Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
!"#$%&'()*+",-#'("./(#01)2".3,4".35675%8#92.:-;)25%<=2"
Opracował: Piotr Jermołowicz
tel. 501 293 746
e-mail : [email protected]
Elbląg, 16.01.2014 r.
Roboty ziemne przy realizacji
obiektów budowlanych i instalacji
podziemnych – zabezpieczenie
wykopów.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
1.. Wstęp.
Wykop jest to postać odpowiednio ukształtowanej przestrzeni powstałej w wyniku
usunięcia z niej gruntu. Głębokie wykopy to nierozłączny element zarówno budownictwa
komunikacyjnego, ogólnokubaturowego, hydrotechnicznego i podziemnego.
Tematyka związana z wykorzystaniem głębokich wykopów z racji uwarunkowań jest
dziedziną interdyscyplinarną. Łączy w sobie interpretację parametrów fizyko-mechanicznych
gruntów zalegających w podłożu, wymiarowanie obiektów, statykę budowli, stateczność ustrojów podpierających jak i stateczność graniczną formowanych skarp.
Od projektanta i wykonawcy robót ziemnych i fundamentowych wymagane jest
doświadczenie, znajomość parametrów wybranego typu obudowy oraz zakres jego
przydatności w określonych specyficznych warunkach terenowych.
Jeżeli do tego dodamy jeszcze problem odwodnienia wykopów, zabezpieczenia dna i skarp
oraz wpływu na obiekty sąsiadujące lub istniejące uzbrojenie podziemne otrzymujemy układ,
w którym wszystkie strony procesu inwestycyjnego powinny być świadome potencjalnych
zagrożeń.
Katastrofą budowlaną jest niezamierzone, gwałtowne zniszczenie obiektu budowlanego lub
jego części, a także konstrukcyjnych elementów rusztowań, elementów urządzeń formujących,
ścianek szczelnych i obudowy wykopów – art. 73.1 ustawy Prawo budowlane.
2.. Przepisy, normy i wytyczne w zakresie wykonywania i zabezpieczania
wykopów.
Projektowanie i wykonawstwo głębokich wykopów wymagają dogłębnej wiedzy nt.
prawa: przepisów, norm związanych, wytycznych lub odpowiednich instrukcji i zaleceń. Pod względem prawnym proces budowy i projektowania reguluje Ustawa z dnia 7 lipca
1994 Prawo budowlane (Dz,U. z 2006 r. nr 156, poz. 1118), zmieniona Ustawą z dnia 27
sierpnia 2009 r. o zmianie ustawy – Prawo bydowlane oraz Ustawy o gospodarce
nieruchomościami (Dz.U. z 2009 r.,nr 161, poz. 1279).
Kolejny dokument, którego znajomość jest niezbędna to Rozporządzenie Ministra
Transportu i Gospodarki Morskiej w sprawie ustalania geotechnicznych warunków
posadawiania obiektów budowlanych z 25.04.2012 r. W myśl zawartych tam definicji
wszystkie obiekty budowlane są zaliczane do pierwszej, drugiej lub trzeciej kategorii
geotechnicznej, w zależności od warunków gruntowych i złożoności konstrukcji.
Zwykle dla potrzeb projektowania i wykonawstwa głębokiego wykopu jest niezbędne
opracowanie dokumentacji geologiczno-inżynierskiej zgodnie z wymogami Ustawy z dnia
9.06.2011 r. Prawo geologiczne i górnicze. Nalezy zwrócić uwagę, że wykonanie takiej
dokumentacji, oprócz wiedzy fachowej, wymaga również przestrzegania terminów
narzuconych przez ustawodawcę. Projekt prac geologicznych (np. rozmieszczenie i liczba otworów wiertniczych), opracowany
zgodnie ze szczegółowymi wymaganiami zawartymi w Rozporządzeniu Ministra
Środowiska z dnia 23 grudnia 2011 r. w sprawie dokumentacji hydrogeologicznej i
dokumentacji geologiczno-inżynierskiej.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Przed rozpoczęciem robót budowlanych należy na podstawie dokumentacji geotechnicznej
ocenić położenie wód gruntowych w stosunku do projektowanego dna wykopu i podjąć decyzję o sposobie realizacji prac, w tym konieczności odwadniania gruntów. Jeżeli zasięg
leja depresji będzie wykraczać poza granice działki, na której będzie prowadzony wykop,
wówczas należy uzyskać pozwolenie wodnoprawne zgodnie z wymaganiami Ustawy Prawo
wodne (D.U. z 2012 r. poz.145).
Według wytycznych ITB 427/2007 ,, Warunki techniczne wykonania i odbioru robót
budowlanych część A Roboty ziemne i konstrukcyjne” wszystkie rodzaje wykopów
powinny być wykonane na podstawie dokumentacji projektowej. W dokumentacji tej do
właściwego zaprojektowania i bezpiecznego wykonania wykopu, oprócz informacji o
warunkach gruntowo-wodnych są potrzebne dane dotyczące infrastruktury podziemnej oraz
obiektów (budynków, dróg) sąsiadujących z wykopem. Niezbędne jest także uzyskanie
informacji o możliwości występowania w miejscu wykopu zabytków archeologicznych lub
gruntów skażonych. W projekcie należy wówczas przestrzegać przepisów ochrony
środowiska.
Zakres projektu budowlanego powinien być zgodny z Rozporządzeniem Ministra
Infrastruktury w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego z 3
lipca 2003 r. (Dz.U. z 2003 r., nr 120, poz. 1133), zmienionym Rozporządzeniem z 6
listopada 2008 r. (Dz.U. z 2008 r., nr 201, poz. 1239).
Do tego dochodzi jeszcze znajomość przepisów dotyczących poszczególnych branż, tj: Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z 2.03.1999 w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie i
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12.04.2002 w sprawie warunków technicznych
jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
Natomiast całość spraw dotyczących bhp w zakresie omawianym obejmuje Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 lutego 2003 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy
podczas wykonywania robot budowlanych (DzU z 2003 r., nr 47, poz. 401).
3.. Problematyka głębokich wykopów.
Głębokie wykopy są pojęciem względnym zależnym od ustalenia głębokości granicznej.
W literaturze zagranicznej za głębokie wykopy uznaje się wykopy o pionowych ścianach i
dnie posadowionym min. 6,0 m ppt. Natomiast w Polsce wystarczy już 3,0 m ppt.
Zgodnie z definicją normy PN-S-02205:1998 wykop to przestrzeń odpowiednio
ukształtowana w wyniku usunięcia z niej gruntu.
Ze względu na wymiary i czas trwania robót rozróżnia się : •! wykop szerokoprzestrzenny – wykop, którego głębokość jest mniejsza od szerokości dna
lub wykop o szerokości dna większej od 1,5 m;
•! wykop wąskoprzestrzenny – wykop, którego głębokość jest większa od szerokości dna lub
wykop o szerokości dna mniejszej od 1,5 m;
•! wykop płytki – wykop o głębokości mniejszej niż 1 m;
•! wykop głęboki – wykop o ścianach pionowych, zabezpieczonych obudową o głębokości
większej od 3 m;
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! wykop tymczasowy – wykop o przewidywanym okresie użytkowania nie dłuższym niż 1
rok;
•! wykop trwały – wykop o przewidywanym okresie użytkowania dłuższym niż 1 rok.
W zależności od głębokości wykop wykonuje się ze skarpami lub w obudowie, która jest
konstrukcją zabezpieczającą ściany przed utratą stateczności.
Budowa obiektów w terenie zabudowanym stwarza ograniczenia techniczne, z którymi musi
się liczyć projektant oraz wykonawca.
Trudności te potęgują się, gdy zachodzi potrzeba wykonania paru kondygnacji podziemnych,
a co za tym idzie posadowienia głębokiego. Jedynym plusem takiego rozwiązania jest
zazwyczaj znaczna wartość dopuszczalnego obciążenia podłoża gruntowego. Po stronie
minusów lista jest znacznie dłuższa [19]:
1.! konieczność wykonania skomplikowanego, a przede wszystkim odpowiedzialnego
zabezpieczenia głębokiego wykopu,
2.! konstrukcja zabezpieczająca wykop musi być na tyle sztywna, aby nie doszło do
oderwania się klina odłamu gruntu, nierzadko powinna być rozpierana lub kotwiona,
3.! zakres rozpoznania podłoża oraz opracowań wykracza znacząco poza dokumentację dla inwestycji nie wymagających wykonania głębokich wykopów, obejmując
dodatkowo określenie zasięgu stref oddziaływania wykopu, prognozę osiadań oraz
ocenę ich wpływu na istniejącą zabudowę, 4.! budowle takie zaliczają się do III kategorii geotechnicznej, co wiąże się z potrzebą
bardziej szczegółowego rozpoznania podłoża gruntowego wykonanego w formie
dokumentacji geologiczno-inżynierskiej oraz hydrogeologicznej,
5.! w większości przypadków zachodzi potrzeba obniżenia zwierciadła wody gruntowej,
co dodatkowo wiąże się zarówno z obowiązkiem zrzutu odpompowywanej wody, jak i
prognozą wpływu depresyjnego obniżenia zwierciadła wody gruntowej na dodatkowe
osiadania istniejącej zabudowy,
6.! ze względu na technologię głębienia wykopu utrudniona jest nie tylko praca maszyn
budowlanych, np. koparek, ale i wywóz gruntu z wykopu oraz dowóz materiałów i
prefabrykowanych elementów konstrukcji,
7.! jeżeli sąsiadująca zabudowa znajduje się bardzo blisko projektowanej budowli, a
ponadto z uwagi na swój wiek, jest zużyta fizycznie i posiada liczne uszkodzenia,
wówczas zachodzi obowiązek jej zabezpieczenia, które obejmować może zarówno
wzmocnienia z wykorzystaniem ściągów (tzw. ankrowania) i/lub wzmocnienia
podłoża gruntowego,
8.! niezbędny jest rozbudowany monitoring obejmujący obiekty zlokalizowane w
sąsiedztwie budowy, warunki gruntowo-wodne oraz konstrukcję zabezpieczającą wykop budowlany.
3.1. Metody wykonywania wykopów.
Metody wykonywania wykopów powinny być dobrane do zakresu robót, rodzaju,
rozmiarów i głębokości wykopów, ukształtowania terenu, rodzaju gruntu oraz posiadanego
sprzętu mechanicznego.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Ręczne odspajanie urobku należy stosować w przypadkach:
•! odspajania gruntów w sąsiedztwie przewodów instalacji podziemnej, jak również przy
wykopach poszukiwawczych,
•! w strefie dna wykopu, jeżeli użycie sprzętu mogłoby pogorszyć warunki gruntowe,
•! jeśli użycie sprzętu uniemożliwia uzyskanie wymaganej dokładności wykonania,
•! w szczególnych przypadkach, uzasadnionych względami ekonomicznymi.
Jednocześnie z wykopem należy zaplanować i realizować odwodnienie. Ma to specjalne
znaczenie przy gruntach spoistych lub skałach podatnych na nawodnienie i dezintegrację. Spływ powierzchniowy powinien być skierowany do rowów i rząpi z odpowiednimi
spadkami poprzecznymi i podłużnymi.
W koronie wykopu należy wykonać rowy przejmujące wody powierzchniowe. Na rozległych
skarpach należy projektować półki i wzdłuż nich zabezpieczone przed rozmywaniem rowy
odwadniające. Powierzchnie skarp w gruntach podatnych na rozmywanie należy
zabezpieczać.
3.2.. Wymiary wykopów [6]
Wymiary wykopu w planie powinny być dostosowane do:
•! wymiarów fundamentów w planie lub średnicy przewodu,
•! głębokości wykopu,
•! zakresu i technologii robót, które mają być wykonywane w wykopie,
•! rodzaju gruntu i sposobu zabezpieczenia ścian wykopu (obudowa, bezpieczne nachylenie
skarp),
•! szerokości potrzebnej przestrzeni roboczej.
W szczególnych przypadkach poza wymiarami fundamentów należy uwzględniać również wymiary wyżej usytuowanych elementów części podziemnej konstrukcji, wystających poza
rzut fundamentów.
Szerokość potrzebnej przestrzeni roboczej określa się jako minimalną odległość pomiędzy
skarpą wykopu lub obudową a licem skrajnych elementów obiektu lub instalacji, które mają być wykonane w wykopie.
Przy ustalaniu wymiarów potrzebnej przestrzeni roboczej należy uwzględniać nie tylko
usytuowanie elementów konstrukcji lub instalacji, ale również sposób ich wykonania (np.
grubość szalunków). Należy również uwzględniać grubość warstw izolacyjnych i
ocieplających przewidzianych do wykonania na elementach konstrukcji lub przewodach oraz
sposób ich wykonania.
Szerokość przestrzeni roboczej „a” [6] nie powinna być mniejsza od:
•! w płytkich wykopach instalacyjnych - 0,3 m
•! pozostałych wykopach otwartych - 0,4 m
•! w wykopach obudowanych
(bez robót izolacyjnych) - 0,5 m
•! w wykopach obudowanych,
jeśli na ścianach ma być izolacja - 0,8 m
•! minimalna szerokość przejść do miejsca robót - 0,3 m
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Nominalne wymiary w planie wykopu należy ustalać uwzględniając przyjęte w projekcie
usytuowanie skrajnych elementów konstrukcji lub położenie przewodu instalacyjnego,
potrzebną szerokość przestrzeni roboczej oraz dopuszczalne odchyłki wykonania robót
ziemnych lub obudowy oraz przy wykopach otwartych -bezpieczne pochylenie skarp.
Wymiary wykopów należy ustalać z zależności:
Bdolne = lk + a + u,
Bgórne = Bdolne + 2h · n,
w których :
Bdolne – wymiar wykopu w dnie,
Bgórne - wymiar wykopu w poziomie terenu,
h - głębokość wykopu otwartego,
lk - skrajny wymiar konstrukcji,
a - szerokość przestrzeni roboczej,
(u) - odchyłki wykonania,
1 : n - stosunek podający nachylenie skarpy, np. 1 : 3.
W uzasadnionych przypadkach przy ustalaniu wymiarów wykopu można uwzględniać również dopuszczalne odchyłki wykonania konstrukcji.
Rzędna dna wykopu powinna być dostosowana do:
•! przyjętego w projekcie poziomu posadowienia fundamentów,
•! przewidzianych w projekcie warstw izolacyjnych, wyrównawczych, podkładowych i
podsypek.
3.3. Kształtowanie skarp wykopów otwartych [6]
Skarpy wykopów otwartych muszą być stateczne przez cały przewidywany okres
użytkowania wykopu.
Stateczność skarpy należy zapewniać przede wszystkim poprzez wykonanie jej z
odpowiednim, bezpiecznym pochyleniem.
W przypadkach szczególnego zagrożenia stateczności skarp bezpieczne pochylenie skarp
powinno być określone w dokumentacji projektowej. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury
w sprawie BHP do przypadków tych zalicza wykonanie wykopów:
•! w gruncie nawodnionym,
•! w iłach pęczniejących,
•! na terenach osuwiskowych,
•! na terenach o deniwelacji przekraczającej 4 m,
•! gdy teren przy skarpie wykopu może być obciążony w pasie o szerokości równej
głębokości wykopu.
Przy ustalaniu bezpiecznego pochylenia skarp należy mieć na uwadze:
•! rodzaj gruntów, w których wykonywana będzie skarpa,
•! wielkość przewidywanych obciążeń w sąsiedztwie skarpy,
•! przewidywany czas użytkowania wykopu,
•! skutki ewentualnej utraty stateczności skarpy.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
W wykopach tymczasowych skarpy pionowe można wykonywać w przypadkach, jeżeli
głębokość wykopu nie przekracza:
1,0 m - w nienawodnionych piaskach, rumoszach, zwietrzelinach i spękanych skałach,
1,25 m - w gruntach spoistych,
4,0 m - w skałach litych odspajanych mechanicznie.
W gruntach zwięzłospoistych i bardzo spoistych głębokości wykopu można zwiększyć do
1,5 m.
W pozostałych przypadkach należy wykonywać skarpy o bezpiecznym pochyleniu. Jeżeli
projekt nie stanowi inaczej, w przypadku wykopów tymczasowych dopuszcza się następujące
bezpieczne pochylenia skarp:
1 : 0,5 - w gruntach od średnio spoistych do bardzo spoistych (iłach, glinach),
w stanie co najmniej twardoplastycznym,
1 : 1 - w skałach spękanych i rumoszach zwietrzelinowych,
1 : 1,25 - w gruntach mało spoistych (piaskach gliniastych, pyłach, lessach, glinach
zwałowych) oraz w rumoszach zwietrzelinowych gliniastych,
1 : 1,5 - w gruntach niespoistych oraz w gruntach spoistych w stanie plastycznym.
Dla podanych wyżej pochyleń skarp muszą być spełnione dodatkowe warunki:
•!w pasie przylegającym do górnej krawędzi skarpy, o szerokości równej trzykrotnej
głębokości wykopu, powierzchnia terenu powinna mieć spadki umożliwiające łatwy
odpływ wody opadowej od krawędzi wykopu,
•!podnóże skarpy wykopów w gruntach spoistych powinno być zabezpieczone przed
rozmoczeniem wodami opadowymi przez wykonanie w dnie wykopu, przy skarpie,
spadku w kierunku środka wykopu,
•!naruszenie stanu naturalnego gruntu na powierzchni skarpy, np. rozmycie przez wody
opadowe, powinno być usuwane z zachowaniem bezpiecznych nachyleń w każdym
punkcie skarpy,
•! stan skarp należy okresowo sprawdzać w zależności od występowania czynników
działających destrukcyjnie (opadów, mrozu itp.).
W przypadku wykopów trwałych bezpieczne pochylenie skarp powinno być określone w
projekcie. Nachylenie skarp wykopów stałych nie powinno być mniejsze niż: 1 : 1 , 5 - przy głębokości wykopu do 2 m,
1 :1 ,75 - przy głębokości wykopu od 2 m do 4 m,
1 : 2 - przy głębokości wykopu od 4 m do 6 m.
Większe nachylenie skarp należy potwierdzić obliczeniami stateczności. Stateczność skarp i
dna wykopu głębszego niż 6 m zawsze powinna być sprawdzona obliczeniowo (Fs min. ≥ 1,5).
Bezpieczne pochylenie skarp wykopów trwałych w gruntach spoistych można kształtować również według tablicy 1. Sprawdzenie obliczeniowe stateczności skarpy powinno
obejmować: •! analizę możliwości poślizgu po powierzchni kołowo-walcowej lub powierzchni
dowolnej, najbardziej prawdopodobnej,
•! nośność podłoża poniżej dolnej krawędzi skarpy,
•! sprawdzenie bezpieczeństwa przebicia hydraulicznego i erozji wewnętrznej spowodowane
nadmiernym spadkiem hydraulicznym (w skarpie, dnie wykopu lub nasypie).
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
4.. Stateczność nasypów, skarp i zboczy – metody obliczeń.
Samoczynne ruchy mas gruntu na zboczach i skarpach zwane osuwiskami uważa się za
jeden z istotnych procesów w inżynierii geotechnicznej. Utrata stateczności skarp i zboczy,
będąca przyczyną osuwania się mas ziemnych, następuje w wyniku przekroczenia
wytrzymałości gruntu na ścinanie wzdłuż dowolnej powierzchni poślizgu. Zasadnicze siły
powodujące osuwanie się zboczy i skarp leżą po stronie :
•! sił grawitacyjnych pochodzących od ciężaru gruntu i ewentualnej zabudowy,
•! sił hydrodynamicznych wywołanych przepływem wody przez grunt, podniesieniem
się zwierciadła wody gruntowej i nadmiernym zawilgoceniem zbocza .
Przyczyny powstawania osuwisk :
•! układ warstw gruntów równoległy do nachylenia zbocza,
•! rozmycie lub podkopanie zbocza,
•! niekontrolowane dociążenie naziomu,
•! nawodnienie naziomu przy braku drenaży opaskowych,
•! wypór wody i ciśnienie spływowe w zboczu,
Tab. 1. Kąty nachylenia zboczy wykopów różnych wysokości w gruntach spoistych oraz
wskaźnikowe parametry do obliczeń stateczności wykopów [6]:
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! napór wody od dołu na górne warstwy gruntu z reguły mało przepuszczalne
powodujące zmniejszenie sił oporu na ścinanie,
•! nasiąknięcie gruntu na skutek opadów atmosferycznych co powoduje pęcznienie
gruntu a tym samym zmniejszenie wytrzymałości na ścinanie,
•! zniszczenie struktury gruntu poprzez rozluźnienie,
•! istnienie naturalnych potencjalnych powierzchni poślizgu np. w iłach,
•! drgania wywołane np. ruchem drogowym,
•! sufozja tj. wymywanie z masy gruntu drobniejszych ziaren lub cząstek przez
infiltrującą wodę powodujące powstawanie kawern i w następstwie ruch gruntów,
•! przebicie hydrauliczne z reguły występujące u podstawy skarp lub zboczy
spowodowane wypływem wody gruntowej powyżej podstawy zboczy,
•! cykliczność przemarzania i odmarzania gruntu w rejonie istnienia krzywych depresji
wody gruntowej co powoduje spadek wytrzymałości na ścinanie,
•! wypieranie gruntu po nadmiernym obciążeniu terenu,
•! niewłaściwe zaprojektowanie nachylenia skarp wykopu lub nasypu.
Należy pamiętać, że równocześnie może wystąpić więcej niż jedna z wyżej wymienionych
przyczyn.
Na zboczach i skarpach mogą występować następujące rodzaje przemieszczeń mas
gruntowych
•! spełzywanie,
•! spływy,
•! obrywanie,
•! zsuwy i osuwiska
•! gdy osuwisko się uaktywniło,
•! osuwisko nie jest aktywne, ale potencjalnie możliwe.
W pierwszym przypadku problem jest oczywisty, natomiast w drugim przypadku konieczna
jest ocena stanu zagrożenia.
Można się posłużyć współczynnikiem stanu równowagi F, obliczanym ze wzoru:
! "#$%
#&%
gdzie:
U1 – uogólnione siły utrzymujące, wywołane tarciem i spójnością materiału,
Z1 – uogólnione siły zsuwające wywołane siłami grawitacji, siłami filtracji oraz obciążeniami
zewnętrznymi.
Ze względu na postać powierzchni poślizgu można wyróżnić : 1.! Przypadki predysponowane budową geologiczną, gdy powierzchnia poślizgu jest w
zasadzie ustalona i obliczenia można prowadzić wg tej określonej powierzchni,
2.! brak jest predyspozycji, a ze względu na jednorodność gruntów budujących masywy
zbocza lub podobieństwa cech wytrzymałościowych gruntów, analizę stateczności
prowadzi się metodami, z których oblicza się najniekorzystniejszą kołowo –
cylindryczną powierzchnię poślizgu.
Problem zabezpieczenia przed osuwiskami można rozpatrywać w dwóch różnych stanach :
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Przy ustalaniu stateczności skarpy posługujemy się współczynnikiem stanu równowagi Fs.
!' "()*+,-./0+1-2345
()*+,67879-2345,7(-:);4)5
Rys.1. Stateczność skarpy w gruncie niespoistym bez obciążenia naziomu.
W warunkach równowagi granicznej przy βmax. możemy zapisać:
S = T
tgβmax = tgØ
czyli maksymalny kąt nachylenia skarpy w gruncie niespoistym równy jest kątowi tarcia
wewnętrznego gruntu budującego skarpę.
W zależności od kąta nachylenia płaszczyzny osłabienia w stosunku do płaszczyzny stoku i
kąta tarcia rozpatrywać można różne przypadki.
Mechanizmy przemieszczania mas skalnych i zasady obliczeń stateczności w różnych
przypadkach budowy geologicznej można uporządkować następująco:
1.! jeśli warstwy zapadają się w kierunku zbocza, stateczność zbocza zależy wyłącznie od
układów warstwowych i parametrów wytrzymałościowych tych układów; należy
niezależnie rozpatrywać stateczność zbocza dla obu układów powierzchni osłabienia
zbocza – kontaktów warstw i kontaktów szczelin,
2.! jeśli warstwy zapadają się w kierunku zbocza, stateczność zbocza zależy wyłącznie od
orientacji szczelin poprzecznych i wytrzymałości na ścinanie wzdłuż tych płaszczyzn ,
3.! mechanizmy zsuwania i obrotu odbywających się łącznie należy rozpatrywać, jak w
przypadkach dla gruntów nieskalistych.
Przy niezbyt wysokich zboczach, tzn. niedużych wartościach naprężeń normalnych, można
założyć, że kąt tarcia wewnętrznego masywu skalnego jest równy kątowi tarcia na
płaszczyznach spękań lub płaszczyznach kontaktów warstw. W przypadku ogólnym wartość kąta tarcia wewnętrznego masywu skalnego zależy od :
•! szorstkości szczelin,
Obliczenie stateczności zboczy i skarp w przypadku możliwości przyjęcia założenia płaskiego
stanu odkształceń sprowadza się do sprawdzenia warunku równowagi rzutów sił i przybiera
postać nierówności, w której siła utrzymująca (T) powinna być większa od siły zsuwającej
(S).
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! rozstawu szczelin,
•! ciągłości szczelin,
•! wytrzymałości materiału, z którego zbudowany jest masyw,
•! rozwarcia i wypełnienia szczelin.
Wartości kąta tarcia i spójności określa się najczęściej w badaniach bezpośredniego ścinania
w terenie lub w laboratorium.
Gdy budowa geologiczna nie pozwala na przyjęcie płaskiej powierzchni poślizgu obliczenia
należy prowadzić przyjmując wynikający z pomiarów model budowy.
W przypadku gruntów spoistych określenie bezpiecznego nachylenia skarp jest trudniejsze.
Przykład według (Z. Wiłun):
Wysokość pionowego odcinka:
Z nomogramu (Rys.2) dla z’ i ΦF otrzymuje się x’ = 15,2 m
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.2. Nomogram wg Sokołowskiego.[22]
Zgodnie ze schematem przedstawionym na Rys. 3 na masyw potencjalnego osuwiska w
ogólnym przypadku działają trzy siły, a mianowicie:
Q – wypadkowa sił pochodzących od ciężaru gruntu, od obciążeń zewnętrznych i ciśnienia
spływowego,
P – wypadkowa reakcji podłoża na powierzchni poślizgu,
S – wypadkowa sił oporu tarcia i spójności, działających wzdłuż powierzchni poślizgu.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.3. Uogólnione siły działające na masyw osuwiska [12].
Z analizy stosowanych w praktyce metod obliczeniowych wynika, że każda z nich niezależnie
od przyjętego modelu ośrodka gruntowego, mechanizmu osuwiska i sposobu rozwiązania,
sprowadza się do wyznaczenia tycz sił i określenia wynikającego stąd zapasu bezpieczeństwa
w zboczu.
Takie podejście daje zadowalające wyniki przy rozwiązywaniu większości problemów
inżynierskich, tym niemniej należy liczyć się z przypadkami, w których zastosowanie
konwencjonalnych metod obliczeniowych może prowadzić do istotnych błędów i stanowić zagrożenie stateczności zbocza. Specjalnego potraktowania w analizie stateczności zboczy
wymaga między innymi, zjawisko postępującego niszczenia zbocza i wpływ drgań sejsmicznych.
Postępujące niszczenie może rozwinąć się w zboczach zbudowanych z prekonsolidowanych
lub spękanych iłów, jak również w tych zboczach gdzie istnieją powierzchnie osłabienia,
będące pozostałością dawnych ruchów osuwiskowych. W takich przypadkach stwierdzono
powstawanie osuwisk, mimo to że analiza stateczności wykazała istnienie odpowiedniego
zapasu bezpieczeństwa.
W zależności od wartości współczynnika F wystąpienie osuwiska można uznać za :
•! bardzo mało prawdopodobne - F > 1,5 ,
•! mało prawdopodobne - 1,3 F ≤ 1,5,
•! prawdopodobne - 1,0 F ≤ 1,3,
•! bardzo prawdopodobne - F < 1,0.
Należy w tym miejscu zaznaczyć, że obliczenia wartości współczynnika F są obarczone
licznymi błędami począwszy od złego rozpoznania gruntów podłoża, ich właściwości fizyko
– mechanicznych, zastosowanych współczynników redukcyjnych i materiałowych i przyjętej
metody obliczeń kończąc.
Wartości współczynników stateczności zboczy i skarp powinny być większe od 1,5. Dla
takiej wartości F określa się na etapie projektowania zasięg potencjalnej powierzchni poślizgu
na koronie drogi. W zależności od posiadanego oprogramowania i od rodzaju
uwzględnianych sił oraz sprawdzanych warunków równowagi stosuje się następujące
metody :
•! Feleniusa – nie uwzględnia sił między paskami.
Wykorzystuje tylko warunek równowagi momentów, przyjmuje
powierzchnię poślizgu kołowo – cylindryczną,
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! Bishopa – uwzględnia pionowe i poziome oddziaływanie sąsiednich pasków.
Również wykorzystuje tylko warunek równowagi momentów,
powierzchnia poślizgu kołowo – cylindryczna,
•! Nonveillera - uwzględnia oddziaływania międzypaskowe.
Korzysta z warunków równowagi momentów, umożliwia obliczenia
przy dowolnej powierzchni poślizgu,
•! Janbu – uwzględnia oddziaływania międzypaskowe .
Warunek równowagi opiera się na sumie rzutów sił na oś poziomą, umożliwia obliczenia dla dowolnego kształtu powierzchni poślizgu,
•! Morgensterna-Price’a – w równowadze pojedynczych pasków uwzględnia siły
poziome i pionowe.
Korzysta z warunków na sumę momentów i sil poziomych,
umożliwia obliczenie dla dowolnej powierzchni poślizgu.
•! Barera-Garbera, Spencera – korzysta z trzech warunków równowagi.
Jest więc pierwszą do końca poprawną pod względem statyki metodą analizy stateczności zboczy, umożliwia obliczenia dowolnej
powierzchni poślizgu.
Pomijając metodę Felleniusa stosowanie pozostałych metod powinno być co najmniej
dublowane dla wyeliminowania nałożenia się różnych błędów i stwierdzenia zbieżności
wyników obliczeń. W trakcie wykonywania wykopów o skarpach niepodpartych narażeni jesteśmy na
niekorzystnie działające zjawiska geofiltracyjne.
W przypadku gdy rozpoznanie podłoża jest przeprowadzone w stopniu niedostatecznym i
pominięto zarówno pomiar zwierciadła wody gruntowej nawierconej i ustabilizowanej, w
projektach pojawiają się rozwiązania z tzw. błędem systematycznym.
W wyniku tego typu działań, późniejsze skarpy wykopów ulegają zsuwom, spływom i
deformacjom kształtu. Szczególnie przy przecięciu warstwy wodonośnej.
5.. Zjawiska filtracyjne w gruncie.
Jak już wcześniej zauważono, woda w swoim obiegu jest najbardziej agresywnym
czynnikiem wywołującym i potęgującym erozyjność gruntu. Erozja jest więc procesem
naturalnym, a nasze działania powinny iść w kierunku jej ograniczenia lub wyeliminowania.
Filtracja wody powodować może odkształcenia miejscowe obejmujące na ogół niewielkie
masy gruntu (przemieszczenia ziaren lub bryłek) oraz zmiany jego stanu i wewnętrznej
budowy, głównie składu granulometrycznego.
Miejscowe odkształcenia spowodowane filtracją w gruncie można podzielić umownie na
sufozję i wyparcie oraz na przebicia hydrauliczne będące rezultatem sufozji lub wyparcia.
Sufozją nazywane jest zjawisko przemieszczania się pod wpływem ruchu wody
drobnych cząstek gruntu w porach jego szkieletu. Cząstki mogą być przesunięte do innego
miejsca w gruncie lub mogą być wyniesione poza jego obszar. W rezultacie sufozji
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
powiększają się pory, wzrasta współczynnik filtracji i prędkość wody. Z kolei woda o
większej prędkości może poruszać coraz większe ziarna gruntu i powodować dalszy rozwój
procesu sufozji aż do utworzenia się kawern lub kanałów w gruncie. Zjawisko przybiera
wtedy cechy przebicia hydraulicznego.
Sufozja występuje w gruntach sypkich, przede wszystkim różnoziarnistych. W gruntach
spoistych sufozja nie występuje, co tłumaczy się małą wielkością porów, przez które nie
mogą przecisnąć się oderwane od szkieletu agregaty (bryłki) cząstek ilastych.
Wyparcie gruntu jest to zjawisko polegające na przesunięciu wszystkich cząstek
pewnej objętości gruntu podłoża w kierunku ruchu wody. Wskutek wyparcia grunt ulega
rozluźnieniu, a jego właściwości - pogorszeniu. Wyparcie występuje na ogół w sposób nagły.
Przebicie hydrauliczne – są to odkształcenia gruntu polegające na utworzeniu się ciągłego przewodu (kanału) w podłożu, wypełnionego wodą lub gruntem o naruszonej
strukturze ( w końcowej fazie zjawiska – zawiesiną) i łączącego miejsca o wyższym i
niższym ciśnieniu wody w porach, np. kawerny. Zewnętrznym objawem przebicia są kratery
(źródła) z „gotującą” się zawiesiną gruntową. W gruntach sypkich przebicie występuje na ogół w wyniku sufozji, jest to jej końcowy,
najgroźniejszy rezultat. W gruntach spoistych przebicie hydrauliczne może mieć przebieg
nieco bardziej złożony. W najprostszym przypadku będzie to wyparcie gruntu na niewielkiej
przestrzeni i wytworzenie kanału. W innych przypadkach na pewnych uprzywilejowanych
kierunkach, wskutek występowania np. znacznego gradientu hydraulicznego, odrywają się bryłki gruntu w miejscu wypływu wody, w następstwie czego tworzy się zagłębienie. W
dalszej fazie obserwuje się postępujące w kierunku przeciwnym do ruchu wody rozluźnienie
gruntu, mające reologiczny charakter płynięcia objętościowego. W ten sposób tworzy się przewód, w którym grunt jest w stanie miękkoplastycznym lub płynnym.
Stąd też, wykopy wykonywane w różnych gruntach, wymagają różnego podejścia na etapie
projektowym i wykonawczym.
Kilka uwag praktycznych.
Grunty gliniaste
Zmieniają swoją wytrzymałość głównie wskutek procesów fizycznego i chemicznego
wietrzenia, co ujawnia się po wcięciu w podłoże i odsłonięciu go wzdłuż powierzchni skarpy.
Proces ten intensyfikuje się, gdy nie wykonano odpowiedniego odprowadzenia wód
podziemnych i powierzchniowych. Szczególnie intensywnie występuje wówczas ich
odprężenie. Wiązać je należy z odciążeniem glin np. wskutek obniżenia zwierciadła wody.
Ogólnie można stwierdzić, że odprężenie związane jest z filtracją wody, gdyż pod wpływem
sił hydrodynamicznych występuje zwiększenie porowatości glin. Ujawnia się ono szczególnie
w dolnej partii warstwy glin. Ponieważ proces odprężenia związany jest z filtracją wody,
najbardziej intensywnie zachodzi on w glinach piaszczystych i pylastych, najmniej
intensywnie w glinach bez zawartości frakcji piaszczystych i pylastych. Prędkość odprężenia
wzrasta przy tym ze wzrostem spadków hydraulicznych. Bardzo intensywne odprężenie
występuje przy spływie wód powierzchniowych po skarpie, gdy woda porowa znajduje się pod działaniem sił kapilarnych. Proces odprężenia intensyfikuje się, gdy składowe naprężenia
stycznego zbliżają się do wartości granicznych.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Gliny zalegające powyżej zwierciadła wody w przypadku gdy zachodzi ich zawilgocenie,
zawsze zmniejszają swoje właściwości wytrzymałościowe wskutek odprężenia, rozpuszczania
związków cementujących i utraty napięcia powierzchniowego .
Piaski / żwiry
Praktycznie nie zmieniają swych własności wytrzymałościowych na ścianie pod wpływem
nawodnienia lub odwodnienia. Natomiast ciśnienie hydrodynamiczne może powodować zmniejszenie sił tarcia wewnętrznego tych gruntów, co mylnie częstokroć bywa utożsamiane
z występowaniem kurzawek (tzw. płynny piasek). W istocie tylko niektóre piaski pylaste i
pyły piaszczyste mają sposobność do tworzenia kurzawek.
Obniżenie wytrzymałości piasków może wystąpić w wyniku sufozji
mechanicznej. Właściwość ta ujawnia się przy wskaźniku różnoziarnistości U > 15÷20,
a równocześnie spadek hydrauliczny wynosi około 0,5÷1,0 a nawet więcej. Takie przypadki
dla skarp są mało prawdopodobne z uwagi na małe gradienty hydrauliczne. Z tego powodu
procesy sufozyjne przy projektowaniu skarp nie muszą być brane pod uwagę. Ograniczone
wymywanie piasków z najdrobniejszymi frakcjami nie przekracza 1 ÷ 2% i nie jest
niebezpieczne dla stateczności skarpy.
Gliny
Podlegają intensywnemu odprężeniu jedynie w pobliżu powierzchni skarp, gdyż siła
odprężenia ujawniająca się w nich nie jest wielka. Odprężenie to powoduje jednakże utratę spójności i przejście w stan płynny, co w efekcie prowadzi do spływów warstwy o grubości
15÷20 cm już przy kącie nachylenia skarpy 18o÷20
o.
Gliny piaszczyste i piaski pylaste
Posiadają swoją specyfikę, gdyż wokół cząsteczek pyłów wykształca się otoczka dipolowo
zorientowanych molekuł silnie związanej wody, co prowadzi do procesów tiksotropowego
zwiększenia wytrzymałości.
Grunty zalegające poniżej zwierciadła wody podlegają działaniu sił ciśnienia
hydrostatycznego (wyporu hydrostatycznego). Jeżeli skarpa jest częściowo podtopiona to
ciśnienie hydrostatyczne prowadzi do zmniejszenia ciężaru pryzmy obciążającej spągową część skarpy i w rezultacie do obniżenia jej stateczności Wpływ sił ciśnienia
hydrostatycznego sprowadza się do zmniejszenia sił tarcia, dlatego też objawia się to głównie
w gruntach posiadających duży kąt tarcia wewnętrznego. Powoduje to, że dopuszczalny kąt nachylenia skarpy w przypadku podtopienia może się różnić o 6°÷8° od kąta przyjmowanego
dla gruntu suchego. Najniekorzystniejsze warunki następują, gdy podtopienie skarpy sięga
0,2÷0,3 jej wysokości. Należy także pamiętać, że w przypadku, gruntów o małej porowatości
nawet średnie opady mogą już powodować dość znaczne podniesienie się poziomu wody
gruntowej. Celowe jest wówczas odprowadzenie wód deszczowych. Ciśnienie hydrostatyczne
jest jednym z głównych powodów zsuwów.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
W przypadku przecięcia warstwy wodonośnej i wypływu wody gruntowej ze skarpy możemy:
1.! zmienić kąt nachylenia skarpy na mniejszy, gdyż do siły zsuwającej S dochodzi
dodatkowo siła ciśnienia spływowego lub
2.! obciążyć podnóże skarpy pryzmą materiału gruboziarnistego.
−! spadek hydrauliczny ) "<=
>" ():?
- do siły zsuwającej S’ dochodzi dodatkowo siła S’’
ciśnienie spływowe :
S’’ = V· Ɣw · sinβmax
S’ = V· Ɣ’w · sinβmax
przyjmując, że Ɣ’ = Ɣw = 10 kN/m3
S’ + S’’ = T
tgβmax = 0,5 tgØ
Bardziej złożony przypadek spływu skarpy piaszczystej występuje wówczas, gdy
nieprzepuszczalne podłoże jest podcięte.
Rys 5. Spływanie piaszczystej skarpy przy podciętym podłożu nieprzepuszczalnym.[ 21 ]
Rys. 4.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Spływ piasku może także powodować deformacje warstwy gliny, przykrywającej piaski niżej
leżące. Wypłukanie piasku generuje kolejne etapy erozji poprzez stworzenie nawisu warstwy
gruntów spoistych, która z czasem ulega oberwaniu.
Rys.6. Spływanie warstw piasku i obsunięcie się warstwy gliniastej. [21 ]
6.. Drenaże skarp.
Skarpy wykopów budowlanych trwałych, czyli o przewidywanym okresie użytkowania
dłuższym niż 1 rok dla dużych obiektów i z głębokimi fundamentami, powinny być poddane
szerokiej analizie wstępnej, dobremu rozpoznaniu podłoża w ich rejonie, prawidłowemu
zaprojektowaniu jak i niezbędnemu nadzorowi przy wykonawstwie. Ochrona skarp głębokich
wykopów powinna zabezpieczać je przed niszczeniem, utratą stateczności oraz przed utratą narzuconego projektem profilu.
Jedną z najbardziej efektywnych metod ochrony skarp jest ich drenaż, stosowany gdy w
obrębie skarpy znajduje się poziom wypływu wody podziemnej trwały lub okresowy.
Rozróżnia się dwa rodzaje drenażu skarp:
1)!drenaże zlokalizowane u podnóża skarpy, oraz
2)!drenaże zlokalizowane na całej wysokości skarp.
Drenaż składa się z dwóch elementów, tj. pryzmy obciążającej (rys.7) oraz systemów
odprowadzenia wody (rys.8). Pryzmę obciążającą daje się na wysokości odcinka wysączania
się wody ze skarpy. Pryzmę daje się w przypadku skarp piaszczystych, w których może
wystąpić spływanie wierzchniej warstwy. Jeżeli chroniona skarpa wykonana jest ze żwiru i
otoczaków, projektowanie pryzmy obciążającej jest zbyteczne.
Rys. 7.Oobciążenie podnóża skarpy pryzmą materiału gruboziarnistego. [21 ]
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.8. Przykłady drenażu stopy skarpy. [21 ]
Materiał stosowany na pryzmy obciążające nie wymaga wysokiej jakości, powinien jednak
spełniać kryterium:
@AB
CDB,E AD, F GB
oraz U ≥ 5
D10 – średnica miarodajna ziaren obsypki
d50 – średnia średnica ziaren gruntów budujących skarpę U – wskaźnik różnoziarnistości
Innym typem drenażu jest drenaż obejmujący całą wysokość skarpy. Jest to szczególnie
ważne, gdy występuje konieczność ochrony antyerozyjnej skarpy związanej ze spływem
powierzchniowym wód deszczowych oraz z dużymi wahaniami zwierciadła wody gruntowej.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.9. Drenaż na całej wysokości skarpy. [21 ]
Rys.10. Przykład drenażu (ostrogi) – widok od czoła [21 ]
Rys.11. Dreny zabijane. [21 ]
Rys.12. Ochrona skarpy przed wodami podwodnymi za pomocą studni pionowych. [21 ]
Tylko w przypadkach, gdy istnieje niebezpieczeństwo intensywnej sufozji materiału
ziarnistego ze skarpy, pryzmę obciążającą projektuje się jako filtr odwrotny.
Filtry odwrotne są to warstwy gruntu o odpowiednio dobranym uziarnieniu zabezpieczające
przed szkodliwymi odkształceniami filtracyjnymi. Filtry odwrotne, zwane czasami
warstwami ochronnymi, stosowane są np. wokół rur lub pryzm drenażowych, w miejscach
ewentualnego wypływu wody na skarpę, między dwoma warstwami gruntów o znacznie
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
różniącym się uziarnieniu lub przy rdzeniach zapór. W tym ostatnim przypadku warstwy
ochronne spełniają dodatkowe zadania warstw przejściowych, o pośrednich właściwościach
mechanicznych, pomiędzy spoistym rdzeniem a gruboziarnistym nasypem.
Zadaniem filtru odwrotnego jest nie dopuszczenie do przenikania części szkieletu gruntu
chronionego do drenażu lub nasypu statycznego i nie utrudniać odpływu wody. Uziarnienie
filtru powinno być tak dobrane, aby ziarna filtru nie przenikały do drenażu lub w przylegający
narzut nawet kamienny oraz aby filtr nie był kolmatowany drobnymi cząstkami wyniesionymi
z gruntu chronionego. Jeżeli więc z gruntu chronionego wynoszona będzie pewna
dopuszczalna ilość drobnych cząstek, powinny być one również wypłukane z filtru.
Rys.13. Zasada doboru gruntu na filtr odwrotny wg. Terzaghiego; pole zakreskowane
- przedział dopuszczalnych składów granulometrycznych filtru. [21 ]
Reasumując, dobór gruntu na warstwy ochronne polega na dostosowaniu uziarnienia filtru-
gruntu chroniącego do uziarnienia gruntu chronionego.
Kryteria przydatności gruntu na filtry odwrotne:
H%I
9%I,J K
H%I
9LI,M K
gdzie: D15 – średnica zastępcza w mm ziaren gruntu filtru, których zawartość wraz z
mniejszymi wynosi 15 %
d15, d85 – średnica zastępcza w mm ziaren gruntu chronionego, których zawartość wraz z mniejszymi wynosi odpowiednio 15 % i 85 %.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Powszechnie w drenażach stosuje się też geosyntetyki – geowłókniny.
Geowłókniny o różnej grubości i otwartości charakteryzują się stosunkowo niską wytrzymałością na rozciąganie i dużą wydłużalnością. Ich zakres zastosowań powinien
obejmować jedynie separację, filtrację i drenaż.
Szczególnego znaczenia nabierają w tych przypadkach kryteria retencyjności, filtracji i
zakolmatowania.
Zalecane są następujące wartości kryteriów [33]:
• zatrzymywania cząstek filtrowanego gruntu
-! grunty drobnoziarniste O90 ≤ 10 d50,
-! grunty trudne O90 ≤ d90.
-! grunty grubo-i różnoziarniste O90 ≤ 5 d10√U oraz O90 ≤ d90;
-! kolmatacji - dla wybranego wyrobu O90 = (0,2 ÷ 1) O90 ,
•! działania hydraulicznego - materiał geotekstylny drenu powinien zapewnić wystarczający
przepływ wody w danym podłożu.
W zależnościach tych oznaczono:
O90 - charakterystyczna wielkość porów geowłóknin,
d10, d5o, d90 - wielkości ziaren gruntu, które wraz z mniejszymi stanowią odpowiednio 10,
50, 90% masy gruntu.
Kryteria dotyczące filtrowania gruntów niespoistych i mało spoistych:
-! dla geotkanin tasiemkowych (o równomiernym wymiarze otworów):
O90 / d90 ≤ 2,5
-! dla geowłóknin igłowanych i przeszywanych (o zróżnicowanych wymiarach porów,
zamykających się pod obciążeniem):
O90/ d90 ≤ 5
Jest istotne, by stosunki wymiarów porów były jak najbliższe podanym wartościom
granicznym 2,5 i 5, aby zapewnić jak największą przepuszczalność geosyntetyków,
zachowując zarazem ich zdolność do zatrzymywania cząstek gruntu.
Zjawiska mogące wpływać ujemnie na długotrwałą pracę geowłóknin powinny być wykazywane w trakcie projektowania na podstawie rzetelnie wykonanych badań gruntów
podłoża i nasypów z krzywymi z analiz granulometrycznych ( sitowych i areometrycznych).
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.14. Krzywe uziarnienia z analizy sitowej.
Nie można zapominać, że oprócz kolmatacji mechanicznej istnieje również niebezpieczeństwo kolmatacji biologicznej i chemicznej. Rozmnażające się bakterie,
glony i grzyby zatykają pory w równym stopniu co krystalizacja związków i substancji
chemicznych zawartych w odciekach i wodach gruntowych.
Rys. 15. Zmiany współczynnika wodoprzepuszczalności poprzez kolmatację błędnie dobranej geowłókniny .
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
6.1.Uwagi końcowe.
Ocenę przydatności gruntu na filtr odwrotny rozpocząć należy od sprawdzenia tzw.
sufozyjności gruntu filtru i gruntu chronionego. Praktycznie za niesufozyjny uważa się taki grunt, w którym przesiąkająca woda może wypłukać nieznaczną ilość najdrobniejszych frakcji, w nikłym tylko stopniu zmieniając jego strukturę i
wytrzymałość. Grunt filtru uznaje się za niesufozyjny, jeśli spełniona jest następująca
równość: @N
@AO
P Q
gdzie: N = (0,32 + 0,016 U) RS T
AUT
R "@SB
@AB,, - wskaźnik różnoziarnistości gruntów użytych do filtrów,
D3, D10, D17, D60 - średnice ziaren, których zawartość wraz z mniejszymi wynosi
odpowiednio 3, 10, 17, 60 % mm
n – porowatość w częściach jedności.
Dobierając zatem grunt na filtr odwrotny ochraniający grunty spoiste należy sprawdzić: - wskaźnik różnoziarnistości gruntu,
- niesufozyjność gruntu,
- warunek odporności gruntu spoistego na działanie filtracji,
- warunek kolmatowania filtru.
Różnoziarnistość gruntu na filtry odwrotne ochraniające grunty spoiste może być znacznie
większa niż dla ochrony gruntów sypkich. Dopuszcza się grunty o wskaźniku
różnoziarnistości 50, a w szczególnych przypadkach, gdy warstwy filtrowe mają grubość kilku metrów, można wartość tę powiększyć do 100, pod warunkiem jednak, że przy
różnoziarnistości większej od 50 materiał filtru nie powinien zawierać ziaren o średnicy
większej od 80 mm, a zawartość frakcji piaszczystej powinna wynosić co najmniej 20%.
7..Analiza warunków gruntowych
W przypadku inwestycji wymagających głębokiego posadowienia występowanie
nawierconego lub ustabilizowanego zwierciadła wody gruntowej powyżej poziomu dna
wykopu należy uznać za powszechne. Głębokie wykopy sięgające poniżej poziomu terenu na
głębokość kilkunastu i więcej metrów, powodują przecięcie pierwszego oraz nierzadko i
drugiego poziomu wodonośnego. Sytuacja taka stwarza wyjątkowo trudne uwarunkowania
realizacji prac i może być źródłem niekorzystnych oddziaływań w obrębie terenu
podlegającego ich wpływom.
Analiza uwarunkowań hydrogeologicznych prowadzona powinna być wieloetapowo,
począwszy od wstępnych prac koncepcyjnych. Dokumentacje archiwalne wraz z
ewentualnym rozpoznaniem wstępnym wykonanym w formie dokumentacji geotechnicznej
są elementem pozwalającym nie tylko na wstępne określenie sposobu zabezpieczenia
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
wykopu, ale przede wszystkim na określenie zakresu właściwego rozpoznania. Pojawiające
się w trakcie prac projektowych wątpliwości często wymagają wykonania dodatkowych
badań, nawet po opracowaniu właściwego rozpoznania hydrogeologicznego.
Wykonanie głębokiego wykopu w aspekcie warunków hydrogeologicznych wymaga
przeanalizowania zagadnień związanych z występowaniem zwierciadła wody gruntowej, a w
szczególności z przestrzennym układem nawodnionych warstw gruntów przepuszczalnych
(gruboziarnistych) i nieprzepuszczalnych (drobnoziarnistych), obejmując:
1.!występowanie i charakterystykę poziomów wodonośnych,
2.! przestrzenny układ warstw, a w szczególności rodzaj gruntów w poziomie dna wykopu i
ich miąższość oraz poziomy występowania warstw nieprzepuszczalnych mogących
stanowić wraz z obudową wykopu wygrodzenie odcięcie napływu wody gruntowej do
wnętrza wykopu,
3.! kwestie stateczności pojawiające się w przypadku napiętego zwierciadła wody gruntowej
stabilizującego się powyżej poziomu dna wykopu,
4.! poza wodami gruntowymi należy uwzględnić konieczność odprowadzenia wód
opadowych, których ilość przy dużym obszarze wykopu może być znaczna,
5.! zabezpieczenie gruntów w poziomie posadowienia przed nadmiernym zawilgoceniem,
6.!wypór konstrukcji ze względu na ustabilizowanie się stosunków gruntowo-wodnych.
Dla zabezpieczenia wykopu przed napływem wód gruntowych stosujemy następujące zabiegi:
1.! doraźne lub trwałe obniżenie zwierciadła wody gruntowej z wykorzystaniem drenażu
pionowego (studni depresyjnych),
2.! wykonanie w dnie wykopu przesłony iniekcyjnej, tzw. korka dennego,
3.! wykonanie odpowiednio głębokiej obudowy wykopu zagłębionej do warstw nieprze-
puszczalnych.
Obniżenie zwierciadła wody gruntowej z wykorzystaniem drenażu pionowego zapewnia
prowadzenie robót budowlanych przy „suchym" wykopie. W większości przypadków jest
rozwiązaniem najprostszym oraz najtańszym, lecz nie pozbawionym wad. Odbierając wody z
podłoża gruntowego wytwarza się lej depresji, którego zasięg wykracza zazwyczaj znacznie
poza obszar objęty pracami. Wytworzeniu zwierciadła dynamicznego w obrębie
posadowienia istniejących obiektów towarzyszą dodatkowe osiadania.
Rys. 16. Sposoby zabezpieczenia wykopów przed napływem wody gruntowej. A) studnie depresyjne,
B) przesłona iniekcyjna, C) zagłębienie obudowy w podłoże nieprzepuszczalne [ 13 ]
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Podczas obniżania zwierciadła wody gruntowej z wykorzystaniem studni depresyjnych należy
tak prowadzić prace, aby ciśnienie spływowe skierowane było w dół. Jedynie w przypadku
gruntów gruboziarnistych (żwiry) z uwagi na znaczne wymiary ziaren nie ma to większego
znaczenia. Przyjmuje się, że zdepresjonowane zwierciadło wody gruntowej powinno
znajdować się min. 0,5 m poniżej aktualnego bądź docelowego dna wykopu.
Mając na uwadze zabudowany charakter terenu oraz licząc się z realnym zagrożeniem
powstania uszkodzeń na skutek osiadań spowodowanych wytworzoną depresją poszukuje się zazwyczaj rozwiązań alternatywnych.
Drugim z możliwych sposobów zabezpieczenia wykopu może być wykonanie przesłony
filtracyjnej formowanej z wykorzystaniem technik iniekcyjnych. Wykonanie kolumn
kształtowanych w technologii iniekcji strumieniowej „jet grouting" pozwala na wytworzenie
sztucznej warstwy izolującej dno wykopu, przez co uzyskuje się odcięcie napływu wód
gruntowych.
Przy szczegółowym rozpoznaniu podłoża gruntowego oraz ciągłych warstwach nieprzepusz-
czalnych wymagane minimalne zagłębienie obudowy w warstwie odcinającej należy przyjąć około 2,0 m (jednak nie mniej niż 1,0 m).
Obok zapewniania odcięcia napływu wody gruntowej do wykopu każdorazowo należy
przeanalizować możliwość utraty stateczności dna spowodowaną naporowym zwierciadłem
wody gruntowej. Na skutek wykonywania wykopu, naturalnie istniejący stan równowagi
zostaje zachwiany. Ciśnienie wywierane przez, pomniejszony wykopem nadkład gruntu może
nie równoważyć naporu wody. W momencie przekroczenia stanu granicznego dochodzi do
utraty stateczności dna i awarii.
Informacje podane w dokumentacji geologiczno-inżynierskiej oraz hydrogeologicznej o
charakterze, a w szczególności o poziomach nawierconego i ustabilizowanego, zwierciadła
wody gruntowej dotyczą informacji zarejestrowanych podczas wierceń oraz obserwacji.
Należy pamiętać, że w wyniku gwałtownych opadów atmosferycznych, wyjątkowo długich
okresów deszczowych, spiętrzenia wody w pobliskiej rzece lub zbiorniku, czy też jego
gwałtownego opróżnienia bądź wykonania głębokiego wykopu stan wód gruntowych może
ulec zmianom. Zmiany te nie zawsze mogą być uchwycone
W większości opracowań przyjmuje się jako miarodajne wahania poziomu wody gruntowej w
przedziale ±1,0 m, co w przybliżeniu odpowiada około 70% przypadków zarejestrowanych
amplitud w prowadzonych dotychczas badaniach.
Zmiany poziomów wód gruntowych uwzględnia się w dokumentacji projektowej dotyczącej
zarówno samego obiektu, jak i prac towarzyszących, do których zalicza się m. in. projekt
odwodnienia.
Zwykle odwodnienie wykopu dla obiektu głęboko posadowionego wiąże się z koniecznością odprowadzenia dużej ilości wód. Błąd w oszacowaniu ilości tych wód może być bardzo
kosztowny dla wykonawcy/inwestora. W związku z tym zachodzi potrzeba dokładnego
określenia współczynnika wodoprzepuszczalności gruntu, czyli wykonania próbnego
pompowania. Badanie takie, mimo, że jest drogie i czasochłonne to jest opłacalne, bowiem
odzwierciedla rzeczywiste warunki hydrologiczne, uśredniając wszelkie niejednorodności
budowy podłoża gruntowego. Wyznaczenie „rzeczywistego" współczynnika filtracji k,
wymaga obserwacji na węźle hydrologicznym złożonym ze studni i dwóch otworów
obserwacyjnych (piezometrów).
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
8.. Dno wykopów
Wykop w ostatniej fazie należy wykonywać tak, aby nie nastąpiło pogorszenie stanu
gruntów występujących w dnie wykopu.
W celu ochrony stanu gruntu w dnie wykopu zaleca się, aby wykopy tymczasowe były
wykonywane bezpośrednio przed wykonaniem przewidzianych w nich robót i szybko
zlikwidowane.
W przypadku gdy natychmiastowe zabudowanie wykopu i jego zasypanie nie jest możliwe
(np. z uwagi na zakres robót), zaleca się wykonywać wykopy do głębokości mniejszej od
projektowanej co najmniej o 20 cm, jeżeli wykop jest wykonywany ręcznie, a przy wykopach
wykonywanych mechanicznie o 30 cm do 60 cm w zależności od rodzaju gruntu.
Pozostawiona warstwa powinna być usunięta bezpośrednio przed wykonaniem fundamentów
lub ułożeniem urządzeń instalacyjnych.
Mniejszy nadkład należy stosować w przypadku występowania w poziomie posadowienia
gruntów niespoistych, większy przy spoistych.
W wykopach szerokoprzestrzennych pozostawianie nadkładu można uznać za zbędne, jeżeli
natychmiast po odsłonięciu projektowanego poziomu dna wykopu i odebraniu gruntów
grunty zabezpieczy się warstwą chudziaka o grubości 10 cm.
Podany wyżej sposób zabezpieczenia powinno się stosować szczególnie w przypadku
występowania w poziomie dna wykopów gruntów szczególnie wrażliwych na nawodnienie:
lessów o strukturze nietrwałej, mad, pyłów wrażliwych na korozję koloidalną (dyspersję).
8.1. Stateczność dna wykopu fundamentowego
W pobliżu projektowanej budowli mogą występować warstwy gruntu z wodą pod
ciśnieniem, oddzielone od dna wykopu fundamentowego warstwą nieprzepuszczalną. Gdy
piezometryczny poziom zwierciadła wody w warstwie wodonośnej przekracza znacznie
poziom dna wykopu fundamentowego, może nastąpić wyparcie gruntu podłoża. W tych
przypadkach konieczne jest wykonanie studni odciążających, które zmniejszyłyby ciśnienie
do wartości dopuszczalnej, zapewniającej stateczność dna.
Sprawdzenie stateczności może być przeprowadzone wg wzorów:
a)! !V ",WXYZ=XY
W[\,]^U,'_`
lub uwzględniając opór gruntu na ścinanie
b)! !V ",aWXYZ=XYbcd
aW[\,]^U,'_`
gdzie:
Fw - współczynnik pewności
!ω - powierzchnia pozioma zarysu obliczanego wykopu,
hgr - miąższość warstw gruntów dna wykopu znajdujących się pod ciśnieniem wody,
so - obniżenie ciśnienia piezometrycznego wody w środku dna wykopu,
H1 - wysokość ciśnienia wody wgłębnej w warunkach normalnych, mierzona od spodu
warstwy wodoszczelnej,
Ɣgr - średni ciężar objętościowy warstw gruntów dna wykopu znajdujących się pod
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
ciśnieniem wody (z uwzględnieniem ciężaru wody w porach) i bez uwzględnienia
wyporu,
Ɣ ciężar objętościowy wody,
A - powierzchnia pionowa ścinania warstwy spoistej,
C - wytrzymałość gruntu na ścinanie.
Jeśli wartości Fw różnią się od podanych w tabl. 2, należy stosować urządzenia odciążające w
postaci studni z ujętym samowypływem lub studni z pompami.
Pamiętać należy, aby po zakończeniu prac studnie zostały dokładnie zakorkowane i nie
nastąpiło połączenie wód artezyjskich z wodami gruntowymi o wolnym zwierciadle.
Połączenie wód może bowiem powodować wzrost sił wyporu i zmniejszyć stateczność obiektu.
W miejscach spodziewanych przebić należy dawać warstwę dociążającą grubości ok. 0,30 m
z pospółki lub drobnego żwiru.
Tab.2. Minimalne wartości współczynników pewności Fw [5].
Tab. 3. Minimalne zagłębienie krzywej depresji poniżej dna wykopu [ 5 ]
Jeśli skarpy w strefie wykopu fundamentowego mają wkładki wodonośne, należy przewidzieć zabezpieczenia filtrami odwrotnymi.
Przypadek
obliczeniowy Do wzoru a) Do wzoru b)
przy uwzględnieniu
odporu gruntu na
ścinanie
bez uwzględnienia
odporu gruntu na ścinanie
Normalny eksploatacyjny
Nadzwyczajny
1,3
1,1
1,1
1,0
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Przykład:
Do jakiej bezpiecznej głębokości można wykonać wykop fundamentowy w warstwie gliny,
jeżeli jej ciężar objętościowy w stanie całkowitego nasycenia wodą wynosi 22,5 kN/m3.
Od poziomu terenu do głębokości – 4,5 m poniżej trenu występuje warstwa gliny, poniżej
warstwa wodonośna z piasku średniego. Piezometryczny poziom wody gruntowej – 0,6 m
poniżej poziomu terenu.
Rozwiązanie:
według PN-81/B-03020 składowa pionowa ciśnienia powinna spełniać warunek:
jdop ≤ 0,5 · (ρsat – ρw) · g
gdzie:
jdop - dopuszczalne ciśnienie spływowe [kN/m3],
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2],
ρw - gęstość objętościowa wody [g/cm3],
ρsat - gęstość objętościowa przy całkowitym nasyceniu porów wodą [g/cm3].
Ciśnienie spływowe wyrażamy wzorem:
j = i · γw
gdzie:
γw - ciężar objętościowy wody [kN/m3]
Korzystając ze wzoru e "<f
g
obliczamy:
∆ H = H – 0,6; l = 4,5 - H
hi Bj S
kj D i h, Z ,lm , Z n " Bj D, ,lopq i,lm Z n
hi Bj S
kj D i h" Bj D, Z Gj GD i Aj B ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,r h " Gj A,s,
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
9.. Odwodnienie wykopu fundamentowego.
Celem odwodnienia wykopów jest zapewnienie najkorzystniejszych warunków wykonywania
robót fundamentowych w gruntach nawodnionych. Dla odwodnienia wykopów stosuje się drenaże odkryte lub zakryte.
Drenaż odkryty stosuje się gdy dno wykopu nie zalega głębiej niż 3 – 5 m poniżej
zwierciadła wody gruntowej. Głębokość rowów w dnie 0,3 – 0,5 m.
Wielkość dopływu wody
Q = q · Hd · Fd
q – dopływ wody gruntowej w m3/h na 1m
2 powierzchni dna (dla Pd =>q= 0,16, Pr => q = 0,3)
Jeżeli L > 10 B – dopływ liczymy ze wzorów na wydatek drenów.
Jeżeli L < 10 B – obliczenia według wielkiej studni z r0 – wielkość umowna.
Drenaż zakryty – polega na zainstalowaniu obok wykopu takiej liczby studni wierconych,
igłofiltrów lub studni drenażowych, aby przy pompowaniu wytworzyć obniżenie zwierciadła
wody.
Igłofiltry wpłukuje się do głębokości 7 – 8 m w rozstawie wielokrotności 0,75 m i nie
przekracza 3 m z obniżeniem zwierciadła wody ok. – 5 m.
Jeżeli potrzeba większej głębokości stosujemy dwa lub więcej rzędów igłofiltrów
Projektując wykop fundamentowy należy pamiętać o konieczności odwodnienia
powierzchniowego odprowadzającego wody opadowe.
Orientacyjne dane, jakie systemy odwadniania wgłębnego możemy stosować zależnie od
budowy podłoża, przedstawione są na Rys. 17.
Rys.17. Rodzaje stosowanych systemów odwodnieni zależnie od gruntów zalegających w podłożu [5].
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys. 18. Wykres do ustalania orientacyjnego zakresu stosowania niektórych instalacji odwadniających
w gruntach jednorodnych [8].
Wykres ten dotyczy odwodnienia powierzchniowego gruntów jednorodnych i wykopów
średniej wielkości.
W celu korzystania z wykresu należy:
•! ustalić na osi odciętych punkt odpowiadający wartości wykładnika „a” dla gruntu
zalegającego poniżej zwierciadła wody gruntowej,
•! wystawić prostopadłą, do przecięcia z linią oznaczającą granicę stosowania
odwodnienia powierzchniowego,
•! odczytać na osi rzędnych wartość dopuszczalnego zagłębienia wykopu Hwd poniżej
zwierciadła wody gruntowej.
W gruntach o budowie warstwowej należy ustalić najmniejszą dopuszczalną wielkość zagłębienia wykopu, odpowiadającą współczynnikowi filtracji poszczególnych warstw, z
uwzględnieniem warstwy zalegającej poniżej projektowanego dna wykopu. Projektowane
zagłębienie wykopu Hwp należy liczyć od piezometrycznego poziomu zwierciadła wody
gruntowej. Jeżeli Hwp jest większe od Hwd, to trzeba obniżyć poziom zwierciadła wody za
pomocą odwodnienia wgłębnego.
Do dokładniejszego ustalenia tych zakresów przy odwadnianiu podłoży jednowarstwowych
(gdy kmax : kmin ≤ 20) służy rysunek 3. Wykres jest podzielony pionowymi skośnymi liniami
przerywanymi na sektory, odpowiadające optymalnym zakresom dla poszczególnych
instalacji. Podział na trzy poziome piętra wysokości So = 4 m wynika z warunku średniej
depresji, jaką można uzyskać za pomocą zestawów igłofiltrowych i igłostudziennych, ze
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
względu na ograniczoną wydajność pompowania powietrza i głębokość zasysania pomp
stosowanych do pompowania wody z tych instalacji.
Dodatkowym ograniczeniem jest grubość warstwy wodonośnej h poniżej dna wykopu lub
poniżej projektowanej depresji w środku wykopu. Wynika ono z ekonomicznej wysokości
filtrów. Dla studni depresyjnych powinna być spełniona nierówność h ≥ 4,0 m, dla igłostudni
h ≥ 2,0 m, dla igłofiltrów z pompami samozasysającymi h ≥ 0,2m,a dla iglofiltrów z
pompami próżniowymi h ≥ 0,0 m. Jeżeli rodzaj gruntu wskazuje na celowość zaprojektowania
studni depresyjnych, to przy 4,0 < h ≤ 2,0 m należy zastosować igłostudnie, przy 2,0 < h ≤ 0,2
m igłofiltry z pompami samozasysającymi, a przy h > 0,2 igłofiltry z pompami próżniowymi.
Ta sama zasada dotyczy igłostudni. Przy h > 0,2, oprócz odwodnienia wgłębnego, należy
przewidzieć również odwodnienie powierzchniowe.
Tab.4. Podstawowe parametry pionowych instalacji depresyjnych [8]
Sposób korzystania z rysunku 18 wyjaśniają następujące przykłady:
Przykład 1
Dane: So = 5,5 m, h = 3,0 m, k = 1,6·10-1
= l0-0,8
m/dobę.
Na wykresie znajdujemy punkt o współrzędnych a = -0,8 i so = 5,5
Punkt znajduje się w II piętrze sektora zestawów igłofiltrowych zwykłych. Można więc
zastosować zestawy igłofiltrowe wyposażone w pompy samozasysające. Konieczność zaprojektowania instalacji dwupiętrowej trzeba sprawdzić za pomocą rachunku
ekonomicznego. W przypadku użycia pomp, których dopuszczalna głębokość zasysania wody
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
wynosi H s = 9,5 m, rachunek powinien wykazać możliwość zaprojektowania instalacji
jednopiętrowej do odwadniania wykopów.
Przykład 2
Dane: k10 = 10a = 10
-0,8 m/dobę, h.= 0,0 m i So = 8,8 m.
Współrzędne a = - 0,8 i So = 8,8 wskazują na możliwość zastosowania trzech pięter
igłofiltrów zwykłych z pompami samozasysającymi lub igłostudni z pompami głębinowymi.
Ze względu na to, ze h=0,0, w pierwszym piętrze trzeba te instalacje zastąpić igłofiltrami z
pompami próżniowymi lub dodatkowo przewidzieć odwodnienie powierzchniowe.
Przykład 3
Dane: k10 == 101 m/dobę, h = 2,9 m, So = 10,0 m.
Współrzędna a = 1,0 i So = 10,0 m wskazują na możliwość zastosowania studni depresyjnych
z pompami głębinowymi. Jeżeli współczynniki filtracji poszczególnych partii pojedynczej
warstwy wodonośnej różnią się więcej, niż wynika to z warunku kmax : kmin < 20, to wówczas
warstwę tę traktujemy jako układ wielowarstwowy.
9.1.. Sposoby odwodnienia wykopów fundamentowych.
Rozróżnia się odwodnienie bezpośrednie, zwane również powierzchniowym, w którym
wody gruntowe i powierzchniowe ujmowane są rowami, drenażami poziomymi i studniami
zbiorczymi lub bezpośrednio z samego wykopu, odwodnienia wgłębne, gdy wody ujmowane
są za pomocą studni wierconych i wpłukiwanych, igłofiltrów lub igłostudni oraz odwodnienie
mieszane, gdy w tym samym wykopie ze względu na warunki gruntowe lub organizację robót
stosuje się odwodnienia powierzchniowe oraz wgłębne.
W zależności od położenia dna wykopu lub dna studni w stosunku do stropu warstwy
nieprzepuszczalnej, rozróżnia się: •! wykop lub studnię zupełną (dogłębną) - dno wykopu lub filtra studni odwadniającej
sięga warstwy nieprzepuszczalnej,
•! wykop lub studnię niezupełną (zawieszoną) - gdy głębokość zalegania warstwy
wodonośnej jest większa od głębokości wykopu lub studni.
Wody gruntowe w warstwach wodonośnych mogą w zależności od zasilania i układu warstw
wodoszczelnych mieć zwierciadło swobodne lub napięte (zwierciadło wody pod ciśnieniem) .
W dużych dołach fundamentowych wykonanych w uwarstwionych gruntach o
zróżnicowanych współczynnikach filtracji, zaleca się ustalenie współczynnika filtracji k na
podstawie próbnego pompowania. W przypadku małych budowli, w nieskomplikowanych
warunkach geologicznych, współczynniki filtracji można przyjmować jak do obliczeń orientacyjnych.
Jeżeli podłoże wodonośne składa się z kilku warstw o różnych współczynnikach filtracji, dla
których stosunek tuvw
tuxyE z{, należy do obliczeń przyjąć średni ważony współczynnik
filtracji z obliczonych na podstawie danych jednego lub kilku otworów badawczych.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Średni współczynnik dla jednego otworu ustala się wg wzoru:
gdzie:
k1…kn – współczynnik filtracji w poszczególnych warstwach,
h1…hn – grubość poszczególnych warstw
Rys.19. Schematy odwodnień: a)- zwierciadło wody pod ciśnieniem, filtr zatopiony, b) – zwierciadło wody
swobodne, filtr zatopiony, c) – zwierciadło wody pod ciśnieniem, filtr niezatopiony, d) – zwierciadło wody
swobodne, filtr niezatopiony [14]
Średni współczynnik dla kilku otworów badawczych określa wzór :
gdzie:
I, II, III – kolejne otwory.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Tab.5. Wzory na obliczanie wydatku studni depresyjnych przy swobodnym
zwierciadle wody gruntowej [31]
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
L
p
.
Rodzaj
studni
Schemat
Wzory
1
.
studnia
artezyjska
& i |} "~
��,���:�
/
~ "��,��
�:�/
\� i |}`
2
.
studnia
częściowo
artezyjska
&� " �� "~
��,�:
�
/%
~ "� Z �\��� i �� i |}
�
�:�/
3
.
studnia
artezyjska
zawężona
~ " zj��� Z . Z (
���/
Z
�z ��
�. Z / Z ( Z 47(
�.
���
4
.
studnia
chłonna
|� i 0� "~
� Z �,�:�
/
~ "� Z �\|}
� i ��`
�:�/
5
.
zespołowe
działanie
studni
~ "� Z � Z \�� i &c
�`
�:� iz:,��,\�% Z �� Z � Z ��`
n – ilość studni
R = 575 · S · �, Z �
Tab.6. Wzory na obliczanie wydatku innych studni depresyjnych
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Tab.7. Podstawowe rodzaje wykopów.
Lp.
Rodzaj wykopu
Wzory na wydatek
Uwagi Rodzaj Schemat
2.
brzegowy
gdy jedna
krawędź wykopu
jest pod
wyraźnym
wpływem
zbiornika wody
otwartej
(lo < R )
3.
lądowy
nie będący pod
wpływem wód
otwartych
(lo < R )
k – współczynnik filtracji [m/d],
so – obniżenie zwierciadła wody gruntowej w środku wykopu [m]
Jeżeli długość wykopu fundamentowego jest większa niż dziesięciokrotna jego szerokość, dopływ można liczyć ze wzorów na wydatek drenów. Jeżeli warunek ten nie jest spełniony, to
obliczanie można wykonać metodą przybliżoną, przyjmując, że skarpy wykopu są pionowe i
zlokalizowane w linii zwierciadła wody na skarpie, co prowadzi do niewielkiego na ogół zawyżenia dopływu. Dokonuje się to stosując wzory dla tzw. wielkiej studni, której promień ro jest wielkością umowną, liczoną jednym z dwu poniżej podanych wzorów:
1.
nurtowy
(rzeczny)
otoczony
wodami
otwartymi co
najmniej z trzech
stron w
odległości
mniejszej od
zasięgu depresji
(ro < R)
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
1.! jeżeli kształt dołu fundamentowego jest nieregularny w rzucie poziomym (L : B <
2÷3):
/} "�
�
2.! jeżeli dół fundamentowy jest prostokątny (L : B ≥ 3):
/} " �� � �
K
gdzie: ro – umowny promień wielkiej studni m, F – powierzchnia dołu ( w poziomie
zwierciadła wody) m2 , L – długość dołu m, B – szerokość dołu m, η – współczynnik zależny
od stosunku B/L .
B/L
0,01
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
η
1,0
1,12
1,16
1,18
1,18
1,18
Po obliczeniu ro dopływ wody można obliczyć wzorami:
~% �zj���,\�� i |�`
�� � �,/} i ��/}
lub:
~� �zj���,�(
�� � �,/} i ��/}
gdzie:
Q1 – dopływ wód podziemnych przy swobodnym zwierciadle wody podziemnej, przy
obniżeniu go aż do dna wykopu m3· s-1
, Q2 – jw. lecz przy zwierciadle napiętym m3· s-1
bez
względu na położenie warstwy wodonośnej, k – współczynnik wodoprzepuszczalności
warstwy wodonośnej m· s-1, H- miąższość warstwy wodonośnej przy swobodnym zwierciadle
hydrostatycznym m, M – miąższość warstwy wodonośnej przy napiętym zwierciadle wody m,
R – promień leja depresji, m, ro – promień wielkiej studni m, s – obniżenie zwierciadła
hydrostatycznego m, h – odległość dna wykopu od spągu warstwy wodonośnej m.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Tab.8. Schematy i wzory do obliczania promieni depresji i promieni wielkiej studni.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Dopuszczalną prędkość wody do filtru lub obsypki drenarskiej określa się ze wzorów:
- Sichardta
VF = 40 �� m/d
- Kusakina
VF = 65 ���
m/d
-!Truelsena
VF = 300d10 m/d
w których: kF – współczynnik filtracji warstwy przylegającej do filtru lub obsypki, m/d
d10 - średnica gruntu odpowiadająca 10 % na krzywej przesiewu, mm
Promień depresji można wyznaczyć według empirycznych wzorów
- Sichardta
R = 3000 · S · �
- Kusakina
R = 575 · S · �, Z �
- Webera
� "� Z �, Z .
:
�
w których :
R – promień (zasięg) depresji, m;
H – miąższość warstwy wodonośnej, m,
k – współczynnik wodoprzepuszczalności, m·s-1
S – depresja w studni, m
t – czas pompowania, s
n – porowatość warstwy wodonośnej (piaski grube n = 0,25, piaski drobne n = 0,34).
Przy powstawaniu leja depresyjnego trzeba ograniczyć prędkość obniżania poziomu wód
(krzywej depresji) do 1,0 - 1,2 m/dobę przy gruntach żwirowych, do 0,3- 0,4 m/dobę przy
gruntach piaszczystych — gdy skarpy nie są zabezpieczone dodatkowymi urządzeniami
odwadniającymi (filtry, studnie) lub 0,6 m/dobę, gdy odwodnienie skarp jest przewidziane.
Kontrolę obniżania zwierciadła wód prowadzi się piezometrami zainstalowanymi w strefie
interesującej nas ze względu na zasięg krzywej depresji.
Niezbędne jest prowadzenie kontroli ilości odpompowywanej wody za pomocą skrzyń pomiarowych lub wodomierzy instalowanych na przewodach.
Odwodnienie wykopu jest sprawą trudną i im większy jest wykop, tym trudniejsze jest
odwodnienie i określenie ilości odprowadzanych wód. Z tego też względu instalacje
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
odwadniające należy rozbudowywać etapowo, zależnie od uzyskiwanych efektów
odwadniania, zmniejszając lub zwiększając liczbę pierwotnie projektowanych urządzeń. Jako zasadę należy przyjąć, że najpierw powinny być wykonywane obiekty wymagające
największego obniżenia zwierciadła wody. Zasada ta może przynieść oszczędności, gdyż w
zasięgu dużego leja depresyjnego mogą znaleźć się inne obiekty, dla których nie będzie
niezbędne instalowanie specjalnych urządzeń odwadniających. Z uwagi na wiele założeń czynionych przy obliczaniu zasięgu leja, na ogół duże rozbieżności we współczynnikach
filtracji, zmienną budowę geologiczną nie ujętą dokumentacją, wpływ czynnika czasu —
mogą wystąpić odmienne zjawiska niż przyjęte w obliczeniach. Z wymienionych względów
wskazane jest, aby prowadzony był stały nadzór autorski projektanta odwodnienia wykopu
nad przebiegiem odwadniania, zaś korekty wprowadzane były na bieżąco na podstawie
doraźnych uzupełnień i zmian w projekcie, co może przyczynić się niekiedy do znacznego
obniżenia kosztów pompowania i odwodnienia.
10. Wpływ odwadniania na osiadanie obiektów budowlanych.
Obniżenie zwierciadła wody podziemnej powoduje przyrost naprężenia w gruncie, a w
rezultacie także wystąpienie osiadania dodatkowego [21].
Zwrócić, należy uwagę na szereg kwestii inżynierskich z tym procesem związanych.
Pierwszym z nich jest kwestia przyczyn osiadania gruntów budowlanych wskutek obniżenia
poziomu wody podziemnej. Wynikają one mianowicie z ustania działania na osuszonej
partii — wyporu wody oraz w niektórych przypadkach wzrost ciężaru pochodzącego od
wody kapilarnej i błonkowatej. Ten ostatni jest jednakże na ogół mały, rzadko kiedy jest on
bowiem większy po odwodnieniu. Wynika to z tego że najczęściej w stopie warstwy
wodonośnej zalegają grunty o większej wysokości podnoszenia kapilarnego (hk) aniżeli na
poziomie obniżonego zwierciadła wody, przy czym najczęściej obniżenie wynikające z
różnicy ciężaru wody kapilarnej i błonkowatej jest bardzo małe. Z tego też względu w
obliczeniach jest ono najczęściej pomijane.
Drugim problemem jest sufozja gruntu występująca w sąsiedztwie urządzeń odwadniających
wskutek występowania dużej prędkości filtracji. Sufozja ma jednakże charakter lokalny,
bardzo rzadko obejmuje większą strefę gruntu i w przypadku gdy urządzenia odwadniające
(studnie, dreny) są od obiektu oddalone nie powoduje występowania szkodliwych osiadań. Natomiast w przypadku gdy urządzenia odwadniające są zbliżone do obiektu budowlanego,
sufozją może w sposób istotny wpływać na jego osiadanie.
Trzecim zagadnieniem wiążącym się z prognozą osiadania wywołanego przez obniżenie
zwierciadła wody jest przewidywanie ich przebiegu w czasie. Można tu wyróżnić dwa
odrębne zjawiska. Po pierwsze depresja w otoczeniu urządzeń odwadniających zmienia się w
czasie (rośnie). Przebieg rozwoju leja depresyjnego w czasie zależy od całokształtu warunków
hydrogeologicznych jednakże szczególnie należy tu uwypuklić rolę granic obszaru
geofiltracji. Istnienie bliskiej granicy z zasilaniem (np. rzeki) prowadzi na ogół do utrwalenia
się warunków równowagi i stabilizacji leja. Znaczne oddalenie granic zasilania prowadzi
natomiast do powolnego rozprzestrzeniania się i pogłębiania leja depresji w efekcie czego
depresja a więc i osiadanie stopniowo narastają.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Po drugie, nawet w przypadku osiągnięcia od razu ustalonej depresji w obrębie leja
depresyjnego dodatkowe osiadanie nie nastąpi momentalnie lecz będzie rozłożone w czasie.
Natomiast przebieg tego osiadania jest diametralnie różny dla gruntów piaszczystych i
gruntów gliniastych. W piaskach osiadanie następuje szybko i po osiągnięciu — w krótkim
czasie — swej wartości maksymalnej, przyrostu osiadania nie obserwuje się. Natomiast w
glinach początek osiadania jest nieco przesunięty, a przyrosty osiadań obserwuje się długo po
zakończeniu procesu przyrostu naprężeń. Czwartym problemem, który należy mieć na uwadze jest możliwość okresowego — np.
wskutek awarii urządzeń odwadniających — podnoszenia się zwierciadła wody podziemnej.
W takim przypadku ujawnia się pęcznienie gruntu, prowadzące do zwiększania się objętości
gruntu i zmniejszania się jego wytrzymałości.
Generalnie można stwierdzić, że prognozowanie osiadań wskutek obniżenia zwierciadła
wody jest zagadnieniem trudnym.
Rys.20. Nierównomierne osiadanie budynku wskutek odwodnienia [21].
Przykład obliczenia osiadań [21]
Należy ocenić czy pompowanie w studni odległej o 10 m od budynku mieszkalnego 3
piętrowego murowanego może wywołać szkodliwe jego osiadanie. Studnia wykonana została
celem osuszenia wykopu budowlanego i działać będzie przez 18 miesięcy przy depresji
s0 = 6,0 m.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Ze wzoru Biecińskiego określamy:
µ = 0,117 ��
gdzie: k = 12,96 m/d = 0,00015 m/s, gdzie :µ - wsp. odsączalności
µ = 0.117 z�j���
, = 0,169 k - wsp. wodoprzepuszczalności
Współczynnik przewodności stanów:
�' "
¡",
t]
¡"
¢j¢¢¢%I,Z�I
¢j%£¤",
¢j¢¢¥¦I
¢j%£¤" {j{���,,, 1
�
( " §�j¨¨,12/h = 1917,12 m
2/d
Przewodność T = 0,00375 m2/s = 324 m
2/d.
Obniżenie po upływie 18 miesięcy tj. po 550 dobach wyniesie przy wydajności studni Q:
1)! w punkcie A → rA = 40 m
2)! w punkcie B → rB = 10 m
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
gdzie:
R – umowny promień leja depresji R = 1,5 �'.
so - depresja
ro – promień studni
H – odległość dna wykopu od spągu warstwy wodonośnej
Q – wydajność studni
Dla tych obniżeń przeprowadzono obliczenia osiadania przyjmując dla piasków grubych i
średnich E = 400 MPa.
Naroże A
1)! Osiadanie warstwy osuszonej obliczono wzorami
oraz dla zn = sA = 2,73 m = 273,0 cm; i = n = 1
σ – naprężenie w gruncie
n – porowatość gruntu
npn = 0,35,
µn = 0,169,
γw = 9806,65 N/m3
z1s1 = 2,73 m
2)! osiadanie warstwy dolnej przyjęto; hΣ = 10,0 m,
zatem miąższość warstwy osiadającej wynosi zd = hΣ – zn – 2,73 = 7,27 m, Ej =
39,2266 MPa
Na podstawie wzoru
zatem
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Osiadanie zgodnie ze wzorem
3)! Osiadanie całkowite od przyrostu naprężenia wskutek odwodnienia:
hA = hc + hd = 0,077 + 0,412 = 0,489 cm ≈ 0,49 cm.
Naroże B
3)! Osiadanie całkowite od przyrostu naprężenia:
Osiadania są bardzo małe, nie groźne dla budynku mieszkalnego
Obliczenia wystarczy prowadzić do głębokości 8 – 12 m poniżej zw. w. gruntowej.
11.. Wykopy komunikacyjne
W zależności od głębokości oraz kąta nachylenia ścian wykop jest wykonywany ze
skarpami lub w obudowie. Obudowa wykopu może być usunięta po zakończeniu robót w
wykopie (obudowa tymczasowa) lub pozostawiona w gruncie (obudowa trwała).
Pochylenie skarp wykopu zgodnie z Rozporządzeniem (Dz.U. nr 43) powinno wynosić: •! dla dróg klasy A i S - 1:3, gdy wysokość skarpy wykopu nie przekracza 1 m, 1:2 przy
wysokości od 1 do 2 m lub 1:1,5, gdy wysokość skarpy wykopu wynosi więcej niż 2 m do 8 m,
•! dla dróg klasy GP i niższych — 1:1,5.
Pochylenie skarp wykopu może zostać zmniejszone, gdy nie występuje żaden z poniższych
przypadków):
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! skarpa wykopu ma wysokość większą niż 8 m,
•! skarpa wykopu ma wysokość większą niż 6 m, a zbocze ma pochylenie nie większe
niż 1:3,
•! wykop jest wykonany w gruncie wymagającym szczególnych procedur technicznych i
technologicznych.
W razie występowania któregoś z powyższych przypadków pochylenie skarpy i
konstrukcja urządzeń wzmacniających powinna być ustalona na podstawie obliczeń stateczności. Skarpy podtorza linii kolejowej w wykopie powinny mieć nachylenie
zapewniające ich stateczność. W przypadku podtorzy kolejowych biegnących w przekopach o głębokości przekraczającej
5 m stosuje się łagodniejsze nachylenie w dolnych partiach skarpy lub odsadzki.
Podłoże gruntowe wykopów powinno posiadać zagęszczenie zgodne z wymaganiami normy
PN-S-02205:1998 (rys.6).
Tab.9. Typowe nachylenia skarp podtorza w wykopie
Grunt podtorza Nachylenie skarpy podtorza Uwagi
Grunty piaszczyste i piaszczysto-
gliniaste, kamieniste, żwirowe,
pospółki
1:1,51)
1)
dla gruntów suchych gliniastych,
zeskalonych piasków itp.
Przy głębokości przekopu do 8 m -
1:1,25, przy głębokościach większych -
1:1,5
Le Lessy w rejonach bardzo suchych Od 1:0,1 do 1:0,52)
2) sprawdzić stateczność w
warunkach nawodnienia
Skały odporne na wietrzenie
(lite i mało spękane) 1:0,2 -
w. jw. lecz łatwo wietrzejące Od 1:0,5 do 1:1,5 -
!
Rys.21. Wymagane wartości wskaźnika zagęszczenia Is i wtórnego modułu odkształcenia
w podłożu wykopów (PN-S-02205:1998)
"#$!- wartość E2 na powierzchni warstwy Sp - grunt spoisty Nsp - grunt niespoisty
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Wykonywanie wykopów podczas budowy dróg samochodowych lub linii kolejowych może
powodować podcięcia naturalnych stoków. Wiąże się to z kolei z ryzykiem powstania lub
uaktywnienia ruchów mas gruntów. W szczególności wykonywanie wykopów powoduje
zmiany parametrów i zjawiska opisane wyżej.
Skutki wykonywania wykopów w aspekcie zagrożenia osuwiskowego zależą nie tylko od
pierwotnej i wtórnej ( po wykonaniu wykopów) konfiguracji terenu, ale także od budowy
litologicznej. Niskie wartości kąta tarcia wewnętrznego takich gruntów jak iły, iłołupki z
wietrzeliny gliniastej powodują, że trudno jest utrzymać stateczność skarpy nawet przy ich
nachyleniu 1 : 3. Podobną uwagę można poczynić w przypadku konsekwentnego uławicenia
łupków lub ich podatności na wietrzenie. W wymienionych przypadkach łatwo powstają spływy, obrywy i osuwiska.
Generalnie elementy morfologii osuwiskowej ograniczają się do górnej strefy odrywania i
dolnej strefy nagromadzenia przemieszczonych gruntów. Koryto osuwiska jest najczęściej tak
krótkie, że trudno je wyodrębnić. Zasięg ruchu mas gruntu jest na ogół ograniczony do
wykonywanej skarpy. Tylko w wyjątkowych przypadkach zasięg ten może obejmować znaczną część zbocza.
12.. Metody wykonania wykopów komunikacyjnych
Znane są trzy metody wykonywania wykopów: czołowa (a) , warstwowa (c) i boczna .
Strzałki na rysunku wskazują kierunek postępu robót.
M e t o d a c z o ł o w a polega na wykonaniu wykopu od razu do pełnej jego głębokości,
prowadząc roboty od jednego lub jednocześnie od obu wylotów wykopu.
Odmianą metody czołowej jest metoda czołowa piętrowa, przy której prowadzone są roboty
jednocześnie na dwóch lub więcej poziomach (b).
Przy m e t o d z i e w a r s t w o w e j zbiera się grunt warstwami z całej szerokości
wykopu i z całej lub z części jego długości.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
M e t o d a b o c z n a polega na wykonaniu wąskiego przekopu roboczego na całą długość i pełną głębokość wykopu. Metoda boczna ma odmianę nazywaną metodą boczną piętrową. Różni się ona tym od zwykłej metody bocznej, że przekop wykonuje się nie na pełną głębokość wykopu, a płytszy i dopiero w miarę postępu robót się go pogłębia.
Wybór metody wykonania wykopu jest uzależniony od środków, jakimi wykonuje się roboty
ziemne i do pewnego stopnia od ukształtowania terenu.
12.1.. Odwadnianie wykopów komunikacyjnych
Realizacja wykopowych robót ziemnych wiąże się między innymi z zabezpieczeniem
wykopu przed napływem wód opadowych oraz gruntowych. Na skutek przesączania się przez skarpy odsłoniętych warstw wodonośnych może dojść do utraty stateczności skarpy.
Odwadnianie jest realizowane zgodnie z (PN-S-02205:1998):
•! wykonywanie wykopu w kierunku podnoszenia się niwelety,
•! ujęcie wód opadowych za pomocą rowów,
•! ujęcie wód gruntowych za pomocą drenów,
•! odprowadzenie wód poza teren robót.
W normie PN-S-02204:1997 wyróżnia się następujące rodzaje rowów: -przydrożny -
odprowadzający wodę opadową spływającą z pasów drogowych; wykonywany w formie
rowu trapezowego, trójkątnego lub opływowego,
•! stokowy - trapezowy rów zabezpieczający skarpę przed rozmyciem na skutek spływów
powierzchniowych;
•! odpływowy - łączący rów przydrożny z rowem stokowym lub odbiornikiem.
Rys.22. Usytuowanie rowów w obrębie drogi; 1- nawierzchnia, 2-rów boczny, 3-skarpa boczna, 4-skarpa rowu
stokowego
Najmniejszy dopuszczalny spadek dna rowów wynosi 0,2 lub 0,1 % na odcinkach
nieprzekraczających 200 m. Wartości maksymalne zależą od rodzaju gruntu, w którym jest
wykonany dno rowu oraz umocnienia dna i skarp rowu. W przypadku gdy spadek dna rowu
przekracza 15%, są stosowane bystrotoki lub kaskady.
Budowa ciągów komunikacyjnych łączy się często z wykonywaniem głębokich wykopów o
pionowych ścianach, np. pod posadowienie podpór obiektów mostowych czy wykopów
towarzyszących wykonywaniu tuneli drogowych lub kolejowych.
Realizacja głębokich wykopów wiąże się z zagrożeniem występowania odkształceń podłoża
gruntowego w bezpośrednim sąsiedztwie. Największe przemieszczenia pionowe powierzchni
terenu występują w strefie o szerokości od 0,5 do 0,75 H.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Przyczyną występowania odkształceń są:
•! zmiany stanu naprężenia i odkształcenia w gruncie, związane z przemieszczeniami
obudowy wykopu,
•! odkształcenia podłoża gruntowego powstałe w wyniku jego odciążenia wykopem, a
następnie obciążenia nową konstrukcją
•! osiadania powierzchni terenu spowodowane obniżeniem zwierciadła wody gruntowej
Stosowanie obudowy wykopu ma na celu zabezpieczenie jego ścian przed utratą stateczności.
13.. Rozpoznanie geotechniczne podłoża
W celu ustalenia wymagań dotyczących zakresu i rodzaju badań geotechnicznych,
obliczeń i kontroli, obiekty budowlane należy zaliczyć do jednej z trzech kategorii
geotechnicznych, zgodnie z obowiązującymi przepisami (Rozporz. MTiGM z 25.04.2012
r.).
Zakres i metody badań podłoża oraz parametry podłoża niezbędne do opracowania projektu
obiektu budowlanego, w uzgodnieniu z projektantem konstrukcji, określa autor projektu
geotechnicznego (geotechnicznych warunków posadowienia).
Metody analizy konstrukcji, zakres obliczeń sprawdzających, warunków kontroli i utrzymania
obiektów budowlanych określa projektant konstrukcji.
Wymagania co do zakresu i rodzaju badań geotechnicznych podano w tablicy 10 (PN-EN
1997-1:2008/Ap2:2010).
Tab.10. Wymagania co do zakresu rozpoznania podłoża (PN-EN 1997-
1:2008/Ap2:2010)
Kategoria Zakres rozpoznania podłoża
Obiekty zaliczone do pierwszej kategorii geotechnicznej w prostych warunkach gruntowych
-jakościowe określenie właściwości podłoża na podstawie:
• analizy materiałów archiwalnych • uwzględnienia doświadczeń
porównywalnych • badań terenowych
Obiekty zaliczone do drugiej kategorii geotechnicznej w prostych i złożonych warunkach gruntowych
- ilościowe określenie liczbowych wartości parametrów geotechnicznych na podstawie: • analizy materiałów archiwalnych i doświadczeń porównywalnych • wyników badań polowych • wyników badań laboratoryjnych z uwzględnieniem korelacji bezpośrednich z badań
Obiekty zaliczone do trzeciej kategorii geotechnicznej w prostych, złożonych lub skomplikowanych warunkach gruntowych
- ilościowe określenie liczbowych wartości parametrów geotechnicznych na podstawie: • analizy materiałów archiwalnych i doświadczeń porównywalnych • wyników badań polowych • wyników badań laboratoryjnych • wyników badań specjalistycznych z uwzględnieniem korelacji bezpośrednich z badań
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.23. Wydzielenie kategorii geotechnicznych.
"#$%&'!()*+',-!./0,!
1*#)2%!)*2(*23/3%!4/)53&$!6)53'*4%!
7,&*(!(*4,8%9!24$%):$/;0/!4*;,!
<%)%3,!4*=3%!*;!+%9+.$&$!$!;58%6*!),2,&/!>*+54$+&/!$'(?@!!
!
• "#$%&'! (! )! *! +$,-./,01.2,'!
34-.,+5! 65'%7+08,'! 5!/$%"$-0#17'! 7! $3159:',5'6! ,0!%;4"!6,5'2%7.6!$-! *<=!+>! 5! ,0!
?150,@! (==! +>A6B! ,0!C4,-06',&01D! 3'7"$?#'-,51D! 5!"0801DB!
• ?150,.! $"$#$E'! 5! E.+$".! -$! *!6B!
• ";.&+5'! E.+$".! -80! -#',0:4B!
5,%&080125!5&"F!
!
• G4,-06',&.!3'7"$?#'-,5'B!
• H4%7&.!C4,-06',&$E'B!
• I08'B!
• J$,%+12'!$"$#$E'!703'7"5')
170291'!$-!E$-.!843!/#4,&4B!
• K.+$".B!
• G580#.!5!"#7.17L;+5!6$%&LEB!
• M4-$E8'!75'6,'B!
• J$&E.!/#4,&$E'!5!5,,'!+$,%!N+12'!?159/0291'B!
• O4,'8'!E!&E0#-.1D!/#4,&01D!3'7!%"@+0P!5!E$-. 5&"F!
!
!!!
Q35'+&.!+&L#.1D!,5'!6$:,0!
708517.R!-$!+0&'/$#55!(!5!*!
A5;*4=/!#/);2*!;58/!=5#!3$%(*4'/)2/=3/!
A/);2*!')5;3/!6)53',!>'*)B,-!./;,-!6,'$%@!
C/;24,:2/93%!),2,&*!>*+54$+&/!&)/+-!+2&*;,!6D)3$:2%@!
7(0,4,!+%9+.$:23%!
3$%!
>"=81)#%".?. >"=81)#%".@ >"=81)#%".A.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys. 24. Zakres odpowiedzialności za obiekt [10]
Działalność gospodarczą w geologii stosowanej regulują zapisy Prawa geologicznego i
rozporządzeń wydanych na jego podstawie, zaś ustalenie geotechnicznych warunków
posadawiania obiektów budowlanych – ustawa 1994 r. ( z późniejszymi zmianami ) Prawo
budowlane ( Dz. U. Nr 89, poz. 414), a w szczególności Rozporządzenie MSWiA.
Warunki gruntowe w zależności od stopnia skomplikowania dzieli się na:
1)! proste – występujące w przypadku warstw gruntów jednorodnych genetycznie i
litologicznie, zalegających poziomo, nieobejmujących mineralnych gruntów
słabonośnych, gruntów organicznych i nasypów niekontrolowanych, przy zwierciadle
wody poniżej projektowanego poziomu posadowienia oraz braku występowania
niekorzystnych zjawisk geologicznych;
2)! złożone – występujące w przypadku warstw gruntów niejednorodnych, nieciągłych,
zmiennych genetycznie i litologicznie, obejmujących mineralne grunty słabonośne,
grunty organiczne i nasypy niekontrolowane, przy zwierciadle wód gruntowych w
poziomie projektowanego posadawiania i powyżej tego poziomu oraz przy braku
występowania niekorzystnych zjawisk geologicznych;
3)! skomplikowane – występujące w przypadku warstw gruntów objętych
występowaniem niekorzystnych zjawisk geologicznych, zwłaszcza zjawisk i form
krasowych, osuwiskowych, sufozyjnych, kurzawkowych, glacitektonicznych, gruntów
morskich.
Zgodnie z Rozporządzenim Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia
25.04.2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów
budowlanych (Dz.U. z dn. 27.04.2012 poz. 463) rozróżnia się 3 kategorie geotechniczne.
Zgodnie z § 7.1 opracowuje się opinie geotechniczne, dokumentacje badań podłoża
gruntowego i projekty geotechniczne. W przypadku obiektów III kategorii geotechnicznej
oraz w złożonych warunkach gruntowych II kategorii wykonuje się dodatkowo dokumentację geologiczno-inżynierską, zgodnie z przepisami ustawy z dnia 9.06.2011 – Prawo geologiczne
i górnicze (Dz.U. Nr 163, poz. 381).
•! ocena istniejącej zabudowy, tj. budynków, mostów, tuneli, nasypów, zboczy,
•! historia zabudowy na danym terenie i wokół tego terenu.
Przed sporządzeniem programu badań należy zebrać i ocenić dostępne informacje i
dokumentacje archiwalne.
Przykładem informacji i dokumentacji, które mogą być wykorzystane są:
•! mapy topograficzne,
•! stare plany opisujące dawne wykorzystanie danego terenu,
•! mapy i dokumentacje geologiczne,
ekspansywnych i zapadowych, na obszarach szkód górniczych, przy możliwych
nieciągłych deformacjach górotworu, w obszarach dolin i delt rzek oraz na obszarach
Badania geotechniczne powinny obejmować badania podłoża i inne badania danego terenu,
takie jak:
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! mapy geologiczno-inżynierskie,
•! mapy i dokumentacje hydrogeologiczne,
•! mapy geotechniczne,
•! zdjęcia lotnicze i wcześniejsze fotointerpretacje,
•! badania agrogeofizyczne,
•! wcześniejsze badania prowadzone na danym terenie i w jego otoczeniu,
•! wcześniejsze doświadczenia z tego obszaru,
•! lokalne warunki klimatyczne.
Badania podłoża powinny obejmować badania laboratoryjne, dodatkowe prace kameralne
oraz kontrolę i monitoring tam, gdzie jest to potrzebne.
Wybór rodzaju i zakresu metod badawczych oraz lokalizacji punktów badań należy
dostosować do przewidywanego rodzaju budowli, metody posadowienia, ulepszenia podłoża i
głębokości posadowienia.
Wyniki analizy materiałów archiwalnych i wizji w terenie należy uwzględnić podczas wyboru
metod badawczych i lokalizacji punktów badawczych. Projektowane badania powinny
zapewnić rozpoznanie zmienności warunków występujących w podłożu w zakresie gruntów i
wód gruntowych.
Rozpoznanie podłoża powinno być wykonane etapowo, zależnie od problemów powstających
w trakcie planowania, projektowania i wykonawstwa realizowanego projektu. Wydziela się następujące etapy :
•! badania wstępne mające na celu wybór lokalizacji i koncepcji budowli,
•! badania do celów projektowych,
•! kontrola i monitoring.
Wyniki badań należy interpretować z uwzględnieniem poziomu wody gruntowej, rodzaju
gruntu, metody wierceń, metody pobierania próbek, transportu i warunków składowania oraz
przygotowywania próbek do badań. W zależności od rodzaju badanych właściwości gruntu,
wyróżniono trzy kategorie metod pobierania próbek: A, B i C. Metodami kategorii A
pobierane są próbki zupełnie nienaruszone, w których wilgotność i wskaźnik porowatości są takie jak w warunkach in situ, i nie następują w nich zmiany składników oraz składu
chemicznego gruntu. Metodami kategorii B pobrać można próbki o naruszonej strukturze,
zawierające wszystkie składniki gruntu in situ z zachowaniem naturalnej wilgotności.
Metodami kategorii C można pobierać próbki o naruszonej strukturze i wilgotności.
Rozmieszczenie punktów badawczych i głębokości prac badawczych należy wybrać w
oparciu o badania wstępne, jako funkcję warunków geologicznych, rozmiarów budowli i
występujących problemów inżynierskich.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Tab.11. Klasy jakości próbek gruntu do badań laboratoryjnych
Gdzie: 1 –nienaruszone, 2 – naruszone, 3 –zagęszczone, 4 –przerobione, 5 -odtworzone
13.1. Przykłady zaleceń odnośnie rozstawu i głębokości rozpoznania.
Zaleca się następujące rozstawy punktów badawczych:
−! dla budowli wysokich i przemysłowych, w formie siatki z punktami w odległościach
15 m do 40 m,
−! dla budowli o dużej powierzchni, w kształcie siatki z punktami w odległościach nie
większych niż 60 m,
−! dla budowli liniowych (np. mosty, drogi kolejowe, kanały, rurociągi, wały, tunele,
ściany oporowe) rozstaw 20 m do 200 m,
−! dla budowli specjalnych (np. mosty, kominy, fundamenty pod maszyny) dwa do
sześciu punktów badawczych na fundament,
−! dla zapór i jazów, odległości 25m do 75 m wzdłuż odpowiednich przekrojów.
Zaleca się następujące głębokości rozpoznania za (poziomem odniesienia dla za jest najniższy
punkt fundamentu budowli albo elementu konstrukcyjnego lub dno wykopu). Tam gdzie
istnieją różne możliwości ustalenia za zaleca się przyjmowanie wartości największej.
Tam gdzie spodziewane są niekorzystne warunki geologiczne, zaleca się zawsze przyjmować większe głębokości rozpoznania, na przykład warstwy słabe lub słabe lub ściśliwe poniżej
warstwy o większej nośności.
Tam gdzie budowle są posadowione na nośnej warstwie głębokość rozpoznania może być zredukowana do za = 2,0 m, chyba, że budowa geologiczna jest nieznana; w tym przypadku
przynajmniej jeden otwór wiertniczy powinien sięgać minimum do głębokości za = 5 m. Jeżeli
napotka się podłoże skalne na proponowanym poziomie posadowienia budowli, to ten poziom
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
zaleca się przyjąć jako poziom odniesienia za. W innym przypadku za odnosi się do
powierzchni podłoża skalnego.
W przypadku budowli innych konstrukcji inżynierskich o dużych wysokościach zaleca się zastosowanie większej wartości następujących warunków (Rys. 25 a):
- za ≥ 6m,
- za ≥ 3,0 bF
gdzie bF jest wymiarem krótszego boku fundamentu.
W przypadku fundamentów płytowych oraz konstrukcji z kilkoma elementami
fundamentowymi, których obciążenia w głębszych warstwach nakładają się na siebie
(Rys.25 b) :
za ≥ 1,5 bB
gdzie bB jest krótszym bokiem konstrukcji.
Rys.25. Budowle o dużej wysokości, konstrukcje inżynierskie
a - fundament, b – konstrukcja
W przypadku nasypów i wykopów zaleca się przyjmowanie większej wartości wynikającej z
następujących warunków:
Rys. 26. Nasypy i wykopy
a-nasyp, b - wykop
a)! dla nasypów : - 0,8 h < za < 1,2 h,
- za ≥ 6 m,
gdzie h jest wysokością nasypu;
b)! dla wykopów: - za ≥ 2,0 m
- za ≥ 0,4 h
a) b)
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
gdzie h jest wysokością nasypu lub głębokością wykopu.
W przypadku budowli liniowych zaleca się przyjmowanie większej wartości spełniającej
następujące warunki:
a) b)
Rys.27. Budowle liniowe
a-droga, b – wykop wąskoprzestrzenny
a)! dla dróg i lotnisk za ≥ 2,0 m poniżej proponowanej niwelety;
b)! dla wykopów wąskoprzestrzennych, większa z wartości:
- za ≥ 2,0 m poniżej poziomu dna wykopu’
- za ≥ 1,5 bAh
gdzie bAh jest szerokością wykopu.
W przypadku małych tuneli i komór podziemnych:
bAb < za < 2,0 bAb
gdzie bAb jest szerokością wykopu.
Zaleca się również branie pod uwagę warunków związanych z wodą gruntowa.
Rys.28. Tunele i komory podziemne.
Wykopy ( Rys.29) :
- za ≥ 0,4 h
- za ≥ (t + 2,0) m
gdzie:
t – zagłębienie obudowy poniżej dna wykopu
h – głębokość wykopu
- za ≥ (1,0 H + 2,0) m
- za ≥ (t + 2,0) m
gdzie:
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
H – wysokość zwierciadła wody gruntowej dna (podstawy) wykopu
t – zagłębienie obudowy poniżej dna wykopu.
Warunek, gdy żadna warstwa mało przepuszczalna dla wody gruntowej, nie występuje w tym
zakresie głębokości : za ≥ t + 5m
Rys.29. Wykopy
1-poziom wody gruntowej
W przypadku konstrukcji zbiorników wodnych, za zaleca się określać w funkcji
proponowanego poziomu retencjonowanej wody, warunków hydrogeologicznych oraz
sposobu wykonania konstrukcji.
W przypadku przesłon wodoszczelnych:
- za ≥ 2,0 m poniżej stropu warstwy nieprzepuszczalnej dla wód gruntowych
Rys.30. Przesłona wodoszczelna
W odniesieniu do pali zaleca się spełnianie następujących trzech warunków:
- za ≥ 1,0 bg
- za ≥ 5,0 m,
- za ≥ 3 DF
gdzie:
DF – średnica podstawy pala,
bg – krótszy bok prostokąta stanowiącego obwód grupy pali tworzących fundament, w
poziomie podstawy pali.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.31. Grupa pali
Podane wartości głębokości rozpoznania, jako sprawdzone w praktyce, można stosować przy
planowaniu badań. Dotychczas nie mieliśmy tak dokładnych wytycznych ustalania głębokości
rozpoznania. Zalecenie eliminuje dyskusje z inwestorami. W przypadkach uzasadnionych (np.
gdy występują słabe grunty na większych głębokościach) rozpoznanie powinno być głębsze.
Rodzaj i liczbę niezbędnych punktów badawczych oraz ich rozmieszczenie ustala się od
stopnia wstępnego rozpoznania geologicznego terenu, warunków gruntowych i wodnych oraz
projektowania zabudowy.
Nowe punkty sytuuje się zwykle od 2 m do 3 m poza obrysem budynku, a w przypadku
budowli wielonawowych również w osiach słupów wewnętrznych.
Dla jednego budynku o powierzchni mniejszej niż 600 m2 należy wykonać co najmniej trzy
otwory wiertnicze lub wykopy badawcze względnie sondowania.
Dla obiektów o powierzchni większej niż 600 m2 liczbę otworów lub wykopów należy
zwiększyć zgodnie z tablicą 12, przy czym odległość między nimi nie powinna przekraczać od 30 m do 50 m.
Dla obiektów liniowych odległość między punktami badawczymi nie powinna przekraczać 100 m.
13.2. Dokumentacja badań podłoża
13.2.1 Badania kategorii I
Program badań
Badania kategorii I dotyczą tylko prostych warunków gruntowych. Wstępne informacje o
występowaniu prostych warunków gruntowych można uzyskać z materiałów geologicznych i
archiwalnych profili wierceń w otoczeniu projektowanej budowli; wykorzystać tu można
również doświadczenia regionalne i wywiady dotyczące posadowienia sąsiednich obiektów,
spostrzeżenia dotyczące rzeźby terenu, rodzaju szaty roślinnej itp.
Badania kategorii I obejmują: - rozpoznanie gruntów zalegających w poziomie posadowienia,
- rozpoznanie gruntów do poziomu posadowienia w celu ustalenia prawidłowej organizacji
robót ziemnych,
- określenie profilu gruntowego od 2 m do 3 m poniżej poziomu posadowienia,
- ustalenie zwierciadła, wahań poziomu wody gruntowej i jej agresywności.
Rozpoznanie warunków geotechnicznych kategorii I odbywa się zazwyczaj na podstawie:
a) dokumentacji archiwalnych,
b) małośrednicowych wierceń geotechnicznych,
c) obserwacji studni lub innych punktów umożliwiających ustalenie poziomu wód
gruntowych i agresywności środowiska.
Badania laboratoryjne wykonuje się tylko sporadycznie w celu sprawdzenia oznaczeń makroskopowych.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rodzaj i liczbę niezbędnych punktów badawczych oraz ich rozmieszczenie ustala się zależnie
od stopnia wstępnego rozpoznania geologicznego terenu, warunków gruntowych i wodnych
oraz projektowania zabudowy. Nowe punkty sytuuje się zwykle od 2 m do 3 m poza obrysem
budynku, a w przypadku budowli wielonawowych również w osiach słupów wewnętrznych.
Dla jednego budynku o powierzchni mniejszej niż 600 m2 należy wykonać co najmniej trzy
otwory wiertnicze lub wykopy badawcze względnie sondowania. Dla obiektów o powierzchni
większej niż 600 m2
liczbę otworów lub wykopów należy zwiększyć, zgodnie z tablicą 7,
przy czym odległość między nimi nie powinna przekraczać od 30 m do 50 m.
Dla obiektów liniowych odległość między punktami badawczymi nie powinna przekraczać 100 m. Przy projektowaniu dróg można stosować większe odległości. Podane liczby
oznaczają łączną liczbę punktów badanych.
Tab.12. Liczba punktów badawczych przy badaniach w kategorii I, w zależności od
powierzchni projektowanej zabudowy [23]
W wyjątkowo prostych warunkach gruntowych, przy dobrym wstępnym rozpoznaniu tych
warunków, zmniejsza się podane w tablicy 12 liczby lub można zrezygnować z badań i do
projektowania przyjmuje się dane na podstawie rozpoznania archiwalnego (wstępnego).
Przyjęte do projektu dane sprawdza się wówczas w wykopie budowlanym. W
dokumentacjach wielostadiowych, gdy nie jest określona lokalizacja obiektu, wykonuje się badania wstępne jako badania kategorii I niezależnie od zróżnicowania podłoża.
Dokumentacja geotechniczna kategorii I - Opinia geotechniczna.
Opinia geotechniczna dla kategorii I składa się z części opisowej, planu sytuacyjnego
zawierającego lokalizację budowli i punktów badań geotechnicznych, profili i przekrojów
geotechnicznych z naniesionymi danymi o gruntach i poziomach wód gruntowych oraz
ewentualne zestawienia profili archiwalnych wierceń i wykonanych w trakcie badań polowych.
Część opisowa dokumentacji powinna obejmować:
•! opis stanu działki i jej otoczenia w okresie badań, •! informacje o wcześniejszym sposobie użytkowania terenu,
•! opis projektowanych budowli, jeśli to możliwe również opis ich oddziaływań na
podłoże gruntowe,
•! opis wyników wykonanych badań,
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! analizę warunków geotechnicznych oraz ustalenie geotechnicznych warunków
posadowienia i zalecenia dotyczące fundamentów i robót ziemnych,
•! zestawienie źródeł informacji oraz stosowanych norm i przepisów,
•! wskazanie związanych z geotechniką prac sprawdzających i czynności, które powinny
być wykonane podczas budowy.
13.2.2. Badania kategorii II
Program badań
Program powinien określać zadania i podawać sposoby ich rozwiązania oraz zawierać specyfikację badań terenowych i laboratoryjnych.
Podstawę programu badań stanowią: •! założenia inwestycyjne,
•! plan sytuacyjno-wysokościowy (w skali co najmniej 1:1 000) z lokalizacją projektowanych
budowli i informacjami o uzbrojeniu terenu,
•! archiwalne informacje o terenie, wiercenia, mapy geologiczne, literatura dotycząca terenu i
jego podłoża, także w strefie możliwego oddziaływania obiektu.
•! Program badań podłoża powinien zakładać taki zakres badań, aby wyjaśnić istotne problemy
geotechniczne wynikające z wymagań projektu.
W ramach tych badań należy:
•! sprecyzować problemy, które mają być rozwiązane, oraz określić zmiany w podłożu, jakie
mogą wywołać przewidywane prace budowlane,
•! ustalić adekwatny do potrzeb zakres badań,
•! opracować część tekstową i graficzną programu.
Prace wstępne
W ramach prac wstępnych należy zebrać materiały na temat badanego terenu i jego otoczenia,
które należy wykorzystać do ustalenia warunków geotechnicznych.
W pracach wstępnych należy uwzględnić: •! dane - publikowane i archiwalne - dotyczące budowy geologicznej terenu badań i jego
najbliższego otoczenia,
•! ocenę ogólnej przydatności terenu do programowanej inwestycji,
•! topografię, rzeźbę terenu, szatę roślinną, •! warunki wodne,
•! informacje o zmianach jakie miały miejsce w przeszłości (wykopy, nasypy,
uzbrojenie, zabudowa),
•! stan sąsiednich budowli i informacje wynikające z prowadzonych w okolicy robót
ziemnych i budowlanych,
•! doświadczenia wynikające z budownictwa w regionie,
•! inne informacje, mogące służyć określeniu warunków geotechnicznych.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Zakres badań terenowych
Liczba podstawowych punktów obserwacyjnych i ich usytuowanie w terenie powinny
umożliwić wydzielenie warstw geotechnicznych z dokładnością odpowiadającą wymaganiom
obliczeń projektowych. Przyjmuje się następujące wymagania minimalne:
•! Najmniejsza dopuszczalna liczba punktów obserwacyjnych dla jednej budowli wynosi
cztery w tym co najmniej jeden otwór wiertniczy; jeżeli istnieje możliwość wykorzystania archiwalnych otworów wiertniczych, wykonywanie otworu nie jest
konieczne.
•! Dla obiektów liniowych rozstaw punktów obserwacyjnych nie powinien przekraczać 100 m - w przypadku prostych oraz 50 m - w przypadku złożonych warunków
gruntowych.
•! Dla obiektów o zwartym obrysie w planie odległość między punktami
obserwacyjnymi nie powinna być większa niż 40 m – w przypadku prostych oraz
większa niż 20 m - w przypadku złożonych warunków gruntowych, w razie potrzeby
dla uściślenia warunków geotechnicznych należy zwiększyć liczbę punktów
badawczych.
•! Jeżeli podczas badań stwierdzone zostanie występowanie gruntów słabych, mogących
wpływać w istotny sposób na wartości osiadań i nośności podłoża, liczbę punktów
badawczych należy zwiększyć tak, aby można było jednoznacznie ustalić rozciągłość i miąższość warstw geotechnicznych obejmujących te grunty.
•! W przypadku lokalizacji projektowanych budowli w bezpośrednim sąsiedztwie
budowli istniejących, należy - szczególnie gdy brak dokumentacji tych budowli -
wykonać odkrywki istniejących fundamentów w celu określenia ich stanu, rodzaju,
wymiarów i głębokości posadowienia, po czym należy zbadać możliwość wzajemnego niekorzystnego oddziaływania nowych i starych budowli.
•! W trakcie prowadzenia prac polowych należy prowadzić obserwację zwierciadła wód
gruntowych w dostępnych miejscach i otworach.
Wiercenia i sondowania powinny obejmować sferę podłoża, w której właściwości gruntów
mają istotny wpływ na projektowanie, wykonywanie i eksploatację budowli. Jako zasadę przyjmuje się następujące minimalne głębokości badań.
•! dla stóp i ław fundamentowych - od 1 do 3 szerokości fundamentu poniżej
przewidywanego poziomu posadowienia, lecz nie mniej niż 5 m,
•! dla fundamentów płytowych - szerokość płyty poniżej przewidywanego poziomu
posadowienia,
•! dla fundamentów palowych - zazwyczaj 5-krotna średnica pala i nie mniej niż 3 m
poniżej jego podstawy i każdorazowo głębokość zapewniająca bezpieczeństwo
posadowienia,
•! w obszarach występowania gruntów antropogenicznych głębokość zależy od ich
miąższości, ściśliwości i strefy oddziaływania budowli.
W każdym przypadku należy ustalić miąższość nasypów.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
W uzasadnionych przypadkach - np. gdy dane geologiczne lub wcześniejsze badania
wskazują na występowanie warstw o dużej nośności i miąższości - głębokość badań można
ograniczyć do poziomu około 0,5 m poniżej stropu warstwy nośnej występującej w podłożu.
W czasie wykonywania prac terenowych konieczne jest bieżące analizowanie wyników. W
przypadku stwierdzenia istotnych różnic budowy geologicznej w porównaniu z przewidywaną w programie badań, zakres badań należy uaktualnić, a nawet zmienić kategorię geotechniczną. W szczególności dotyczy to:
a) zagęszczenia wierceń lub sondowań w celu uściślenia zasięgu gruntów słabych,
b) pogłębienia otworów badawczych poniżej spągu gruntów słabych,
c) zmniejszenia liczby punktów badawczych lub ich głębokości, jeżeli stwierdza się korzystniejsze od przewidywanych warunki geotechniczne.
W celu wydzielenia warstw geotechnicznych, badania gruntów należy prowadzić w zakresie
umożliwiającym określenie parametrów geotechnicznych wydzielanych warstw.
Próbki gruntów pobiera się w takiej liczbie, aby dla każdej wydzielanej warstwy
geotechnicznej można było oznaczyć cechy identyfikacyjne gruntu oraz określić potrzebne
parametry geotechniczne.
Próbki wody w celu zbadania jej agresywności należy pobierać wówczas, gdy projektuje się posadowienie obiektów poniżej zwierciadła wód gruntowych lub w strefie wahań zwierciadła
wód gruntowych.
Zakres badań laboratoryjnych
W przypadku kategorii II nie zawsze zachodzi konieczność ustalania parametrów
geotechnicznych na podstawie badań laboratoryjnych. Badania laboratoryjne służą zwykle do
potwierdzenia ustaleń dokonanych w terenie; są to badania identyfikacyjne gruntów
określające ich skład granulometryczny, wilgotność, granice płynności i plastyczności, stan
gruntu.
Dokumentacja geotechniczna kategorii II
Dokumentację badań podłoża gruntowego opracowuje się na podstawie analizy materiałów
archiwalnych oraz wyników badań terenowych i laboratoryjnych wraz z opracowaniem
projektu geotechnicznego.
Wynikiem badań jest ustalenie warstw geotechnicznych i charakteryzujących je parametrów
geotechnicznych.
Stosownie do możliwości i potrzeb zaleca się wartość każdego określonego parametru
geotechnicznego porównywać z danymi wynikającymi z regionalnych doświadczeń geotechnicznych, a także uwzględnić publikowane korelacje. Parametry geotechniczne
warstwy można określić z wystarczającą dokładnością na podstawie wyników sondowań w
połączeniu z analizą makroskopową, na podstawie korelacji lub doświadczenia. Określa się je
także przez laboratoryjne badania próbek. Wybór metody ustalania parametrów zależy od
warunków lokalnych, dokładności wstępnego rozpoznania, kategorii geotechnicznej,
dopuszczalnego stopnia ryzyka.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Przy ustalaniu wartości parametrów geotechnicznych uwzględnia się fakt, że wartości wielu z
nich nie są stałe, lecz zależą od takich czynników jak stan naprężenia, warunki konsolidacji,
zmienna zawilgocenia.
Wykonuje się tyle badań, aby na ich podstawie możliwe było określenie zmienności i
odchyleń standardowych metodami przyjętymi w geotechnice oraz podanie wartości
wyprowadzonych parametrów.
Dokumentacja geotechniczna kategorii II powinna zawierać niezbędne dane ilościowe
potrzebne do projektowania.
Dokumentacja geotechniczna składa się z części opisowej i części graficznej, ujmujących
całość wyników badań.
Część opisowa dokumentacji powinna zawierać: •! kartę tytułową z informacją ogólną (nazwa inwestora, nazwiska: projektanta,
wykonawcy badań geotechnicznych, konsultantów i podwykonawców).
•! określenie zadania i celu badań, •! lokalizację terenu badań, •! charakterystykę projektowanej budowli: wymiary, przewidywane obciążenia,
•! zakres badań geotechnicznych,
•! typ urządzeń wykorzystywanych w badaniach terenowych,
•! dane o zespołach, które wykonywały badania,
•! termin wykonywania prac terenowych i laboratoryjnych,
•! analizę materiałów archiwalnych oraz zakres ich wykorzystania,
•! charakterystykę terenu badań, stosownie do potrzeb pod względem geologicznym,
hydrogeologicznym, morfologicznym i hydrograficznym,
•! dokładną charakterystykę warunków geotechnicznych w obrębie dokumentowanego
terenu, zawierającą przede wszystkim charakterystykę wydzielonych warstw
geotechnicznych z omówieniem wartości parametrów budujących je gruntów,
•! wartości parametrów uzyskane na podstawie wykonanych badań, •! jako szczególnie istotne: wnioski i zalecenia dotyczące realizacji i eksploatacji
budowli, w tym:
•! ocenę podłoża określającą możliwość zrealizowania projektowanej budowli,
•! ocenę projektowanej głębokości posadowienia lub kryteria właściwego doboru
tej głębokości.
Zaleca się umieszczenie w części opisowej - stosownie do potrzeb i możliwości - także
następujących danych:
•! omówienia i uzasadnienia ewentualnych zmian w zakresie badań i wykonaniu prac w
stosunku do programu,
•! oceny zgodności wyników badań terenowych i laboratoryjnych oraz ich krytyczną ocenę na tle danych archiwalnych i z literatury,
•! prognozy osiadań,
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! ustalenia poziomów piezometrycznych wód gruntowych i ich wahań, a także
kierunków filtracji oraz charakterystyki agresywności wód w stosunku do materiałów
konstrukcyjnych,
•! oceny długookresowych zmian warunków wodnych, zwłaszcza w odniesieniu do
pierwszego poziomu wód gruntowych, lub mogących mieć wpływ na zmiany
gruntów,
•! wskazania sposobów odwodnienia okresowego lub trwałego,
•! zaleceń dotyczących sposobu wykonania robót ziemnych, szczególnie w
bezpośrednim sąsiedztwie istniejących obiektów,
•! zaleceń dotyczących sposobu zabezpieczenia powierzchni terenu przyległego do
budowli przed infiltracją wód opadowych,
•! innych, w zależności od potrzeb.
W skład części graficznej dokumentacji kategorii II wchodzą:
•! plan sytuacyjno-wysokościowy w skali 1:500 (w uzasadnionych przypadkach w innej
skali), z lokalizacją wykonanych i archiwalnych punktów badawczych, przekrojów
geotechnicznych oraz projektowanych obiektów,
•! profile analityczne wierceń i sondowań (wykonanych i archiwalnych),
•! rysunki wykopów badawczych,
•! rysunki odkrywek fundamentowych,
•! przekroje geotechniczne,
•! problemowe mapy geotechniczne (np. mapa zasięgu, stropu i miąższości gruntów
słabych, izoliniowa mapa występowania pierwszego poziomu wód gruntowych itp.).
13.2.3. Badania kategorii III
Program badań
Budowle zaliczone do kategorii III wymagają szczególnie dokładnego i wnikliwego zbadania
podłoża gruntowego oraz opracowania również dokumentacji geologiczno-inżynierskiej
zgodnie z wymaganiami prawa geologicznego i górniczego i projektu geotechnicznego.
Na wstępie należy dokładnie zapoznać się z całym planowanym przedsięwzięciem. Należy
rozpatrzyć rodzaj i funkcje projektowanej budowli, jej rozmiary, zagłębienie, rodzaj i sposób
przekazywania obciążeń, wrażliwość na osiadania. Ważna jest także lokalizacja budowli i
możliwości jej zmiany w obrębie działki oraz sposób zagospodarowania otoczenia.
Wszystkie te dane - jako założenia technologiczne i konstrukcyjno-budowlane, stosownie do
potrzeb - powinny być dostarczone wraz z planem sytuacyjno-wysokościowym w skali 1:500
(w uzasadnionych przypadkach w innej skali). Na planie powinien być przedstawiony
aktualny stan terenu i jego uzbrojenia oraz położenie projektowanych obiektów. Ponadto
należy zgromadzić dane dotyczące budowy geologicznej okolicy, ewentualnie występowania
czynnych procesów geologicznych i inne dane ogólne o okolicy, mogące mieć znaczenia dla
dalszych badań.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
W czasie wizji lokalnej należy zapoznać się z obecnym stanem zagospodarowania terenu,
jego morfologią i topografią, określić jednostkę lub jednostki geomorfologiczne występujące
na rozpatrywanym obszarze, w miarę możliwości stwierdzić, czy występują czynne procesy
geodynamiczne, obserwować wody powierzchniowe, stan sąsiednich obiektów, ewentualnie
istniejących w pobliżu wyrobisk, zebrać informacje od miejscowych wykonawców robót
budowlanych i ludności. Podczas wizji lokalnej należy zebrać także inne informacje i dane,
które mogą być przydatne przy opracowywaniu projektu prac geologicznych. Wybór metody
badań powinien być uzależniony od warunków geotechnicznych w jakich podłoże będzie
pracować w czasie realizacji i eksploatacji projektowanej budowli.
Metody badań można podzielić na badania, które pozwalają na ustalenie właściwości gruntów
"in situ" oraz uzupełniające badania laboratoryjne.
Zakres badań kategorii III powinien odpowiadać co najmniej zakresowi badań kategorii II, z
możliwością rozszerzenia go o badania specjalistyczne. Oprócz obserwacji, odkrywek,
wierceń badawczych, sondowań statycznych i dynamicznych, próbnych obciążeń - stosuje się badania współczynnika filtracji, badania geofizyczne (radarowe, elektrooporowe, sejsmiczne)
i inne badania specjalne zależnie od potrzeby.
Zaleca się, aby zakres i metody laboratoryjnych badań próbek gruntu i wody ukierunkowane
były ściśle na rozwiązanie problemów projektu. W badaniach należy odtwarzać stany
oddziaływań jakie będą występować podczas pracy obiektu i w tych stanach określać potrzebne parametry geotechniczne do projektowania.
Analizując materiały archiwalne należy wykorzystać między innymi:
•! przeglądowe, podstawowe i szczegółowe mapy geologiczne Polski,
•! opracowania fizjograficzne,
•! dokumentacje geologiczne i geotechniczne,
•! wiercenia archiwalne,
•! dane dotyczące pierwszego poziomu wód gruntowych - jego głębokości i wahań, •! dla obszarów dolinnych - dane dotyczące stanów powodziowych rzek.
Wyniki uzyskane z analizy materiałów archiwalnych przedstawia się w formie opisowej i
graficznej.
Zaprojektowane roboty i badania geotechniczne powinny dawać obraz warunków
geotechnicznych w zakresie koniecznym do projektowania inwestycji na wszystkich etapach
przygotowania inwestycji (studium, koncepcja techniczna), a przede wszystkim danych do
opracowania projektu budowlanego i wykonawczego.
Część graficzna projektu robót powinna zawierać: •! przewidywane przekroje geologiczne przez teren,
•! mapę dostosowaną do skali przedsięwzięcia inwestycyjnego (1:1 000, 1:500, 1:2 000
itp.) z zaznaczonymi archiwalnymi punktami badawczymi i innymi danymi
uzyskanymi z materia łów archiwalnych, np.:
•! głębokość zalegania gruntów słabych,
•! miejsca występowania procesów geodynamicznych,
•! podmokłości,
•! miejsca okresowo zalewane,
•! spodziewane głębokości poziomów wód gruntowych itp.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
W projekcie należy jednoznacznie określić zakres prac badawczych (np. liczba odkrywek i
otworów badawczych, zakres badań specjalistycznych), który wynika przede wszystkim z
warunków geologicznych, ale także z wielkości obiektu, jego rodzaju i konstrukcji, zakresu
przebudowy oraz warunków miejscowych.
W pracach rozpoznawczych powinny być preferowane prace inżyniersko-geologiczne. Punkty
badawcze (wiercenia, wykopy) należy rozmieścić w ten sposób, aby możliwe było uzyskanie
przestrzennego obrazu budowy geologicznej podłoża. Rodzaj projektowanych badań polowych powinien być dostosowany do spodziewanych warunków geologicznych. Należy
zaprojektować taką liczbę otworów badawczych, aby możliwe było pobranie niezbędnych
próbek gruntów do badań laboratoryjnych. Obszar i głębokość rozpoznania powinny
obejmować przyszłą strefę oddziaływania budowli na środowisko gruntowe.
Przykładowo zaleca się przyjmowanie następujących głębokości badań: •! w przypadkach sprawdzenia stateczności podłoża - 5 m poniżej najgłębszych
prawdopodobnych powierzchni poślizgu,
•! przy głębokim posadowieniu obiektów - co najmniej 5 m poniżej przewidywanego
zagłębienia podstaw pali, studni opuszczonych, ścianek szczelnych, ścian
szczelinowych, innych,
•! w innych przypadkach głębokość rozpoznania można określić podobnie jak dla II
kategorii geotechnicznej.
W celu wyznaczenia metodą laboratoryjną parametrów fizycznych i mechanicznych gruntów
każdej wydzielonej warstwy geotechnicznej trzeba przewidzieć pobranie co najmniej sześciu
próbek, z użyciem metody A -1 klasy jakości, umożliwiających wykonanie badań parametrów
wytrzymałościowych oraz odkształceniowych warstwy .
Część opisowa dokumentacji kategorii III powinna zawierać:
•! kartę tytułową z tytułem opracowania, określeniem autorów i osób odpowiedzialnych
za opracowanie oraz uprawnionych do jego przyjęcia,
•! określone przez jednostkę projektującą wymagania budowlane i techniczne,
•! spis załączników,
•! spis literatury i materiałów wykorzystywanych przy opracowywaniu dokumentacji,
•! spis treści,
•! tekst.
W tekście dokumentowania powinny znaleźć się:
a)! Informacje ogólne, podane w zwięzłej formie (karta tytułowa i ewentualnie synteza za
kartą tytułową): - nazwa inwestora, -nazwiska projektanta i wykonawcy badań terenowych, podwykonawców i konsultantów, terminy wykonania badań, - zakres
rzeczowy dokumentacji,
b)!Charakterystyka terenu badań: - opis badań przeprowadzonych na dokumentowanym
terenie, - rodzaj materiałów archiwalnych i zakres ich wykorzystania, - hipsometria i
morfologia terenu bada ń wraz z hydrografią rejonu, - aktualny sposób użytkowania terenu
oraz projektowanych zmian z informacją o stanie budowli istniejących na danym terenie
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
lub w jego bezpośrednim sąsiedztwie, - charakter techniczny projektowanej budowli lub
całego zadania, z uwzględnieniem rozwiązań alternatywnych, - inne zagadnienia
techniczne mające znaczenie dla oceny warunków geotechnicznych.
c)!Opis warunków geologicznych dokumentowanego terenu, którego szczegółowość powinna
być dostosowana do potrzeb rozwiązywanego zadania.
d)!Opis warunków hydrogeologicznych uwzględniający: - charakterystykę poziomów
wodonośnych ze szczególnym uwzględnieniem określenia wahań zwierciadła wody
gruntowej oraz stopnia jej agresywności na terenie badań. - inne dane specjalne, zależnie
od potrzeb.
e)!Opis zjawisk i procesów geodynamicznych (rozmiarów i zakres) występujących na terenie
badań i w jego sąsiedztwie uwzględniający analizę przyczyn wywołujących te zjawiska
oraz ocenę ich znaczenia dla projektowanej inwestycji.
f)! Opis warunków geotechnicznych uwzględniający: - opis wydzielonych warstw
geotechnicznych wraz z podaniem określonych w badaniach właściwości fizycznych i
mechanicznych gruntów, - opis zastosowanych metod rozpoznania podłoża, -obserwacje i
pomiary przemieszczeń terenu i konstrukcji sąsiednich, - badania na poletkach
doświadczalnych, - proponowane modele gruntu i jego współpracy z konstrukcją, -
obliczenia nośności, stateczności, osiadań przy ewentualnym uwzględnieniu różnych
modeli współpracy gruntu i konstrukcji, - zmiany warunków terenowych, gruntowych i
wodnych w czasie wykonywania i eksploatacji budowli.
g)!Ocena warunków geotechnicznych uwzględniająca w szczególności: - ocenę zastosowanych metod badawczych, - syntezę wyników badań terenowych i
laboratoryjnych, - interpretację uzyskanych wyników badań, - wartości wyprowadzonych
parametrów do obliczeń projektowych, - wskazań dotyczących racjonalnego posadowienia,
zabezpieczeń terenu i projektowanych budowli, a także metod realizacji robót. - prognozy
jakościowe i ilościowe zmian warunków geotechnicznych, jakie mogą wystąpić na
badanym terenie podczas realizacji i eksploatacji budowli. Jeżeli projektuje się posadowienie w specyficznych warunkach (np. zagrożenia przez zjawiska geodynamiczne,
szkody górnicze) lub posadawiane są budowle o specyficznych wymaganiach (np. żądanie
podwyższonego stopnia bezpieczeństwa), to wynikające stąd warunki dodatkowe należy
uwzględnić zarówno w projekcie prac, jak i w dokumentacji geotechnicznej.
Część graficzna dokumentacji powinna zawierać:
a) mapy, profile, przekroje geotechniczne;
b) zestawienia tabelaryczne właściwości gruntów oraz wód gruntowych, wartości z analiz
przemieszczeń, osiadań, nośności, inne;
c)!wyprowadzone parametry do obliczeń projektowych. Mapy i przekroje należy przedstawić w formie załączników. Skala przekrojów powinna być dostosowana do treści i nie powinna
wpływać na czytelność przedstawionego obrazu. W przekroju nie należy stosować większego przewyższenia niż od 1:10 do 1:5. W niektórych zagadnieniach (np. stateczność zboczy) należy stosować skale nieprzewyższone.
W przypadku dużych inwestycji drogowych opracowaniem zamykającym etap badań podstawowych jest Dokumentacja geologiczno – inżynierska. Aktualne wytyczne odnośnie
zawartości dokumentacji znajdują się w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 23
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
grudnia 2011 r. w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinny odpowiadać dokumentacje hydrogeologiczne i geologiczno-inżynierskie (Dz. U. Nr 291, poz. 1714).
Zgodnie z tym aktem prawnym Dokumentację geologiczno – inżynierską składającą się z
części tekstowej i graficznej sporządza się w formie papierowej i elektronicznej, co jest
nowością. Część tekstowa obejmuje sformalizowane stronę tytułową i tzw. kartę informacyjną, kopię decyzji zatwierdzającej Projekt prac geologicznych, część opisową oraz
spis literatury i materiałów archiwalnych. Treść merytoryczną zawiera oczywiście część opisowa tekstu i część graficzna dokumentacji. W Rozporządzeniu zastosowano manierę polegającą na wymienieniu najpierw tych elementów części opisowej i graficznej, które
powinny się znaleźć w każdej dokumentacji geologiczno – inżynierskiej (§18), a następnie
elementów charakterystycznych dla dokumentacji sporządzanych w określonym celu, w tym
na potrzeby posadawiania obiektów budowlanych inwestycji liniowych (§22).
Pamiętać też należy, że tylko w opisanym przypadku prostych warunków gruntowych badania
geotechniczne można rozumieć jako „uproszczoną geologię inżynierską”. Wobec wycofania
normy PN-81/B-03020 z zawartymi w niej tabelami parametrów geotechnicznych (czyli tzw.
„metody B”) oczekiwać należy rozwoju laboratoryjnych i polowych badań geotechnicznych i
to się dzieje na naszych oczach.
13.2.4. Zatwierdzanie dokumentacji.
Opinie geotechniczne i dokumentacje badań podłoża gruntowego nie wymagają zatwierdzenia. Czas ich wykonania zależy od wielkości zadania i operatywności
przedsiębiorstwa, które wykonuje dokumentację. Dokumentacje geologiczno-inżynierskie
podlegają ustawie Prawo geologiczne i górnicze (Ustawa z dn. 9.06.2011 r.). Dokumentacje
geologiczno-inżynierskie wykonuje się w oparciu o przygotowany i przedstawiony do
zatwierdzenia „Projekt robót geologicznych”, który jest dokumentem przedstawiającym dane
dotyczące projektowanej budowy. Szczególnie istotna jest wielkość i rodzaj budowli oraz
sposób i głębokość posadowienia. Projekt robót geologicznych składa się do zatwierdzenia w
stosownym dola danego obszaru urzędzie – geolog powiatowy. Organ może wydać decyzję zmieniającą liczbę i głębokość otworów zaprojektowanych przez konstruktora i geotechnika
wykonującego dokumentację. Stronami w postępowaniu są właściciele działek, na których planowane są roboty.
Zazwyczaj od dnia złożenia projektu robót w kancelarii do dnia jego zatwierdzenia upływa
czas do 30 dni. Po otrzymaniu decyzji zatwierdzającej projekt robót należy złożyć informację o zamiarze przystąpienia do prac terenowych. Prace terenowe można rozpocząć po 14 dniach
od daty złożenia informacji. Po przeprowadzeniu wszystkich zaprojektowanych prac
terenowych i laboratoryjnych opracowuje się dokumentację geologiczno-inżynierską, którą należy złożyć do zatwierdzenia. W praktyce od momentu złożenia projektu robót do dnia
otrzymania zatwierdzonej dokumentacji geologiczno-inżynierskiej upływają 3 miesiące.
Wszyscy projektanci obiektów muszą odpowiednio wcześnie przygotować taką dokumentację ponieważ dla otrzymania decyzji o pozwoleniu na budowę konieczne jest załączenie
zatwierdzonej dokumentacji geologiczno-inżynierskiej (dla III kategorii geotechnicznej i II w
złożonych warunkach gruntowych).
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Wszystkie informacje archiwalne, wynikające z wyżej wymienionych dokumentacji,
przechodzą po 5 latach na własność Skarbu Państwa. Korzystanie z informacji źródłowych
lub archiwalnych w takim układzie będzie wiązać się z dodatkowymi opłatami.
13.2.5. Kategorie geotechniczne i zakres badań
Głębokie wykopy są najczęściej zaliczane do II kategorii geotechnicznej, a obiekty
wznoszone w terenie zabudowanym i charakteryzujące się występowaniem więcej niż jednej
kondygnacji podziemnej, z uwagi na stopień skomplikowania, zalicza się do III kategorii
geotechnicznej.
Powyższe stwierdzenie uwzględniające odpowiedzialność konstrukcji utrzymującej naziom
wraz ze zlokalizowanymi na nim obiektami, pomimo braku jednoznaczności w przepisach,
powinno mieć miejsce nawet w prostych warunkach gruntowych.
Zakres rozpoznania powinien być dostosowany do fazy dokumentacji oraz rozmiarów i
zagłębienia budowli. W przypadków głębokich wykopów w miastach na ogół dysponuje się bogatym materiałem archiwalnym. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że w Polsce w
wyniku działań kilku zlodowaceń podłoże jest bardzo zróżnicowane i nawet w niewielkich
odległościach od istniejących miejsc wierceń warunki geotechniczne mogą być inne. Znany
jest przykład z Warszawy, gdy na długości działki przeznaczonej pod zabudowę (około 40 m)
strop iłów plioceńskich zapadał się o kilkanaście metrów. Dlatego wiercenia i badania in situ
powinny być wykonywane dla każdej zamierzonej inwestycji indywidualnie. Zwyczajowo
przyjmuje się, że rozpoznanie powinno obejmować obszar o szerokości równej dwukrotnej
głębokości planowanego wykopu, licząc od jego krawędzi, a wiercenia poniżej dna wykopu
prowadzi się do głębokości co najmniej równej głębokości wykopu. Nie jest to jednak regułą. Na podstawie danych archiwalnych można stwierdzić, że np. nośne lub nieprzepuszczalne
warstwy gruntu zalegają znacznie głębiej i wówczas podczas badań poszukuje się tych
warstw, dążąc do ich przewiercenia.
Należy podkreślić, że właściwie przeprowadzone rozpoznanie geotechniczne gwarantuje
ekonomiczne rozwiązania projektowe i bezpieczne wykonanie robót w głębokim wykopie.
Obserwuje się tendencję do ograniczania kosztów przeznaczonych na rozpoznanie
geotechniczne, mimo podstawowego znaczenia badań podłoża. Uzyskane z tego oszczędności
zwykle powodują wielokrotnie większe dodatkowe koszty budowy spowodowane
nieoczekiwanymi sytuacjami lub co gorsze awariami. Na podstawie wieloletnich doświadczeń stwierdzono, że przyczyną awarii i katastrof budowlanych, oprócz błędów projektowych i
wykonawczych, jest nieprawidłowe lub niedostateczne rozpoznanie podłoża.
W każdym przypadku projekt prac geologicznych powinien być opracowany przy udziale
inżyniera geotechnika doświadczonego w budowie tego typu obiektów. Rozpoznanie
geotechniczne na podstawie wierceń powinno być weryfikowane i uzupełniane podczas
budowy w ramach prowadzenia stałego nadzoru geotechnicznego nad wykonywaniem
obudowy wykopu, oraz podczas odbioru dna wykopu przed rozpoczęciem robót
konstrukcyjnych.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Do projektowania obudów głębokich wykopów i ścian podziemi są potrzebne następujące
dane:
•! cechy fizyczne gruntów - skład uziarnienia, gęstość objętościowa, ciężar
objętościowy, wilgotność, porowatość, •! cechy mechaniczne gruntów - ściśliwość i wytrzymałość na ścinanie.
Podstawowe parametry fizyczne podawane w dokumentacjach geotechnicznych to:
-! ρ(n) - gęstość objętościowa gruntu,
-! Ɣ - ciężar objętościowy w kN/m3,
-! wn- wilgotność naturalna,
- ! I D - stopień zagęszczenia gruntów niespoistych,
- ! I L - stopień plastyczności gruntów spoistych
oraz dodatkowo porowatość n i wskaźnik porowatości e.
Parametry wytrzymałościowe są opisane przez następujące cechy mechaniczne:
- ! φ - kąt tarcia wewnętrznego i spójność c - określane na podstawie badań w aparacie trójosiowym w warunkach bez odpływu (φ u , c u ) i z odpływem (φ ’ , c'),
-! K0 - współczynnik parcia spoczynkowego,
-! moduły odkształcenia E0 lub ściśliwości M ,
-! wytrzymałość na ścinanie w warunkach bez odpływu τu.
-! Kz – współczynnik podatności podłoża (hipoteza Winklera : q = kz ·s)
Zaleca się, aby wartości tych parametrów były określane na podstawie wyników badań laboratoryjnych lub sondowań, a nie zależności korelacyjnych (metodą B) lub badań makroskopowych.
Oprócz wyżej wymienionych parametrów jest konieczne określenie współczynnika filtracji i
wodoprzepuszczalność warstw gruntów, gdyż wykonanie głębokich wykopów wymaga na
ogół stosowania odwodnienia.
Określenie poprawnych parametrów wytrzymałościowych gruntów jest trudne. Parametry
przyjmowane do obliczeń parcia i odporu są do pewnego stopnia parametrami
obliczeniowymi i odpowiadają ściśle wielkościom fizycznym otrzymywanym z badań gruntów. Wartości parametrów nie są stałe, zależą od stanu naprężenia w rozpatrywanym
punkcie masywu gruntowego i mają charakter losowy. Zdarza się stosowanie różnych
wartości parametrów tej samej warstwy gruntu w zależności od konkretnej sytuacji obciążenia
(lub odciążenia). Wymaga to dokładnego modelowania stanu naprężenia i odkształcenia pod-
czas badań, z uwzględnieniem historii geologicznej, faz i technologii budowy oraz warunków
eksploatacji wykonywanego obiektu.
Ostatni element rozpoznania geotechnicznego dla potrzeb budowy głębokich wykopów to
nadzór geotechniczny podczas prowadzenia robót. Uzyskane na tym etapie badań informacje
są szczególnie cenne dla projektantów i wykonawców, gdyż dotyczą rzeczywistych
warunków geologiczno-inżynierskich oraz wpływu prowadzonych prac na otaczający grunt i
powierzchnię terenu. Są elementem tzw. metody obserwacyjnej projektowania. Umożliwiają weryfikację przekrojów geotechnicznych wykonanych na podstawie wierceń oraz ocenę prawidłowości interpretacji danych. Dobrze prowadzony nadzór może uchronić wykonawcę przed ewentualnymi awariami i katastrofami. Istotne znaczenie ma rozpoznanie poziomów
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
wód i ciągła obserwacja ich zmian. Badania dodatkowe to na przykład pomiary
inklinometryczne lub geodezyjne przemieszczeń reperów wgłębnych i powierzchniowych.
Przyjmuje się, że koszt studiów geotechnicznych powinien wynosić od 0,5% do 1% kosztów
całej inwestycji. W budownictwie podziemnym nie opłaca się oszczędzać na badaniach
podłoża. Ewentualne oszczędności są pozorne i na ogół powodują wielokrotnie większe
dodatkowe koszty budowy, związane z nieprzewidzianymi sytuacjami - awariami, naprawami
czy katastrofami, grożącymi bezpieczeństwu ludzi i/lub obiektu.
14.. Rodzaje obudów głębokich wykopów
Inwestycje, dla których zachodzi potrzeba wykonania głębokiego wykopu, a przede
wszystkim zlokalizowane w terenie zabudowanym, wymagają podjęcia szczególnych
działań.
Na podstawie przyjętych rozwiązań i warunków gruntowo-wodnych prognozuje się ekstremalne przemieszczenia terenu w strefie objętej wpływami głębokiego wykopu.
Przemieszczenia te porównuje się z dopuszczalnymi, określonymi dla obiektów istniejących
na podstawie rozpoznania rodzaju i stanu ich konstrukcji. W przypadku, gdy istnieje
uzasadniona obawa, że przemieszczenia przekroczą dopuszczalne wartości projektuje się prace wzmacniające. W szczególnych przypadkach, jeśli istnieje taka możliwość, powtórnie
analizuje się konstrukcję obudowy wykopu oraz technologię jego głębienia. Poszukując
rozwiązań dających mniejsze przemieszczenia, zmienia się przyjętą technologię lub schematy.
Na etapie projektu wykonawczego, dla ostatecznie zatwierdzonych rozwiązań technologiczno-konstrukcyjnych, wykonuje się projekt monitoringu. Opracowanie to w
ogólnym zarysie obejmuje rodzaj i zakres wykonywanych pomiarów, ich częstotliwość oraz
wartości alarmowe i graniczne wraz z zasadami postępowania w przypadku ich osiągnięcia.
Główne rodzaje obudów wykopów to:
•!ściana szczelinowa,
•! obudowa berlińska,
•! ścianka z grodzie stalowych,
•! palisada z pali (np. CFA) lub mikropali,
•! ściany z kolumn wykonanych metodą iniekcji strumieniowej,
•! ściany gwoździowane,
•! technologie mieszane, np. ściana szczelinowa i obudowa berlińska, palisady i ściany
gwoździowane, obudowa berlińska i mikropale oraz inne.
Stateczność obudowy głębokiego wykopu wykonanego jedną z tych technologii (z wyjątkiem
ścian gwoździowanych) zapewniają rozpory, kotwy gruntowe lub stropy kondygnacji
podziemnych. Technologie te są stosowane do zabezpieczania pionowych ścian wykopów w
budownictwie ogólnym (podziemia budynków użyteczności publicznej, podziemne garaże
budynków mieszkalnych lub parkingi), komunikacyjnym (tunele kolejowe, samochodowe i
tunele metra wykonywane metodami odkrywkowymi, głębokie wykopy fundamentów
Wybierając rodzaj obudowy i technologię wykonania należy uwzględnić wiele czynników.
Poza terenami zabudowanymi głębokie wykopy realizowane są najczęściej metodą wykopów
szerokoprzestrzennych.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
mostów) i podczas robót instalacyjnych (kolektory wodociągowe, kanalizacyjne,
ciepłownicze).
W budownictwie ogólnym głębokość wykopu wynika z liczby kondygnacji podziemnych
obiektu i najczęściej nie przekracza 18 m (np. w przypadku pięciu kondygnacji podziemnych
garaży). W budownictwie komunikacyjnym głębokość jest związana z przebiegiem trasy
tunelu drogowego, kolejowego lub metra. Ze względu na warunki geotechniczne, technologię budowy, bezpieczeństwo robót i koszty wykonania najczęściej w przypadku tego rodzaju
wykopów ich głębokość wynosi od kilkunastu do 40 m.
W ostatnich latach znacznie rozszerza się obszar wykorzystania ścian szczelinowych z
ekonomicznego punktu widzenia.
Zmniejszenie kosztów umożliwia również wykorzystanie metody kombinowanej, obudowy
berlińskiej i ścianek z grodzic stalowych.
Na placach budów obecnie są często też obudowy palisadowe (także z mikropali), ściany
formowane iniekcją strumieniową oraz kotwie gruntowe do zapewnienia stateczności we
wszystkich fazach budowy.
Kotwie umożliwiają szybsze prowadzenie robót ze względu na wolną przestrzeń oraz
łatwiejsze odwodnienie wykopu.
O kryterium wyboru lub dopuszczalności stosowania określonych obudów stanowi możliwość i wielkość deformacji ścian obudów i oddziaływania na otaczający teren.
Przyjęcie określonego rozwiązania obudowy wykopów w formie wspornikowej lub podpartej
decyduje o charakterze deformacji gruntu za ścianą. Maksymalne osiadania terenu są porównywalne ale znajdują się w innej odległości od
obudowy wykopu. Od kształtu deformacji podłoża zależy oddziaływanie na budynki w
sąsiedztwie, które mogą mieć różną wrażliwość na określoną formę przemieszczeń. Warto
zaznaczyć, że za ścianą, która nie pracuje jako wspornik powstająca niecka osiadań ma dwie
części, wklęsłą znajdującą się bezpośrednio za ścianą i wypukłą znajdującą się w pewnej
odległości rys. 32.
Oszacowanie zakresu oddziaływania wykopu na przemieszczenia sąsiadujących obiektów
obejmują:
•! zasięg oddziaływania wykopu - wyznaczenie stref oddziaływań, •! przemieszczenia pionowe obudowy i terenu przyległego,
•! przemieszczenia poziome obudowy wykopu - wynikające z jej rodzaju,
Rys.32. Schematy odkształceń ścian wspornikowych i podpartych [13].
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! wpływ odkształceń podłoża gruntowego na stan techniczny zabudowy i infrastruktury
sąsiedniej.
Oddzielnym zagadnieniem są przemieszczenia związane z awariami obudów wykopów.
Teoretycznie najkorzystniejsze, z uwagi na charakter pracy statycznej i ograniczenie
przemieszczeń podłoża, jest ukształtowanie rzutu części podziemnej budynku w formie koła.
To rozwiązanie eliminuje konieczność stosowania rozparcia ścian szczelinowych, pozwala na
zmniejszenie ilości zbrojenia, zapewnia szczelność styków ścian oraz jest tańsze od
rozwiązań tradycyjnych obudów wykopów w postaci ścian szczelinowych płaskich.
Rys. 33. Zasięg stref oddziaływania wykopu [13].
W celu oceny oddziaływań wykopu na istniejące budynki należy określić:
•! zasięg strefy oddziaływań wykopu S - obszar gruntu wokół wykopu, w obrębie którego
wykonanie wykopu może powodować wystąpienie pion. i poziomych przemieszczeń podłoża gruntowego;
•! zasięg strefy bezpośrednich oddziaływań wykopu Sl - obszar w bezpośrednim sąsiedztwie
wykopu, w którym w szczególnych przypadkach (np. wskutek niedostatecznej nośności
obudowy, nadmiernego ugięcia obudowy) mogą wystąpić przemieszczenia podłoża
zagrażające nośności budynków. Obszar ten przyjmowany jest jako maksymalna
odległość od obudowy wykopu do najbardziej prawdopodobnej powierzchni poślizgu w
gruncie.
Zasięg strefy oddziaływania wykopu ustala się w zależności od podatności (sztywności)
gruntów zalegających w podłożu oraz od głębokości wykopu H. Podczas określania zasięgu,
należy uwzględnić również inne istotne czynniki, takie jak: rozmiary wykopu w planie,
kształt wykopu, głębokość obniżenia zwierciadła wody gruntowej na czas prowadzenia
robót budowlanych, wykonanie podparcia lub kotew oraz ich zasięg.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.34. Zasięg stref oddziaływania wykopu [13].
Zasięg oddziaływania wykopu oraz wartości przemieszczeń pionowych i poziomych
powierzchni terenu oraz przemieszczeń obudowy wykopu zależą od rodzaju gruntów podłoża,
głębokości zalegania poszczególnych gruntów, wymiarów i kształtu wykopu, rodzaju
zastosowanej obudowy, sposobu jej rozparcia, metody obniżenia zwierciadła wody gruntowej
itp.
Według literatury zasięg oddziaływania wykopu definiuje się zazwyczaj, jako obszar podłoża
wokół wykopu, w którym na skutek prowadzenia robót występują pionowe i poziome
przemieszczenia gruntu. Zasięg ten według różnych badaczy jest zazwyczaj wyrażany jako
wielokrotność głębokości wykopu H, w zależności od rodzaju gruntów lub obudowy wykopu
(tab. 13,14 i 15).
Tab.13. Zasięg oddziaływania wykopu [13].
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Dopuszczalne jest zmniejszenie ww. wartości o ok. 20 % w przypadku braku konieczności
obniżania zwierciadła wody gruntowej.
Odległość oddziaływania może być również ustalana w zależności od kształtu i szerokości
fundamentu wznoszonego budynku, wielkości nacisku w jego podstawie oraz średniej
wartości modułu deformacji w osiadającej warstwie gruntu.
Dodatkowo przy wykonywaniu obliczeń należy uwzględnić możliwe zmiany warunków
hydrogeologicznych, a także fizyko-mechanicznych parametrów gruntów i skał podczas
wykonywania prac budowlanych i eksploatacji obiektu, w tym również z uwzględnieniem
przemarzania, odmarzania, odwodnienia i ew. zanieczyszczenia gruntu ściekami w wyniku
awarii kanalizacji. Przy projektowaniu obiektów podziemnych (które znajdują się w strefie
ryzyka dla zabudowy sąsiedniej), przecinających częściowo lub całkowicie naturalne drogi
filtracji w podłożu gruntowym, a także zmieniających warunki i drogi filtracji wód
podziemnych, należy wykonać obliczenia zmian reżimu hydrogeologicznego terenu budowy.
Obliczenia te należy wykonać na drodze matematycznego modelowania procesów filtracji
metodami numerycznymi. Przy obliczeniach należy określać bezpieczeństwo zabudowy
sąsiedniej.
Bardzo duże znaczenie mają odpowiednio opracowane zależności lokalne.
Statystycznie największe przemieszczenia pionowe powierzchni terenu występują w strefie o
szerokości od 0,5H do 0,75H od krawędzi wykopu, a następnie zanikają w odległości od 2H
do 4H, bądź przy wykonywaniu obniżenia zwierciadła wody gruntowej (przy zastosowaniu
studni depresyjnych usytuowanych poza obrysem wykopu) od 3H do 4H licząc od krawędzi
wykopu. W przypadku odwodnienia należy przewidzieć dodatkowe zwiększenie zasięgu
monitoringu przemieszczeń. W przypadku terenów zurbanizowanych, gdzie nie ma
zastosowania pojęcie naturalnego poziomu wód gruntowych - analiza oddziaływań filtracyjnych jest bardzo trudna z powodu nakładania się oddziaływań różnych zjawisk,
występujących w różnych fazach inwestycji. Zwierciadło wód podziemnych mogło być przecież wielokrotnie obniżane w wyniku realizacji wcześniejszych obiektów. Podsypki z
gruntów niespoistych, stosowane np. pod rurociągami, działają jak drenaże. Krótko lub
długotrwały wpływ mogą wywierać również: nieszczelna kanalizacja, awarie sieci
wodociągowych i ciepłowniczych.
Przemieszczenia pionowe powierzchni terenu w bezpośrednim sąsiedztwie wykopów można
przyjmować zgodnie z tabelą 14:
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Tab.14. Zestawienie wartości przemieszczeń pionowych [13].
Przemieszczenia pionowe terenu w strefie przylegającej do wznoszonego budynku są wynikiem superpozycji przemieszczeń z poszczególnych etapów robót, obejmujących:
wykonanie obudowy, głębienie wykopu i podpieranie jego obudowy, realizację części
podziemnej budynku, a następnie całej konstrukcji oraz warunków jej użytkowania.
Proces rozwoju przemieszczeń pionowych podłoża gruntowego nie kończy się w
momencie zakończenia wykonywania wykopu. W tym momencie można stwierdzić koniec
sprężystego odprężenia gruntu. Następujące dalej wypiętrzenia są rezultatem dysypacji
nadwyżek ciśnienia ssania wody w porach. Mogą również wynikać z pęcznienia spoistego
gruntu podłoża. W podłożach niespoistych osiadania praktycznie kończą się bezpośrednio po
zakończeniu budowy. Inaczej jest w gruntach spoistych. Proces ten trwa nawet do kilku lat po
zakończeniu budowy.
W normie PN-81/ B-03020 podane są dopuszczalne wartości umownych przemieszczeń i
odkształceń zachodzących w fazie eksploatacji obiektów budowlanych przy założeniu
zakończenia odkształceń: dla warstw gruntów niespoistych i spoistych w stanie półzwartym
(IL < 0,00) - 100%,
•! dla warstw gruntów spoistych w stanie gorszym niż półzwartym (IL > 0,00) - 50%.
•! dla warstw gruntów organicznych - 25% osiadania całkowitego.
Możliwe przemieszczenia poziome ścian obudowy wykopu zestawiono w tabl.15.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Tab. 15. Wartości przemieszczeń poziomych obudów [13].
14.1. Ściany szczelinowe
Są to konstrukcje formowane w gruncie w szczelinie zabezpieczonej zawiesiną odzyskiwaną lub tężejącą i formowane z betonu zbrojonego lub wykonane z prefabrykatów
osadzonych w szczelinach.
Ściany szczelinowe są obecnie w Polsce najczęściej stosowanymi obudowami głębokich
wykopów z uwagi na sztywność oraz możliwość ich wykorzystania w konstrukcjach zarówno
ścian tunelu, podziemi budynków, jak i fundamentów. W budownictwie ogólnym najczęściej
wykonuje się je do głębokości kilkunastu metrów (od 12 m do 18 m w przypadku od dwóch
do czterech kondygnacji podziemnych), w budownictwie komunikacyjnym do głębokości do
25 m.
Grubości ścian to: 60, 80 i 100 cm, co wynika z jednej strony z obliczeń statycznych, a z
drugiej z szerokości łyżek chwytaków, którymi dysponują firmy wykonawcze.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys. 35. Schemat sekcji ściany szczelnej [19].
Rys.36. Przykłady stosowanych prefabrykatów w ścianach szczelinowych [7],
Głębienie szczeliny odbywa się najczęściej w osłonie z zawiesiny iłowej, której
właściwości określa się każdorazowo w projekcie, uwzględniając warunki gruntowe i wodne.
Głębienie prowadzi się sekcjami. Ich długość i odstęp pomiędzy wykonywanymi sekcjami
oraz kolejność realizacji zależą od warunków gruntowych, rodzajów ściany i rodzaju
stosowanego narzędzia, a także od sytuacji na naziomie ściany. Najczęściej wykonuje się sekcje o długości około 6 m.
Po zakończeniu głębienia do wymaganej w projekcie rzędnej do szczeliny wprowadza się elementy rozdzielcze formujące styki sekcji oraz szkielety zbrojeniowe. Jako elementy
rozdzielcze stosuje się stalowe rury lub kształtowniki, w których można zainstalować gumowe uszczelki.
Po usunięciu elementów rozdzielczych uzyskuje się gotową sekcję ściany szczelinowej.
Ponieważ poszczególne szkielety zbrojeniowe sekcji nie współpracują ze sobą, często po
skuciu górnej warstwy betonu wykonuje się wieniec, aby zapobiec klawiszowaniu ściany.
W przypadku wykonywania ściany szczelinowej w bezpośrednim sąsiedztwie fundamentów
budynku należy ograniczyć długość 1 sekcji do długości tzw. jednego zabioru łyżki chwytaka
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
(od 2,7 m do 2,9 m) i tak ułożyć harmonogram głębienia, aby sekcje wykonywane w
niewielkim odstępie czasu nie stykały się ze sobą. Jest to podyktowane koniecznością ograniczenia negatywnego oddziaływania tej fazy wykonania wykopu na otoczenie.
Dotychczasowe obserwacje dowiodły, że największe osiadania budynków sąsiadujących z
wykopem powstają w fazie głębienia szczeliny i betonowania ściany.
Obudowa wykopu ze ścian szczelinowych daje wiele korzyści. Można zmniejszyć zakres
odwadniania wykopu, a sztywna konstrukcja ścian rozparta stropami kondygnacji
podziemnych ogranicza poziome przemieszczenia obudowy i wpływ wykopu na obiekty
sąsiednie. W niektórych warunkach geotechnicznych wykonuje się ściany znacznie głębsze
niż to wynika z obliczeń statycznych, sięgające do warstw gruntu nieprzepuszczalnego lub
nośnego. W ten sposób odcina się wykop od wody i zmniejsza zakres odwodnienia tylko do
podłoża znajdującego się wewnątrz wykopu. Z punktu widzenia przepisów i wymagań formalnych ma to duże znaczenie, gdyż jeśli zasięg leja depresji nie wykracza poza granice
działki, nie trzeba uzyskiwać pozwolenia wodnoprawnego i w konsekwencji oszczędza się czas i koszty związane z opracowaniem operatu.
Rys.37. Zastosowanie ścian szczelinowych w konstrukcjach oporowych [7].
14.2. Obudowa berlińska [18]
Obudowa berlińska składa się z pionowych słupów oraz poziomych elementów opinki.
Słupy wykonane są najczęściej z kształtowników stalowych (dwuteowników lub ceowników).
Rzadko stosowane są inne rozwiązania, jak np. pale żelbetowe. Słupy osadza się w gruncie
metodą wbijania lub umieszczając je w wywierconym otworze wypełnionym betonem albo
zawiesiną twardniejącą. Ze względu na konieczność usunięcia związanego materiału po
odsłonięciu kształtownika, wypełnienie betonem stosuje się tylko poniżej poziomu
planowanego wykopu. Opinkę montuje się między słupami, w kilku etapach, w miarę pogłębiania wykopu i odsłaniania kolejnych warstw gruntu. Odsłonięty grunt powinien mieć możliwość zachowania chwilowej stateczności do czasu zamontowania opinki. Bardzo trudno
jest wykonać taka obudowę w gruntach łatwo się osypujących, np. w piaskach. Najczęściej
jako opinki używa się krawędziaków drewnianych. Możliwe jest również użycie elementów
stalowych lub żelbetowych. Pomimo zachowania odpowiedniej staranności niemożliwe jest
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
dokładne dopasowanie montowanej opinki do odsłoniętego gruntu. Dlatego w tego rodzaju
obudowie nieuniknione są przemieszczenia gruntu za obudową. W związku z tym
niewskazane jest wykonywanie obudowy berlińskiej w bezpośrednim sąsiedztwie istniejących
obiektów.
Lepsze przyleganie do gruntu zapewnia opinka z torkretu, ale w Polsce nie jest często
stosowana. Obudowę berlińską stosuje się zwykle powyżej poziomu wody gruntowej. Za
względu na nieszczelność obudowy możliwe są wycieki wody z gruntu do wykopu, ale w
takiej sytuacji należy zadbać, aby wypływająca woda nie wypłukiwała do wykopu gruntu zza
obudowy. Możliwość swobodnego wypływu wody do wykopu zabezpiecza przed
spiętrzeniem poziomu wody wynikającym ze zbudowania w gruncie szczelnej przegrody. W
przypadku niewielkich głębokości (3-4 m) ściana może pracować wspornikowo. Przy
głębszych wykopach stateczność ściany zapewniają kotwy gruntowe lub rozpory stalowe. W
przypadku kotwienia obudowy można wykonać dodatkowy wieniec przenoszący parcie
poziome obudowy na kotwy. Jest to jednak element zabierający cenną przestrzeń wewnątrz
wykopu. Dlatego najczęściej kotwi się pojedyncze słupy. Najczęściej jednak obudowa
berlińska jest konstrukcją traconą. Wynika to z trudności wyciągnięcia słupów kotwionych
lub ze szczupłości miejsca na demontaż opinki.
Fazy wykonywania obudowy berlińskiej:
a)! zagłębienie kształtownika,
b)! częściowy wykop z odsłonięciem kształtownika i skarpy,
c)! wykonanie opinki na odsłoniętej części,
d)! kolejne fazy wykopu z uzupełnianiem opinki, wykop do pełnej głębokości,
e)! wykonanie opinki do pełnej głębokości wykopu,
f)! wykonanie konstrukcji docelowej w wykopie,
g)! zasypanie przestrzeni, najczęściej z pozostawieniem opinki.
Zalety obudowy berlińskiej:
•! relatywnie nieduży koszt (mniejszy niż ściany szczelinowej),
•! akceptowalny koszt również przy małym zakresie robót,
•! łatwość kształtowania obudowy w planie,
•! możliwość zastosowania jako tymczasowe przedłużenie ściany szczelinowej.
Do wad obudowy berlińskiej można zaliczyć: •! niemożność wykonania w bezpośrednim sąsiedztwie istniejących budowli, ze
względu na większe niż w ścianach szczelinowych odkształcenia przyległego terenu,
•! nieprzydatność w gruntach poniżej poziomu wody lub łatwo osypujących się gruntów
(np. piaski ),
•! konieczność wykonania oddzielnej ściany docelowej,
•! mała nośność pionowa.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys. 38. Schematy ścianek berlińskich [19].
14.3. Ścianka z grodzic stalowych
Ścianka szczelna jest obudową tymczasową lub stałą z grodzic stalowych stosowana
najczęściej do obudowy wykopu w gruntach nawodnionych, zwłaszcza niespoistych.
Grodzica jest elementem budowlanym o kształcie łączącym zalety dużej nośności na
obciążenia poziome od parcia gruntu z łatwym jej pogrążaniem, wyrywaniem i małą masą jednostkową. W ten sposób ukształtowany element nie ma dużej nośności pionowej w
gruncie.
Dozwolone jest wbijanie, wwibrowywanie oraz statyczne wciskanie grodzic
gorącowalcowanych i formowanych na zimno (naroża tych ostatnich nie są pogrubione).
Ścianki szczelne pełnią szereg funkcji i mogą: a)!podtrzymywać ściany wykopów lub uskoków terenu,
b)!eliminować lub zmniejszać dopływ wody do wykopu i zabezpieczać przed takimi
zjawiskami jak: sufozja, kurzawka - rozmycie dna wykopu, (zastosowanie ścianki
szczelnej powoduje przecięcie drogi filtracji lub jej wydłużenie i zmniejszenie średniej
wartości spadku hydraulicznego a tym samym prędkości filtracji i ciśnienia spływowego),
c)! zwiększać szczelność podłoża pod podstawą fundamentu we wszelkiego rodzaju
budowlach piętrzących wodę, d)!umacniać nabrzeża w budownictwie hydrotechnicznym,
e)!w posadowieniach bezpośrednich na gruntach nawodnionych, szczególnie w przypadkach
piasków drobnych i ruchomych wodach gruntowych, mogą wygrodzić podłoże
fundamentów budowli i chronić je przed wypłukiwaniem najdrobniejszych cząstek gruntu.
Ścianki szczelne mogą być wykonane z elementów stalowych, drewnianych lub
żelbetowych.
Głębokość wbicia ścianki szczelnej zależy od następujących czynników:
-! głębokości wykopu lub uskoku terenu,
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
-! rodzaju podłoża poniżej dna wykopu (w gruntach kamienistych lub zawierających duże
kamienie, kłody drewna itp. przeszkody stosuje się mniejsze głębokości wbicia),
-! warunków gruntowo-wodnych (głębokość wbicia może wynikać z konieczności
zagłębienia ścianki w gruntach nieprzepuszczalnych aby uniemożliwić przepływ wody
gruntowej pod ścianką), -! wielkości obciążeń przekazywanych na ściankę szczelną wynikających z parcia gruntu i
wody, obciążenia naziomu, obciążenia podłoża w sąsiedztwie ścianki fundamentami
istniejących budowli.
W praktyce, w oparciu o dokładną analizę wielu czynników stosuje się następujące
rozwiązania:
-! ścianki szczelne niepodparte, utwierdzone w gruncie (ich stateczność zapewnia
odpowiednio duża głębokość wbicia poniżej dna wykopu),
-! ścianki szczelne podparte, jedno- lub wielokrotnie.
Głębokość wbicia ścianek podpartych może być zróżnicowana, zazwyczaj rozpatruje się dwa
przypadki:
-! wbicie na minimalną głębokość wynikającą z warunku stateczności - zapewniającą tzw.
„przegubowe podparcie w gruncie",
-! wbicie na głębokość zapewniającą jej „utwierdzenie w gruncie".
Głębokość wbicia ścianki ma istotny wpływ na wyniki obliczeń statycznych. Ścianki głębiej
wbite są zginane mniejszymi momentami, mniejsze są też reakcje w miejscach podparć (rozpór, zakotwień). Podparcia ścianek realizuje się zazwyczaj poprzez:
-! rozpory (możliwe w wykopach wąskich),
-! kotwy gruntowe,
-! ściągi, (cięgna), przenoszące obciążenia ze ścianki na elementy kotwiące takie jak: płyty i
bloki kotwiące, ścianki kotwiące, palowe układy kozłowe.
Przy jednokrotnym podparciu, poziom podpory przyjmuje się na głębokości nie większej niż 1/3 wysokości ściany. Rozstaw rozpór, kotew lub ściągów wynika zazwyczaj z
wielokrotności szerokości elementu ścianki i sztywności elementu podpierającego ściankę w
poziomie kotwienia. Zazwyczaj rozstaw elementów kotwiących nie przekracza 3 m.
W projektowaniu ścianek szczelnych obliczenia statyczne wykonuje się stosując metody
analityczne i analityczno-wykreślne. Spośród analitycznych metod najczęściej stosowana jest
metoda Bluma i Jenne, zaś analityczno-graficznych metoda Bluma. Parcie i odpór gruntu
przyjmuje się w tych metodach wg klasycznej metody Coulomba, pomija się, na korzyść bezpieczeństwa, tarcie gruntu o ściankę szczelną.
Tok postępowania podczas projektowania ścianki szczelnej jest następujący:
a)!obliczenie czynnego oraz biernego parcia gruntu na ściankę oraz parcia wody,
b)!wyznaczenie głębokości wbicia ścianki (przy założonym schemacie statycznym),
c)!wyznaczenie momentów zginających i sił w elementach podpierających (rozporach,
kotwach, ściągach),
d)!wymiarowanie elementów ścianki szczelnej i kotew,
e)!obliczenia zakotwienia.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Wszystkie obliczenia wykonuje się przy założeniu płaskiego stanu odkształcenia, na 1 m długości ścianki szczelnej.
W celu zwiększenia sztywności obudowy stosuje się technologie mieszane. Polegają one na
pogrążaniu brusów w wykopie szczelinowym wypełnionym np. zawiesiną iłowo-cementową tworząc układ swoistej synergii. Jest to wtedy konstrukcja zespolona z dwóch lub trzech
materiałów o bardzo różnych właściwościach.
Wzmocnienie obudowy ze ścianki szczelnej uzyskuje się stosując kotwy gruntowe lub
rozpory stalowe.
W obliczeniach parć i odporów gruntu stosuje się zasady ogólne wynikające z założeń teorii
Coulomba.
Jednostkowe parcia czynne i bierne oblicza się wg wzorów:
parcia czynne:
ea(z) = q ·K a + γ · z ·K a - 2 · c Z �©
p a r c i a b i e r n e :
ep(z) = q ·K p + γ · z ·K p + 2 · c Z �ª
gdzie:
z – głębokość poniżej naziomu [m],
γ – ciężar objętościowy gruntu [kN/m3] (dla gruntu poniżej zwierciadła wody gruntowej
γ’),
c – spójność gruntu.
ϕ = kąt tarcia wewnętrznego gruntu [
o]
Do wyznaczonych ea i ep dodaje się (w tym przypadku algebraicznie) wartości
hydrostatycznych parć wody.
W obliczeniach statycznych stosuje się charakterystyczne obciążenia i charakterystyczne
wartości parametrów geotechnicznych gruntu.
Dla podłoża uwarstwionego parcia i odpory gruntu w kolejnych warstwach oblicza się zastępując wszystkie wyżej leżące warstwy gruntu zastępczym obciążeniem qz. W obrębie
warstwy głębokość „z" wyznacza się od stropu danej warstwy.
Jeśli w rozpatrywanej warstwie występuje woda gruntowa o zwierciadle napiętym
obciążenie qz w stropie tej warstwy należy obliczać z uwzględnieniem parć hydrostatycznych
na spąg wyżej leżącej warstwy nieprzepuszczalnej (Rys. 39).
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys.39. Schematy do obliczania parć hydrostatycznych i qz [17].
Projektując ściankę szczelną, w przypadku odpompowywania napływającej do wykopu
wody z jego wnętrza musimy sprawdzić wartość ciśnienia spływowego oraz czy nie nastąpi
zjawisko „przebicia hydraulicznego". Zjawisko to powstaje w wyniku unoszenia najpierw
najdrobniejszych, potem coraz grubszych cząstek gruntu przez przepływającą wodę w
kierunku wykopu.
Rys.40. Schematy do obliczeń ciśnienia spływowego [17].
Przy intensywnym przepływie wody, w wyniku pokonania przez siły ciśnienia
spływowego ciężaru gruntu γ’ następuje zjawisko zwane „kurzawką". Aby to zjawisko nie
zaistniało powinien być spełniony warunek głębokości wbicia ścianki „t" :
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Nq – współczynnik nośności
r =,«
<¬
Rys. 41. Schemat do sprawdzenia min. głębokości wbicia ścianki [17].
Rys.42. Minimalne wymagane zagłębienie (hd) ścianki w podłożu z gruntu przepuszczalnego
(na rysunku nie pokazano rozparć ścianki). [7]
Jeżeli w trakcie obliczeń, potrzebny wskaźnik wytrzymałości ścianki Wx na 1 mb
przekroczy wartości zestawione w tablicach dla typowych profili, należy przeanalizować powtórnie z założeniem palościanki. Potrzebne elementy ścianki w formie zamkniętych
przestrzeni mogą przybierać rożne kształty:
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Tego typu formy podlegają ścisłym obliczeniom i wyznaczeniu okresów powtarzania „b”.
Dla zwiększenia sztywności, wnętrza mogą być wypełnione betonem wraz ze zbrojeniem.
Zakotwienie ścianki realizowane jest przez cięgna, kotwy, bloki betonowe, żelbetowe i
stalowe.
Rys. 43. Graficzne wyznaczenie położenia bloków lub płyt kotwiących w gruncie sypkim [7]
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Minimalne odległości płyt kotwiących:
- ścianka szczelna przegubowo podparta - ścianka sztywno utwierdzona w gruncie
w gruncie
Rys. 44. Wyznaczanie min. odległości płyt kotwiących od ścianki sztywno utwierdzonej w gruncie [17]
Pracochłonne obliczenia ścianek szczelnych metodami:
•! graficzno-analityczna Bluma jednokrotnie kotwionej,
•! analityczną Bluma,
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! graficzno-analityczną podwójnie zakotwionej w gruncie
zastępowane są obecnie odpowiednimi programami inżynierskimi.
14.4. Palisady
Palisady z pali wierconych wykonuje się w gruncie z wzajemnie stykających się lub
zachodzących na siebie pali. Zbrojenie może być w każdym lub np. co drugim elemencie.
Stosowane średnice 0,6 – 1,0 m przy długościach do 20 m.
Rys. 45. Schemat palisad stykających się i wzajemnie wciętych [19].
Do zalet tego systemu należą: •! szybkość i niski koszt wykonania tymczasowej obudowy wykopu,
•! stosunkowo duża sztywność, co pozwala na wykonywanie obudowy w sąsiedztwie
istniejących budynków wrażliwych na nierównomierne osiadanie,
•! brak drgań podczas wykonywania pali i „czysty" plac budowy,
•! możliwość stosowania w różnorodnych warunkach geotechnicznych,
•! przy świdrze ciągłym nie występuje rozluźnienie gruntu.
Oprócz klasycznych palisad stosuje się również systemy mieszane, np.
niezbrojona ściana szczelinowa i zbrojone pale (np. CFA). Rozstaw pali jest taki, aby
wykorzystać zjawisko przesklepienia w przęsłach ściany szczelinowej między palami i w ten
sposób uzyskać odpowiednią sztywność obudowy.
Do wad tej technologii należą: •! brak szczelności wynikający z wadliwego wykonania i konieczność zastosowania
wgłębnego odwodnienia,
•! konieczność ponoszenia dodatkowych kosztów dla wykończenia powierzchni ściany w
częściach pod- i naziemnych.
Znane są przykłady konstrukcji oporowych wykonanych z palisady w technologii DSM i pali
CFA.
Stateczność tego typu konstrukcji zapewniają z reguły jeden lub dwa rzędy gwoździ
gruntowych o długości średnio 8 m i nośności min. 80 kN każdy.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Do współpracy z gwoździami konieczne są rzędy oczepów. Przy braku wody gruntowej i
zalegających w ścianie gruntów piaszczystych o ID > 0,6 palisadę można wykonać z
mikropali (Ø 210 cm) zbrojonych kształtownikami IPE 140 lub 180. Całość w koronie
zamyka się oczepem.
14.5. Pale CFA
Pale CFA (ang. Continuous Flight Auger) znane Polsce pod nazwą pale FSC (Formowane
Świdrem Ciągłym) to pale wiercone, wykonywane przy pomocy świdra ciągłego osadzonego
na rurowym rdzeniu.
Wykonanie pali CFA polega na pogrążaniu świdra ruchem obrotowym na żądaną głębokość. Po jej osiągnięciu do świdra wpompowuje się mieszankę betonową, która działając pod
ciśnieniem wypycha ostrze tracone szczelnie zamykające rdzeń świdra. Podczas podnoszenia
świdra beton pod ciśnieniem dokładnie wypełnia trzon pala CFA, dzięki czemu uzyskujemy
bardzo dobry kontakt pala CFA z gruntem na pobocznicy.
Po zakończeniu betonowania do świeżej mieszanki wprowadza się zbrojenie wykonane
wcześniej w zakładzie prefabrykacji, zgodnie z projektem. Dzięki zastosowaniu rdzenia
rurowego o dużej średnicy możliwe jest również wprowadzenie kosza zbrojeniowego przed
podaniem betonu co ułatwia zbrojenia pali CFA o znacznej długości.
Pale CFA stosowane są najczęściej w gruntach spoistych twardoplastycznych i niespoistych o
wysokim stopniu zagęszczenia. Technologia jest stosunkowo tania w wykonaniu w stosunku
do uzyskiwanej nośności pala. Bezwibracyjne wykonanie pozwala zastosować pale CFA w
pobliżu istniejących budynków.
Parametry techniczne pali CFA:
-!średnice: Ø 300, Ø 400, Ø 500, Ø 600 mm
-!długość maksymalna: 30 m
-!nośność: do 2000 kN (w zależności od warunków gruntowych)
Rys.46. Etapy formowania pali CFA.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
14.6. Ściana z kolumn wykonanych metodą iniekcji strumieniowej
Iniekcja strumieniowa (jet grouting) jest techniką polegającą na upłynnianiu gruntu
strumieniem cieczy o ciśnieniu 30-70 MPa i mieszaniu tego gruntu z zaczynem cementowym.
Rozróżnia się iniekcję pojedynczą, podwójną i potrójną. Żerdź z dyszami jest zagłębiana w
gruncie do żądanej głębokości, a następnie ruchem obrotowym skokowo wyciągana z
jednoczesną iniekcją. Średnica uzyskiwanej w ten sposób kolumny zależy od sposobu
upłynniania, uziarnienia gruntu oraz szybkości unoszenia żerdzi i waha się od 60-70 cm do
kilku nawet metrów. Kolumna taka może osiągać wytrzymałości od kilku do kilkunastu
megapaskali (w wyjątkowych przypadkach, np. w gruntach gruboziarnistych, takich jak
pospółki do 30 MPa). Z wzajemnie przyległych kolumn jest formowana ściana tworząca
obudowę wykopu. Stateczność jej można zapewnić montując na oczepach rozpory stalowe
lub kotwy gruntowe.
Rys.47. Ściany oporowe i grodze wykonane w gruncie nawodnionym metodą iniekcji strumieniowej [7].
Rys. 48. Etapy realizacji iniekcji strumieniowej [7].
14.7. Ściana gwoździowana
Gwoździowanie skarpy lub ściany wykopu polega na zbrojeniu gruntu gwoździami
gruntowymi o długościach od 4 – 8 , średnicach 16 – 36 mm i uciągach roboczych od kilku do
300 kN. Rozstawy: 0,8 x 0,8 do 1,5 x 1,5 m.
W szybko rozwijającej się obecnie dziedzinie budownictwa podziemnego i inżynieryjnego
iniekcyjne kotwy gruntowe znajdują szerokie zastosowanie przy zabezpieczaniu ścian
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
głębokich wykopów, dając dużą swobodę wykonywania robót budowlanych w porównaniu z
innymi sposobami rozparcia (rozpory, metoda podstropowa, przypory ziemne ).
Kotwy można stosować również przy wykonywaniu konstrukcji zapewniających stateczność nasypów, skarp i zboczy konstrukcji poddanych siłom wyporu wody gruntowej, stabilizacji
fundamentów, oraz jako konstrukcje kotwiące odciągi wysokich budowli ( wieże i maszty ).
Ograniczenia w stosowaniu kotwi mogą stanowić:
•! niekorzystne warunki gruntowe uniemożliwiające prawidłowe uformowanie buławy i
zapewnienie jej odpowiedniej nośności zewnętrznej,
•! wysoki poziom wód gruntowych uniemożliwiający prawidłowe wykonanie otworu
wiertniczego,
•! przeszkody podziemne w postaci infrastruktury podziemnej, fundamenty sąsiednich
obiektów,
•! brak zgody właściciela terenu na wykonanie kotwi w przypadku ich wykonania w obszarze
wykraczającym poza granice działki inwestora.
Iniekcyjna kotwa gruntowa jest konstrukcją pracującą w gruncie i jej zadaniem jest
przeniesienie obciążeń z budowanej konstrukcji oporowej na grunt. Niezależnie od typu
kotwi, jej rodzaju i technologii wykonania głównymi elementami kotwy są, buława, cięgno z
częścią swobodną oraz głowica.
Rys. 49. Kotwy gruntowe iniekcyjne – wstępnie naprężone i bierne [7]
Ze względu na różnorodny charakter konstrukcji stosowanych kotew, sposobu ich
wykonania, przeznaczenie, okres eksploatacji trudno jest o konsekwentną klasyfikację i
systematykę. Dla pewnego zobrazowania kotwy można podzielić ze względu na kryteria
przedstawione poniżej:
• Czas eksploatacji:
-! kotwy tymczasowe, czas eksploatacji, typowo 2 lata,
-! kotwy stałe (trwałe) o wieloletnim okresie eksploatacji, które stanowią trwały
element konstrukcji kotwionej.
• Rodzaj gruntu w strefie buław:
-! grunty nieskaliste (iły, gliny, piaski, żwiry itd.),
-! grunty skaliste.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
• Rodzaj konstrukcji:
-! materiał cięgna (sploty linowe, prętowe),
-! rodzaj pracy buławy (buława rozciągana lub ściskana),
-! kształt buławy (poszerzenie przez iniekcję lub mechaniczne poszerzenie otworu
wiertniczego),
-! sposób wykonania iniekcji (iniekcja pojedyncza lub wielokrotna).
• Sposób wykonania otworu wiertniczego:
-! na sucho świdrem ślimakowym,
-! z płuczką, świdrami bez rurowania otworu wiertniczego,
-! z płuczką, koronkami z rurowaniem otworu wiertniczego,
-! systemem dwuprzewodowym (z przedmuchem powietrza lub z płuczką).
Kotwy iniekcyjne stanowią odpowiedzialną część konstrukcji oporowej, od jej
prawidłowego zaprojektowania zależy bezpieczeństwo całej konstrukcji zarówno w
przypadku kotew tymczasowych, które demontujemy w odpowiedniej fazie robót jak i kotew
stałych, które są stałym elementem konstrukcji oporowej. Dla wykonania projektu kotwienia
obudowy głębokiego wykopu (ściany szczelinowej, ścianki berlińskiej itp.) należy
przeanalizować następujące dane:
1.!Zebrać dane wyjściowe obejmujące podkłady konstrukcyjno-budowlane z obciążeniami
działającymi na konstrukcję kotwioną, dokumentację geologiczno-inżynierską określającą warunki gruntowe i wodne, w jakich wykonywane będą kotwy.
2.!Dokonać analizy możliwości i celowości zastosowania kotew iniekcyjnych.
3.!Ustalić schematy statyczne określające poziomy kotwienia oraz obliczenie wielkości sił (reakcji) oddziaływania na kotwy we wszystkich fazach wykonywania wykopu.
4.!Ustalić rodzaj konstrukcji zastosowanych kotew oraz ich dane geometryczne, kąt pochylenia, długość swobodną cięgna i buławy.
5.!Obliczyć nośność kotew przy określonych warunkach gruntowych.
6.!Sprawdzić stateczność układu konstrukcja - kotwy - grunt (np. wg Kranza i stateczności
ogólnej np. wg Bishopa).
7.!Zaprojektować konstrukcję kotwy (cięgno, głowica, buława).
8.!Określić zakres badań kotew (badania podstawowe, przydatności, końcowe geodezyjne).
9.!Dokonać ewentualnych korekt w projekcie wykonawczym po analizie wyników badań kotew.
Ze względu na zastosowanie kotew gruntowych rozpoznanie geotechniczne powinno
obejmować swoim zasięgiem nie tylko rejon posadowienia obiektu, ale również strefę gdzie
wykonywane będą buławy kotew. W przypadkach złożonych warunków gruntowych
wskazane jest wykonanie kotew próbnych, wykonanie badań przydatności kotew i na tej
podstawie wykonanie właściwego projektu wykonawczego kotwienia.
Dla typowych przypadków dokumentacja geotechniczna powinna określać takie parametry
gruntu jak: rodzaj gruntu, ciężar właściwy, ciężar objętościowy, kąt tarcia wewnętrznego,
spójność, stopień plastyczności lub stopień zagęszczenia, moduły odkształcenia,
wytrzymałość na ścinanie.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Dodatkowo należy rozpoznać czy grunt nie jest podatny na zmianę parametrów pod wpływem
wibracji lub działających sił dynamicznych, lub pęcznienie pod wpływem zawilgocenia.
Bardzo istotnym zagadnieniem jest rozpoznanie wahań poziomu wód gruntowych i
możliwości uzyskania depresji w trakcie robót budowlanych. Na podstawie dokumentacji
należy ocenić czy istnieje możliwość wymywania gruntu, powstawania zjawisk
kurzawkowych, pęcznienia gruntu oraz przemarzania gruntu za ścianą oporową itp.
Gwoździowanie nie ma zastosowania w przypadku wykopów położonych w pobliżu
istniejącej zabudowy oraz uzbrojenia podziemnego.
Należy zauważyć, iż gwoździ nie usuwa się po zakończeniu budowy, a to może utrudnić inwestycje planowane w przyszłości.
Gwoździowanie jest efektywne w gruntach niespoistych o średnim i dużym zagęszczeniu,
charakteryzujących się dużym tarciem wewnętrznym. Z takimi gruntami zawiesina
cementowa skutecznie zespala cięgna, przez co mają one duże uciągi i występują tylko
nieznaczne deformacje pełzania masywu gruntowego wzmocnionego gwoździami. Natomiast
gwoździowanie gruntów luźnych jest nieefektywne, uciągi gwoździ są małe, występują duże
deformacje wzmocnionego nimi gruntu i jest konieczne stosowanie gwoździ o dużych
długościach. W takich warunkach gruntowych w zasadzie zawsze lepsze są kotwy wstępnie
naprężone.
W przypadku niewielkich wysokości, skarpy mogą być bliskie pionu, przeważnie pochylenia
dochodzą do 75o. Skarpy często są pokrywane różnego rodzaju matami przeciwerozyjnymi,
siatkami stalowymi z torkretowaniem lub systemami geokomórek z wypełnieniem ziarnistym
lub betonowym.
15.. Posadawianie instalacji
Specyficzną formą robót ziemnych jest wykonywanie wykopów wąskoprzestrzennych dla
wszelkiego rodzaju instalacji i urządzeń podziemnych. Wykopy wąskoprzestrzenne możemy
wykonywać o ścianach pionowych do głębokości 1,5 m i szerokości do 0,6 m lub ze
skarpami, jeśli jest na nie wystarczająca ilość miejsca, a także o ścianach pionowych zabez-
pieczonych różnego rodzaju deskowaniami. Umocnienia te, w zależności od warunków, w
jakich mają pracować, dzielimy na: deskowania pełne, ażurowe, ścianki szczelne, ścianki
zakładane.
Rodzaj deskowania przy wykonywaniu wykopów wąskoprzestrzennych zależy od stanu
gruntu i głębokości wykopu.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rys. 50. Przykłady rozparcia wąskich wykopów [15].
Zabezpieczanie ścian stosuje się również do wykopów szerokoprzestrzennych w następują-cych przypadkach:
•! gdy grunt jest mało spoisty i skarpy zajęłyby dużo miejsca,
•! wykonanie skarp nie jest możliwe,
•! należy obniżyć poziom wody gruntowej i zachodzi konieczność prowadzenia prac w
ściankach szczelnych.
Wykopy powinno się zasypywać niezwłocznie po zakończeniu prac budowlanych, aby nie
narażać wykonanych konstrukcji lub instalacji na działanie wpływów atmosferycznych,
szczególnie w okresie jesienno-zimowym. Wykopy należy zasypywać warstwami grubości 20
cm starannie je zagęszczając. W przypadku wykonywania tych prac w okresie zimowym
należy uważać, aby ilość zmarzniętych brył w zasypce nie przekraczała 15% jej objętości. Do
zasypywania wykopów wewnątrz budynków nie wolno używać zmarzniętego gruntu. Do
zasypywania wykopów nie wolno używać gruntów zawierających zanieczyszczenia i skła-
dniki organiczne mogące spowodować procesy gnilne.
Rys.51. Posadowienie rurociągów na znacznych głębokościach przy zaleganiu w podłożu
warstw słabych [12].
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
16..Monitoring i obserwacje
Obudowy ścian wykopu, pełniące rolę zarówno zabezpieczenia jak i konstrukcji części
podziemnej obiektu, stanowią odpowiedzialne elementy, których awaria lub nadmierne
przemieszczenia mogą spowodować zagrożenie bezpieczeństwa ludzi i obiektów
znajdujących się w ich sąsiedztwie. Projektując konstrukcję zabezpieczenia, oprócz określenia
sił wewnętrznych oraz zwymiarowania w oparciu o nie elementów konstrukcyjnych,
wyznacza się jej przemieszczenia.
Wykonane obliczenia bazują na wielu uproszczeniach. Obarczone są, więc niezamierzonym
błędem, o trudnej do określenia wielkości.
W oparciu o prognozowane wartości przemieszczeń obudowy wykopu określa się osiadania terenu, które stanowią podstawę oceny wpływu prowadzonych prac na sąsiednie
obiekty.
Cały powyższy tok bazuje na wielu uproszczeniach, które swoje źródło mają między innymi
w rozpoznaniu i przyjęciu warunków gruntowo-wodnych, ocenie stanu konstrukcji
istniejących, metodach obliczeniowych oraz rzeczywistym przebiegu robót.
Mając świadomość powyższego, należy na etapie wykonawczym prowadzić pomiary i
obserwacje wykonywane zazwyczaj w formie monitoringu. Terminy „pomiary" i
„monitoring", na chwilę obecną, są bardzo często mylone, przez co błędnie funkcjonują zamiennie. Ogólnie rzecz ujmując różnica pomiędzy pomiarami, a monitoringiem polega na
zakresie i częstotliwości działań. W skład każdego systemu monitoringu wchodzić muszą zarówno pomiary i obserwacje, określenie rodzaju zagrożenia (wartości ostrzegawczych i
granicznych wyników pomiaru) oraz jasne zasady informacji o tychże wynikach i sposobie
alarmowania w razie przekroczenia wartości ostrzegawczych czy granicznych (określenie
sposobu informacji o zagrożeniu). Z powyższego wynika, że monitoring charakteryzuje
znacznie szerszy zakres niż pomiary. Wymaga on ustalenia zarówno zakresu pomiarów i
obserwacji dostosowanych do zagrożenia, które chcemy monitorować, jak również instrukcji
postępowania z uzyskanymi informacjami.
Zgodnie z definicją, monitoring rozumiany jest, jako zespół działań mających na celu
odpowiednio wczesne wykrycie zagrożenia, którym w przypadku obudowy wykopu jest
zaistnienie nadmiernego przemieszczenia. Wymaga to permanentnego dokonywania
pomiarów i obserwacji oraz przestrzegania ustalonych procedur.
Monitoring obejmuje swoim zakresem:
a)! istniejące obiekty zlokalizowane w strefie oddziaływania wykopu w szczególności
zlokalizowane w strefie wpływów bezpośrednich w zakresie:
•! określenia zmian stanu technicznego obiektów,
•! rozwoju uszkodzeń w zainstalowanych szczelinomierzach,
•! przemieszczeń i odkształceń w geodezyjnych punktach pomiarowych,
b)! elementy zabezpieczenia wykopu, na które składają się konstrukcja obudowy wykopu
oraz jej podparcia w zakresie:
•! pomiarów inklinometrycznych poziomych przemieszczeń ścian szczelinowych,
•! pomiary geodezyjne ścian szczelinowych i rozparć, c)! osiadania terenu prac i terenów przyległych:
•! pomiary geodezyjne zmian wysokościowych terenu.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
d)! stosunki gruntowo-wodne w zakresie:
•! pomiarów poziomów wód gruntowych,
•! kontroli zawartości części stałych w odprowadzanych wodach,
•! kontroli wskaźników jakościowych wód gruntowych.
Monitoring prowadzi się w oparciu o szczegółową dokumentację, wykonywaną zazwyczaj
etapowo w dostosowaniu do postępu prac. Składają się na nią dwa opracowania:
a)! wytyczne do projektu monitoringu opracowane na etapie projektu budowlanego za-
zwyczaj w ramach ekspertyzy technicznej;
b)! projekt monitoringu opracowany na etapie dokumentacji wykonawczej, bazujący na
ostatecznie przyjętych rozwiązaniach konstrukcyjnych i materiałowych.
Projekt monitoringu opracowuje się kompleksowo z uwzględnieniem wszystkich etapów
budowy. Monitorowanie wybranych elementów takich jak poziomy, wskaźniki jakościowe
oraz stosunki wód gruntowych, osiadania i wychylenia obiektów oraz rozwój uszkodzeń obiektów sąsiadujących rozpoczyna się przed przystąpieniem do zasadniczych prac
budowlanych. Pomiary te dostarczają cennych informacji pozwalających na ustalenie udziału
prac związanych z realizacją inwestycji w ogóle zjawisk zachodzących na rozważanym
terenie- czyli uchwycenie tła.
W projekcie monitoringu zawiera się część opisową oraz graficzną precyzującą: •! rodzaje pomiarów i obserwacji składające się na całość programu monitoringu,
•! zakres monitoringu z wyszczególnieniem elementów składowych (obiektów),
•! rozmieszczenie i ilość punktów pomiarowych,
•! sposób prowadzenia pomiarów i obserwacji, ich min. częstotliwość, dokładność oraz
powiązanie z postępem robót,
•! terminy wykonania pomiarów bazowych, ustalających stan wyjściowy,
•! wskazanie prac mających szczególne znaczenie dla bezpieczeństwa w odniesieniu do
monitorowanych wielkości,
•! minimalne okresy, w jakich należy prowadzić poszczególne pomiary i obserwacje, w
tym monitoring prowadzony po realizacji obiektu,
•! sposób rejestracji poszczególnych wyników i obserwacji oraz określenie formy, w
jakiej zostaną opracowane i przedstawione do oceny,
•! sposób oceny wyników pomiarów i obserwacji,
•! wartości ostrzegawcze i alarmowe,
•! sposób postępowania w przypadku przekroczenia wartości ostrzegawczych i
alarmowych,
•! osoby odpowiedzialne za prowadzenie monitoringu oraz ocenę i weryfikację wyników
pomiarów i obserwacji,
•! sposób i czas likwidacji punktów pomiarowych i obserwacyjnych.
W dokumentacji należy przewidzieć także możliwość rozszerzenia wstępnie wyznaczonych
stref oddziaływania wykopu. Dokonuje się tego na podstawie wyników pomiarów
przemieszczeń prowadzonych podczas głębienia wykopu.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Rozszerzenie zasięgu stref niesie za sobą konieczność zwiększenia zakresu punktów
pomiarowych. Wyjściowy okres i ilość pomiarów ustalona zostaje w korelacji z
poszczególnymi etapami wykonywania prac.
Dla obiektów, które wymagają wzmocnień konstrukcji należy przewidzieć konieczność prowadzenia monitoringu osiadań i rozwoju uszkodzeń przy prowadzenia prac
wzmacniających. Tak samo należy postąpić przy wyburzeniach, które prowadzone będą przed
przystąpieniem do zasadniczych robót budowlanych.
Niezwykle ważnym elementem projektu monitoringu jest określenie ostrzegawczych oraz
dopuszczalnych wartości mierzonych wielkości, a w szczególności przemieszczeń obudowy
oraz istniejących obiektów. Wartości te w odniesieniu do obudowy wykopu określane są przez projektanta, który powinien uwzględnić zarówno rodzaj obudowy, jak i charakterystykę oraz stan obiektów pozostających w strefie oddziaływania. Dopuszczalne przemieszczenia
istniejących obiektów określane są na podstawie inwentaryzacji oraz wynikają z oceny stanu
technicznego konstrukcji.
Z uwagi na charakterystykę inwestycji monitoring istniejących obiektów zlokalizowanych w
strefie oddziaływań jest zagadnieniem niezwykle ważnym. Poszczególne pomiary i
obserwacje rozpoczyna się przed przystaniem do zasadniczych prac, wykonując.
•! przeglądy wraz z inwentaryzacją stanu technicznego,
•! lokalizację zarysowań i pęknięć oraz instalacje szczelinomierzy,
•! instalacje wraz z wykonaniem pomiaru zerowego punktów geodezyjnych.
Na dalszych etapach obejmujących realizację wzmocnień istniejących obiektów,
formowanie zabezpieczenia oraz głębienie wykopu wykonuje się: •! kontrolę stanu technicznego odnosząc się do wykonanej inwentaryzacji,
•! pomiary rozwartości rys i pęknięć w zainstalowanych uprzednio szczelinomierzach,
•! pomiary punktów geodezyjnych.
Monitoring przemieszczeń obudowy wykopu stanowi podstawowy element weryfikacji
prawidłowego przebiegu procesu wznoszenia obiektu w jego początkowej fazie. Prowadzony
jest z wykorzystaniem pomiarów inklinometrycznych oraz pomiarów geodezyjnych.
Pomiary inklinometryczne wykorzystywane są tam gdzie wymagana jest znaczna dokładność kontroli przemieszczeń poziomych oraz brak dostępu wyklucza zastosowanie pomiarów
geodezyjnych. Dzieje się tak miedzy innymi poniżej poziomu dna wykopu.
Pomiary hydrogeologiczne prowadzone na etapie wykonawczym mają na celu dostarczenie
informacji odnośnie zmian położenia poszczególnych horyzontów wodonośnych wywołanych
przez prowadzone prace. Zmiany te mogą mieć charakter spiętrzenia zwierciadła wód
gruntowych lub ich obniżenia. W większości przypadków w pomiarach prowadzonych na
etapie wykonawczym wykorzystuje się kolumny piezometryczne, wykonane wcześniej na
potrzeby opracowania dokumentacji hydrogeologicznej. Pomiary prowadzi się nieprzerwanie
poczynając od chwili instalacji kolumn do końca realizacji inwestycji.
Kontrolę poziomu wód gruntowych należy prowadzić zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz
wykopu. Pomiary prowadzone wewnątrz obrysu wykopu pozwalają na bieżąco weryfikować wykonane obliczenia hydrogeologiczne. Umożliwiają kontrolę stopnia szczelności obudowy
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
oraz wykluczają niebezpieczeństwo znacznego obniżenia zwierciadła wód gruntowych poza
wykopem w przypadku powstania nieszczelności.
Uzupełniająco do pozostałych pomiarów, wykonuje się monitoring zmian wysokościowych
siatki wyznaczonych punktów pomiarowych zlokalizowanych na powierzchni terenu. Z
uwagi na zagrożenie uszkodzeniem punktów pomiarowych, wykonuje się je w postaci
reperów wgłębnych z pomiarem zerowym na czele.
Budowa obiektów wymagających wykonania głębokich wykopów, w szczególności
zlokalizowanych w terenie zabudowanym, wiąże się z licznymi utrudnieniami. W procesie
przygotowania i realizacji inwestycji niezbędna jest współpraca zespołu specjalistów z
różnych branż. Wśród nich nie może zabraknąć geotechników rozpoczynających prace już na
początkowym etapie robót.
Analiza geoinżynieryjna oraz późniejsze opracowanie projektu geotechnicznego w przypadku
dużych inwestycji wymaga przeanalizowania znacznej ilości informacji.
Szczególnego znaczenia nabierają pomiary przemieszczeń poziomych ścian obudowy
głębokiego wykopu, które znajdują odwzorowanie w zachowaniu się obiektów
zlokalizowanych w strefie objętej ich wpływami.
17.. Zagrożenia i awarie
Z punktu widzenia projektanta i wykonawcy obudowy wykopu najistotniejsza jest ocena,
a później obserwacja osiadań powierzchni terenu i kontrolowanych obiektów. Interpretacja
wyników pomiarów i ewentualne zagrożenia konstrukcji obudowy, budynków i otoczenia
głębokiego wykopu powinny być prowadzone przez niezależnego specjalistę-konstruktora.
Projektant decyduje o konstrukcji obudowy i jej parametrach oraz o działających na obudowę obciążeniach (wybierając wartości parametrów geotechnicznych podłoża i wartości współ-czynników bezpieczeństwa).
Grunt, w odróżnieniu od innych materiałów budowlanych, posiada właściwości zmieniające
się w szerokich granicach. Problemem jest również punktowe rozpoznanie podłoża.
Dotychczasowa wiedza geotechniczna, którą wykorzystuje między innymi Eurokod 7
wskazuje, że poprawne uzyskanie wartości właściwości wytrzymałościowych i
odkształceniowych gruntu wymaga spełnienia nie jednej, a szeregu procedur, które w
rezultacie prowadzą do określonych oszacowań warunków w podłożu.
Można przytoczyć cały szereg przykładów, gdy podawane wartości znacznie różniły się od
siebie.
W Polsce jedną z większych katastrof budowlanych było złamanie ściany szczelinowej na
budowie przy ul. Puławskiej w Warszawie. Jak ustalono, błędy popełniono na etapie
projektowania i w czasie realizacji budowy. W fazie projektowania niewłaściwie wybrano
wartości parametrów wytrzymałościowych iłów, co wpłynęło na niedoszacowanie obciążenia
parciem gruntu ściany wykopu i w konsekwencji złe parametry projektowe ściany
szczelinowej. W czasie budowy między innymi zaniechano obserwacji przemieszczeń obudowy i pobliskich wysokich budynków mieszkalnych oraz nie uwzględniono ruchów
pionowych chodnika i jezdni w pobliżu krawędzi wykopu sygnalizujących narastanie
poziomych przemieszczeń ściany szczelinowej. Konsekwencje tej katastrofy były dotkliwe
zarówno dla projektantów, jak i wykonawcy.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Efektem oddziaływań głębokich wykopów i zarazem kryterium szkodliwości lub
dopuszczalności realizacji są przede wszystkim deformacje ścian obudowy wykopów oraz
okalającego terenu wraz z obiektami sąsiednimi i zmiany warunków gruntowo-wodnych w
rejonie wykonywanej inwestycji. Deformacje podłoża i elementów konstrukcyjnych,
związane z nimi zarysowania, a następnie pęknięcia - mogą powodować znaczne uszkodzenia
obiektów w bezpośrednim sąsiedztwie. Oddziaływanie głębokiego wykopu może wywołać trzy różne kategorie uszkodzeń:
•! efekty wizualne, estetyczne (szkody architektoniczne),
•! szkody użytkowe lub funkcjonalne,
•! szkody zagrażające stateczności konstrukcji.
Przyjęcie określonego rozwiązania obudowy wykopu (wspornikowa lub podparta) decyduje o
charakterze deformacji gruntu za ścianą. Charakterystyczne schematy awarii konstrukcji oporowych ze ścianek szczelnych
zakotwionych w gruncie przedstawia Rys. 52.
Schemat (a) obrazuje przypadek utraty ogólnej stateczności wskutek nadmiernego
obciążenia naziomu. Takiej awarii zapobiega się przyjmując długie kotwy gruntowe.
Schemat (b) przedstawia awarię spowodowaną niewystarczającym zagłębieniem ścianki
poniżej dna wykopu. Można tego uniknąć wbijając ściankę głębiej.
Rys. 52. Schematy awarii obudów wykopów [7].
Schemat (c) odpowiada przesunięciu poziomemu bryły gruntu zawartej między ścianką a
płaszczyzną pionową, przecinającą koniec kotwy gruntowej. Takiemu wypadkowi
przeciwdziała poprawienie naturalnych cech gruntu za ścianką lub zmniejszenie w nim
ciśnienia spływowego.
Schemat (d) dotyczy szczególnego przypadku — poślizgu masywu za ściankę po
przewarstwieniu ze słabego gruntu. W takich warunkach geotechnicznych jest celowe
zaprojektowanie oprócz kotew utrzymujących górną część ścianki, także rozpór
usytuowanych w poziomie bliskim słabej warstwie.
Specyficzna przyczyna uszkodzenia konstrukcji oporowej ze ścianek szczelnych może
wystąpić w przypadku stosowania do ich wzmocnienia kotew gruntowych wstępnie
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
naprężonych. Schemat takiego uszkodzenia i mechanizm jego powstania przedstawia rys 53.
Przemieszczenie w stronę wykopu górnej części ścianki, utrzymywanej przez kotwę, może
zajść bez poślizgu kotwy w gruncie lub bez znacznego wydłużenia jej cięgna. Przyczyną jest
wciśnięcie ścianki w grunt przez składową pionową siły przekazywanej na nią przez kotwę.
Rys. 53. Schemat awarii obudowy wraz z kotwami gruntowymi [7].
Należy pamiętać, że realizacja głębokich wykopów w terenie silnie zurbanizowanym może
powodować olbrzymie straty, a niejednokrotnie awarie i katastrofy.
Wyniki obserwacji przemieszczeń obudowy wykopu są informacją o potencjalnym
zagrożeniu awarią. Zwiększone zagrożenie katastrofą występuje, gdy wykop jest realizowany:
•! w słabych gruntach,
•! na znacznej głębokości poniżej ustabilizowanego zwierciadła wody gruntowej,
•! w sąsiedztwie wysokiej zabudowy,
•! obok intensywnie obciążonej ruchem drogi lub linii kolejowej,
•! w sąsiedztwie podziemnej infrastruktury (np. rurociągu ciśnieniowego, rurociągu
ciepłowniczego, przewodów gazowych i energetycznych).
Wówczas powinien być na budowie ustanowiony zespół, którego obowiązkiem jest stałe
obserwowanie zachowania się obudowy wykopu, jego dna i sąsiedniego terenu oraz analiza
wyników pomiarów przemieszczeń. Zdarzają się także zarysowania ścian budynków w czasie wykonywania wykopów
kanalizacyjnych czyli robót w stosunkowo wąskim pasie.
Zjawiska te są na tyle ważne, że warto o tym również wspomnieć. Roboty instalacyjne prowadzone są z reguły przez mniejsze firmy, a awarie wynikają z braku
należytego przygotowania fachowego przypadkowych często pracowników i zwykłego
niedbalstwa. Przyczyną i wynikiem zarysowania ścian budynków jest więc osiadanie tych
ścian, których fundamenty znalazły się w zasięgu klina odłamu gruntu wywierającego parcie
na obudowę, np. wykopu o głębokości 6 m zabezpieczonego balami drewnianymi z
rozparciem.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Znajomość płaszczyzny klina odłamu, która odchyla się od pionowej ściany wykopu o kąt
" K�} i,®
� umożliwia w każdym przypadku stwierdzenie potencjalnego wpływu wykopu
na istniejący obiekt.
Zakładając, że kąt tarcia wewnętrznego w tym rodzaju gruntu wynosi max. 20o otrzymamy
tgα = 0,7 stąd zasięg płaszczyzny odłamu 4,2 m, a więc przewyższający odległość wykopu od
budynku, czyli 3,05 m.
Aby nie dopuścić do wytworzenia się klina odłamu należało zastosować w tym przypadku
ściankę szczelną z rozparciem na całej wysokości.
W innym przypadku, gdy wykop o głębokości ok. 3 m był realizowany bardzo blisko
budynku w gruntach budowanych przez gliny w stanie zwartym założono, że nie będzie
żadnego szalowania wykopu.
W trakcie szybkiego wykonawstwa, zaczął padać jednak deszcz. Opady okazały się na tyle
długotrwałe, że nastąpiła zmiana właściwości fizyko-mechanicznych gruntów spoistych i w
konsekwencji utrata stateczności ścian wykopu i fundamentów budynku. W wyniku czego
zawaliła się ściana budynku.
Według najczęściej cytowanego kryterium Bjerruma, graniczne wartości osiadań wynikające
z reakcji i wpływu wykopów odniesione do długości, na której występują mogą powodować zagrożenia:
β = 1/750 - możliwość uszkodzenia urządzeń wyposażenia budynku (1,33 mm/m),
β = 1/600 - granica bezpieczeństwa ustrojów ramowych (1,66 mm/m),
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
β = 1/500 - granica bezpieczeństwa dla budynków, w których konstrukcji pojawienie się pęknięć jest niedopuszczalne (2,00 mm/m),
β = 1/300 - pojawienie się pierwszych pęknięć w ścianach działowych, możliwość pojawienia się usterek w eksploatacji żurawi bądź dźwigów (3,33 mm/m),
β = 1/250 - widoczne wizualnie przechylenie budynków wysokich o sztywnej konstrukcji
(4,00 mm/m),
β = 1/150 - poważne pęknięcia w ścianach działowych i murowych, granica bezp. dla ścian
murowych o stosunku wysokości do rozpiętości mniejszym od 1/4, możliwość wystąpienia awarii (szkód konstrukcyjnych) większości budynków (6,67 mm/m).
Szerzej o kryteriach i przyczynach powstawania zagrożeń i awarii przeczytać można w
materiałach z tegorocznych XXVIII Ogólnopolskich warsztatów pracy projektanta
konstrukcji [ 13 ].
18.. Podstawowe warunki bezpieczeństwa pracy podczas wykonywania
wykopów
Podstawą do prowadzenia prac ziemnych jest projekt określający położenie instalacji i
urządzeń podziemnych, mogących znaleźć się w zasięgu prowadzonych robót.
W dokumentacji projektowej powinno być określone również bezpieczne nachylenie ścian
wykopów, m.in. w przypadku, gdy roboty ziemne są wykonywane w gruncie nawodnionym
lub ilastym, czy osuwiskowym, gdy teren przy skarpie wykopu ma być obciążony w pasie
równym głębokości wykopu, np. poprzez poruszające się pojazdy oraz sprzęt budowlany,
odkład urobku, bądź składowanie materiałów a także, gdy głębokość wykopu wynosi więcej
niż 4 m.
Ponadto w dołączonej do projektu informacji bezpieczeństwa i ochrony zdrowia, spo-
rządzanej przez projektanta, powinien być dobrany i określony sposób zabezpieczenia skarp
wykopów. Do prowadzenia robót ziemnych niezbędna jest również dokumentacja
geologiczno-inżynierska.
Na etapie planowania i przygotowania robót ziemnych wykonawca powinien:
•! dokładnie ustalić z nadzorem technicznym budowy miejsce i sposób prowadzenia robót,
aby uniknąć kolizji z trasami instalacji i urządzeń podziemnych,
•! oznakować trasy instalacji i urządzeń podziemnych oraz określić bezpieczną odległość od
nich, w porozumieniu z właściwą jednostką, w której zarządzie lub użytkowaniu znajdują się te instalacje,
•! dokonać wyboru sposobów zabezpieczenia skarp wykopów w zależności od warunków
(skarpowanie, obudowa tradycyjna, obudowy prefabrykowane, ścianki szczelne i
zabezpieczenia inne specjalistyczne).
Przy doborze odpowiedniej konstrukcji obudowy powinno się uwzględnić rodzaj, gabaryty
i parametry techniczne przewidywanego sprzętu do robót ziemnych, rodzaj i technologię przewidywanych robót budowlanych, zakładane tempo realizacji robót, zagospodarowanie
pasa roboczego na czas trwania robót,
•! wyznaczyć drogi dla środków transportu i poruszającego się sprzętu, tak by przebiegały
poza granicą klina naturalnego odłamu gruntu przy wykopach oraz na nasypach,
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
•! dokonać właściwego doboru sprzętu do wykonywanych robót uwzględniając parametry
pracy sprzętu takie jak: wydajność, moc sprzętu, zakresy robocze, dostosowanie do
kategorii gruntu, warunków poruszania się po terenie (głównie pochyłościach),
•! wyznaczyć i oznakować strefy niebezpieczne związane z pracą sprzętu,
•! zapewnić stały dozór na terenie robót ziemnych wykonywanych w związku z budową dróg, w przypadku gdy teren ten nie może być ogrodzony,
•! z uwagi na występowanie, przy robotach ziemnych, zagrożeń czynnikami biologicznymi,
zapewnić urządzenia higieniczno-sanitarne.
Wykonywanie prac powinno być niezwłocznie przerwane w przypadku odkrycia instalacji
lub niezidentyfikowanych przedmiotów. Dalsze postępowanie musi być wówczas ustalone z
nadzorem technicznym budowy. Jest to szczególnie istotne z uwagi na niewypały, które nadal
są odkopywane podczas prac ziemnych.
Bezpieczeństwo pracy w wykopach zależy nie tylko od prawidłowego ich zabezpieczenia, ale
również od systematycznie dokonywanych przeglądów.
Przy wykonywaniu wykopów należy spełniać wymagania zawarte w Rozporządzeniu
Ministra Infrastruktury z dnia 6.02.2003 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy
podczas wykonywania robót budowlanych.
Zgodnie z Rozp. w wykopach średniogłębokich i głębokich należy wykonać zejścia (wejścia)
do wykopu.
Odległość pomiędzy zejściami (wejściami) nie powinna przekraczać 20 m.
W przypadku wykopów średniogłębokich zejścia można wykonywać w postaci drabin. W
wykopach głębokich zejścia powinny być wykonywane w postaci schodów zabezpieczonych
odpowiednimi barierami.
Jeżeli w sąsiedztwie krawędzi wykopu przewiduje się ruch ludzi, to krawędź wykopów o
głębokości większej od lm powinna być zabezpieczona odpowiednią barierką. W wykopach
wąskoprzestrzennych o szerokości większej od 0,8 m, jeżeli potrzebny jest ruch ludzi po obu
stronach wykopu, należy wykonywać przejścia. Rozstaw przejść nie powinien być większy
niż 20 m.
W czasie wykonywania robót ziemnych nie wolno dopuszczać do tworzenia się nawisów.
W skarpie wykopu nie wolno pozostawiać odsłoniętych w trakcie robót głazów, elementów
starych instalacji itp. Elementy te powinny być natychmiast usuwane.
W przypadku wykopów głębokich, wykonywanych metodą stropową, należy także rozważyć zawarte w Rozporządzeniu dodatkowe wymagania dotyczące oświetlenia i wentylacji.
Wykopy o ścianach pionowych nieumocnionych, bez rozparcia lub podparcia, mogą być wykonane tylko do głębokości 1 m w gruntach zwartych., w przypadku gdy teren przy
wykopie nie jest obciążony w pasie o szerokości równej głębokości wykopu.
Wykopy bez umocnień o głębokości większej niż 1 m, lecz nie większej niż 2 m, można
wykonywać, jeżeli pozwalają na to wyniki badań gruntu i dokumentacja geologiczno-
inżynierska.
Zabezpieczenie ażurowe ścian wykopów można zastosować tylko w gruntach zwartych.
Stosowanie zabezpieczenia ażurowego ścian wykopów w okresie zimowym jest zabronione.
Niedopuszczalne jest używanie elementów obudowy wykopu niezgodnie z przeznaczeniem.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Literatura:
1.! Biernatowski K. [ i in.] : Fundamentowanie. Projektowanie i wykonawstwo. Tom I-
Podłoże budowlane. Arkady, Warszawa 1987 r.
2.! Bzówka J. [i in.] : Geotechnika komunikacyjna. Wyd. Pol. Śl., Gliwice 2013r.
3.! Dembicki E.: Fundamentowanie. Tom I. Arkady, Warszawa 1987 r.
4.! Dembicki E., Tejchman A.: Wybrane zagadnienia fundamentowania budowli
hydrotechnicznych. PWN, Warszawa 1981 r.
5.! Fanti K. [i in.] : Budowle piętrzące. Arkady, Warszawa 1972 r.
6.! Instrukcja ITB Nr 427/2007 : Warunki techniczne wykonania i odbioru robót
budowlanych.
7.! Jarominiak A. : Lekkie konstrukcje oporowe. WKŁ, Warszawa 2000 r.
8.! Jarominiak A. [I in.] : Podpory mostów. Wybrane zagadnienia. WKŁ, Warszawa 1981
9.! Jermołowicz P. : Konieczność określania stateczności skarp wykopów oraz zboczy
naturalnych w aspekcie błędów projektowych i wykonawczych. ZOIIB – szkolenie
2010 r.
10.!Jermołowicz P.: Eurokod 7 – Wybrane zagadnienia. LOIIB – szkolenie 2012 r.
11.!Jermołowicz P.: Geosyntetyki w budownictwie hydrotechnicznym. Zasady obliczeń i szczegółowe kryteria doboru. POIIB – szkolenie 2012 r.
12.!Jermołowicz P.: Osuwiska – sposoby określania zasięgu, obliczanie stateczności i
sposoby zabezpieczeń. POIIB – szkolenie 2012 r.
13.!Materiały z XXVIII Ogólnopolskich warsztatów pracy projektanta konstrukcji. Wisła
2013 r.
14.!Pałys F., Smoręda Z.: Poradnik technika melioranta. PWRiL, Warszawa 1986 r.
15.!Poradnik majstra budowlanego. Arkady, Warszawa 1992 r.
16.!Rossiński B.: Błędy w rozwiązaniach geotechnicznych.Wyd. Geolog., Warszawa 1978
17.!Rybak Cz.: Fundamentowanie. Projektowanie posadowień. DWE, Wrocław 1997 r.
18.!Rychlewski P.: Obudowa berlińska. Inżynier Budownictwa 4/2012
19.!Siemińska-Lewandowska A.: Głębokie wykopy. Projektowanie i wykonawstwo.
WKŁ, Warszawa 2011 r.
20.!Skaldawski E.: Roboty ziemne. WKŁ, Warszawa 1971 r.
21.!Wieczysty A.: Hydrogeologia inżynierska. PWN, Warszawa 1982 r.
22.!Wiłun Z.: Zarys geotechniki. WKŁ, Warszawa 1982 r.
23.!Wysokiński L.: Błędy systematyczne w rozpoznaniu geotechnicznym i ich wpływ na
projektowanie budowlane. Mat. XXIII Konf. Awarie budowlane. Międzyzdroje 2007 r
24.!Ustawa z 9.06.2011 Prawo geologiczne i górnicze.
25.!Rozp. Min. Środ. z 23.12.2011 w sprawie dokumentacji hydrogeologicznej i
dokumentacji geologiczno-inżynierskiej.
26.!Rozp. MTB i GM z 25.04.2012 w sprawie ustalania geotechnicznych warunków
posadawiania obiektów budowlanych.
27.!Rozp. MTiGM z 2.03.1999 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny
odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
28.!Rozp. MI z 12.04.2002 w sprawie warunków technicznych jakim powinny
odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
29.!Rozp. MI z 6.02.2003 w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy podczas
wykonywania robót budowlanych .
30.!Rozp. MI z 6.11.2008 w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu
budowlanego.
31.!Bolt A. [i in.]: Mechanika gruntów w zadaniach. PG, Gdańsk 1982.
32.!Poradnik ITB. Projektowanie geotechniczne wg Eurokodu 7. Wysokiński, Kotlicki,
Godlewski. W-wa 2011
33.!Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego w budownictwie drogowym. IBDiM,
W-wa 2002.
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Załącznik:
Przykłady obliczeniowe
Dla dociekliwych…
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl
Źródło: www.inzynieriasrodowiska.com.pl