Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 119 mgr inż. Beata GAJEWSKA Instytut Badawczy Dróg i Mostów ZAPOBIEGANIA EROZJI SKARP PRAKTYCZNE PRZYKŁADY ROZWIĄZAŃ 1. Wprowadzenie Skarpa stanowi element konstrukcyjny budowli ziemnej. Skarpy są narażone na destrukcyjne działanie czynników atmosferycznych. Największe zniszczenia powstają w wyniku intensywnych lub nawalnych opadów. Skarpy są niszczone także przez wody spływające z nawierzchni, nie ujęte prawidłowo przez system odwodnienia drogi. Działanie tych wód jest długotrwałe i wielokrotnie powtarzalne. Skutki erozji skarp to także zamulenie i zanieczyszczenie rowów lub przyległego terenu. Woda spływająca po niezabezpieczonych skarpach może powodować zmywanie gruntu, tworzenie rowków i coraz głębszych rynien erozyjnych. Zniszczenia skarp prowadzą do uszkodzeń lub nawet do zniszczenia budowli ziemnej, poboczy drogi i nawierzchni. Koszty usuwania skutków erozji są znaczące i stanowią 8 do 12 % kosztów robót ziemnych. Wielkość zniszczeń erozyjnych zależy od wielu czynników. Zniszczenia są większe, gdy: większe jest pochylenie i wysokość skarpy, powierzchnia skarpy jest słabo zagęszczona, skarpa jest zbudowana z piasku drobnoziarnistego lub pylastego, lub też z gruntów małospoistych (pyłu, piasku gliniastego), czynniki powodujące erozję działają długotrwale. Podstawowym umocnieniem biologicznym jest zadarnienie skarpy. Skuteczne pokrycie roślinnością trawiastą skarp budowli ziemnych (nasypów i wykopów) napotyka często na znaczne trudności. Na powierzchni nowo formowanych skarp nie ma wykształconej warstwy gleby, niezbędnej do prawidłowego rozwoju roślin. Roślinność wprowadzana na skarpy często musi odgrywać pionierską rolę w procesie glebotwórczym. Aby wprowadzenie roślinności było możliwe, należy zapewnić jej warunki odpowiednie do rozwoju. Przykłady zniszczeń erozyjnych pokazano na rys. 1.
120 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Rys. 1. Przykłady zniszczeń erozyjnych
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 121 2. Materiały stosowane przy zadarnianiu skarp W zależności od sposobu zabezpieczenia, przy zadarnianiu skarp stosowane są następujące materiały: ziemia urodzajna ( humus ), nasiona traw oraz roślin motylkowatych drobnonasiennych, mieszaniny do mulczowania, hydromulczowania, hydroobsiewu oraz zabiegów konserwacyjnych, darnina, szpilki do przybijania darniny, biowłóknina i materiały do jej przytwierdzania, geosyntetyki i materiały do ich przytwierdzania, mieszaniny do hydrobsiewu i/lub mulczowania. 3. Ziemia urodzajna ( humus ) Przed wykonaniem obsiewu lub darniowania konieczne jest wyrównanie powierzchni skarp oraz nadanie im odpowiedniej faktury. Konieczne jest również użyźnienie i odpowiednie przygotowanie wierzchniej warstwy gruntu. Użyźnianie jest szczególnie potrzebne, gdy budowle zostały uformowane z gruntów antropogenicznych, lub gdy skarpy są ze świeżo odkrytego gruntu. Na powierzchni nowo uformowanej skarpy niezbędne jest odtworzenie poziomu próchnicznego przez humusowanie. Ziemia urodzajna to ziemia zawierająca co najmniej 2% części organicznych, wystarczająco wilgotna, wolna od zanieczyszczeń obcych. Wszystkie kamienie większe od 5 cm powinny zostać usunięte przed naniesieniem ziemi na skarpę. W przekroju glebowym próchnica (humus) to bezpostaciowe, organiczne szczątki w różnym stadium mikrobiologicznego i fizykochemicznego procesu rozkładu, głównie roślinne, nagromadzone w glebach, albo na jej powierzchni [17]. W gleboznawstwie rolniczym terminem próchnica określa się zwykle wyłącznie dobrze zhumifikowaną, bezpostaciową materię organiczną. Próchnica (humus) jest używana jako nawóz. Według Ogólnej specyfikacji technicznej: Umacnianie powierzchniowe skarp, rowów i ścieków [22] ziemia urodzajna powinna odpowiadać następującym kryteriom: a) skład granulometryczny: frakcja ilasta (d<0,002 mm) 12-18 % frakcja pylasta (0,002-0,05 mm) 20-30 % frakcja piaszczysta (0,05-2,0 mm) 45-70 % b) zawartość fosforu (P 2 O 5 ) > 20 mg/m 2 c) zawartość potasu (K 2 O) > 30 mg/m 2 d) odczyn ph 5,5 Z kolei Głażewski w [11] podaje nieco odmienne wartości parametrów ziemi urodzajnej: a) skład granulometryczny: frakcja ilasta (d < 0,002 mm) 12-18 % frakcja pylasta (0,002-0,05 mm) 20-30 % frakcja piaszczysta (0,05-2,0 mm) 45-70 %
122 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań frakcji żwirowej i kamienistej < 5 % minimalna zawartość części organicznych 2 % b) zawartość fosforu (P 2 O 5 ) > 10 mg/l c) zawartość potasu (K 2 O) > 40 mg/l d) odczyn ph 5,5-7,5 W praktyce do humusowania stosuje się ziemie: pochodzące z pól uprawnych, pochodzące z użytków zielonych, specjalne ziemie ogrodnicze, tzw. ziemie przemysłowe (torf ogrodniczy, torf rolniczy, komposty torfowe, mieszanki nawozowe (torfowo-mineralne), substraty torfowe (podłoża torfowe). Przydatność ziem pochodzących z upraw rolniczych w zależności od ich rodzaju wg [11] zestawiono w tablicy 1. Tablica 1. Przydatność ziem pochodzących z upraw rolniczych do humusowania skarp RODZAJ gleby wytworzone z piasków gliniastych gleby zbudowane z piasków gleby gliniaste lekkie gleby gliniaste średnio zwięzłe gleby gliniaste zwięzłe gleby pyłowe lessy gleby wytworzone z iłów PRZYDATNOŚĆ DO HUMUSOWANIA mogą być stosowane, gdy odznaczają się dobrze wykształconym poziomem akumulacyjnym i stosunkowo wysoką zawartością próchnicy (powyżej 1,5%) lepszymi właściwościami odznaczają się gleby zbudowane z piasków drobnych niż z piasków średnich i grubych; maja one też zwykle większa zawartość próchnicy, odznaczają się na ogół dość dobrymi stosunkami powietrzno-wodnymi; nadają się do humusowania gleb gliniastych, próchnicze wykazują optymalne właściwości wodne (stosunkowo duża ilość wody i znaczna zawartość porów, którymi może odpłynąć nadmiar wody); gleby te stanowią jeden z najlepszych materiałów do humusowania, nie nadają się bezpośrednio do humusowania; mogą stanowić komponent do przygotowania mieszanek organiczno-mineralnych, jest to materiał trudno przepuszczalny i mało przewiewny (jeżeli są pochodzenia aluwialnego) odznaczają się dobrymi właściwościami (zwłaszcza próchnicze); mogą stanowić bardzo dobry materiał do humusowania, nie nadają się bezpośrednio do humusowania; mogą być wykorzystane jako komponenty do mieszanek mineralno-organicznych
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 123 Humus może być przewożony dowolnymi środkami transportu. Wskazane jest jego niezwłoczne wbudowanie. Jeżeli nie jest to możliwe, należy go składować w pryzmach z zachowaniem następujących zasad [4]: ziemie urodzajne o zróżnicowanych parametrach fizykochemicznych należy odseparować, pryzmę ziemi urodzajnej należy oddzielić od podłoża warstwa nieprzepuszczalną lub folią, wysokość pryzmy nie powinna przekraczać 2 m, pryzm nie należy zagęszczać (dopuszcza się jedynie prace maszyn przystosowanych do zwałowania). Okres składowania ziemi urodzajnej nie powinien przekraczać 1 roku. 4. Wykonanie humusowania Naniesienie ziemi urodzajnej na powierzchnię gruntu bez naturalnej warstwy próchnicznej ma na celu poprawienie warunków lub wręcz umożliwienie egzystencji wprowadzanej roślinności. Humusowanie składa się z zespołu czynności przygotowujących powierzchnię gruntu do obudowy roślinnej, obejmujących dogęszczenie gruntu, rowkowanie, naniesienie ziemi urodzajnej z jej grabieniem (bronowaniem) i dogęszczeniem (moletowaniem). Humusowanie skarp rozpoczyna się od ich górnej krawędzi i podąża się ku dołowi. Warstwa ziemi urodzajnej sięga zazwyczaj około 1 m poza górna krawędź (chyba, że konstrukcja drogi przewiduje inne rozwiązanie powierzchni nieutwardzonej) i od 15 do 25 cm poza podnóże skarpy. Ułożoną warstwę ziemi urodzajnej należy zagrabić oraz lekko dogęścić np. przez wałowanie. Grubość warstwy humusu po dogęszczeniu powinna wynosić od 10 do 15 cm. Jest ona różna w zależności od gruntu, z którego zbudowana jest skarpa. W przypadku skarp zbudowanych z gruntów spoistych nie powinna być cieńsza niż 5 cm, a dla skarp z gruntów piaszczystych niż 10 cm. Gdy powierzchnia skarpy przeznaczona jest pod darniowanie, grubość warstwy humusu wynosi: 5 cm na gruntach drobnoziarnistych spoistych zwięzłych (gliny zwięzłe) i bardzo spoistych (iły), 8 do 10 cm na gruntach sypkich. 5. Nasiona roślin do obsiewu skarp drogowych Ze względu na zróżnicowany mikroklimat i warunki glebowe na skarpach do obsiewu powinno stosować się odpowiednie mieszanki. Wybór rodzajów traw oraz motylkowatych drobnonasiennych powinien być dostosowany do rodzaju gleby i stopnia jej zawilgocenia, wystawy i pochylenia skarpy. Najbardziej odpowiednie są mieszanki traw o drobnym i gęstym ukorzenianiu, odporne na zanieczyszczenia. W polskich warunkach klimatycznych zwykle stosowane są następujące normy wysiewu: 180 kg/ha dla skarp o wystawie północnej, 300 kg/ha dla skarp o wystawie południowej. Roślinność przeznaczoną do obsiewu terenów przydrożnych powinien charakteryzować [29]: szybki wzrost po zasiewie w celu jak najszybszego zabezpieczenia i utrwalenia powierzchni gruntu;
124 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań dobrze rozwinięty i gęsty system korzeniowy, mocno wiążący podłoże; niewielkie wymagania pokarmowe; odporność na zmienne warunki wilgotnościowe; powinna tworzyć zwartą, całoroczną pokrywę nadziemną; nie wymagać koszenia lub przynajmniej częstego koszenia. Nasiona traw i roślin motylkowatych należy przechowywać i transportować w warunkach zabezpieczających je przed zawilgoceniem i przegrzaniem. 6. Rodzaje materiałów do zabezpieczeń przeciwerozyjnych skarp Wyroby (materiały) służące do zabezpieczeń przeciwerozyjnych skarp można podzielić na: ulegające biodegradacji, trwałe np. geosyntetyki. Do materiałów ulegających biodegradacji zalicza się biowłókniny, wykonane z włókien naturalnych z umieszczonymi w runie nasionami traw oraz tkaniny i siatki wykonane z włókien naturalnych. Materiały ulegające biodegradacji stanowią ochronę przed erozją skarp drogowych w krótkim okresie (zwykle od kilku miesięcy do 2 lat). Po rozłożeniu stanowią dodatkową dawkę nawozu dla porastającej zbocze roślinności. Trwałe wyroby to płaskie lub przestrzenne geomaty przeciwerozyjne i geosiatki komórkowe, wykonane z polimerów (zwykle z polipropylenu) są stosowane do wykonywania trwałych (docelowych) zabezpieczeń skarp. Wybrane rodzaje wyrobów scharakteryzowano poniżej. 6.1. Materiały do ochrony przeciwerozyjnej ulegające biodegradacji Ściółki Organiczne ściółki, takie jak słoma czy włókna drzewne, efektywnie chronią powierzchnię gruntu przed erozją na zboczach o pochyleniu do 1:3 [20]. Spotykane są następujące ich rodzaje: ściółka słomiana składająca się ze słomy pszenicy lub owsa, ściółka z włókien drzewnych powstająca ze zrębków lub wydłużonych włókien drzewnych połączonych spoiwem. Ściółki organiczne nanoszone są na powierzchnię skarp ręcznie lub za pomocą agregatu pompowego. Ściółkę słomianą niezwłocznie po ułożeniu należy chemicznie lub mechanicznie związać z podłożem. Hydrościółki Hydrościółki są to materiały, które po zmieszaniu z wodą są nanoszone na powierzchnię skarp w postaci ciągłego strumienia. W celu powiązania włókien ściółek oraz ich ochrony przed wypłukaniem i wywiewaniem stosowane są różnego rodzaju lepiszcza. Spotykane są lepiszcza na bazie lateksu (mleczka kauczukowego) lub żywic, a także emulsji asfaltowej [15], [22]. Hydrościółki mogą być wykonane: z włókien drzewnych połączonych lepiszczem, z włókien papierowych z powtórnie przerobionego papieru gazetowego, w postaci mieszanej, tzn. zawierające zarówno włókna drzewne jak i włókna papierowe, najczęściej w proporcjach 2:1 lub 1:1.
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 125 Hydroobsiew z zastosowaniem komunalnych osadów ściekowych Hydroobsiew opracowany w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów [2], [3], [12] polega na hydromechanicznym nanoszeniu na powierzchnię gruntu specjalnie przygotowanej mieszaniny. Mieszanina do hydroobsiewu składającej się z: cieczy stanowiącej nośnik pozostałych komponentów (woda), przefermentowanych osadów ściekowych, substancji użyźniających podłoże (nawozy mineralne), popiołów lotnych, pełniących rolę nawozów o przedłużonym działaniu, substancji poprawiających strukturę podłoża, osłaniających powierzchnię i młode siewki (ściółki słomiane, trociny itp.), substancji zabezpieczających powierzchnię gruntu przed erozją i wysychaniem (najczęściej są to preparaty chemiczne), oraz mieszanki nasion traw i roślin motylkowych. Dzięki zastosowaniu uzyskiwanych nieodpłatnie nieodwodnionych i odwodnionych osadów ściekowych oraz popiołów lotnych możliwe jest ograniczenie zużycia nawozów mineralnych i ściółek. Osady ściekowe użyźniają podłoże i poprawiają strukturę gruntu. Zawierają substancje organiczne i drobnoustroje, niezbędne do użyźnienia jałowych gruntów rodzimych i antropogenicznych. W suchej masie przefermentowanego osadu ściekowego jest zawarte średnio: 2,2% azotu, 0,7% fosforu i 0,4% potasu. Związki mineralne są uruchamiane z osadów powoli i nie są narażone na wypłukiwanie. Dzięki właściwościom koagulacyjnym osady mogą stanowić tymczasową powłokę przeciwerozyjną na skarpach, w pewnym stopniu zabezpieczać grunt i obsiew przed wypłukaniem, a nasiona przed nadmiernym wysychaniem. Stosowane osady ściekowe powinny spełniać następujące wymagania: sanitarne określone przez Ministerstwo Zdrowia i Opieki Społecznej, pochodzić z oczyszczalni komunalnych, być dobrze przefermentowane lub kompostowane, nie przekraczać norm zawartości metali ciężkich. Popioły lotne zawierają składniki mineralne, spełniające rolę nawozów. Mają dość silny odczyn zasadowy, dzięki czemu skutecznie odkwaszają podłoże. Dzięki właściwościom koagulacyjnym osady mogą stanowić tymczasową powłokę przeciwerozyjną na skarpach, w pewnym stopniu zabezpieczać grunt i obsiew przed wypłukaniem, a nasiona przed nadmiernym wysychaniem. Podlewanie w czasie kiełkowania nasion i w okresie początkowego rozwoju roślin w zasadzie nie jest wymagane [22]. Hydroobsiew wykonywany jest za pomocą hydrosiewników. Metody tej nie powinno się stosować w strefach bezpośrednich ujęć wody pitnej i na potrzeby gospodarskie. Biowłókniny Biowłókniny według PN-B-12074:1988 są to maty z włókna bawełnianego lub bawełnianopodobnego, wykonane techniką włókninową z równomiernie rozmieszczonymi w czasie produkcji nasionami traw i roślin motylkowych, służące do umacniania i zadarniania powierzchni. Minimalna masa jednostkowa biowłókniny wynosi 150 g/m 2. Siła zrywająca nie powinna być mniejsza niż 3 kn/m wzdłuż i 0,2 kn/m wszerz (w stanie mokrym odpowiednio 4 kn/m i 1 kn/m).
126 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Po zmoczeniu biowłóknina nie powinna kurczyć się więcej niż 5% wzdłuż i 3% wszerz. Minimalna wodochłonność biowłókniny wynosi 600%. Wymagania stawiane biowłókninom w innych krajach są różne. Przepisy kolei niemieckich DS 836 odnoszą się jedynie do masy powierzchniowej (powinna oda wynosić nie mniej niż 250 g/m 2 ), wytrzymałości na rozciąganie (nie mniej niż 1,5 kn/m) i zawartości elementów organicznych (nie mniej niż 50 %). Ze względu na kurczenie się biowłókniny po zmoczeniu bardzo ważne jest jej luźne ułożenie na stoku oraz dobre dociśnięcie do gruntu [21]. Szpilki i kołki drewniane do przytwierdzania biowłókniny w górnym końcu powinny mieć nacięcia do nawinięcia sznurka. Na kołki i szpilki nie nadaje się drewno kruszyny, osiki oraz pędy żywej wikliny. Biowłókniny są kotwione w rowach kotwiących na szczycie i u podnóża skarpy [22]. Sznurek polipropylenowy do przytwierdzania biowłókniny powinien spełniać wymagania PN-P-85012:1992. W Polsce dostępne są również inne biowłókniny np. z włókna lnianego. Tkaniny i maty z włókien naturalnych Skutecznym środkiem zapobiegającym erozji są tkaniny wykonane z włókien naturalnych (juta, len, włókna kokosowe) lub maty z włókien naturalnych (włókna drzewne, słoma, włókna kokosowe) wzmacnianych fotodegradalną lub biodegradalną siatką nieorganiczną. Materiały te stanowią czasową ochronę przed erozją skarp o pochyleniu zwykle do 1:2. Chronią powierzchnię od momentu wbudowania do przejęcia funkcji ochronnych przez rozwijającą się roślinność. W zależności od rodzaju tkaniny lub maty pełnią funkcję ochronną od kilku miesięcy do kilku lat [20], [28]. Tkaniny jutowe używane jako maty do ochrony przeciwerozyjnej są luźno tkane z pojedynczych włókien jutowych (przędzy). Rozmiar osnów i wątków w tkaninie powinien być taki sam. Pasma tkaniny nie powinny być węższe niż 1200 mm. Tkaniny nie powinny być toksyczne dla roślin [28]. Przykłady materiałów ulegających biodegradacji przedstawiono na rys. 2. a) b) c) Rys. 2. Przykłady materiałów ulegających biodegradacji: a) mata słomiana, b) mata kokosowa, c) tkanina jutowa
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 127 6.2. Materiały geosyntetyczne stosowane do ochrony przeciwerozyjnej Materiały geosyntetyczne służą do ochrony przed erozją powierzchniową oraz do wspomagania rozwoju okrywy roślinnej. Ich zaletą jest długotrwała ochrona zbocza, począwszy od momentu wbudowania. Geosyntetyki stosowane jako zabezpieczenia przeciwerozyjne powinny być dostatecznie odporne na wpływy atmosferyczne takie jak działanie wilgoci i promieni słonecznych. Ponadto powinny być odporne na starzenie się i mikroorganizmy żyjące w gruncie. Powinny być bez dziur, rozdarć i przerw w ciągłości. Do ochrony skarp drogowych stosowane są różnego rodzaju geosyntetyki [15], [22]: geowłókniny z otworami, gęste geosiatki bezwęzełkowe płaskie siatki o małym oczku, geokompozyty przepuszczalne materiały złożone z różnych geosyntetyków, przestrzenne maty przeciwerozyjne przestrzenne struktury w postaci siatki lub splątanych włókien połączonych w miejscu przecięcia np. przez zgrzanie, geosiatki komórkowe przestrzenne struktury zbliżone wyglądem do plastra miodu. Geotkaniny i geosiatki polimerowe o małym oczku Geotkaniny i geosiatki (rys. 3) stosowane jako zabezpieczenia przeciwerozyjne skarp drogowych powinny spełniać wszystkie wymagania dotyczące geosyntetyków. Powinny one spełniać wymagania co do wielkości oczek, aby mogły przez nie swobodnie przerastać korzenie traw, mające zwykle od 0,1 do 0,3 mm grubości [15]. a) b) Rys. 3. Płaskie siatki polimerowe: a) jednowarstwowa, b) dwuwarstwowa Oczka nie mogą one być byt małe, gdyż uniemożliwiłyby rozwój roślinności. Z kolei siatki i tkaniny o zbyt dużych oczkach nie będą stanowić skutecznego zabezpieczenia przeciwerozyjnego. Zwykle wielkość oczka zawiera się w granicach od 0,5 mm do 5 mm [15], [27]. Geotkaniny i geosiatki przymocowywane są do powierzchni stalowymi szpilkami lub klamrami oraz kotwione na szczycie i u podnóża skarpy w rowach kotwiących. Po wbudowaniu mogą być przykryte warstwą gruntu. Przestrzenne maty przeciwerozyjne Geomaty przeciwerozyjne (rys. 4) mają trójwymiarową strukturę. Zbudowane są ze splątanych włókien polimerowych albo z siatki ze strukturą przestrzenną. Włókna połączone ze sobą
128 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań w miejscu skrzyżowań np. przez zgrzanie. Geomaty mogą być wzmacniane dodatkową siatką polimerową. Maty powinny być odporne na działanie czynników chemicznych i wpływy środowiska. Istotną właściwością mat jest nie podtrzymywanie ognia [1]. Wypełnione gruntem maty nie ulęgają zniszczeniu nawet przy wypalaniu traw. Rys. 4. Przykłady przestrzennych mat przeciwerozyjnych Przestrzenne geomaty przeciwerozyjne stosowane są w celu: zabezpieczenia nieosłoniętego gruntu przed działaniem czynników erozyjnych i stworzenia warunków do rozwoju roślinności tam, gdzie jej samoistny wzrost jest trudny lub niemożliwy, długotrwałego wzmacniania systemu korzeniowego roślinności (zbroją system korzeniowy), dzięki czemu jest ona w stanie wytrzymać większe obciążenia. Dzięki pochłanianiu energii kinetycznej kropel deszczu geomaty przeciwerozyjne zabezpieczają osłoniętą powierzchnię przed odspajaniem cząstek gruntu. Redukują także zdolność wody do spłukiwania już odspojonego gruntu. Przestrzenne maty przeciwerozyjne zacieniają większą część powierzchni gruntu, przez co dłużej utrzymywana jest wilgoć. Wpływa to korzystnie na kiełkowanie i rozwój roślinności. Zaletą przestrzennych geomat przeciwerozyjnych jest ich zdolność utrzymywania w swej objętości gruntu. Współdziałające ze sobą geomata, grunt ją wypełniający oraz korzenie traw przerastające geomatę i przytwierdzające ją do podłoża, tworzą ciągłą warstwę doskonale chroniącą grunt przed erozją. Do gruntu geomaty przytwierdzane są za pomocą stalowych szpilek oraz kotwione w rowach kotwiących na szczycie i u podnóża skarpy. Przestrzenne maty przeciwerozyjne powinny być wypełnione gruntem niezwłocznie po wbudowaniu. Geomaty przeciwerozyjne stosowane są zwykle na zboczach o pochyleniu powyżej 1:3 [20]. Geosiatki komórkowe Geosiatki komórkowe (rys. 5) to przestrzenne struktury utworzone przez połączenie pasm taśm polimerowych połączonych np. przez zgrzanie. Spotykane są geosiatki komórkowe służące tylko i wyłącznie do ochrony przed erozją powierzchniową, wykonane z taśm geowłókniny połączonych
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 129 przez zszycie. Geosiatki komórkowe z taśm polimerowych mogą mieć otwory umożliwiające przepływ wody równolegle do płaszczyzny skarpy. a) b) Rys. 5. Przykłady geosiatek komórkowych: a) z taśm polimerowych, b) z pasm geowłókniny Zastosowanie geosiatek komórkowych do ochrony skarp przed erozją powierzchniową jest omówione w [16]. Darnina (dywany roślinne) Dywan roślinny jest to wyhodowana cienka warstwa darniny o gęstym splocie systemu korzeniowego. Może być on dodatkowo wzmocniony siatką polimerową. Darnina stosowana jest do umacniania skarp rowów odwadniających, podstaw nasypów oraz skarp przekopów, w miejscach szczególnie narażonych na erozję przed powstaniem okrywy roślinnej. Powierzchnia skarp, przed ułożeniem darniny, powinna być przykryta odpowiednią dla danej skarpy warstwą humusu. Darninę mocuje się za pomocą kołków. 7. Przykłady skarp zabezpieczonych geosyntetykami Zastosowanie przestrzennej geomaty budowla 1 Jako zabezpieczenie skarp dojazdu do mostu przez rzekę Regalicę w Szczecinie od strony Dąbia zastosowano przestrzenne geomaty przeciwerozyjne (rys. 6). Ze względu na usytuowanie obiektu skarpy te są zwrócone na północ i południe. Pochylenie skarp wynosi 1:1,5, a ich wysokość dochodzi do 8 m. Skarpy po uformowaniu przykryto 6 cm warstwą humusu, następnie rozłożono na nich geomatę. Na geomacie ułożono 2 cm humusu. Całość obsiano mieszanką traw jednakową na obu skarpach północnej i południowej. Zastosowana geomata przestrzenna jest wytworzona z ciągłych włókien polipropylenowych, ułożonych losowo i połączonych termicznie w miejscach przecięcia. Całość jest umieszczona na podkładzie z dzianiny o masie powierzchniowej 30 g/m 2. Masa powierzchniowa geomaty wynosi 600 g/m 2, grubość 20 mm, a wytrzymałość na rozciąganie w kierunku wzdłuż pasma 2,0 kn/m.
130 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Rys. 6. Widok geomaty przestrzennej zastosowanej do zabezpieczania skarp dojazdu do mostu przez Regalicę Zabezpieczenie przeciwerozyjne skarp zostało wykonane w lutym 2002 r. Obserwacje budowli przeprowadzono we wrześniu 2002. Zarówno na skarpie od strony północnej, jak i na skarpie od strony południowej (rys. 7) nie stwierdzono bruzd erozyjnych. Obie skarpy porośnięte były roślinnością. Jednakże na skarpie północnej (rys. 8b) roślinność była znacznie gęstsza niż na skarpie południowej (rys. 8a). Mimo słabo wykształconej okrywy roślinnej na skarpie południowej nie zaobserwowano widocznych oznak erozji powierzchni gruntu nie osłoniętego przez rośliny (zabezpieczonego jedynie geomatą). Można więc uznać, że przez okres od lutego do września zastosowana geomata przestrzenna spełniła swoje zadanie. Rys. 7. Widok skarpy południowej dojazdu do mostu przez Regalicę W pobliżu omawianego obiektu znajdują się skarpy, które zostały jedynie obsiane roślinnością. Mimo że są to skarpy o znacznie mniejszych rozmiarach i o wystawie północnej (korzystniejsza dla rozwoju roślin niż południowa), powierzchnia tych skarp nie jest tak odporna na erozję. Na ich powierzchni widoczne są skutki erozyjnego działania spływającej po nich wody (rys. 9).
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 131 a) b) Rys. 8. Roślinność porastająca skarpy dojazdu do mostu: a) południową, b) północną Rys. 9. Skarpa w pobliżu dojazdu do mostu przez Regalicę niezabezpieczona przed erozją Zastosowanie przestrzennej geomaty budowla 2 Jako zabezpieczenie przeciwerozyjne skarp terminalu granicznego Olszyna I przewidziano zastosowanie przestrzennej geomaty przeciwerozyjnej o strukturze pokazanej na rys. 10. Nasyp wykonany z miejscowej pospółki ma wysokość 12 m i pochylenie skarp 1:1,5, a miejscami 1:1,3. Przed wprowadzeniem roślinności powierzchnie skarp zostały odpowiednio przygotowane. Na wyrównane powierzchnie skarp narzucono 10 cm warstwę humusu. Na tak przygotowanej skarpie ułożono geomatę przestrzenną utworzoną w wyniku obróbki termicznej losowo ułożonych włókien polipropylenowych. Masa powierzchniowa geomaty wynosi 650 g/m 2, a jej grubość 20 mm.
132 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Rys. 10. Struktura geomaty przestrzennej ułożonej na skarpach terminalu w Olszynie [6] Geomata była rozwijana od góry do podnóża skarpy. Została ona zakotwiona w rowkach kotwiących na szczycie skarpy (rys. 11). U podnóża skarpy koniec maty został przykryty gruntem. Do powierzchni gruntu geomata została przytwierdzona za pomocą stalowych szpilek w kształcie litery U o długości 50 cm w rozstawie 1,5 x 2 m. Podczas mocowania szpilek robotnicy przemieszczali się po położonej na powierzchni maty drabinie (rys. 12), aby nie dopuścić do przerwania maty w wyniku dużych nacisków punktowych. Przestrzeń geomaty wypełniono ziemią urodzajną (humusem). Jednocześnie humus został dogęszczony geomatą. Rys. 11. Kotwienie geomaty w rowku kotwiącym [6]
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 133 Rys. 12. Mocowanie geomaty szpilkami do gruntu wykonywano z drabiny [6] Latem 1998 roku skarpy zostały obsiane mieszanką traw zgodną ze specyfikacją techniczną. Obsianie skarp wykonano przy zastosowaniu hudroobsiewu z użyciem osadów ściekowych (patrz p. 6.1) Rys. 13. Stopień pokrycia skarp roślinnością trawiastą w fazie 3-go listka, po 40 dniach od wykonania hydroobsiewu [6]
134 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Rys. 14. Roślinność porastająca skarpy jesienią 2002 roku Po 40 dniach od wykonania hydroobsiewu skarpy były całkowicie pokryte trawą (rys. 13). Po upływie 4 lat od wykonania umocnień przeciwerozyjnych (w listopadzie 2002) dokonano oględzin skarp terminalu granicznego. W tym okresie były one dość równomiernie pokryte roślinnością trawiastą (rys. 14). Ze względu na długość traw można domniemać, że w zasadzie nie są (i nie były) tu prowadzone zabiegi pielęgnacyjne. Nie natrafiono na ślady erozji powierzchniowej. Na skarpach o wystawie południowej powierzchnia sporadycznie pozbawiona była okrywy trawiastej lub okrywa ta jest uboga. Jednakże w miejscach tych pokryta geomatą powierzchnia skarp była odporna na działanie czynników erozyjnych.
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 135 Rys. 15. Ogólny widok skarpy o wystawie południowej po 40 dniach od wykonania hydroobsiewu (w fazie 3-go listka) [6] Rys. 16. Ogólny widok tej samej skarpy jesienią 2002 roku Maksymalny zaobserwowany rozmiar niezadarnionych powierzchni nie przekracza 0,2 m 2, co jest zgodne z [22]. Na rys. 15 i rys. 16 pokazano ogólny widok skarpy o wystawie południowej w 40 dni po wykonaniu umocnień i hydroobsiewu oraz po 4 latach od wykonania tych umocnień. Mimo znacznych rozmiarów skarpy i jej niekorzystnej wystawy (skarpy o wystawie południowej są znacznie bardziej narażone na bezpośrednie działanie promieni słonecznych), jej stan jesienią 2002 był dobry.
136 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Zastosowanie płaskiej geosiatki W celu ochrony przed erozją skarp wykopów w ciągu autostrady A4 w rejonie Krakowa zastosowano płaskie geosiatki (rys. 3a). Pochylenie skarp wynosi od 1:1 do 1:1,5, a ich wysokość dochodzi do 8 m. Rys. 17. Fragment skarpy północno-wschodniej budowli 3. Po lewej widoczna jest powierzchnia skarpy zabezpieczona przed erozją, po prawej bez zabezpieczeń Zastosowano płaskie geosiatki wykonane z polipropylenu, o wymiarach oczka 4x4 mm i wytrzymałości na rozciąganie wzdłuż pasma 18 kn/m. Geosiatki zostały wbudowane na skarpach położonych naprzeciw siebie północno-wschodniej i południowo-zachodniej. Obie skarpy zostały obsiane za pomocą hydroobsiewu wykonanego przed ułożeniem geosiatek. W przypadku obydwu skarp mieszanka traw w była taka sama Po upływie kilku miesięcy od wykonania umocnień skarp dokonano oględzin obiektu. Różnicę pomiędzy powierzchnią skarpy, na której wykonano zabezpieczenia przed erozją, a powierzchnią skarpy, gdzie tych umocnień nie wykonano (nie wysiano również roślinności) pokazano na rys. 17. Powierzchnia skarpy niezabezpieczonej jest wyraźnie zerodowana - poprzecinana bruzdami utworzonymi w wyniku działania spływającej po niej wody. Na skarpach umocnionych geosiatką nie zaobserwowano widocznych oznak erozji. Roślinność rozwinęła się znacznie lepiej na skarpie skierowanej na północny wschód (rys. 18) niż na skarpie skierowanej na południowy zachód (rys. 19). Ponadto skarpa południowo-zachodnia tylko w nielicznych miejscach została porośnięta roślinnością trawiastą. Wyrastające tam rośliny dwuliścienne uniosły geosiatkę do góry (rys. 20). Skarpa o wystawie północno-wschodniej była niemal całkowicie porośnięta trawą.
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 137 Rys. 18. Roślinność trawiasta na skarpie o wystawie północno-wschodniej Rys. 19. Roślinność na skarpie o wystawie południowo-zachodniej
138 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Rys. 20. Uniesiona geosiatka na skarpie o wystawie południowo-zachodniej 8. Zabezpieczanie skarp nasypów w trakcie robót Nowopowstałe skarpy wykopów i nasypów powinny być chronione przed erozją już w trakcie robót. Jako zabezpieczenie przeciwerozyjne podczas wznoszenia budowli mogą być stosowane doraźne warstwy przeciwerozyjne. Do wytworzenia zabezpieczeń doraźnych stosuje się mulcze lub różnego rodzaju emulsje (np. lateksowe, zawierające osady ściekowe). Do tego celu wykorzystywane są również specjalne siatki. Jeżeli proces wznoszenia budowli ziemnej kończy się w okresie umożliwiającym wykonanie umocnień biologicznych skarp, wskazane jest wysianie traw jeszcze przed ukończeniem budowy drogi. Najbardziej sprzyjający termin siewu przypada wiosną (maj) i wczesną jesienią (sierpień oraz pierwsza połowa września). Wysiew w innych terminach wymaga wykonania dodatkowych zabiegów agrotechnicznych. W trakcie budowy obsiane skarpy drogowe mogą być chronione przed erozją przez wykonanie tymczasowej grobli betonowej wzdłuż drogi, zapobiegającej spływaniu wody po skarpach (rys. 21). Wodę z powierzchni nawierzchni sprowadza się rurami wprost do rowu (rys. 22). Roślinność na tak zabezpieczonej skarpie ma dużo lepsze warunki do wzrostu. Po uzyskaniu zadarnienia zabezpieczenia usuwa się.
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 139 Rys. 21. Tymczasowa betonowa grobla wzdłuż drogi Rys. 22. Woda z powierzchni budowanej drogi sprowadzana jest wprost do rowu
140 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań 9. Kontrola jakości siewu Kontrolę jakości wysiewu przeprowadza się w fazie co najmniej trzech lub czterech listków (4-6 tygodni po wykonaniu obsiewu) zgodnie z [24]. Pokrycie powierzchni skarpy roślinnością w tej fazie rozwoju traw powinno być równomierne i powinno wynosić nie mniej niż 60% na skarpach o pochyleniu 1:2 oraz 80 % na skarpach o pochyleniu 1:1,5 i bardziej stromych [22]. Po 12 miesiącach od wykonania siewu na powierzchni skarp łączna powierzchnia nieporośniętych miejsc nie powinna przekraczać 2%, a maksymalny wymiar pojedynczych niezadarnionych miejsc nie powinien przekraczać 0,2 m 2. Na zadarnionej powierzchni nie mogą występować wyżłobienia erozyjne ani lokalne zsuwy lub spływy. 10. Przykładowe błędy przy wykonywaniu zabezpieczeń przeciwerozyjnych Błędy dotyczące zabezpieczeń przeciwerozyjnych skarp drogowych można podzielić na projektowe i wykonawcze. Projekt zabezpieczenia przeciwerozyjnego z użyciem materiałów służących do ochrony przed erozją powinien określać co najmniej: pochylenie zabezpieczanej skarpy, rodzaj materiału zabezpieczającego ustalony z zachowaniem warunków dostatecznego zabezpieczenia powierzchni skarpy przed ubytkiem gruntu, bez negatywnego wpływu na rozwój roślinności, rodzaj i sposób przygotowania podłoża, grubość warstwy ziemi urodzajnej (humusu) układanej pod materiałem oraz sposób jego wbudowania, sposób układania pasm materiału, sposób zakotwienia i mocowania materiału do skarpy, w przypadku przestrzennych geomat sposób wypełnienia objętości geomaty humusem, rodzaj i ilość nasion traw i roślin motylkowatych oraz sposób ich wysiewu, z uwzględnieniem warunków siedliskowych i ekspozycji skarpy. sposób pielęgnacji powierzchni zabezpieczonej skarpy. Podstawowym błędem wykonawczym jest niewłaściwe zagęszczenie powierzchni skarp. Skarpy nasypów powinny być zagęszczone na głębokość 0,5 m do wskaźnika zagęszczenia I S > 0,95. Uzyskanie skutecznej okrywy roślinnej na słabo dogęszczonych skarpach jest bardzo trudne. Geosiatki i geomaty powinny być układane wzdłuż pochylenia skarpy oraz kotwione na górze i u podnóża skarpy w rowkach kotwiących. Zakłady sąsiednich pasm powinny wynosić co najmniej 10 cm. Należy zabezpieczać je przez szpilkowanie w odstępie zwykle co 1,0 m do 1,5 m. Geosiatki i geomaty przytwierdza się na całej powierzchni skarpy szpilkami. Ich rozstaw powinien być dostosowany do pochylenia skarpy. Rozstaw i długość szpilek powinny zapewnić trwałe przytwierdzenie wyrobu do powierzchni skarpy. Na rys. 23 pokazano geosiatkę rozłożoną na skarpie, która w zasadzie nie została przyszpilona. Uległa ona sfałdowaniu, a miejscami wręcz zsunęła się ze skarpy. Powierzchnia skarpy nie została też pokryta humusem przed ułożeniem geosiatek. Pasma ułożone poprzecznie do pochylenia skarpy nie są dostatecznie przymocowane. Układanie pasm w ten sposób nie
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 141 zapewnia prawidłowego ich zakotwienia. rys. 24 przedstawia dwa przyczółki tego samego obiektu. W obu przypadkach pasma zostały ułożone w różny sposób. Trudno spodziewać się, że bez dodatkowych zabiegów zostanie uzyskana tu okrywa roślinna. Rys. 23. U góry Źle przymocowana geosiatka uległa sfałdowaniu. U dołu dolne pasma zsunęły się ze skarpy
142 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Rys. 24. Dwa przyczółki tego samego obiektu i dwa sposoby układania geosiatki Aby zabezpieczenie przeciwerozyjne było skuteczne, kolejne zabiegi należy wykonywać bezpośrednio po sobie, bez zbędnych przerw. Na rys. 25 pokazano skarpę, na której powierzchni jedynie wbudowano geosiatkę komórkową i wypełniono ją ziemią. Nie dokonano obsiewu skarpy. Samo wbudowanie materiału, jakim jest geosiatką komórkowa nie wystarczyło, by chronić skarpę przed erozją - ziemia jest wypłukiwana z komórek. Aby zabezpieczenie mogło być skuteczne, konieczne jest dokonanie napraw (miejscami może być konieczne ponowne wbudowanie materiału) i dokonanie wysiewu traw. Rys. 25. Skarpa z częściowo wykonanym zabezpieczeniem z użyciem geosiatek komórkowych - ziemia ulega wypłukaniu z komórek Powierzchnia skarpy, na której mają być układane materiały geosyntetyczne powinna być wyrównana, oczyszczona z kamieni, korzeni itp. oraz pokryta warstwą ziemi urodzajnej (humusu). Z powierzchni skarpy pokazanej na rys. 26 nie usunięto całej cegły! Powierzchnia skarpy nie została oczyszczona. W tym miejscu geomata nie dolega do powierzchni skarpy. Ponadto
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 143 geomata uległa przetarciu na wystającej cegle. Roślinność częściowo rozwinęła się pod geomatą. Geomata nie spełnia jednak jednej ze swych podstawowych funkcji nie zbroi systemu korzeniowego. Rys. 26. Cegła pozostawiona na powierzchni skarpy zabezpieczonej geomatą Ze względu na ograniczone miejsce projektanci często zmuszeni są do projektowania stromych skarp. Stosowanie materiałów biodegradowalnych na stromych skarpach często nie daje spodziewanego efektu. Na stromych skarpach trudno jest uzyskać zadarnienie, a wystawione na działanie promieni słonecznych maty biodegradowalne (zwłaszcza na skarpach o wystawie południowej) szybko ulegają destrukcji (rys. 27). Rys. 27. Umocnienie biodegradowalne na bardzo stromej skapie
144 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Kolejnym przykładem jest niemal pionowa skarpa wiaduktu, gdzie zaprojektowano wykonanie zazielenienia z płatów darniny (rys. 28, rys. 29). Na tak stromych skarpach, zwłaszcza o wystawie południowej, darnina po prostu wysycha (rys. 30). Lepszym rozwiązaniem byłoby tu zastosowanie gabionów (kosze z siatki stalowej wypełnione kamieniami) lub zazielenienia np. z bluszczu zimozielonego. Rys. 28. Niemal pionowa skarpa zazieleniona przy użyciu darniny listopad 2002 Rys. 29. Ta sama skarpa w kwietniu 2006 r.
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE Rys. 30. Płaty darniny ułożone pionowo po prostu wyschły Rys. 31. Zabezpieczenie niewłaściwie dobrane do skarpy 145
146 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Umocnienie powinno być dobrane do każdej skarpy. Na rys. 31 pokazano skarpę na której wykonano zabezpieczenie z użyciem materiałów biodegradowalnych mat kokosowych. W tym przypadku nie wzięto pod uwagę, że w skarpie zbudowanej z gruntów spoistych znajdują się przewarstwienia gruntów sypkich, z których będzie sączyła się woda. W takim przypadku właściwsze byłoby prawdopodobnie zastosowanie geosiatek komórkowych wypełnionych kruszywem, które stanowiłyby jednocześnie drenaż dla wyciekającej ze skarpy wody. Rys. 32. Materiały na skarpie powinny być mocowane z ułożonej na niej drabiny Aby nie dopuścić do uszkodzenia materiałów układanych na skarpach, nie należy chodzić po wyrównanej powierzchni skarpy przed i po ich ułożeniu. Na skapie widocznej na rys. 32 pokazano niewłaściwy sposób układania i mocowania materiałów przeciwerozyjnych. Rozłożona bezpośrednio na powierzchni skarpy geosiatka ma wzmacniać system korzeniowy traw, które mają wyrosnąć dzięki zastosowaniu biowłókniny. Nawet jeżeli geosiatka nie ulegnie przerwaniu na skutek przemieszczania się po niej robotników, to w miejscach gdzie powstają wgłębienia biowłóknina będzie odseparowana od podłoża, a zatem rozwój traw będzie niemożliwy. Powierzchnię skarp, na których ułożono biowłóninę, powinno utrzymywać się w stanie wilgotnym przez 30 dni. W przypadku braku opadów zwilżanie skarp należy przedłużyć nawet do sześciu tygodni. Na rys. 33 pokazano skarpę z ułożoną na niej biowłókniną. Powierzchnia skarpy jest wyraźnie przesuszona. Brak zabiegów pielęgnacyjnych uniemożliwił prawidłowy rozwój szaty roślinnej. Zadarnienie skarpy będzie możliwe jedynie po kolejnym wysiewie nasion i właściwej pielęgnacji.
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 147 Rys. 33. Biowłóknina wbudowana na stromej przesuszonej skarpie Rys. 34. Biowłóknina wbudowana w okresie zimowym. Skarpa wymaga odbudowy i ponownego wykonania umocnienia
148 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Na rys. 34 pokazano skarpę, na której w okresie zimowym wykonano umocnienia z biowłókniny. Okres ten jest niekorzystny dla rozwoju roślinności. Skarpa narażona jest na obfite opady deszczu i śniegu. Śnieg zalegał na powierzchni skarpy. Przytwierdzona jedynie drewnianymi kołkami namoknięta biowłóknina nie była w stanie zabezpieczyć powierzchni prawdopodobnie słabo dogęszczonej skarpy. Gdyby biowłóknina przetrwała zimę na skarpach, to mało prawdopodobne jest, aby wykiełkowały z niej nasiona. Najbardziej korzystne jest, gdy biowłóknina zostaje wykorzystana do końca sierpnia tego roku, w którym została wyprodukowana. Rys. 35. Tymczasowa grobla chroniąca zerodowaną skarpę przed dalszymi zniszczeniami Umocnienia przeciwerozyjne skarp w trakcie robót, jak dotychczas, wykonywane są bardzo rzadko. Skarpy nasypu (rys. 35) zostały rozmyte przez spływającą z nieukończonej nawierzchni wodę. W wielu miejscach zniszczenia były bardzo duże i trudne do usunięcia. W celu zabezpieczenia skarpy przed dalszymi zniszczeniami, wzdłuż jezdni wykonano groblę, a wodę z nawierzchni sprowadzono rurami do rowu. Gdyby zabieg ten wykonano wcześniej, prawdopodobnie nie doszłoby do uszkodzeń skarpy i nie byłoby konieczności jej naprawiania.
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 149 11. Badanie skuteczności przeciwerozyjnych materiałów geosyntetycznych Mimo, że na problem odpowiedniego zabezpieczenia powierzchni skarp napotyka się w przypadku niemal każdej wykonywanej budowli ziemnej, niewiele jest prowadzonych badań oceniających skuteczność stosowanych materiałów lub ich porównywania. W literaturze można spotkać badania skuteczności materiałów przeciwerozyjnych stosowanych w kanałach lub na brzegach rzek (np. [2]) W Instytucie Badawczego Dróg i Mostów przeprowadzono badania skuteczności geosyntetycznych materiałów przeciwerozyjnych. Poletka doświadczalne usytuowano na skarpie o wystawie południowej. Z tego względu przyjęto zwiększoną normę wysiewu nasion 300 kg/ha. Ogólny widok poletek doświadczalnych po ich wykonaniu (jesienią 2005 r.) pokazano na rys. 36, a stan w kwietniu 2006 r. na rys. 37. Rodzaje materiałów geosyntetycznych ułożonych na poszczególnych poletkach zestawiono w tablicy 2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rys. 36. Widok poletek doświadczalnych po ułożeniu geosyntetyków i wysianiu nasion Rys. 37. Widok poletek doświadczalnych w kwietniu 2006 r.
150 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań Tablica 2. Rodzaje materiałów ułożonych na poletkach Czas wbudowania Numer Rodzaj zabezpieczenia w stosunku do poletka wysiewu nasion 1 nieosłonięty grunt - 2 tylko wysiana trawa - 3 przestrzenna geomata z ułożonych losowo monofilamentów wzmocniona geosiatką po wysianiu 90% 4 przestrzenna geomata z ułożonych losowo monofilamentów wzmocniona geosiatką przed wysianiem 5 płaska geosiatka o małych oczkach (3,5 x 3,5 mm) po wysianiu 6 płaska geosiatka o oczkach 8 x 20 mm i dodatkowych luźnych wątkach po wysianiu 7 trzy warstwy płaskiej geosiatki, w tym dwie o małych oczkach (3,5 x 3,5 mm) przed wysianiem 8 płaska geosiatka o oczkach 6,5 x 6,5 mm po wysianiu 9 przestrzenna geomata z ułożonych losowo monofilamentów przed wysianiem 10 przestrzenna geomata składająca się z trzech warstw geosiatki; środkowa warstwa jest pofalowana przed wysianiem Jednym z elementów oceny jakościowej skuteczności materiałów przeciwerozyjnych jest porównanie ilości gruntu spływającego z powierzchni zabezpieczonych w stosunku do powierzchni niezabezpieczonej. Na rys. 38 przedstawiono procentowy udział masy gruntu, jaka spłynęła z poszczególnych poletek w stosunku do całkowitej masy zebranego gruntu. Najwięcej gruntu spłynęło z poletka nr 1, gdzie pozostawiono nieosłonięty grunt. Było to ponad dwukrotnie więcej niż z poletka nr 2, na którym została wysiana trawa. Na poletku nr 2 roślinność rozwinęła się bardzo słabo, mimo to chroniła powierzchnię przed erozją. Spośród poletek zabezpieczonych materiałami geosyntetycznymi najwięcej gruntu spłynęło z poletka nr 7. Poletko to zostało zabezpieczone płaską siatką, na którą następnie układany był humus i wysiane nasiona. Nieco mniej gruntu spłynęło z poletka nr 9 oraz poletek 4 i 10 (rys. 39). Te poletka były zabezpieczone przestrzenną geomatą, która jest wypełniana humusem. Ilość gruntu, jaka spłynęła z poletek 4, 7, 9 i 10 była ponad dwukrotnie mniejsza niż z poletka nr 2. Przez cały okres prowadzenia pomiarów najmniej gruntu spłynęło z poletek zabezpieczonych płaskimi siatkami układanymi na wierzchu, po wykonaniu wszystkich prac związanych z obsiewem (poletko nr 5, 6 i 8). W takim przypadku krople deszczu rozpraszają się na siatce i przez to z mniejszą energią uderzają w grunt.
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 151 39,79% 1 10 7,09% 17,65% 2 4,81% 3 4 5 6 7 1,43% 7,80% 1,79% 9 8 9 9,37% 8,85% 1,41% Rys. 38. Porównanie masy gruntu jaka spłynęła z poszczególnych poletek w stosunku do całkowitej masy zebranego gruntu 8000 7000 masa suchego gruntu [g] 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 numer poletka Rys. 39. Masa gruntu, jaka spłynęła z poszczególnych poletek w ciągu całego cyklu badań Z poletek osłoniętych geosyntetykami spłynęło znacznie mniej gruntu, niż z poletka jedynie z wysianą trawą. Było to od prawie dwukrotnie mniej w przypadku poletka nr 7 do prawie 12 razy mniej w przypadku poletka nr 8. W okresie, w którym na poletkach nie wykonywano żadnych zabiegów związanych z układaniem materiałów i wysiewem, najmniej gruntu spłynęło z poletek 5, 6, 10 i 8 (rys. 40).
152 Beata Gajewska Zapobiegania erozji skarp - praktyczne przykłady rozwiązań 800 700 masa suchego gruntu [g] 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 numer poletka Rys. 40. Masa gruntu, jaka spłynęła z poszczególnych poletek w okresie, gdy nie prowadzono zabiegów związanych z układaniem materiałów i wysiewem Z poletka nr 4 spłynęło więcej gruntu niż z poletka nr 3, mimo że materiały ułożone na poletkach mają zbliżoną strukturę. Monofilamenty, z których zbudowana jest geomata z poletka 4, są cieńsze i gęściej ułożone. Grunt dokładniej wypełniał geomatę na poletku 3 niż na poletku 4. Warstwa gruntu odcięta gęstą plątaniną monofilamentów (poletko 4) szybciej wysychała od gruntu wypełniającego geomatę na poletku 3. Badania prowadzone na poletkach doświadczalnych wykazały, że zastosowanie materiałów geosyntetycznych znacznie ogranicza spływ powierzchniowy gruntu z nachylonej powierzchni. Dotyczy to zarówno powierzchni nieosłoniętej, jak i powierzchni ze słabo wykształconą szatą roślinną. Szczegółowe wyniki przeprowadzonych badań prezentowano w [8] i [9]. Przy wyborze materiałów geosyntetycznych do ochrony skarp, na których warunki do rozwoju roślinności są trudne, należy brać pod uwagę łatwość wykonania ewentualnych poprawek i takich zabiegów jak np. podsiew. Struktura przestrzennych geomat stosowanych do ochrony przed erozją powinna umożliwiać całkowite wypełnienie jej powierzchni humusem tak, aby warstwa ta nie była oddzielona od powierzchni skarpy. Stwarza to lepsze warunki do rozwoju roślin. 12. Podsumowanie Odpowiednio dobrane do danej budowli ziemnej i właściwie wykonane umocnienia przeciwerozyjne pozwalają na znaczne ograniczenie (a nawet wyeliminowanie) kosztów związanych z usuwaniem skutków erozji powierzchniowej. O jakości zadarnienia skarp decyduje wiele czynników, począwszy od przygotowania powierzchni, na zabiegach pielęgnacyjnych skończywszy. Ważnym elementem jest właściwe przygotowanie powierzchni nadanie jej odpowiedniej faktury i zagęszczenie podłoża do I S 0,95 zgodnie z normą PN-S-02205:1998. Skuteczność działań związanych z biologicznym
Seminarium IBDiM i PSG-IGS - Warszawa, 3 marca 2010 SKARPY DROGOWE 153 zabezpieczeniem powierzchni skarp budowli ziemnych przed erozją zależy przede wszystkim od prawidłowego wykonania (formowania) tych skarp oraz prawidłowego wbudowania materiałów. Zabiegi mające na celu zabezpieczenie skarp nasypów i wykopów drogowych przed erozją należy rozpocząć już w trakcie wznoszenia i formowania budowli. Aby zabezpieczenie przeciwerozyjne było skuteczne, kolejne zabiegi należy wykonywać bezpośrednio po sobie, bez zbędnych przerw. Biologiczne zabezpieczenie przeciwerozyjne, niezależnie od użytych dodatkowych materiałów, jest w pełni skuteczne dopiero wtedy, gdy na powierzchni skarpy wykształci się warstwa darniny. 13. Literatura [1] Czmiel K.: Zastosowanie przestrzennych mat przeciwerozyjnych w budownictwie drogowym metoda wymiarowania i wskazówki do wykonywania stromych, zazielenionych zboczy z gruntu zbrojonego. Konferencja Trwałe i bezpieczne nawierzchnie drogowe, Kielce 2000 [2] Dzierżawski K.: Zabezpieczanie przed erozją i pyleniem budowli ziemnych i składowisk metodą hydroobsiewu. Prace IBDiM nr 4, 1985 [3] Dzierżawski K., Głażewski M., Makowski J.: Ingenieurbiologische bepflanzung der Böschungen Dynamische Hydrosaat mit Anwendung der Abwasserablagerungen. Prace IBDiM nr 1, 1990 [4] EPA-440/9-75-006 Methods of quickly vegetating soil of productivity, construction activities. USA 1975 [5] Fagon Y., Fouillart V., Richard F., Gourvat D.: Experiments of banks protection by geosynthetic processes. GEOTEXTILES GEOMEMBRANES Rencontres, Francja1997 [6] Gajewska B. Drząszcz R., Głażewski M., Zastosowanie przestrzennych mat przeciwerozyjnych i hydroobsiewu do ochrony przed erozją skarp terminala granicznego w Olszynie. IX Międzynarodowa Konferencja Trwałe i bezpieczne nawierzchnie drogowe, Kielce 2003 [7] Gajewska B., Kłosiński B., Rychlewski P.: Materiały do ochrony przeciwerozyjnej skarp drogowych. VIII Międzynarodowa Konferencja Trwałe i bezpieczne nawierzchnie drogowe, Kielce 2002 [8] Gajewska B.: Zastosowanie materiałów geosyntetycznych do ochrony skarp przed erozją powierzchniową. Międzynarodowa Konferencja EKO MOST 2006 Trwałe obiekty mostowe w środowisku Kielce, 16-17 maja 2006 r., s.75-82 [9] Gajewska B.: Zastosowanie geosyntetyków do ochrony skarp przed erozją Autostrady nr 8-9, 2006 r., s. 22-26. [10] Geotekstylia. Poradnik projektanta. Don&Low Ltd, 1996 [11] Głażewski M., 1994 - Zastosowanie hydroobsiewu do umacniania skarp przydrożnych i pasów ochronnych. Biuletyn Regionalny ZDR AR w Krakowie, nr.305, ss. 109-125 [12] Głażewski M., Kłosiński B.: Obudowa biologiczna budowli ziemnych. Inżynieria i Budownictwo nr 10/1995 [13] Głażewski M., Ziaja W.: Przygotowanie skarp do zadarnienia. Drogownictwo nr 3/92 [14] Gil E.: Wpływ zabezpieczenia zbocza GEOKRATĄ komórkową TABOSS na spływ powierzchniowy i erozję mechaniczną. Polska Akademia Nauk. Szymbark, styczeń 2004