Wzmocnienie podłoża gruntowego
W przypadku realizacji każdej budowy w obszarze inżynierii lądowej występuję konieczność rozeznania podłoża gruntowego. Jest to jeden z podstawowych elementów każdego projektu, mający ogromne znaczenie dla nośności obiektów, a co za tym idzie bezpieczeństwa użytkowania. Wzmocnienie podłoża jest elementem prawie każdego projektu.
Ponieważ grunty są materiałem zmiennym i często problematycznym, na przestrzeni lat opracowano szereg metod pozwalających na skuteczne posadowienie obiektów inżynierskich. Każda z metod charakteryzuje się cechami przemawiającymi za ich wykorzystaniem, gdzie przede wszystkim najważniejsze są: skuteczność implementacji, koszty, czas realizacji oraz stopień trudności wykonania.
Wybór metody wzmacniania podłoża
Poprawne dobranie metody wzmacniania podłoża jest kluczowe przy każdej inwestycji. Odpowiednio wykonana analiza i implementacja odpowiednich rozwiązań pozwala zachować bezpieczeństwo budynków i budowli przy jednoczesnym optymalnym wykorzystaniu zasobów.
Niezbędnymi elementami poprzedzającymi dobór metody wzmocnienia podłoża jest analiza warunków gruntowo-wodnych (stan i rodzaj gruntu, poziom zwierciadła wody gruntowej) w tym rozpoznanie nietypowych zjawisk geologicznych mogących pojawić się na danym obszarze. Należy również zwrócić uwagę na czynniki antropogeniczne jak eksploatacja górnicza czy obecność nietypowych obiektów. Bardzo istotny wpływ na dobór wzmocnienia ma również rodzaj obiektu, które będzie budowany oraz sposób w jaki będzie on przekazywał obciążenie na ośrodek gruntowy oraz późniejszy sposób jego eksploatacji.
Analiza warunków w podłożu
W przypadku każdej realizacji obiektu budowlanego dokonuje się rozpoznania parametrów podłoża oraz stanu wód gruntowych. Każdy obiekt budowlany klasyfikuje się do odpowiedniej kategorii geotechnicznej, która determinuje również zakres wymaganych dokumentów. Warunki gruntowe w zależności od stopnia skomplikowania dzieli się na proste, złożone i skomplikowane. Dla każdego obiektu budowlanego opracowuję się opinię geotechniczną, a w przypadku obiektów drugiej i trzeciej kategorii opracowuje się dodatkowo dokumentację badań podłoża gruntowego oraz projekt geotechniczny.
Rodzaj gruntu
Rodzaj i stan gruntu determinuje w głównej mierze sposób zachowania podłoża budowlanego pod wpływem obciążenia. Grunt jest zbudowany z cząstek mineralnych o różnej wielkości, czasem z domieszką substancji organicznych. Rozmiar cząstek, ich kształt oraz ilość w danej objętości pozwala na sklasyfikowanie materiału do danej grupy gruntów. Z reguły grunty gruboziarniste posiadają dobre parametry budowlane i zaliczamy do nich piaski, żwiry, pospółki. Grunty drobnoziarniste ze względu na zmienność parametrów pod wpływem oddziaływania wody często wymagają dodatkowych zabiegów wzmacniających. Zaliczamy do nich gliny, pyły i iły. Szczególnie problematyczne są grunty organiczne ze względu na ich dużą ściśliwość i wysoką wilgotność, dlatego wymagają one indywidualnych projektów wzmocnień.
Woda gruntowa
Poziom zwierciadła wody gruntowej, zarówno swobodnego i napiętego ma istotny wpływ na właściwości gruntów, w szczególności spoistych i organicznych. Grunty spoiste mogą ulegać uplastycznieniu lub upłynnieniu co oznacza gwałtowną utratę parametrów nośności. W przypadku wysoko występującej wody gruntowej często wymagane jest obniżenie jej zwierciadła poprzez zastosowanie dodatkowych odwodnień lub wyniesienie obiektu budowlanego.
Zjawiska geologiczne
Podczas analizy warunków gruntowo-wodnych, w celu doboru metody wzmacniania podłoża, należy również zwrócić uwagę na występowanie możliwych niekorzystnych zjawisk geologicznych jak osuwiska, uskoki, zjawiska krasowe itd.
Wzmocnienie podłoża - metody
W zależności od zakresu prac przy wzmacnianiu gruntu można wprowadzić szereg podziałów metod wykonywanych robót. Jednym z podstawowych jest głębokość wykonywanego wzmocnienia, tj. powierzchniowe lub wgłębne. Do metody wgłębnych zaliczamy:
- Kolumny kamienne i żwirowe
- Kolumny betonowe
- Kolumny cementowo-gruntowe
- Odwodnienia wgłębne (dreny)
- Zagęszczanie dynamiczne i impulsowe
Powyższe metody zazwyczaj należą to bardziej kosztowych i czasochłonnych dlatego wykorzystuje się je przede wszystkim w bardzo trudnych warunkach gruntowych oraz przeważnie przy obiektach nieliniowych.
Do metod powierzchniowych wzmacniana gruntu zaliczamy:
- Stabilizacje chemiczne i hydrauliczne
- Poprawa uziarnienia i dogęszczanie
- Geosyntetyki
Metody te są często stosowane zarówno w budownictwie kubaturowym jak i liniowym, i charakteryzują się wysoką skutecznością przy jednoczesnym niższym koszcie oraz krótszym czasie wykonania. Ze względu na łatwość i szybkość wykonania oraz niski koszt, najczęściej stosowaną metodą stabilizacji gruntu jest stabilizacja chemiczna lub hydrauliczna.
Kolumny kamienne i żwirowe
Kolumny tego typu są wykonywane za pomocą wibratora wgłębnego, który po wprowadzenia na odpowiednią głębokość do gruntu podaje materiał kruszywowy i jednocześnie go zagęszcza.
Kolumny betonowe
Wytwarzane są w sposób podobny jak kolumny kruszywowe, z tą różnica że do gruntu wprowadzana jest specjalna mieszanka betonowa.
Kolumny cementowo-gruntowe
Wytwarzanie tych kolumn polega na mechanicznym wymieszaniu gruntu z zaczynem cementowym za pomocą wiertnicy wyposażonej w specjalne mieszadło oraz dysze podające zaczyn.
Odwodnienie wgłębne
Systemy odwodnienia wgłębnego mają za zadanie przejęcie wód w obszarze prowadzenia prac budowlanych i wyprowadzenie ich poza obiekt. Realizowane jest to za pomocą drenów, sączków oraz zbiorników retencyjnych. Ograniczenie ilości wody w podłożu gruntowym pozwala na zwiększenie jego nośności oraz stateczności.
Zagęszczanie dynamiczne oraz impulsowe
Zagęszczanie dynamiczne polega na kontrolowanym swobodnym odpadaniu ciężaru zawieszonego na dźwigu na powierzchnie gruntu. Czynność powtarzana jest wielokrotnie dzięki czemu uzyskuje się zwiększenie nośności gruntu i likwidację ewentualnych pustek. Zagęszczanie impulsowe jest realizowane poprzez powtarzalne uderzenia młota hydraulicznego w leżącą na podłożu płytę, która przekazuje powstałe drgania na ośrodek gruntowy.
Stabilizacje hydrauliczne i chemiczne
Powierzchniowa stabilizacja gruntu najczęściej wykonywana jest przy użyciu spoiw hydraulicznych, często z dodatkiem środków ulepszających. Główną cechą tak powstałego materiału jest jego struktura zawierająca w sobie zarówno sztywniejszy szkielet nośny jak i wypełnienie w postaci agregatów cząstek gruntowych. Szkielet nośny powstaje w wyniku reakcji chemicznych związanych z hydratacją spoiw hydraulicznych i łączenia cząstek gruntu. Dzięki temu nadaje się gruntowi nośność, a niezwiązane cząsteczki gruntu będące wypełnieniem stają się amortyzatorem sił zewnętrznych działających na szkielet nośny i nadają stabilizacji podatność. Stosowane dodatki mogą wprowadzić szereg dodatkowych korzyści jak hydrofobizacja czy zwiększenie mrozoodporności.
Poprawa uziarnienia i dogęszczanie
Metoda ta polega na uzupełnieniu w gruncie brakujących frakcji gruntu w celu stworzenia tzw. mieszanki optymalnej, którą można odpowiednio zagęścić uzyskując w ten sposób minimum porów. Uzyskuje się to zazwyczaj poprzez mieszania ze sobą różnych rodzajów gruntów lub gruntów i kruszyw.
Geosyntetyki
Jest to szereg materiałów przeznaczonych do stosowania jako wzmocnienie podłoża, które w zależności od rodzaju mają za zadanie pełnie warstwy filtracyjnej, separacyjnej lub wzmacniającej.
