą mieszanką. Iniekcję proadzi się z użyciem systemoego napoietrzacza, łączącego zaczyn ze sprężonym poietrzem celu odpoiedniego napoietrzenia. W trakcie iniekcji zasadniczej żerdź poinna się obracać. Iniekcję proadzi się od dna otoru do ierzchu, do momentu gdy z otoru zacznie ypłyać czysty, gęsty iniekt końcoy. Iniektuje się całą długość goździa. Uzyskuje się ten sposób element o doolnej praktycznie długości (instalacja goździ drenujących o długości 18 21 m nie nastręcza żadnych problemó) i efektynej poierzchni roboczej odbierającej odę na poziomie 0,4 0,6 m 2 na każdy 1 m.b. długości. Łącząc to z ysokim spółczynnikiem filtracji, charakterystycznym dla np. pospółek, oraz gęstością przy typoym rastrze goździoania rozsta poziomy ynosi 1,5 2,5 m otrzymuje się przestrzenny (ielopoziomoy) system ododnienia głębnego o niedostępnej dotychczas skuteczności. Z uagi na alory techniczne i efektyność ekonomiczną goździe drenujące to noe, niezykle skuteczne narzędzie uzupełniające lukę arsenale środkó technicznych ykorzystyanych do stabilizacji terenó osuiskoych (ryc. 19). Ryc. 19. Schemat i ykres obrazujący skuteczność pracy goździ drenujących stabilizacji osuisk poprzez redukcję ciśnień poroych Listopad Grudzień 2011 Nooczesne Budonicto Inżynieryjne 77
Toja izja, nasza technologia... Tunel Emilia ( Laliki )...szędzie tam, gdzie dzieje się coś ażnego Estakada ( DE S3 ) TITAN POLSKA sp. z o.o. Opera Leśna ( Sopot ) 30-349 Krakó ul. Miłkoskiego 3/702 biuro@titan.com.pl tel. 12 636 61 62 fax. 12 267 05 25.titan.com.pl