Warunki gruntowo-wodne - ocena

W jakim celu ocenia się warunki gruntowo-wodne?

Ocena warunków gruntowych oraz wodnych powinna każdorazowo poprzedzać prace związane z projektowaniem budowy bądź przebudowy drogi. Obok określenia projektowego obciążenia danej drogi, jest to najważniejsza zmienna, konieczna do prawidłowego doboru konstrukcji nawierzchni. Określenie warunków gruntowo-wodnych jest bardzo istotne, niezależnie, czy projektowanie sprowadza się do doboru konstrukcji katalogowej, czy wykonywane jest indywidualnie, przy wykorzystaniu metod mechanistyczno-empirycznych.

Ocena warunków gruntowych - podstawy

Konieczność przeprowadzenia oceny warunków gruntowo-wodnych oraz sposób ich wykonania przedstawione były w załączniku nr 4 do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. W obecnej formie rozporządzenia, czyli tekście jednolitym ogłoszonym 23 grudnia 2015 roku, załącznik ten nie występuje. Za aktualną podstawę oceny warunków gruntowo-wodnych przyjąć więc należy Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych opracowany w Katedrze Inżynierii Drogowej Politechniki Gdańskiej na zlecenie Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad, a także odpowiednie normy krajowe.

Czym są warunki gruntowo–wodne, i od czego zależą?

Warunki gruntowo-wodne to w ujęciu najbardziej ogólnym pewien zespół właściwości podłoża gruntowego nawierzchni, czyli strefy gruntu znajdującej się poniżej spodu konstrukcji drogowej, mających wpływ na tę nawierzchnię. Przy projektowaniu dróg publicznych, ocena warunków gruntowo-wodnych sprowadza się do zaklasyfikowania podłoża gruntowego do jednej z ustalonych grup nośności podłoża. Grupy te oznaczone są literą G oraz cyfrą od 1 do 4. Aby przyporządkować panujące warunki gruntowo-wodne do konkretnej grupy nośności podłoża, trzeba określić następujące właściwości geotechniczne: warunki wodne oraz wysadzinowość gruntu. Dodatkowo do oceny warunków gruntowo-wodnych służyć może wskaźnik nośności CBR oraz wtórny moduł odkształcenia podłoża gruntowego.

Warunki wodne

Warunki wodne wynikają z posadowienia drogi oraz sytuacji hydrogeologicznej. Są one zależne od tego, czy droga przebiega w nasypie, czy w wykopie, od ich wysokości bądź głębokości a także od poziomu występowania swobodnego zwierciadła wody. Oznaczenie warunków wodnych sprowadza się do odpowiedniego przyporządkowania ich rodzaju na podstawie tabeli określającej zależność wymienionych wyżej charakterystyk, poprzez klasyfikację do jednej z trzech grup: złych, przeciętnych bądź dobrych.

Warunki gruntowe

Podstawowym kryterium klasyfikacji gruntów jest ich wrażliwość na działanie wody i mrozu. Grunt bada się laboratoryjnie, przede wszystkim pod kątem zawartości cząstek drobnych w ich składzie granulometrycznym. Pozwala to na określenie wysadzinowości gruntu, czyli klasyfikacji gruntu do jednej z następujących grup: niewysadzinowych, wątpliwych oraz mało i bardzo wysadziniowych.

Grupa nośności podłoża

Określenie warunków wodnych oraz wysadzinowości gruntu pozwala na ostateczną klasyfikację podłoża gruntowego do jednej ze wspomnianych wcześniej grup nośności podłoża. Przy dobrych warunkach wodnych, oraz niewysadzinowym gruncie, warunki takie zalicza się do najwyższej grupy - G1. Wszelkie inne kombinacje, w których występują przeciętne lub złe warunki gruntowe, oraz analogicznie wątpliwe bądź wysadzinowe grunty, skutkują klasyfikacją warunków gruntowo-wodnych do jednej z trzech grup - od G2 do G4. Zgodnie z zapisami KTNKPiP, konstrukcje nawierzchni podatnych i półsztywnych powinny być wykonywane na podłożu zaliczanym do grupy G1.

Słabe warunki gruntowe

W przypadku występowania gruntów zaklasyfikowanych do jednej z grup nośności podłoża od G2 do G4, mówi się potocznie o występowaniu słabych warunków gruntowych. Taka ocena warunków gruntowych powoduje, że (według zapisów Katalogu) należy przeprowadzić wzmocnienie bądź wymianę podłoża, celem doprowadzenia go do warunków odpowiadających grupie G1 nośności podłoża.

Pomimo tego, że najniższą grupą nośności według omawianej klasyfikacji jest grupa G4, to również zaliczenie warunków gruntowo-wodnych do tej grupy wiąże się ze spełnieniem przez podłoże pewnych warunków. Jednym z tych warunków jest nośność podłoża, wyrażona wtórnym modułem odkształcenia, który powinien wynosić nie mniej niż 25 MPa. W dokumentacjach technicznych można się spotkać z określeniem grupy nośności podłoża G4*, jest to oznaczenie nieformalne, mające na celu rozróżnienie gruntów o jeszcze niższej nośności, niż dla grupy G4. Są to skrajnie trudne warunki gruntowe, dla których wykonanie wzmocnienia zaleca się analizować każdorazowo indywidualnie, z udziałem jednostek bądź firm posiadających znaczne doświadczenie w procesach stabilizacji gruntów.

Wzmocnienie gruntu - zalety stabilizacji

Najczęściej stosowaną metodą wzmocnienia podłoża słabego jest wykonanie stabilizacji chemicznej gruntu zalegającego pod właściwą konstrukcją nawierzchni. Możliwość zastosowania takiego rozwiązania, oraz dobór odpowiedniego rodzaju stabilizacji zależny jest od konkretnych warunków gruntowych. Wykonanie stabilizacji przynosi szereg korzyści, spośród których jako najistotniejsze wymienić należy wykorzystanie gruntu rodzimego. Wymiana gruntu, będąca jednym z rozwiązań dla najtrudniejszych warunków gruntowych, wiąże się z koniecznością wykonania dodatkowych robót ziemnych. Poza problematyką składowania mas ziemnych, korytowanie i wywóz gruntu powoduje w konsekwencji zwiększenie zapotrzebowania na ciężki transport, czyli między innymi zwiększone obciążenie dla dróg okolicznych oraz emisję spalin.

Skuteczne rozwiązanie stabilizacyjne - stabilizacja hydrofobowa

Najbardziej zaawansowanym i kompleksowym rozwiązaniem dla trudnych sytuacji gruntowych jest projektowanie indywidualne konstrukcji nawierzchni, z zastosowaniem innowacyjnych metod stabilizacji. Jedną z takich metod jest stabilizacja ziarnistym dodatkiem hydrofobowym zwiększającym w sposób trwały odporność na absorpcję kapilarną gruntu. Stabilizacja taka przeznaczona jest dla gruntów wątpliwych oraz wysadzinowych. Zastosowanie technologii stabilizacji hydrofobowej pozwala na zaprojektowanie konstrukcji z zachowaniem parametrów jakościowych, w szczególności trwałości zmęczeniowej, przy jednoczesnym uzyskaniu korzyści ekonomicznych i środowiskowych. Zastosowanie takiej metody wzmocnienia podłoża dopuszczone jest przy zastosowaniu projektowania mechanistyczno-empirycznego. Zgodnie zapisami Katalogu, projektowanie takie dozwolone jest jako alternatywna dla projektowania konstrukcji nawierzchni metodą doboru konstrukcji katalogowych.