27. Ulepszanie podłoża gruntowego, metody wykonawstwa, zastosowania, technologie.

Nie ka

dy grunt rodzimy nadaje si

jako podło

e w budownictwie drogowym. Od podło

a gruntowego

wymagana jest przede wszystkim odpowiednia no

ść

oraz odporno

ść

na zmiany no

ci podczas zawilgacania

lub zamarzania. Z tego powodu, w przypadku wyst

powania gruntów słabszych lub o nieodpowiedniej no

ci,

nale

y wykona

odpowiednie zabiegi podwy

szaj

ce parametry podło

a. Mo

na to wykonywa

albo przez

wymian

gruntu (usuni

cie istniej

cego słabego gruntu i dowiezienie nowego, dobrego) albo przez ulepszenie

istniej

cego. Ze wzgl

du na olbrzymie koszty dowozu nowego gruntu oraz trudno

ci z jego znalezieniem, metoda

ulepszenia (stabilizacji) na miejscu jest dzi

powszechnie stosowana.

Dalej przedstawiono w skrócie podstawowe informacje o stabilizacjach gruntów i podbudów drogowych.
Szczegółowe informacje i wymagania znale

źć

na w odno

nych normach.

Stabilizacj

gruntów nazywamy stosowanie odpowiednich metod trwałego wzmacniania i utrwalania

gruntów w celach budowlanych.

Grunty mo

na stabilizowa

przez:

-ulepszanie ich uziarnienia dodatkami innych gruntów (mieszanki optymalne),

-stosowanie domieszek cementu, wapna, aktywnych popiołów lotnych (zwi

kszenie no

ci gruntu),

-stosowanie domieszek asfaltu,

-stosowanie specjalnych zwi

zków chemicznych w celu zwi

kszania no

ci gruntu.

Nieodzownym warunkiem pomy

lnego stosowania ka

dej z metod stabilizacji jest odpowiednie zag

szczanie

stabilizowanego gruntu.

Wybór metody stabilizacji zale

y od:

-warunków gruntowo-wodnych,

-dost

pnych materiałów,

-oszacowania kosztów,

-dost

pnego czasu na wykonanie pracy.

Roboty stabilizacyjne składaj

z nast

puj

cych etapów:

-wybór metody stabilizacji i okre

lenie zawarto

ci materiałów stabilizuj

cych,

-przygotowanie (rozdrobnienia) gruntu,
-wyrównanie i zawałowanie,
-rozło

enie lub dozowanie "stabilizatora",

-mieszanie,
-zag

szczenie (najcz

ęś

ciej w wilgotno

ci optymalnej),

-piel

gnowanie do czasu stwardnienia mieszanki gruntu z dodatkami.

Stabilizacja i ulepszanie gruntów cementem (PN-S-96012:1997)

Dodatek cementu umożliwia wykonanie:

•

ulepszenia podłoża gruntowego,

•

podbudowy z gruntu stabilizowanego cementem.

Ulepszenie podłoża gruntowego cementem

Proces stabilizacji cementem polega na zmieszaniu rozdrobnionego gruntu z optymalną ilością
cementu i wody oraz zagęszczeniu takiej mieszanki, której wytrzymałość na ściskanie po 7 i 28
dniach mieści się w wyznaczonych normowo granicach.

Proces mieszania gruntu z cementem może być wykonywany:

•

bezpośrednio na drodze,

•

w stacjonarnych mieszarkach (betoniarkach) o odpowiedniej wydajnosci.

Istotne jest bardzo dobre rozdrobnienie i wymieszanie gruntu z cementem, tak aby nie związane z
cementem cząstki gruntu nie stanowiły bryłek rozsadzających cementogrunt w przypadku
zamoczenia lub zamrożenia.

Dodatek cementu powoduje zmniejszenie nasiąkliwości cząsteczek iłowych (o wielkości <0.002 mm)
i powstawanie szkieletu nośnego w gruncie na skutek krystalizacji cementu między cząstkami.

Zawartość cementu:

•

Małe dodatki cementu ulepszają grunt, zwiększają jego spójność , i jednocześnie zmniejszają jego

nasiąkliwość oraz plastyczność.

•

Ilość cementu potrzebna do stabilizacji zależy od uziarnienia gruntu, jego aktywności, porowatości

i od wymagań stawianych cementogruntowi.

•

Stosowanie cementu w ilościach 3-4% powoduje ulepszenie gruntu i zwalnia z potrzeby

zastosowania bardziej kłopotliwego odziarniania innymi gruntami. Wyższe ilości cementu, 5-15%
(wagowo) powodują znaczne zwiększenie wytrzymałości gruntu, w niektórych przypadkach zbliżone
do słabszych betonów budowlanych.

•

Według normy zawartości cementu powinna wahać się w granicach 4-10% wagowo liczonych w

stosunku do masy suchego gruntu, zależnie od rodzaju i uziarnienia gruntu, klasy cementu oraz
rodzaju warstwy i kategorii ruchu. Górne granice zawartości cementu przedstawia tablica 1.

Fazy wykonywania stabilizacji gruntu cementem bezpośrednio na drodze (wg Principles Of Pavement
Design):

Faza 1: Na przygotowane podłoże (wyrównane i spulchniane) wjeżdża sprzęt rozkładający cement, a
następnie gruntomieszarki mieszające cement z gruntem.

Faza 2 : Po wymieszaniu cementu z gruntem następuje dozowanie wody i powtórne mieszanie. Po
wymieszaniu rozpoczyna się zagęszczanie walcami. Zagęszczenie powinno nastąpić zanim
rozpocznie się proces wiązania cementu.

Faza 3 : Po lekkim zwilżeniu wodą i spulchnieniu koronie drogi nadaje się ostateczny profil (spadki
itp.) oraz ostatecznie zagęszcza.

W przypadkach, kiedy możliwe jest wymieszanie gruntu lub kruszywa w otaczarce, na budowę
przywozi się ciężarówkami gotową mieszankę rozkładaną następnie maszynowo.

Prawidłowe zagęszczanie gruntu oraz wykonanej stabilizacji wymaga osiągnięcia tzw. wilgotności
optymalnej. Także po wykonaniu stabilizacja wymaga odpowiedniej pielęgnacji np. przez zraszanie
wodą.

Dostępny obecnie sprzęt umożliwia wymieszanie gruntu z dodatkami na głębokość 40-60 cm.

Stabilizacje podłoża spoiwami umożliwiają skuteczną walkę z powstaniem przełomów nawierzchni
(pękaniem nawierzchni na wiosnę na skutek pęcznienia podłoża) oraz eliminują stosowanie warstw
filtracyjnych z piasku w zagłębionych korytach.

Podbudowy stabilizowane cementem

Podbudowy z gruntu stabilizowanego cementem:

•

podbudowy pomocniczej (dolnej warstwy podbudowy, o mniejszej nośności),

•

podbudowy zasadniczej (górnej warstwy podbudowy, o większej nośności).

Tablica 1. Zawartości cementu w warstwach podłoża i podbudowy

Kategoria ruchu

Maksymalna zawartość cementu, w stosunku do masy

suchego gruntu, [% m/m]

podbudowa

zasadnicza

podbudowa

pomocnicza

ulepszone podłoże

KR 1 do KR 3
(ruch <335 osi 10
tonowych na dobę)

KR 4 do KR 6
(ruch >335 osi 10
tonowych na dobę

W zależności od rodzaju warstwy w konstrukcji nawierzchni (podłoże, podbudowa), różne są
wymagania wobec wytrzymałości. przedstawia je tablica nr. 2

Tablica 2. Wytrzymałości na ściskanie próbek

Rodzaje warstwy w

konstrukcji nawierzchni

drogowej

Wytrzymałość na ściskanie próbek nasyconych wodą

- podbudowa zasadnicza

dla ruchu KR1

- podbudowa pomocnicza

dla ruchu KR 2-6

1,6 – 2,2

2.5 – 5,0

- górna część warstwy

ulepszonego podłoża

1,0 – 1,6

1,5 – 2,5

- dolna część warstwy

ulepszonego podłoża

0,5 – 1,5

Należy pamiętać, że wykonywanie podbudów stabilizowanych cementem nie jest takim
uniwersalnym rozwiązaniem, jak się wydaje:

•

nie każdy materiał nadaje się do wykonania stabilizacji cementem, istotne jest m.in. jego

uziarnienie,

•

stosowanie dużych zawartości cementu lub „przedawkowanie” jego zawartości w podbudowie

prowadzi do powstawania spękań skurczowych w podbudowie, które na pewno z czasem zostaną
przeniesione na leżące powyżej warstwy bitumiczne – w ten sposób powstaną osławione spękania
odbite,

•

zgodnie z zapisami z Katalogu Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych

(GDDP 1997), stosując w konstrukcji podbudowę ze spoiwem hydraulicznym należy zastosować
odpowiednią membranę przeciwspękaniową (geokompozyt, geowłókninę itp.),

•

decydując się więc na podbudowę stabilizowaną cementem należy rozważyć, czy rachunek zysków

i strat jest pozytywny:

Podbudowa stabilizowana cementem

bilans zalet i wad

Zalety

Wady

możliwość wykorzystania materiału

miejscowego (niski koszt),

relatywnie duża wytrzymałość i nośność

podbudowy aż do wystąpienia spękań,

duża nośność podbudowy pozwala na

zmniejszenie grubości warstw

bitumicznych na podbudowie (obniżenie

kosztów)

nieuniknione spękania skurczowe

podbudowy lub konieczność

stosowania specjalnych technik

(„pre-cracking”),

konieczność stosowania membran

przeciwspękaniowych (wysoki koszt),

w przypadku braku skutecznych

membran konieczność naprawy
głębokich spękań poprzecznych

sięgających aż do dna podbudowy

(bardzo wysoki koszt)

Decyzję o zastosowaniu tego rodzaju podbudowy należy podjąć mając świadomość, że koszt jej
wykonania jest niski na etapie budowy (bez membran przeciwspękaniowych), natomiast wysoki jest
koszt napraw spękań poprzecznych odbitych.

Podbudowy z kruszyw stabilizowanych mechanicznie

zamiast podbudów z tłucznia klinowanego

Przez wiele lat w polskim drogownictwie stosowano do podbudów popularne "tłuczniówki" - podbudowy
wykonywane z tłucznia klinowanego kli

cem. Jakkolwiek ten typ podbudowy był bardzo popularny, to jednak

posiada on wiele wad, w

ród których mo

na na przykład wymieni

kłopoty z uzyskaniem poprawnego

zag

szczenia warstwy. Jak wspominaj

starzy praktycy, "czasami trzeba było dorzuci

do tłucznia troch

gliny

eby osi

ąć

żą

dane zag

szczenie i dobry stopie

stabilno

ci podbudowy".

Inn

wad

takich podbudów jest utrata zdolno

ci do przenoszenia obci

ąż

na skutek "rozje

ania si

" tłucznia

pod wpływem działaj

cych sił pionowych. Rozwi

zanie alternatywnym, znanym ju

od wielu lat, były podbudowy z

mieszanek mineralnych o ci

głym uziarnieniu, stabilizowanych mechanicznie. Krzywe graniczne takich mieszanek

na było znale

źć

na przykład w fundamentalnym dziele "Zarys geotechniki" Z.Wiłuna.

Jakie s

cechy i zalety podbudów z mieszanek o ci

głym uziarnieniu:

- ich uziarnienie jest ci

głe, wi

c zawiera równomiernie stopniowany udział ka

dej frakcji kruszywa, najcz

ęś

ciej

łamanego,
- w mieszance konieczna jest obecno

ść

ziaren poni

ej 0,075 mm (min. 2% m/m) - ziarna te razem z wod

tworz

mieszance "smar" konieczny do prawidłowego zag

szczenia mieszanki,

- mieszank

układa si

w optymalnej wilgotno

ci,

- otrzymana podbudowa jest warstw

całkowicie podatn

, niegeneruj

skurczowych (i dalej odbitych),

- w zale

ci od krzywej uziarnienia i rodzaju kruszywa, podbudowa charakteryzuje si

dobr

lub bardzo dobr

Mimo oczywistych zalet i przewagi tego rodzaju podbudów nad tłuczniem, "tłuczniówki" trzymaj

mocno. A

szkoda! Bo od 5 lat mamy bardzo dobr

polsk

norm

na mieszanki mineralne do podbudów.

Norma PN-S-06102:1996

"Drogi samochodowe. Podbudowy z kruszyw stabilizowanych mechanicznie."

Norma ta zast

piła norm

BN-64/8933-02. Dla wyja

nienia, w normie podano definicje:

- stabilizacja mechaniczna - proces technologiczny polegaj

cy na odpowiednim zag

szczeniu, w optymalnej

wilgotno

ci, kruszywa o wła

ciwie dobranym uziarnieniu,

- podbudowa stabilizowana mechanicznie - warstwa lub warstwy konstrukcyjne nawierzchni słu

żą

ce do

przenoszenia obci

ąż

od ruchu na podło

Podstawowe zalecenia normy:
- mieszanka kruszyw powinna charakteryzowa

krzyw

uziarnienia (ci

głego) mieszcz

dzy krzywymi

granicznymi pól dobrego uziarnienia (rys. poni

ej),

- jako składniki mieszanki mo

na stosowa

: kruszywa łamane,

wir i mieszanki, kruszywa z

la wielkopiecowego

kawałkowego (sezonowanego),
- uziarnienie mieszanek: 0/32,5 mm i 0/63 mm,
- wymiar najwi

kszego ziarna kruszywa nie powinien przekracza

2/3 grubo

ci warstwy podbudowy układanej

jednorazowo,
- materiały do wykonywania podbudowy powinny spełnia

wymagania dotycz

ce nieprzenikania cz

stek mi

dzy

podbudow

a podło

em,

- minimalna grubo

ść

warstw podbudowy powinna wynosi

- dla kruszyw łamanych i

li: 10 cm

- dla kruszyw naturalnych: 12,5 cm
- dla mieszanek kruszyw: 11 cm
- w normie podano tak

e definicj

, wzór obliczania i metod

badania wska

nika no

ci Wno

Rys. Krzywe graniczne pola dobrego uziarnienia wg normy

Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych GDDP z 1997 r. stosowany do okre

lania

układu, grubo

ci i rodzaju warstw nawierzchni w zale

ci od kategorii ruchu, zawiera w wariancie A rozwi

zania

z podbudow

mineraln

. Warto zauwa

e podbudow

tłuczniow

dopuszczono tylko dla kategorii ruchu

KR1-KR2, natomiast podbudow

z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie - do wszystkich

kategorii ruchu.

Warto wi

c stosowa

now

norm

, tym bardziej,

e wielu dostawców kruszyw oferuje w sprzeda

y gotowe

mieszanki.

MASZYNY

REZARKA DO ASFALTU

STABILIZATOR PODŁOŻA

OMAG

MPH

122-2

zastosowanie

MPH można stosować jako frezarkę lub stabilizator podłoża. Podczas użytkowania jako frezarka stare uszkodzone
czarne nawierzchnie asfaltowe mogą być zerwane, rozdrobnione i zmieszane z materiałem wiążącym. Podczas pracy
jako stabilizator podłoża używany jest przeważnie do mieszania wapna, popiołu lotnego i cementu z przewidzianym
materiałem, do polepszania podłoża i jego wzmacniania na warstwach nasypowych, mrozoochronnych i nośnych.

wyposażenie standardowe

wyposażenie dodatkowe

hydrostatyczny napęd jazdy na wszystkie koła
hydrostatyczny napęd rotora z automatyczną regulacją mocy
hydrostatyczny układ łamany, kierowana oś tylna
hydraulicznie ustawiany kąt pochylenia rotora
kabina operatora z podwójną dźwignią jazdy, 2 kierownicami
kabina operatora z przestawianym fotelem
wyświetlacz funkcji roboczych, oświetlenie robocze
uchwyt z drążkiem holowniczym
ogrzewana kabina z klimatyzacją

ROPS/FOPS, system dozowania wody

rotor 2530 mm z głębokością roboczą 420 mm

rotor z wymiennymi uchwytami 2530mm

rotor z frezami łopatkowymi 2330mm

układ dozujący emulsję

układ dozujący do spienionego bitumu

hydrauliczne przyłącze pod instalację do bitumu

ogumienie typu EM, specjalny lakier, radio

rotor z wymiennymi uchwytami 2330mm

dane techniczne

waga

ciężar roboczy

20.950 kg

wymiary

promień zawracania wewnątrz/zewnątrz

3.500/6.300 mm

właściwości jezdne

prędkość jazdy (1)
prędkość jazdy (2)

0 - 2,7 km/h
0 - 12,0 km/h

napęd

producent silnika i typ silnika
chłodzenie i ilość cylindrów
moc przy obrotach
rodzaj napędu
napędzane koła

Deutz TCD 2015 V06
ciecz/6
360 kW przy 2.100 obr/min
hydrostatyczny
wszystkie

opony

rozmiar opon przednich/tylnych

28LR26 / 620/75R26

hamulce

hamulec roboczy
hamulec postojowy

hydrostatyczny
akumulacyjny

układ kierowniczy

rodzaj układu
włączanie układu

łamany plus tylna oś
hydrauliczny

rotor

szerokość/zewnętrzna średnica rotora
liczba obrotów rotora
kąt wahania rotora +/-
kierunek obrotu
maksymalna głębokość robocza
liczba zębów, wysokość zębów

2.330/1.225 mm
100-170 obr/min
5º
przeciwnie do kierunku jazdy
500 mm
192 sztuki, 200 mm

wymiary

szerokość x wysokość x długość

2.810 x 3.420 x 9.050 mm

objętości

pojemność zbiornika paliwa

750 l

wzmacnianie piaszczystego i żwirowego podłoża cementem i wapnem

grubość warstwy

wydajność powierzchniowa

m2/dziennie

12.000-15.000

8.000-13.000

5.000-8.000

wzmacnianie drobnoziarnistego i mieszanego podłoża wapnem

grubość warstwy

wydajność powierzchniowa

m2/dziennie

8.000-13.000

6.000-9.000

4.000-6.000

rozdrabnianie gliny podczas budowy składowisk

grubość warstwy

wydajność powierzchniowa

m2/dziennie

6.000-9.500

5.000-8.000

4.000-7.000

recykling wzmocnień bitumowanych, standardowa całkowita głębokość frezowania 25-35cm

grubość asfaltu/całkowita

5/45

10/40

15/35

wydajność powierzchniowa

m2/dziennie

6.000-9.000

4.000-6.000

1.500-4.000

REZARKA DO ASFALTU

STABILIZATOR PODŁOŻA

OMAG

MPH

125

zastosowanie

wyposażenie standardowe

wyposażenie dodatkowe

hydrostatyczny napęd jazdy na wszystkie koła
hydrostatyczny napęd rotora z automatyczną regulacją mocy
hydrostatyczny układ łamany, kierowana oś tylna
hydraulicznie ustawiany kąt pochylenia rotora
hydrauliczna klapa tylna z pozycją pływającą
hydrauliczne przyłącze pod instalację do wody/bitumu
kabina operatora ROPS/FOPS z pozycjami roboczą
i transportową, obracanym i przesuwanym wielofunkcyjnym
stanowiskiem roboczym, poręcze
wyświetlacz funkcji roboczych
oświetlenie robocze
uchwyt z drążkiem holowniczym
kompresor na sprężone powietrze
przyłącze do narzędzi pracujących pod ciśnieniem
zamykana skrytka
centralne smarowanie
ogrzewana kabina z klimatyzacją

system dozowania wody

specjalny lakier

rotor 2530 mm (inna głębokość robocza!)
rotor z wymiennymi uchwytami 2530mm
rotor z wymiennymi uchwytami 2330mm

rotor z frezami łopatkowymi 2330mm

system dozowania emulsji

system dozowania spienionego bitumu

ogumienie typu EM

radio

kogut

pneumatyczne urządzenie do wymiany frezów

dane techniczne

waga

ciężar roboczy

24.500 kg

wymiary

promień zawracania wewnątrz/zewnątrz

3.750/6.750 mm

właściwości jezdne

prędkość jazdy (1)
prędkość jazdy (2)

0 - 3,0 km/h
0 - 12,0 km/h

napęd

producent silnika i typ silnika
chłodzenie i ilość cylindrów
moc przy obrotach
rodzaj napędu
napędzane koła

Deutz TCD 2015 V08
ciecz/8
440 kW przy 1.900 obr/min
hydrostatyczny
wszystkie

opony

rozmiar opon przednich/tylnych

28LR26

hamulce

hamulec roboczy
hamulec postojowy

hydrostatyczny
akumulacyjny

układ kierowniczy

rodzaj układu
włączanie układu

łamany plus tylna oś
hydraulicznie

rotor

szerokość/zewnętrzna średnica rotora
liczba obrotów rotora
kąt wahania rotora +/-
kierunek obrotu
maksymalna głębokość robocza
liczba zębów, wysokość zębów

2.330/1.1416 mm
90-130 obr/min
5º
przeciwnie do kierunku jazdy
550 mm
208 sztuki, 200 mm

wymiary

szerokość x wysokość x długość

2.850 x 3.700 lub 3.100 x 9.990 mm

objętości

pojemność zbiornika paliwa

1.030 l

Rosnące obciążenie ruchem drogowym, niepodejmowanie środków mających na celu

utrzymywanie  nawierzchni  w  dobrym  stanie  i  coraz  bardziej  zmniejszające  się  fundusze  finansowe
doprowadziły  do  powstania  znacznych  uszkodzeń  warstwy  powierzchniowej  i  nośnej  w  sieci  dróg  na
całym świecie: do deformacji, nierówności, załamań i powstawania rys. Metoda recyklingu typu mix-in-
place  opracowana  przez  firmę  Bomag  oferuje  interesujące  rozwiązanie  do  przywracania  nośności  i
bezpieczeństwa w ruchu drogowym wzmocnieniom ulic i drogom wymagających renowacji.

Metoda recyklingu mix-in-place do odnawiania wzmocnień dróg wymagających renowacji opracowana przez firmę Bomag.

Korzyści wynikające z metody recyklingu mix-in-place
- odnawiana jest nie tylko warstwa wierzchnia, ale cała konstrukcja drogi,
- wyraźna obniżka kosztów w porównaniu do konwencjonalnych metod budowy,
- jest łatwa do przeprowadzenia i pozwala na wcześniejsze włączenie do użytku,
- oszczędza surowce i energię, bo znajdujący się materiał budowlany wykorzystywany jest ponownie.

Środek wiążący – spienione masy bitumiczne

Powstawanie spienionych mas bitumicznych w belce spryskującej w MPH

Dzięki dodaniu niewielkiej ilości wody

(od 1,5% do 3,5%) można spowodować pienie-
nie się gorącego bitumu. Dochodzi od 10-cio do
20-krotnego powiększenia objętości.

Proces pienienia odbywa się w komorach

ekspansji,  które  są  wstępnie  otwarte  w  stosunku
do  otworów  wyjściowych  dla  bitumu  w  belkach
spryskujących.  Bitumy  i  woda  są  równocześnie
sprężane w komorach ekspansji. Piana bitumicz-
na  naciska  na  dysze  w  komorze  mieszalnej
pokrywy rotora frezującego. Pozostający krótko-
trwały  przyrost  objętości  i  odbywający  się  przy
tym  proces  mieszania  doprowadzają  do  oblepie-
nia mieszanki mineralnej.

Podczas ostatecznego intensywnego za-

gęszczania  wzmocnienia  ze  spienionego  bitumu
wykazują  dobre  właściwości  nośne  i  elastycz-
ność,  jak  również  wyraźnie  zmniejszoną  podat-

ność  na  powstawanie  rys.  Celem  przyśpieszenia
procesu  zastygania,  względnie  aby  zwiększyć
udział wypełnienia, sensowne jest dodanie 1-2%
hydraulicznego  środka  wiążącego  (wapna  lub
cementu).

WZMACNIANIE PODŁOŻA GRUNTOWEGO METODĄ INIEKCJI

ROZPYCHAJĄCEJ (COMPACTION GROUTING)

Iniekcja rozpychająca systemu Kellera polega na pompowaniu w podłoże gruntowe
stabilnego materiału wypełniającego, który doprowadza do zagęszczenia gruntów
niespoistych lub wzmocnienia gruntów spoistych i organicznych. Wprowadzanie wypełniacza
w podłoże odbywa się pod ciśnieniem do ok. 4 MPa w czasie podciągania rury wiertniczej.
Zasadnicze znaczenie dla przebiegu i skuteczności tego typu iniekcji ma umiejętność
właściwego doboru wszystkich parametrów procesu, w tym szczególnie składu, ilości
i sposobu wtłaczania wypełniacza. Ponadto konieczne są wnikliwe obserwacje przemieszczeń
obiektu i podłoża oraz interaktywne projektowanie.
Iniekcja rozpychająca może być wykonana w różnych rodzajach gruntu i dla różnych celów.
Najczęstsze zastosowania obejmują między innymi:

•

zagęszczanie luźnych gruntów niespoistych (iniekcja zagęszczająca),

W przypadku gruntów sypkich i nieznacznie zapylonych wprowadzenie w podłoże pod
ciśnieniem mineralnych wypełniaczy powoduje zmniejszenie porowatości gruntu a tym
samym zwiększenie jego stopnia zagęszczenia.

•

wzmacnianie gruntów spoistych,

W przypadku gruntów spoistych i pylastych wprowadzany w podłoże pod ciśnieniem
wypełniacz powoduje wyciskanie wody z porów gruntu oraz, w przypadku używania
zaprawy, dodatkowo stabilizuje podłoże za pomocą siatki "kolumn".

•

iniekcję w strefę kontaktu budowli z gruntem (iniekcja kontaktowa),

Iniekcja kontaktowa ma zastosowanie w przypadku występowania pod fundamentami lub
płytami strefy rozluźnionego gruntu lub nawet pustek, które wypełnia się stabilnym
materiałem wypełniacza w celu poprawienia nośności i zahamowania osiadania. Możliwe jest
także, w ograniczonym zakresie, kontrolowane podnoszenie fundamentów.

Do zalet tej nowoczesnej technologii wzmacniania gruntu można zaliczyć:

•

trwałość osiąganego efektu wzmocnienia (zagęszczenia) gruntu, przy stosunkowo
niskim koszcie wykonania w porównaniu do innych metod (m.in. Soilcrete,
mikropale),

•

wykorzystanie stosunkowo lekkich i małych maszyn (nie stosuje się wysokich
ciśnień),

•

łagodne wiercenie, bez wibracji i w większości przypadków bez udaru,

•

niemal całkowity brak urobku,

•

nie używa się wody do rozluźnienia gruntu,

•

w wielu przypadkach możliwe jest wykonanie robót z zewnątrz budynku, bez
ograniczania jego eksploatacji,

•

wzmocnienie podłoża można wykonać tylko pod wybraną częścią budynku, bez
niebezpieczeństwa nadmiernego przesztywnienia podparcia w stosunku do
pozostałych jego części.

Przykładem zastosowania w przypadku gruntów sypkich są prace wykonane na terenie
zbiornika wodnego w Cedzynie. Na obiekcie tym prowadzono zagęszczanie ziemnej zapory
czołowej metodą wibroflotacji, na odcinku 250 m i do głębokości 10 m. W rejonie przepustu
zachodziła jednak obawa o stateczność wysokich żelbetowych ścian jazu, obciążonych
parciem gruntu, których grubość wynosiła jedynie około 60 cm. Z tego powodu nasyp
bezpośrednio sąsiadujący z jazem zagęszczono za pomocą iniekcji rozpychającej, stosując
bardzo gęstą zaprawę. Wykonane sondowania wykazały osiągnięcie zakładanego stopnia
zagęszczenia ID=0,75.

Innym przykładem są roboty wykonane przy naprawie posadzki hali przemysłowej firmy
Philips w Kętrzynie. Ze względu na zalegające w podłożu namuły i torfy oraz słabe grunty
nasypowe konstrukcję hali posadowiono na palach, zaniedbując jednak sprawę posadzki,
która w ciągu kilkunastoletniej eksploatacji obiektu osiadła miejscami do 30 cm. W ramach
naprawy i modernizacji hali zastosowano iniekcję rozpychającą. Pod istniejącą płytę posadzki
wtłaczano betonową zaprawę, która wypełniła zaobserwowane pustki oraz zagęściła luźne
nasypy. W obszarze torfów i namułów rozepchnięto grunty organiczne, powodując
wyciskanie wody z porów, oraz zredukowano ściśliwość warstw słabych układem
betonowych "kolumn". Po zakończeniu prac iniekcyjnych na starej płycie ułożono nową
posadzkę ze zbrojeniem rozproszonym.

WZMACNIANIE PODŁOŻA GRUNTOWEGO METODĄ INIEKCJI

ROZPYCHAJĄCEJ (COMPACTION GROUTING)

•

zagęszczanie luźnych gruntów niespoistych (iniekcja zagęszczająca),

•

wzmacnianie gruntów spoistych,

•

iniekcję w strefę kontaktu budowli z gruntem (iniekcja kontaktowa),

•

trwałość osiąganego efektu wzmocnienia (zagęszczenia) gruntu, przy stosunkowo
niskim koszcie wykonania w porównaniu do innych metod (m.in. Soilcrete,
mikropale),

•

wykorzystanie stosunkowo lekkich i małych maszyn (nie stosuje się wysokich
ciśnień),

•

łagodne wiercenie, bez wibracji i w większości przypadków bez udaru,

•

niemal całkowity brak urobku,

•

nie używa się wody do rozluźnienia gruntu,

•

w wielu przypadkach możliwe jest wykonanie robót z zewnątrz budynku, bez
ograniczania jego eksploatacji,

•

wzmocnienie podłoża można wykonać tylko pod wybraną częścią budynku, bez
niebezpieczeństwa nadmiernego przesztywnienia podparcia w stosunku do
pozostałych jego części.

SOILCRETE - INIEKCJA STRUMIENIOWA

Nabywając podstawową licencję iniekcji strumieniowej i wprowadzając w roku 1979
w Niemczech technologię Soilcrete (nazywaną też Jet Grouting) do praktyki budowlanej
firma Keller wkroczyła w nowy obszar technicznych możliwości wzmacniania i uszczelniania
podłoża gruntowego

Soilcrete, od połączenia angielskich słów soil=grunt i concrete=beton, określa stwardniałą
mieszaninę gruntu i zaczynu cementowego, a więc cementogrunt jaki powstaje w podłożu w
wyniku zastosowania nowej technologii wzmacniania gruntu

Iniekcje klasyczne a iniekcja strumieniowa

Pomiędzy iniekcją strumieniową a klasycznymi technikami iniekcji zachodzi zasadnicza
różnica. W iniekcji strumieniowej działający dynamicznie strumień wody lub zaczynu
cementowego rozcina i rozdrabnia grunt, by po wymieszaniu z zaczynem cementowym
i związaniu cementu stworzyć bryłę tzw. cementogruntu. W iniekcjach klasycznych
substancje iniekujące wypełniają wolne przestrzenie w gruncie poprzez działanie wysokiego
ciśnienia, grawitacji lub lepkości cieczy, ale odbywa się to w sposób statyczny.

Soilcrete wykonuje się w trzech podstawowych wariantach. Warunki

gruntowe, geometria bryły i wymagania jakościowe decydują o wyborze

najodpowiedniejszego wariantu technologii.

Soilcrete - S

Wariant pojedynczy - bezpośredni
(ang. single) wykorzystuje strumień
zaczynu cementowego bez otuliny
powietrznej, o prędkości wypływu co
najmniej 100 m/s, do równoczesnego
rozluźnienia i wymieszania gruntu.

Wariant S stosuje się przy małych
i średnich przekrojach kolumn.

Soilcrete - D

Wariant podwójny - bezpośredni (ang.
double) wykorzystuje strumień
zaczynu cementowego, o prędkości
wypływu co najmniej 100 m/s, do
równoczesnego rozluźnienia
i wymieszania gruntu. Dla zwiększenia
zasięgu oddziaływania strumień
zaczynu otulony jest powietrzem,
które wydostaje się pod ciśnieniem
z pierścieniowej dyszy.

Wariant D stosuje się głównie do

Wiercenie
Ż

erdź wiertnicza z monitorem i koronką zostaje zagłębiona w grunt

do wymaganego poziomu. Wiercenie jest z reguły wspomagane
strumieniem zaczynu cementowego, który zapewnia stateczność
otworu oraz utrzymuje wolną przestrzeń wokół żerdzi dla
odprowadzenia urobku. Do przewiercania murów lub betonu używa
się specjalnych koronek.

Rozluźnianie
Rozluźnianie struktury gruntu za pomocą bardzo silnego strumienia
rozpoczyna się od najgłębszego punktu odwiertu. Nadmiar
mieszaniny gruntowo-wodno-cementowej wydostaje się na
powierzchnię przez pierścieniową przestrzeń wokół żerdzi. Ustalone
parametry produkcyjne są przez cały czas kontrolowane
automatycznie.

Cementowanie
Równocześnie z rozluźnianiem gruntu, we wszystkich wariantach
technologii soilcrete podaje się pod ciśnieniem zaczyn cementowy,
który przy udziale turbulencji optymalnie miesza się z pozostałymi
cząstkami gruntu.
Do czasu stwardnienia cementogruntu w otworze wiertniczym
utrzymuje się hydrostatyczne nadciśnienie zaczynu.

Formowanie brył
Bryły soilcrete dają się dowolnie formować, poszerzać i łączyć,
zarówno w stanie świeżym (świeże w świeże) jak i po stwardnieniu
(świeże w stwardniałe).
Kolejność wykonania dostosowuje się do wymagań oraz specyfiki
podejmowanego przedsięwzięcia budowlanego.

INIEKCJA ROZRYWAJĄCA SOILFRAC

Technologia iniekcji rozrywającej wywodzi się z przemysłu wydobywczego ropy naftowej.
Stosowano ją w celu otwarcia w podłożu kanalików, którymi ropa naftowa przedostawała się

do pomp wydobywczych. W latach 60-tych technologia ta znalazła się w centrum
zainteresowania inżynierów firmy Keller, którzy wykorzystali ją do rozwiązania wielu
problemów w specjalistycznym budownictwie podziemnym. Wszędzie tam, gdzie klasyczna
iniekcja służąca do przygotowania podłoża pod posadowienie nowych obiektów lub naprawy
posadowienia obiektów istniejących nie może być zastosowana, lub gdzie niezbędne jest
dokonanie korekty położenia obiektu budowlanych w pionie, iniekcja typu soilfracR daje
nowe możliwości zastosowań. W tej technologii zostają wytworzone w gruncie ścieżki
iniekcyjne (Fracs) w które pompowany jest twardniejący zaczyn na bazie cementu i mączki
wapiennej. W połączeniu ze specjalnie do tego celu rozwiniętą techniką pomiarów oraz
kontroli możliwe jest unoszenie naprawianych obiektów o dziesiątki centymetrów.

Przebieg prac

Faza pierwsza - wbudowanie rur iniekcyjnych.
W podłoże gruntowe podlegające wzmocnieniu wprowadzone zostają specjalne rury
iniekcyjne. Rury te wyposażone są w gęsto rozstawione zaworki o specjalnej
konstrukcji. Umożliwiają one wielokrotną, powtarzalną iniekcję. Przestrzeń pomiędzy
ż

erdzią a gruntem zostaje wypełniona zaczynem cementowym.

Faza druga - "Rozerwanie" podłoża.
W celu dokonania iniekcji, do rury iniekcyjnej wprowadzany jest wąż na końcu
którego umieszczony jest podwójny paker. Dzięki temu pakerowi możliwe jest
zamknięcie rury iniekcyjnej pod i nad wybranym zaworkiem oraz dokonanie przez
niego kontrolowanej iniekcji. W tej fazie wytwarzają się przeważnie poziome ścieżki
iniekcyjne wypełnione twardniejącym iniektem. W grunt wprowadzony zostaje
pewien stan naprężenia.

Faza trzecia - iniekcja wielokrotna.
Poszczególne zaworki, w zależności od celu prac, mogą być wykorzystywane
wielokrotnie. Powtarzana iniekcja powoduje powstanie w gruncie dodatkowych
ś

cieżek iniekcyjnych przebiegających na ogół w pionie i dodatkowe naprężenie

podłoża. Poprzez ściśle określoną ilość pompowanego iniektu, ciśnienie, oraz miejsce
pod budynkiem w który iniekcji się dokonuje, można uzyskać wzmocnienie podłoża
lub doprowadzić do kontrolowanych przemieszczeń pionowych obiektu. Rury
iniekcyjne mogą być przez dłuższy czas (nawet do kilku lat) utrzymywane w stanie
"gotowości" co umożliwia cykliczne powtarzanie zabiegów (np.: w przypadku
powtarzających się szkód górniczych).

Technologia soilfracR znajduje zastosowanie głównie w trzech dziedzinach:

Naprawa posadowienia obiektów budowlanych to dziedzina w której zastosowanie
iniekcji rozrywającej jest bardzo korzystną alternatywę dla innych technik. SoilfracR
stosowany jest wszędzie tam, gdzie występują wymagające zahamowania nadmierne
osiadanie, gdzie pojawiają się naturalne lub sztucznie wywołane odkształcenia
podłoża gruntowego, gdzie mamy do czynienia z wpływami eksploatacji górniczej
oraz w przypadku zalegania pod fundamentami słabych gruntów. Poprzez
wielokrotnie powtarzalną, kontrolowaną iniekcję następuje wzmocnienie podłoża
gruntowego, oraz jego naprężenie. Efektem jest powstrzymanie osiadań i trwałe,
naturalne, zabezpieczenie obiektu. W przypadku wzmacniania podłoża iniekcją

rozrywającą, wzmocnieniu ulegają także same fundamenty gdyż wszelkie szczeliny,
pustki i rysy zostają wypełnione zaczynem cementowym.

Podnosząc obiekty budowlane do góry likwiduje się skutki ich nadmiernych osiadań.
W zależności od stanu technicznego w jakim znajduje się dany obiekt oraz od
właściwości podłoża gruntowego ustala się prędkość podnoszenia, maksymalne
odkształcenia jakie jest w stanie znieść podnoszony obiekt oraz odpowiednie
parametry pracy. Cały proces rozkłada się na dość długi okres a dzienne podnoszenia
poszczególnych fragmentów obiektu leżące w zakresie milimetrów sumują się do
dziesiątek centymetrów w skali całego budynku. Wszelkie prace prowadzone są bez
przerywania normalnego użytkowania obiektu.

Doskonałym przykładem zastosowania tej technologii była korekta pionowości
wieżowca GSW w Berlinie. W trakcie prac budowlanych przy jego rozbudowie,
nastąpiło na skutek pewnych błędów wykonawczych, jego nadspodziewanie duże
wychylenia z pionu. Prace przy tym obiekcie rozpoczęto w czerwcu 1996 roku od
przygotowania specjalnych programów komputerowych wspomagających pomiary
oraz założenia układu pomiarowego obejmującego około 70 punktów. Po wykonaniu
pomiarów zerowych wprowadzono do podłoża pod fundamentami zestawu stalowych
rur o sumarycznej długości 1513 mb i przystąpiono do iniekcji. Po około tygodniu
prac stwierdzono zatrzymanie procesu osiadania. Prowadzone dalej intensywne prace
doprowadziły do rozpoczęcia procesu podnoszenia. Proces ten przebiegał na początku
z prędkością 2,5 mm/tydzień, a po ostatecznym ustaleniu wszelkich niezbędnych
parametrów i po stwierdzeniu prawidłowej reakcji budowli na pierwsze ruchy,
zwiększono prędkość do 5,5 mm/tydzień. Prace zakończono po podniesieniu budynku
o 54 mm . Od momentu zakończenia prac obiekt jest cały czas, automatycznie
obserwowany geodezyjnie; do dnia dzisiejszego nie stwierdzono żadnych osiadań.

Ochrona budowli przed osiadaniami wywołanymi budową tuneli jest bardzo ważnym
zastosowanie technologii soilfracR . Pierwsze światowe zastosowanie tej techniki
miało miejsce w zagłębiu Ruhry, w roku 1985, w trakcie budowy metra. W celu
ochrony budowli przed spodziewanymi osiadaniami wynikającymi z budowy tunelu, z
umieszczonej w pobliżu obiektu studni wykonuje się poziome wiercenia i rozmieszcza
pomiędzy stropem przyszłego tunelu a fundamentami układ rur iniekcyjnych w formie
poziomo leżącego wachlarza. W budynki instalowany jest bardzo czuły układ
pomiarowy, który rejestruje osiadania we wszystkich newralgicznych częściach
obiektu. Pierwsza iniekcja służy wzmocnieniu i naprężeniu podłoża pomiędzy
fundamentem a przeszłym tunelem. Prowadzi się ją aż do chwili uzyskania
pierwszych reakcji budowli. Następnie możliwe jest wykonanie podniesienia obiektu
do góry symetrycznego do spodziewanych osiadań. W trakcie drążenia tunelu
prowadzi się bardzo dokładną obserwację geodezyjną obiektu. Wszelkie występujące
osiadania są na bieżąco, całkowicie lub częściowo neutralizowane przez odpowiednie
podnoszenie. Natychmiastowa reakcja na pojawiające się osiadania umożliwia
zminimalizowanie odkształceń obiektu a co za tym idzie znaczną redukcję
pojawiających się naprężeń.

Do najbardziej spektakularnych przykładów tego typu zabezpieczenia obiektów należą
prace wykonane w Lizbonie dla ochrony starego miasta w trakcie budowy tunelu
metra (1998), zabezpieczenie zabytkowego dworca Głównego w Antwerpii w związku
z budową tunelu dla szybkiej kolei (1999/2000) oraz zapobieżenie osiadaniom fabryki
AEG w związku z budową tunelu drogowego w Bielefeld (1989-1991).