nbi_39_1.indd

1. Wstęp

Rejon południowej Polski to z geologicznego punktu widzenia

obszar występowania utworów nazywanych ﬂ iszem karpackim.
Jest to złożony ośrodek gruntowy, w obrębie którego wydzielić
można zazwyczaj naprzemianległe warstwy piaskowców i mu-
łowców (łupków) oraz tzw. pokrywę zwietrzelinową, zalegającą
najpłycej, powstałą w procesach wietrzenia podłoża ﬂ iszowego,
litologicznie odpowiadającą najczęściej pyłom i glinom z różną
domieszką piasku i okruchów kamienistych. Jest to ośrodek niejed-
norodny, bardzo często silnie spękany i szczelinowaty, ze złożoną
hydrogeologią, którego poszczególne wykształcenia litologiczne
odznaczają się sporą podatnością na wpływ wody. Wszystko to
wraz z młodą rzeźbą morfologiczną powoduje, że południowe re-
jony kraju są wybitnie predestynowane do występowania osuwisk.

Z tego samych powodów ośrodek jest jednocześnie niezwykle

trudny do precyzyjnego, technicznego opisu geologicznego, umoż-
liwiającego planowanie i projektowanie działań inżynierskich.
Również aspekt wykonawczy, tj. wdrażanie zaplanowanych dzia-
łań w ramach ochrony przeciw osuwiskowej, napotyka na wiele
trudności. Warstwowany ośrodek z naprzemianległymi utworami
miękkimi i czasem bardzo twardymi, dodatkowo spękany, po-
woduje że, spośród wielu technik i technologii geotechnicznych
wykorzystywanych w budownictwie inżynieryjnym zaledwie kilka
jest użytecznych i możliwych do aplikacji w trudnych warun-
kach ﬂ iszu karpackiego, a jeszcze mniej spośród nich odznacza
się właściwą, adekwatną do kosztów skutecznością. Stąd zdarzają
się nieekonomiczne próby stabilizowania osuwisk przy pomocy
technik niemających technicznych racji w ośrodku ﬂ iszowym,
jak choćby kolumn jet grouting. Niestety, działania zmierzające
do stabilizacji osuwisk mają nierzadko charakter działań nieco ad
hoc, w których właściwie metodą prób i błędów próbuje się dojść
do skutecznego rozwiązania, ponosząc po drodze (niemałe) koszty
kolejnych przybliżeń i narażając lokalne społeczności na dodatkowe
koszty i utrudnienia (jak choćby objazdy).

Poniżej przedstawiono charakterystykę pozytywnie zwe-

ryﬁ kowanych narzędzi geotechnicznych wykorzystywanych
w zakresie stabilizacji osuwisk i zwalczania ich skutków wraz
ze wskazaniem ich przydatności do naprawy i rekonstrukcji
infrastruktury drogowej.

2. Przegląd konstrukcyjnych metod wzmocnienia podłoża
osuwiskowego
2.1. Gwoździowanie gruntu

Uniwersalność technologii gwoździowania gruntu, przejawia-

jąca się szerokim spektrum zastosowań i możliwościami adapta-
cyjnymi, w połączeniu z najwyższą efektywnością ekonomiczną
sprawiają, że konstrukcje gwoździowane stały się częstym elemen-
tem dużych projektów infrastrukturalnych. Dzięki tej technologii
możliwe stało się m.in. wzmacnianie istniejących nasypów dro-

gowych bez konieczności ich klasycznej przebudowy (co wiąże
się np. z możliwością utrzymania przejezdności w trakcie prac),
formowanie w pełni bezpiecznych skarp przekopów (o pochyleniu
nawet do 60–70

), jak i tworzenie efektownych, pionowych ścian

oporowych o znacznej wysokości (ponad 20 m).

Gwoździowanie to również jedna z najefektywniejszych metod

stabilizacji osuwisk związanych z obiektami komunikacyjnymi.
Godny uwagi jest również fakt, że według wyliczeń CALTRANS
(California Department of Transportation) konstrukcje gwoź-
dziowane są najtańszymi konstrukcjami oporowymi. Tech-
nologia do minimum ogranicza konieczność ingerencji w za-
bezpieczany obiekt, co nabiera szczególnej wagi w przypadku
działających ciągów komunikacyjnych (zarówno drogowych,
jak i kolejowych) oraz terenów osuwiskowych.

-20

-10

-5

ps = 39.06 ps = 39.06

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

Designation

15.00

17.00

20.70

16.00

19.00

19.50

13.00

12.00

19.60

11.50

54.00

19.20

Soil

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

Designation

15.00

17.00

20.70

16.00

19.00

19.50

13.00

12.00

19.60

11.50

54.00

19.20

0.71

1.04

1.90

1.74

1.04

0.81

0.88

0.91

1.27

1.75

1.23

2.41

1.69

0.74

0.76

0.93

1.46

6.01

5.21

1.15

2.96

1.68

0.79

0.73

0.69

0.74

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

Designation

15.00

17.00

20.70

16.00

19.00

19.50

13.00

12.00

19.60

11.50

54.00

19.20

Soil

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

Designation

15.00

17.00

20.70

16.00

19.00

19.50

13.00

12.00

19.60

11.50

54.00

19.20

Obliczenia statecznosci skarpy
Obwodnica Przemysla, km 0+500
K

min

= 0.69

= 7.41 m

= 28.87 m

R = 23.59 m

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

Gwoździowanie jest metodą zbrojenia wgłębnego gruntu. Polega

na wytworzeniu w obrębie górotworu (skarpy wykopu, nasypie)
materiału (struktury, bryły) geokompozytowego o znacznie wyż-
szych parametrach wytrzymałościowych względem pierwotnych
parametrów gruntowych wzmacnianego ośrodka. Idea gwoździo-
wania gruntu jest znana od kilku dziesięcioleci, jednak dopiero
rozwój odpowiednich technologii pozwolił na pełne wykorzystanie
jej zalet i możliwości. Dla gwoździowania jako metody zbrojenia
gruntu najistotniejsza jest efektywność zespolenia gwoździ z grun-
tem – im jest ona wyższa, tym formowany wgłębnie geokompozyt
jest bardziej jednorodny („monolityczny”), a wzrost parametrów
wytrzymałościowych wyraźniejszy. Dlatego też zastosowanie
odpowiedniej technologii decyduje w znacznej mierze o efekcie
końcowym zabiegu. Natura w wielu przypadkach negatywnie
zweryﬁ kowała próby gwoździowania z wykorzystaniem prętów
żebrowanych osadzonych w otworach wypełnionych zaczynem
cementowym. Trudności z utrzymaniem statecznego, drożnego
otworu i ograniczony zasięg „iniekcji” sprawiają, że podstawowy

Likwidacja problemów osuwiskowych w drogownictwie

– skuteczność kompleksowych rozwiązań geotechnicznych, cz. 1

❚

mgr inż. Jakub Sierant, TITAN POLSKA Sp. z o.o.

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

Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne Listopad – Grudzień 2011

Kraj

Geotechnika

dla gwoździowania gruntu warunek – zmonolityzowania ośrodka
gruntowego – nie występuje lub jest zbyt słaby dla poprawnego
funkcjonowania konstrukcji. W tym świetle najbardziej wydajne
zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym są
technologie tzw. gwoździ samowiercących (self-drilling soil nails
– wiercenie z jednoczesną iniekcją przy użyciu zestawu traconych
elementów przewodu wiertniczego, pełniących następnie funkcję
zbrojenia gwoździa; ryc. 1, 2).

-20

-10

-5

ps = 39.06 ps = 39.06

Soil nail 1/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 2/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 3/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 4/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 5/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 6/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 7/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 8/t1:30.6/t2:30.6

Soil nail 9/t1:30.6/t2:30.6

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

15.00

17.00

20.70

16.00

19.00

19.50

13.00

12.00

19.60

11.50

54.00

19.20

Soil

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

15.00

17.00

20.70

16.00

19.00

19.50

13.00

12.00

19.60

11.50

54.00

19.20

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.60

1.95

1.59

1.58

1.71

1.69

1.67

1.72

1.76

1.85

2.02

2.87

1.96

2.32

3.54

19999.00

1.61

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

15.00

17.00

20.70

16.00

19.00

19.50

13.00

12.00

19.60

11.50

54.00

19.20

Soil

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

15.00

17.00

20.70

16.00

19.00

19.50

13.00

12.00

19.60

11.50

54.00

19.20

Obliczenia statecznosci skarpy
Obowdnica Przemysla, km 0+500
K

min

= 1.58

= 7.41 m

= 28.87 m

R = 24.58 m

Legende Wand
DIMENSIONS
Bottom: x = 10.000 y = 5.000 m
Length = 18.258 m Inclination = 45.40 °
Concrete shell thickness = 0.250 m
Horizontal nail spacing = 1.200 m

Soil nails

Nr.

Depth

[m]

[kN/m/m]

16.80

12.00

30.62

15.40

12.00

30.62

14.00

12.00

30.62

12.60

15.00

30.62

11.20

15.00

30.62

9.80

15.00

30.62

8.40

15.00

30.62

7.00

15.00

30.62

5.60

15.00

30.62

Horizontal nail spacing = 1.20 m
Standard: DIN 4084 (old)

Ryc. 2. Obliczenia stateczności skarpy. Stan po zagwoździowaniu. Wskaźnik stateczności
Fs = 1,58

System TITAN – pierwsza zastosowana na świecie technologia

typu self-drilling – została opracowana prawie 30 lat temu przez
niemiecką ﬁ rmę Ischebeck. Do wykonywania gwoździ wyko-
rzystywane są najczęściej żerdzie typu 30/11 i 40/16, wyjątkowo
również 52/26. Końcówka żerdzi wyposażona jest w traconą
koronkę wiertniczą, dobraną odpowiednio do rodzaju gruntu
(najczęściej stosowane są koronki o średnicach z przedziału
od 75 do 150 mm). Nośności projektowe gwoździ zawierają
się zazwyczaj w przedziale od 10 do blisko 500 kN! Wykorzy-
stując grunt in situ jako element konstrukcyjny uzyskuje się
bezpieczne, „eleganckie” inżyniersko konstrukcje, o dowolnej
praktycznie geometrii przy odpowiednim dopełnieniu gwoź-
dziowania systemem oblicowania elastycznego.

Technologiczne zalety gwoździ iniekcyjnych TITAN stają się

szczególnie widoczne w przypadku obiektów zlokalizowanych
w genetycznie słabym ośrodku gruntowym (typu np. drobnoryt-
micznego ﬂ iszu karpackiego z zaangażowaną mikrotektoniką)
lub w ośrodkach osłabionych procesami geodynamicznymi.
Wyjątkowy sposób osadzania gwoździ (wiercenia z jednoczesną
iniekcją) pozwala nie tylko spiąć strefę aktywną i bierną form
osuwiskowych, ale również zapewnić wgłębne wzmocnienie
iniekcyjne samego ośrodka, zwłaszcza w streﬁ e poślizgu. Roz-
wiązanie to jest niezwykle skuteczne i ułatwia nadane zabez-
pieczeniom lekkiej formy, ograniczając tym samym znacząco
zakres prac ziemnych, np. wymiany gruntu czy rozbiórki i for-
mowania masywnych konstrukcji podpierających.

Możliwość sprawnego funkcjonowania gwoździ z elastycz-

nym systemem zabezpieczenia powierzchniowego pozwala
wtopić konstrukcję w otoczenie – uzyskać efekt „zielonego”
wykończenia, z pokrywą wegetacyjną, zaś konstrukcje oporowe
formowane w technologii ścian gwoździowanych, z uwagi na
odmienny charakter pracy, są znacznie bezpieczniejsze i ła-
twiejsze w użytkowaniu niż tradycyjne konstrukcje oporowe
z kotwami sprężanymi (bezproblemowa i bezobsługowa kil-
kudziesięcioletnia eksploatacja). Dodatkowo zaobserwowano,
że tego typu konstrukcje świetnie sprawdzają się na terenach

o aktywności sejsmicznej (a także m.in. tereny eksploatowane
górniczo) właśnie dzięki względnej podatności (ryc. 3, 4).

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

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

Z uwagi na zestaw unikatowych zalet, opisana technika stała

się już jednym z podstawowych narzędzi przy rozwiązywaniu
zagadnień związanych ze stabilizacją osuwisk. Gwoździowanie
gruntu jest wydajne, oszczędne i skuteczne, a przy tym inżynier-
sko „eleganckie”, m.in. wskutek wykorzystania do współpracy
rodzimego gruntu. Jednak zastosowanie konstrukcji gwoździo-
wanych ma największy sens, gdy konﬁ guracja terenowa w rejonie
osuwiska zawiera – bądź pozwala wykształcić – powierzchnię,
w obrębie której rozmieszczony zostanie raster (układ) gwoździ
gruntowych. Idealne zatem, pod względem przydatności metody
i uzyskiwanych efektów, są wyraźnie wykształcone skarpy, urwiska,
skłony dające możliwość (przynajmniej częściowej) reproﬁ lacji oraz
nasypy i korpusy drogowe, zwłaszcza poprowadzone na zboczach.
Charakterystyka przypadków odpowiada więc warunkom lokali-
zacyjnym wielu dróg rejonu południowej Polski (ryc. 5).

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

Wrzesień – Październik Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne

Geotechnika

Kraj

Nieco inaczej należy podchodzić do problemów osuwisko-

wych na terenach, które pozornie nie są predestynowane do
rozwoju zjawisk geodynamicznych.
2.2. Bariery mikropalowe

Według dostępnych statystyk, pokaźna liczba form osuwi-

skowych rozwija się na stokach o nachyleniu 12–18

. Pomimo

względnie łagodnego nachylenia osuwiska, które rozwijają się
na tych terenach, mają zazwyczaj duży zasięg. W odniesieniu
do obiektów infrastrukturalnych oznacza to, iż konstrukcje są
zagrożone już nie tylko koluwiami osuwiska, lecz mogą znaleźć
się w całości w jego obrębie. Rozległość form obejmujących
nierzadko tereny użytkowane rolniczo stanowi w kwestii sta-
bilizacji nie lada wyzwanie. Z jednej strony zabiegi stabilizujące
wymagają zastosowania konstrukcji geotechnicznych charak-
teryzujących się dużą wytrzymałością i nośnością, z drugiej
jednak istnieją poważne ograniczenia techniczne i terenowe,
uniemożliwiające wprowadzenie na obszar osuwiska ciężkiego
sprzętu. W sytuacji takiej idealnym rozwiązaniem są bariery
mikropalowe (ryc. 6).

Ryc. 6. Schemat bariery mikropalowej

Z uwagi na możliwości i rozmiary sprzętu do wykonywania

mikropali, bariery łączą potencjał konstrukcji o dużej wytrzy-
małości z zachowaniem pełnej możliwości operowania na tere-
nie osuwiska. Zasadniczo, idea bariery polega na zdyblowaniu,
zszyciu aktywnej i biernej strefy osuwiska, uniemożliwiając
przemieszczenia mas koluwialnych. Elementem konstrukcyj-
nym są odpowiedniej długości mikropale, utwierdzone w stabil-
nym podłożu. Wytrzymałość bariery dobiera się stosownie do
działających sił i określa się ją zazwyczaj w drodze modelowania
numerycznego (ryc. 7, 8).

-5.00

15.

25.

35.

45.

55.

65.

75.

85.

95.

105.

115.

125.

135.

145.

155.

165.

175.

185.

195.

202

0.00

0.04

0.00

0.07

0.00

0.11

0.00

0.14

0.00

0.18

0.00

0.21

0.00

0.25

0.00

0.28

0.00

0.32

0.00

0.35

0.00

0.39

0.00

0.39

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

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

w w

pv = 25. 00

pv = 25.00

Soil dowels 1/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 2/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 3/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 4/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 5/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

Soil dowels 6/e1:0.0/e2:88.0

12.00 m

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

[-]

Designation

6.50

15.00

18.50

0.00

9.50

30.00

20.20

0.00

1.50

12.00

18.70

0.00

30.00

5.00

19.80

0.00

IIc

8.00

60.00

19.70

0.00

III

30.00

60.00

21.00

0.00

Podloze fliszowe

Soil

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

[-]

Designation

6.50

15.00

18.50

0.00

9.50

30.00

20.20

0.00

1.50

12.00

18.70

0.00

30.00

5.00

19.80

0.00

IIc

8.00

60.00

19.70

0.00

III

30.00

60.00

21.00

0.00

Podloze fliszowe

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

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

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

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

5.78

5.63

5.34

5.20

4.85

4.19

3.66

3.23

5.43

4.73

4.23

4.35

4.48

4.81

5.58

8.74

4.41

4.73

4.99

4.04

3.64

3.94

4.35

5.39

2.47

2.21

2.30

2.40

2.65

3.24

3.53

2.65

2.80

2.94

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

[-]

Designation

6.50

15.00

18.50

0.00

9.50

30.00

20.20

0.00

1.50

12.00

18.70

0.00

30.00

5.00

19.80

0.00

IIc

8.00

60.00

19.70

0.00

III

30.00

60.00

21.00

0.00

Podloze fliszowe

Soil

[°]

[kN/m²]

[kN/m³]

[-]

Designation

6.50

15.00

18.50

0.00

9.50

30.00

20.20

0.00

1.50

12.00

18.70

0.00

30.00

5.00

19.80

0.00

IIc

8.00

60.00

19.70

0.00

III

30.00

60.00

21.00

0.00

Podloze fliszowe

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

min

= 2.21

= 43.77 m

= 292.44 m

R = 59.65 m

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

Ryc. 8. Obliczenia stateczności osuwiska z zastosowaniem barier mikropalowych

Bariery mikropalowe są elastycznie konﬁ gurowalne. W za-

leżności od potrzeb, składają się z jednego, dwóch lub trzech
(rzadko więcej) rzędów mikropali, zwieńczonych żelbetowym
oczepem. Dużą wytrzymałość na siły poprzeczne (ścinające)
uzyskuje się przez odpowiednią konﬁ gurację przestrzenną
mikropali, np. rozchylenie poszczególnych rzędów w układ
kozłowy. W przypadku osuwisk szczególnie głębokich bariery
uzupełnia się elementem zakotwienia, np. rzędem mikropali
kotwiących o nachyleniu ok. 40–45

, zamocowanych w poziomie

oczepu, co pozwala na dodatkowe zwiększenie wytrzymałości
poprzecznej i ograniczenie przemieszczeń w streﬁ e przypo-
wierzchniowej. Wyjątkową cechą barier jest ich niezwykle ko-
rzystny stosunek wartości dodatkowej siły utrzymującej wpro-
wadzanej w masyw do gabarytów samej konstrukcji – zajętość
w planie rzędu 1,0–1,5 m. Dodatkowo w większości przypadków
oczepy zwieńczające można umiejscowić na pewnej głębokości
(ok. 1,0 m p.p.t.), co umożliwia zrekultywowanie powierzchni
i przywrócenie pierwotnych funkcji terenu po wykonaniu prac
stabilizujących. W zależności od warunków stateczności i kon-
ﬁ guracji terenowej, na osuwisku wykonuje się jedną lub więcej
barier. Układy wielobarierowe charakteryzują się większym za-
pasem bezpieczeństwa z powodu mniejszego wytężenia poszcze-
gólnych elementów. Pozwalają ponadto stabilizować rozległe
formy z zachowaniem racjonalności ekonomicznej (ryc. 9–11).

Ryc. 9. Wykonywanie bariery mikropalowej

Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne Listopad – Grudzień 2011

Kraj

Geotechnika

Ryc. 10. Mikropale tworzące barierę

Ryc. 11. Bariera mikropalowa z częściowo wykonanym oczepem

2.3. Konstrukcje tesyńskie

Ściany tesyńskie (tessyńskie) to lekkie, żelbetowe konstrukcje

oporowe, których fundament stanowią mikropale, a statyka
zapewniona jest przez układ zakotwień. Nazwa pochodzi od
kantonu Ticino w Szwajcarii, gdzie po raz pierwszy zastosowano
tę konstrukcję do poszerzania górskich odcinków dróg, z zacho-
waniem przejezdności w trakcie robót. Technologia mikropali
i mikropali CFG przyczyniła się do spopularyzowania tego
typu obiektów z powodu łatwości i krótkiego czasu realizacji.
Idea konstrukcji powstała z potrzeby poszerzenia odcinka drogi
przez dobudowanie korpusu pod dodatkowy pas ruchu do już
istniejącego obiektu ziemnego (ryc. 12).

Ryc. 12. Schemat konstrukcji tesyńskiej

Proces odbył się zatem nie poprzez wcięcie w istniejące zbocze,

lecz odsunięcie się w dół stoku. Możliwość dobudowywania kon-
strukcji drogowych w części odstokowej bardzo szybko została
doceniona przy rekonstrukcji odcinków dróg uszkodzonych
w wyniku osuwisk. Zazwyczaj naprawy tego typu stanowią duży
problem techniczny (brak dojazdu i możliwości wprowadzenia
sprzętu do prac ziemnych) i logistyczny (konieczność całkowi-
tego wyłączenia ruchu i tyczenie, nierzadko długich, objazdów),
gdyż wymagają szeroko zakrojonych robót ziemnych, rozbiórki
korpusu i uformowania go na nowo. Zastosowanie konstrukcji
tesyńskiej likwiduje większość problemów i minimalizuje czas
naprawy, która może odbywać się z zachowaniem ciągłości ru-
chu. Proces tworzenia konstrukcji przebiega w kilku etapach.
W pierwszej kolejności wykonuje się rząd mikropali stanowiący
fundament przyszłej ściany oporowej. Mikropale wykonywane
są z poziomu uszkodzonej drogi przy użyciu oprzyrządowania
wiertniczego zamocowanego do ramienia koparki, wysięgnika
itp. W kolejnym etapie formuje się żelbetową konstrukcję ściany
z pozostawieniem otworów technologicznych dla zakotwień.
Grubość ścianki wynosi zazwyczaj ok. 0,4–0,5m. W dalszych
etapach wykonuje się zasypkę konstrukcyjną, wypełniając prze-
strzeń pomiędzy ścianą a uszkodzonym korpusem drogowym.
Wykonanie zakotwień odbywa się podobnie jak w przypadku
mikropali, z wysięgiem „pod siebie”, i przebiega w sposób sko-
ordynowany z kolejnymi poziomami formowania zasypki.
W ten sposób odtwarza się pierwotny przebieg drogi lub w ra-
zie potrzeby zyskuje się dodatkowe miejsce na pobocze, zatokę
mijankową itp. (ryc. 13, 14)

Zmienna : Przem Z

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

10.

20.

30.

37.

-40.0

-36.8

-40.0

-33.3

-40.0

-29.8

-40.0

-26.3

-40.0

-22.8

-40.0

-19.3

-40.0

-15.8

-40.0

-12.3

-40.0

-8.8

-40.0

-5.3

-40.0

-1.8

-40.0

0.1

Analiza stateczno

Ğci zbocza osuwiskowego w miejscowo

Ğci Brzyna

Przekrój II-II

Strefy przemieszczen pionowych

Ryc. 13. Wyniki modelowania MES stateczności korpusu drogowego. Widoczne prze-
mieszczenia sięgające pod drogę.

Zmienna : Przem Z

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

10.

20.

30.

37.

-38.2

-34.7

-38.2

-31.2

-38.2

-27.7

-38.2

-24.2

-38.2

-20.7

-38.2

-17.2

-38.2

-13.7

-38.2

-10.2

-38.2

-6.7

-38.2

-3.2

-38.2

0.4

-38.2

1.5

Analiza stateczno

Ğci zbocza osuwiskowego w miejscowo

Ğci Brzyna

Przekrój II-II wraz zabezpieczeniem

Strefy przemieszcze

Ĕ pionowych

TITAN POLSKA Sp. z o.o.

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

Geotechnika

Kraj

Listopad – Grudzień 2011 Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne

Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne Listopad – Grudzień 2011

Konstrukcje tesyńskie wykorzystywane w rekonstrukcjach

osuwiskowych mogą być obiektami samodzielnymi, tzn. poza
funkcją obiektu służącego rekonstrukcji mogą równocześnie
pełnić funkcje konstrukcji stabilizującej całą formę osuwiskową.
W razie potrzeby, w przypadku bardziej złożonych warunków,
mogą być również uzupełniane o dodatkowe elementy i kombi-
nowane z gwoździowaniem lub barierami (ryc. 15).

Ryc. 15. Formowanie ściany tesyńskiej.

Najważniejsze zalety to możliwość odtworzenia infrastruk-

tury do stanu sprzed osuwiska w najkrótszym możliwym czasie
w wyniku wyeliminowania konieczności rozbiórki korpusu
i zminimalizowania zakresu zbędnych robót ziemnych oraz
utrzymania przejezdności na naprawianym odcinku dzięki tech-
nologicznym możliwościom pracy na ograniczonej przestrzeni.
Rozwiązanie jest niezwykle ekonomiczne w sposób całościowy,
tj. w zakresie bezpośrednich kosztów technicznych, jak i mi-
nimalizowania kosztów społecznych, niezwykle istotnych dla
lokalnych wspólnot w rejonie dotkniętym awarią.
2.4. Odwodnienie wgłębne – gwoździe drenujące

Odwodnienie i regulacja stosunków wodnych w obrębie ma-

sywu osuwiskowego należą do podstawowych czynności, tj.
koniecznych do wykonania w pierwszej kolejności w ramach
zwalczania zjawisk geodynamicznych – stabilizowania osuwisk
i napraw zniszczonych w ich wyniku konstrukcji. Właściwe
wykonanie tego elementu pozwala wyeliminować lub wyraź-
nie zredukować wpływ jednego z najistotniejszych czynników
inicjalnych, czyli wpływ wody na podatny ośrodek gruntowy.

W praktyce inżynierskiej stosuje się różnorodne systemy

odwodnienia. Można je zasadniczo podzielić na dwie grupy:
systemy odwodnienia powierzchniowego i przypowierzch-
niowego oraz odwodnienie wgłębne. Wśród rozwiązań grupy
pierwszej najczęściej spotyka się sączki, przypory drenażowe,
dreny francuskie połączone w system z użyciem studni i ścieków.
Generalnie urządzenia te wykonuje się do maksymalnej głębo-
kości ok. 2,0–2,5m p.p.t. W zakresie odwodnienia wgłębnego
stosowane są dreny wiercone. O ile rolą systemów odwodnienia
powierzchniowego jest przechwycenie i szybkie odprowadzenie
wód opadowych poza zagrożony teren, tak aby nie dopuścić do
ich inﬁ ltracji w podłoże, o tyle zadaniem drenażu wgłębnego jest
odprowadzenie wód gruntowych niewychwyconych przez sys-
tem powierzchniowy lub zasilających teren wgłębnie (np. przez
ﬁ ltrację poziomą z górnych partii zbocza lub terenów leżących

powyżej osuwiska). Z uwagi na uwarunkowania technologiczne
w wykonywaniu drenów wierconych (wiercenie dwuprzewo-
dowe z pełnym rurowaniem), czasochłonność i koszty, drenaż
taki stosowany jest rzadko bądź w formie znacznie okrojonej
w stosunku do potrzeb technicznych – dreny są zbyt krótkie,
rozmieszczone zbyt rzadko lub zlokalizowane jedynie w miej-
scach, gdzie możliwy jest dostęp i dojazd dla wiertnicy. Po-
woduje to znaczne problemy z poprawnym funkcjonowaniem
tego elementu i obniża wyraźnie skuteczność funkcjonowania
całego rozwiązania technicznego, którego celem jest stabiliza-
cja osuwiska. Efekt ten jest jeszcze wyraźniejszy w przypadku
osuwisk zlokalizowanych w masywach ﬂ iszu karpackiego (rejon
południowej Polski). W masywach ﬂ iszowych woda gruntowa
ma zazwyczaj charakter szczelinowy, nie tworzy wyraźnego
horyzontu (zwierciadła), lecz ﬁ ltracja i inﬁ ltracja odbywa się
przez systemy spękań i szczelin. Powoduje to, że wypływy
i sączenia mają charakter często zupełnie nieprzewidywalny
z oznakami okresowości, co oznacza, że w zależności od pory
roku woda może pojawiać się w różnych miejscach i z roz-
maitym natężeniem, bez wyraźnej prawidłowości. Sprawne
uchwycenie takich wód przy pomocy drenów wierconych,
rozmieszczonych w rozstawie rzędu 5–10 m, w jednym pozio-
mie (taki układ obserwowany jest najczęściej), jest w zasadzie
niemożliwe. Pozostawienie tej kwestii w stanie obecnym nie
wydaje się dobrym rozwiązaniem. Doświadczenia wskazują, że
brak sprawnego i efektywnego systemu odwodnienia wgłębnego
skutkuje postępującą degradacją parametrów wytrzymałościo-
wych ośrodka gruntowego, rozwojem ciśnień spływowych, co
prowadzi w efekcie do ponownego uruchomienia osuwiska,
i to pomimo wykonanego odwodnienia powierzchniowego. Na
rycinie 16 widoczne są zerwane przypory drenażowe, zniszczone
w wyniku odnowienia się osuwiska.

Ryc. 16. Widok zerwanego drenażu

Właściwe rozwiązanie kwestii odwodnienia wgłębnego wy-

magałoby zatem elementów odwadniających, które mogą być
wykonywane szybko i sprawnie (a zatem względnie niskokosz-
towo), które wolne są od ograniczeń sprzętowych i terenowych
(mogą być wykonane bez ograniczeń wysokościowych, na skar-
pie lub zboczu bez bezpośredniego dojazdu) oraz które dzięki
niskim nakładom pracy i swobodzie instalacji zapewnią odpo-
wiednią gęstość pokrycia odwadnianego masywu. Po blisko 10
latach prac badawczo-rozwojowych udało się taką technologię
opracować. Nosi ona nazwę gwoździ drenujących i została opra-
cowana według założeń opisanych powyżej, co stworzyło nowe
możliwości przy projektowaniu kompleksowych rozwiązań dla
stabilizacji terenów osuwiskowych (ryc. 17).

Kraj

Geotechnika

r o

DRILL DRAIN

drilled upwards
up to 1 m into
water-bearing
strata

slope stabilisation
with shotcrete
and TITAN soil nail

slope dewatering
with DRILL DRAIN

and TITAN 40/27

water

-beari

ng st

rata

epage line

> 10°

Ryc. 17. Schemat gwoździa drenującego

Ryc. 18. Widok trzonu ﬁ ltracyjnego

Gwoździe drenujące to odmiana konstrukcyjnych, samowier-

cących gwoździ iniekcyjnych CFG Ich zadaniem jest poprawa
stosunków wodnych i redukcja ciśnienia porowego w obrębie
wzmacnianego ośrodka gruntowego w celu kompleksowej po-
prawy warunków stateczności. Gwoździe drenujące redukują
ciśnienia porowe i odprowadzają wodę przez ﬁ ltracyjny (silnie
porowaty) trzon iniekcyjny, wytworzony wzdłuż całej długości
elementu. Łącząc w sobie swobodę, łatwość i wysoką wydajność
instalacji pozwalają na stworzenie systemu odwodnienia wgłęb-
nego o dużej gęstości, a więc nieporównanie skuteczniejszego
w wychwytywaniu wód od tradycyjnych drenów wierconych.

Gwoździe drenujące składają się z dwóch zasadniczych kompo-

nentów – stalowego elementu zbrojącego w postaci gwintowanej
żerdzi oraz ﬁ ltracyjnego trzonu iniekcyjnego, wypełniającego
otwór na całej długości. Jako stalowy element zbrojący stosuje się
elementy systemu gwoździowania CFG w odmianie 40/27 (śred-
nica zewnętrzna / wewnętrzna żerdzi). Element podstawowy to
ﬁ ltracyjny trzon iniekcyjny to porowata buława iniekcyjna (silnie
porowaty kamień cementowy) o współczynniku ﬁ ltracji rzędu k =
10

-4

– 10

-3

m/s. Filtracyjny trzon iniekcyjny tworzony jest z miesza-

niny wody, powietrza oraz specjalnej, systemowej, konfekcjonowa-
nej mieszanki mikrocementu, mikrosfer i czynnika spieniającego.
Urządzenia te wykonywane są z użyciem sprzętu i elementów

stosowanych w systemie gwoździowania CFG, zazwyczaj łącznie
z gwoździami konstrukcyjnymi (jednocześnie z prowadzonymi
robotami wzmacniającymi), wplecione w ich raster (ryc. 18).

Podobnie jak w przypadku konstrukcyjnych gwoździ CFG, żer-

dzie wraz z łącznikami, elementami dystansowymi i jednorazową
końcówką wiertniczą tworzą kompletny zestaw będący konstrukcją
gwoździa drenującego, jednocześnie wykorzystywany do wierce-
nia otworu (przewód wiertniczy) i iniekcji (przewód iniekcyjny).
Podczas wykonywania gwoździ stosuje się płuczkę powietrzną
lub specjalną, stworzoną na bazie wody z dodatkiem systemowej,
mieszanki suchej do płuczki. Tak przygotowana płuczka umoż-
liwia utrzymanie stateczności otworu bez ograniczania później-
szych zdolności ﬁ ltracji (migracji) wody do zasadniczego trzonu
ﬁ ltracyjnego. Płuczkę przygotowuje się w proporcjach Ms/w 1:50
(mieszanka sucha / woda). Medium jest wytłaczane do otworu
wiertniczego przez dysze w końcówce wiertniczej. Wiercenie od-
bywa się bez rur osłonowych. Nie dopuszcza się stosowania czystej
płuczki wodnej. Iniekt, z którego tworzony jest trzon ﬁ ltracyjny,
jest podawany po zakończeniu wiercenia przez otwór centralny
żerdzi i dysze w końcówce wiertniczej. Iniekcja zasadnicza (po
pogrążeniu całej długości gwoździa) jest prowadzona zaczynem
o wskaźniku w/c = 0,5. Iniekt ﬁ ltracyjny należy przygotowywać
bezpośrednio przed iniekcją, czas mieszania wynosi minimum 2
minuty. Przygotowanie polega na wymieszaniu wody z systemową,
konfekcjonowaną suchą mieszanką. Iniekcję prowadzi się z uży-
ciem systemowego napowietrzacza, łączącego zaczyn ze sprężonym
powietrzem w celu odpowiedniego napowietrzenia. W trakcie
iniekcji zasadniczej żerdź powinna się obracać. Iniekcję prowadzi
się od dna otworu do wierzchu, do momentu gdy z otworu zacznie
wypływać czysty, gęsty iniekt końcowy. Iniektuje się całą długość
gwoździa. Uzyskuje się w ten sposób element o dowolnej praktycz-
nie długości (instalacja gwoździ drenujących o długości 18–21m nie
nastręcza żadnych problemów) i efektywnej powierzchni roboczej
odbierającej wodę na poziomie 0,4–0,6m

na każdy 1 m.b. długości.

Łącząc to z wysokim współczynnikiem ﬁ ltracji, charakterystycz-
nym dla np. pospółek, oraz gęstością – przy typowym rastrze
gwoździowania rozstaw poziomy wynosi 1,5–2,5m – otrzymuje
się przestrzenny (wielopoziomowy) system odwodnienia wgłęb-
nego o niedostępnej dotychczas skuteczności. Z uwagi na walory
techniczne i efektywność ekonomiczną gwoździe drenujące to
nowe, niezwykle skuteczne narzędzie uzupełniające lukę w arsenale
środków technicznych wykorzystywanych do stabilizacji terenów
osuwiskowych (ryc. 19).

Ryc. 19. Schemat i wykres obrazujący skuteczność pracy gwoździ drenujących w stabilizacji
osuwisk poprzez redukcję ciśnień porowych

Listopad – Grudzień 2011 Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne

Geotechnika

Kraj