4
technologie 69 kwiecień 11 [83] Renowacja wał ów przeciwpowodziowych Tegoroczna powódź przyniosła straty na ogromnym obszarze naszego kraju. Skala zniszczeń spowodowanych przez wodę wskutek przerwania wałów skła- nia nas do wskazania przyczyn tego stanu oraz opracowania sposobów zapobieżenia podobnym katastrofom w przyszłości. Podstawowym wyma- ganiem, jakie powinien spełniać grunt tworzący korpus wału przeciwpowo- dziowego oraz jego podłoże, jest jego odpowiednie zagęszczenie [1]. Zagęszczenie gruntów w nasypach w zależności od rodzaju gruntu oce- nia się na podstawie wartości wskaź- nika zagęszczenia (I S ) lub stopnia za- gęszczenia (I D ). Wymagane wartości stopnia zagęszczenia lub wskaźnika zagęszczenia gruntów wałów nowo zbudowanych lub zrekonstruowanych można przyjąć na podstawie wartości podanych w tabeli. Z administracyjnego punktu widzenia w naszym kraju, podobnie jak w in- nych krajach Unii Europejskiej, istnieje dużo opracowań i wytycznych doty- czących sprawdzania jakości wałów przeciwpowodziowych. Zgodnie z wy- tycznymi wykonywania kontroli [2] za- równo okresowych, jak i corocznych, kontrolą powinno się obejmować: korpus wału, podłoże, budowle wa- łowe towarzyszące, międzywale, za- wale oraz obszar chroniony. Zgodnie Zagęszczenie korpusu i podłoża wałów przeciwpowodziowych to podstawowe zadanie w renowacji wałów. Rodzaj gruntu Wymagane zagęszczenie I, II Klasa III, IV Klasa Wały nowo zbudowane Grunty spoiste Zawartość frakcji > 2 mm 0 –10% I S 0,95 I S 0,92 Zawartość frakcji > 2 mm 10 –50% I S 0,92 Grunty niespoiste Piaski drobne I D 0,70 I D 0,55 Piaski średnie Piaski grube i grunty gruboziarniste I D 0,65 Wały zmodernizowane Grunty spoiste I S 0,92 Grunty niespoiste I D 0,50 Tab. | Wartości stopnia zagęszczenia lub wskaźnika zagęszczenia gruntów wałów nowo zbudowanych lub zrekonstruowanych [1] z wytycznymi [2] podstawowym celem kontroli okresowych jest: sprawdzenie stanu technicznego po- szczególnych elementów wału prze- ciwpowodziowego, inwentaryzacja ewentualnych uszko- dzeń korpusu wału i podłoża oraz urządzeń towarzyszących, przyporządkowanie kontrolowane- go odcinka wału do odpowiedniej kategorii stanu technicznego i bez- pieczeństwa, ustalenie zakresu i terminu koniecz- nych robót oraz ustalenie potrzeb w zakresie badań uzupełniających. Na podstawie wyników okresowej (rocznej) kontroli wały przeciwpowo- dziowe należy przyporządkować do następujących kategorii stanu tech- nicznego i bezpieczeństwa [1]: stan zagrożenia bezpieczeństwa, stan mogący zagrażać bezpieczeń- stwu, stan techniczny dobry, niezagrażają- cy bezpieczeństwu. Obecnie rozwój technologii pomiaro- wych pozwala jednak na badania sta- nu wałów, szczególnie stanu nasycenia korpusu i podłoża wałów przeciwpo- wodziowych, metodami superelektro- niki pomiarowej, w tym m.in. metoda- mi pasywnej radiometrii mikrofalowej. Autorski program sprawdzania jakości i stanu wałów, opracowany w Kate- drze Geotechniki, Geologii i Budownic- twa Morskiego (KGGiBM) Politechniki Gdańskiej, obejmuje trzy etapy badań. Etap pierwszy: makrobadanie stopnia nasycenia porów grun- tu wodą (nasiąkliwość, wilgotność) wałów metodami pomiarowymi su- perelektroniki i wyznaczenie słabych obszarów wraz z opracowaniem bazy danych geologicznych wydzielonych obszarów. Etap drugi: badania geozycz- ne i geotechniczne wydzielonych obszarów w celu ustalenia struktury gruntu wałów i ich podłoża. Oszaco- wanie stateczności wałów (symulacje komputerowe z wykorzystaniem no- woczesnych technik obliczeniowych) wraz z wytycznymi określającymi ro- dzaje technologii stabilizacji podłoża gruntowego i renowacji (moderniza- cji) wałów. Etap trzeci: nadzór budowlano- -geotechniczny stabilizacji podło- ża gruntowego i renowacji wałów Fot. 1 | Renowacja wału w Austrii

Renowacja wałów przeciwpowodziowych - Witamy - Polbud ... · rzystania materiałów wybuchowych, ... Jest to zupełna technologia renowacji zniszczonych wałów przeciwpowo-dziowych,

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Renowacja wałów przeciwpowodziowych - Witamy - Polbud ... · rzystania materiałów wybuchowych, ... Jest to zupełna technologia renowacji zniszczonych wałów przeciwpowo-dziowych,

technologie

69kwiecień 11 [83]

LIKWIDUJMY PRZYCZYNY PRZERYWANIA WAŁÓW: WYSOKĄ NASIĄKLIWOŚĆ I WYSTĘPOWANIE KAWERN. m

Renowacja wałów przeciwpowodziowych

Tegoroczna powódź przyniosła straty na ogromnym obszarze naszego kraju. Skala zniszczeń spowodowanych przez wodę wskutek przerwania wałów skła-nia nas do wskazania przyczyn tego stanu oraz opracowania sposobów zapobieżenia podobnym katastrofom w przyszłości. Podstawowym wyma-ganiem, jakie powinien spełniać grunt tworzący korpus wału przeciwpowo-dziowego oraz jego podłoże, jest jego odpowiednie zagęszczenie [1].Zagęszczenie gruntów w nasypach w zależności od rodzaju gruntu oce-nia się na podstawie wartości wskaź-nika zagęszczenia (IS) lub stopnia za-gęszczenia (ID). Wymagane wartości stopnia zagęszczenia lub wskaźnika zagęszczenia gruntów wałów nowo zbudowanych lub zrekonstruowanych można przyjąć na podstawie wartości podanych w tabeli.Z administracyjnego punktu widzenia w naszym kraju, podobnie jak w in-nych krajach Unii Europejskiej, istnieje dużo opracowań i wytycznych doty-czących sprawdzania jakości wałów przeciwpowodziowych. Zgodnie z wy-tycznymi wykonywania kontroli [2] za-równo okresowych, jak i corocznych, kontrolą powinno się obejmować: korpus wału, podłoże, budowle wa-łowe towarzyszące, międzywale, za-wale oraz obszar chroniony. Zgodnie

Zagęszczenie korpusu i podłoża wałów przeciwpowodziowych to podstawowe zadanie w renowacji wałów.

Rodzaj gruntuWymagane zagęszczenie

I, II Klasa III, IV Klasa

Wały nowo zbudowane

Grunty spoiste Zawartość frakcji > 2 mm 0–10% IS ≥ 0,95 IS ≥ 0,92

Zawartość frakcji > 2 mm 10–50% IS ≥ 0,92

Grunty niespoiste Piaski drobne ID ≥ 0,70 ID ≥ 0,55

Piaski średnie

Piaski grube i grunty gruboziarniste ID ≥ 0,65

Wały zmodernizowane

Grunty spoiste IS ≥ 0,92

Grunty niespoiste ID ≥ 0,50

Tab. | Wartości stopnia zagęszczenia lub wskaźnika zagęszczenia gruntów wałów nowo zbudowanych lub zrekonstruowanych [1]

z wytycznymi [2] podstawowym celem kontroli okresowych jest:■ sprawdzenie stanu technicznego po-

szczególnych elementów wału prze-ciwpowodziowego,

■ inwentaryzacja ewentualnych uszko-dzeń korpusu wału i podłoża oraz urządzeń towarzyszących,

■ przyporządkowanie kontrolowane-go odcinka wału do odpowiedniej kategorii stanu technicznego i bez-pieczeństwa,

■ ustalenie zakresu i terminu koniecz-nych robót oraz

■ ustalenie potrzeb w zakresie badań uzupełniających.

Na podstawie wyników okresowej (rocznej) kontroli wały przeciwpowo-dziowe należy przyporządkować do następujących kategorii stanu tech-nicznego i bezpieczeństwa [1]:■ stan zagrożenia bezpieczeństwa,■ stan mogący zagrażać bezpieczeń-

stwu,■ stan techniczny dobry, niezagrażają-

cy bezpieczeństwu.

Obecnie rozwój technologii pomiaro-wych pozwala jednak na badania sta-nu wałów, szczególnie stanu nasycenia korpusu i podłoża wałów przeciwpo-wodziowych, metodami superelektro-niki pomiarowej, w tym m.in. metoda-mi pasywnej radiometrii mikrofalowej.

Autorski program sprawdzania jakości i stanu wałów, opracowany w Kate-drze Geotechniki, Geologii i Budownic-twa Morskiego (KGGiBM) Politechniki Gdańskiej, obejmuje trzy etapy badań.Etap pierwszy: makrobadanie stopnia nasycenia porów grun-tu wodą (nasiąkliwość, wilgotność) wałów metodami pomiarowymi su-perelektroniki i wyznaczenie słabych obszarów wraz z opracowaniem bazy danych geologicznych wydzielonych obszarów.Etap drugi: badania geofi zycz-ne i geotechniczne wydzielonych obszarów w celu ustalenia struktury gruntu wałów i ich podłoża. Oszaco-wanie stateczności wałów (symulacje komputerowe z wykorzystaniem no-woczesnych technik obliczeniowych) wraz z wytycznymi określającymi ro-dzaje technologii stabilizacji podłoża gruntowego i renowacji (moderniza-cji) wałów.Etap trzeci: nadzór budowlano--geotechniczny stabilizacji podło-ża gruntowego i renowacji wałów

Fot. 1 | Renowacja wału w Austrii

IB_04_2011_szpigiel.indd 69IB_04_2011_szpigiel.indd 69 2011-04-07 13:04:482011-04-07 13:04:48

Page 2: Renowacja wałów przeciwpowodziowych - Witamy - Polbud ... · rzystania materiałów wybuchowych, ... Jest to zupełna technologia renowacji zniszczonych wałów przeciwpowo-dziowych,

70INŻYNIER BUDOWNICTWA

technologie

ze szczególnym uwzględnieniem me-tod kontroli jakości wykonanych prac budowlanych (zagęszczenie podłoża i korpusu wałów, wykonanie barier fi l-tracyjnych itp.).

Jedną z podstawowych przyczyn de-strukcji wałów przeciwpowodziowych jest makroporowatość korpusu wału oraz problemy tzw. słabego podłoża pod korpusem wału. Niejednorodność objętości wałów oraz ich zniszczenie przez zjawiska sufozji, kawerny, nory i kanały wykonane przez zwierzęta norne w samym korpusie i w podłożu stanowią dla wału zagrożenie, które w znaczącej mierze klasyfi kuje wały do pierwszej kategorii stanu zagro-żenia i bezpieczeństwa. Z tego m.in. powodu niezwykle istotnym zagro-żeniem dla stateczności wału jest problem nasiąkliwości, tj. wysoki sto-pień nasycenia porów wodą korpusu wału i jego podłoża. Obecność nega-tywnych elementów w korpusie wału oraz w podłożu stanowi słabe miejsca zagrożone przerwaniem wału przy odpowiednio wysokich wezbraniach. Spełnienie funkcji ochronnej przez wał przeciwpowodziowy jest możliwe tylko w przypadku, kiedy wał na całej swej długości jest stateczny i szczelny zgodnie z profesjonalnym projektem budowlanym. Przerwanie ciągłości wału tylko w jednym miejscu powo-duje, że cały wał traci swoją funkcję ochronną i poddaje się siłom żywiołu, praktycznie bez możliwości kontroli. Z naturą trudno wygrać, ale trzeba się

bronić. Należy dodać, że merytoryczne oceny rozwiązań inżynierskich w tym zakresie pozostawiają również wiele do życzenia. Problem modernizacji (renowa-cji) wału przeciwpowodziowego należy zawsze rozwiązywać kom-pleksowo, biorąc pod uwagę warun-ki podłoża gruntowego oraz ryzyko wystąpienia wysokich stanów w po-łączeniu z odpowiednią technologią wykonania wałów przeciwpowodzio-wych. Z tego też powodu 9 września 2010 r. na udostępnionym odcinku wału, w miejscowości Steblewo/Giem-lice, woj. pomorskie, przedstawiono prezentację nowej kompleksowej łączonej (hybrydowej) technolo-gii zagęszczania podłoża i samej konstrukcji wału, począwszy od stanu naturalnego (rzeczywistego) do końcowej fazy przygotowania wału do spełnienia jego funkcji. Test zrealizo-wano pod kierownictwem naukowym prof. Zbigniewa Sikory kierownika KGGiBM Politechniki Gdańskiej. Zapro-ponowano udział konsorcjum składa-jącego się z trzech następujących fi rm wykonawczych: Polbud-Pomorze (PL), Terra-Mix (A), UTex (PL). Firmy te dys-ponują odpowiednim doświadczeniem projektowo-wykonawczym i inżynier-skim w sferze zagadnień wzmacniania gruntu i renowacji wałów przeciwpo-wodziowych. Przedmiotem testu był kompletny produkt rozwiązania tech-nologicznego stabilizacji (renowacji) wału przeciwpowodziowego. Należy dodać, że technologie zastosowane

w prezentacji modernizacji wału, do-tyczące zagęszczenia (wzmocnienia) korpusu i podłoża wału, w pełni za-bezpieczają wymagania stanu gruntu wymienione w tabeli. Innowacyjna, hybrydowa technologia, oparta na sprawdzonych (opatentowanych) me-todach wzmacniania podłoża grun-towego, oraz metoda uszczelniania gruntu wykorzystująca optymalne mie-szanki na bazie gruntów piaszczystych refulowanych z prac pogłębiarskich i popiołów stanowią nowoczesne po-dejście do problemu modernizacji wa-łów. Sam test innowacyjnego produk-tu geoinżynierskiego dotyczył realizacji trzech etapów wykonawczych:■ zagęszczenia podłoża gruntowego

metodą głębokiej dynamicznej kon-solidacji (ang. Deep Dynamic Conso-lidation, tzw. metoda mikrowybu-chów), fi rma Polbud-Pomorze;

■ zagęszczenia korpusu wału metodą zagęszczania impulsowego (ang. RIC – rapid impulse compaction), fi r-ma Terra-Mix;

■ innowacyjnej technologii uszczelnie-nia wału przedstawionej przez fi rmę UTex.

Technologia mikrowybuchów opiera się na wykorzystaniu energii eksplozji niedużych ładunków wy-buchowych, rys. 1, umieszczanych wewnątrz podłoża gruntowego (ob-szar 1 lub/i 5 na rys. 2). Metoda ta jest powszechnie stosowana w kraju i za granicą. W przypadku gruntu nawodnionego pod korpusem wału

Fot. 2 | Moment inicjacji wybuchu Rys. 1 | Ładunki ukryte

IB_04_2011_szpigiel.indd 70IB_04_2011_szpigiel.indd 70 2011-04-07 13:05:122011-04-07 13:05:12

Page 3: Renowacja wałów przeciwpowodziowych - Witamy - Polbud ... · rzystania materiałów wybuchowych, ... Jest to zupełna technologia renowacji zniszczonych wałów przeciwpowo-dziowych,

technologie

71kwiecień 11 [83]

lub nawodnionego samego wału me-toda ta jest niezwykle efektywnym narzędziem, zarówno pod wzglę-dem szybkości wykonania samego zagęszczenia, jak i efektu stabilizacji podłoża w warunkach kontrolowane-go wzmocnienia gruntu. Ładunki są projektowane specjalnie dla konkret-nych konstrukcji wału przeciwpowo-dziowego, tak aby podłoże gruntowe po wykonaniu wzmocnienia spełniało wymagane parametry zgodne z tabe-lą (patrz www.polbud-pomorze.pl/pl/mikrowybuchy).Należy wyraźnie podkreślić, że jakość wykonania zagęszczenia metodą mi-krowybuchów jest metodą kontrolo-waną, której spełnienie zgodne jest z projektem wzmocnienia podłoża. Metoda ta jest całkowicie bezpiecz-na zarówno pod względem wyko-rzystania materiałów wybuchowych, jak również efektów dynamicznych związanych z samym procesem za-gęszczania. Stosowanie tej metody przez fi rmy niedoświadczone może jednak wywołać niezaplanowany sku-tek. Metoda ta sprawdza się zarówno w gruntach niespoistych, jak i spo-istych. Na fot. 2 pokazano moment inicjacji wybuchu.

Technologia impulsowego zagęsz-czania była wielokrotnie wykorzy-stywana w renowacji wałów prze-ciwpowodziowych (rys. 2, obszar 3 i 4), głównie na terenie Austrii, a także w innych krajach. Ideę zagęszczania przedstawiono na fot. 3 z prac reno-wacyjnych wałów rzeki Kamp w Austrii. Opracowano specjalny program proce-su zagęszczania impulsowego, usta-wiając węzły zagęszczania w jednej linii korony wału (również fot. 1), do-bierając odstępy między nimi tak, aby dodatkowo nie obciążać pierwotnie osłabionego wału. Dzięki zastosowaniu tej metody zagęszczania redukuje się porowatość nawet do 5 m i głębiej, co skutkuje zmniejszeniem zdolności fi ltra-cyjnych korpusu wału. Metodę cechują bardzo dobre parametry techniczne oraz niskie koszty wykonania. Uzupeł-nienie krateru po dynamicznych ude-rzeniach młota optymalną mieszanką refulatowo-popiołową (optymalną pod względem zagęszczalności i warunków fi ltracyjnych) powoduje, że korpus wału staje się szczelny nie tylko dla fi ltracji wody, ale i ingerencji małych zwierząt nornych (patrz www.terra-mix.com/en/impulse-compaction.html).

Technologię doszczelnienia wałów i wykonania przesłon fi ltracyjnych przedstawiono schematycznie na rys. 2, gdzie pola 1 i 5 oznaczają podłoże gruntowe zagęszczone metodą mikro-wybuchów, 2 i 4 to warstwa ochronna przed naporem fal wodnych z zakot-wioną ścianą szczelinową w warstwie gruntu nieprzepuszczalnego (5) lub

1 m pod poziomem dna rzeki, obszar 3 to przekrój korpusu wału zagęsz-czony metodą impulsową, 5 – war-stwa gruntów nieprzepuszczalnych lub zagęszczone podłoże metodą mikrowybuchów, 6 – droga dojazdo-wa, 7 – rowek przesiąków wodnych. W technologii doszczelnienia wyko-rzystuje się optymalne kompozyty na bazie refulatu (grunty pozyskane z pogłębiania lub regulacji dna rzeki), popiołów i ewentualnie innych domie-szek uszlachetniających (np. spoiwa hydrauliczne). Ilość kruszywa rzecz-nego w mieszaninie z popiołem jest tak dobrana, aby uzyskać optymalną granulometrię mieszaniny, kąt tarcia wewnętrznego (31°–36°), spójność (c = 5,5–14 kPa) i moduł ściśliwości większy niż w pojedynczo stosowanych materiałach. Innowacyjność polega na tym, że do budowy korpusu wału wykorzystuje się nowy materiał, który zapewnia właściwości mechaniczne lepsze w porównaniu do materiałów tradycyjnych. W celu uniemożliwienia przesiąkania wody przez korpus wału zabezpieczamy go przegrodą (rysunek przekroju wału z podłożem: ozna-czenia 2 i 4) z mieszaniny drobnych popiołów wysokowapniowych i pucu-lanowych z dodatkiem wody umożli-wiającym zajście w mieszaninie proce-sów hydratacji i reakcji puculanowych. Drugim elementem wału będzie ścia-na szczelinowa o grubości ok. 50 cm zbudowana z tej samej mieszanki. Ścianę szczelinową należy wykonać do głębokości ok. 1 m poniżej poziomu dna rzeki albo zakotwić ją w warstwie Fot. 3 | Zagęszczanie podłoża

Rys. 2 | Przekrój przez wał przeciwpowodziowy (opis w artykule)

IB_04_2011_szpigiel.indd 71IB_04_2011_szpigiel.indd 71 2011-04-07 13:05:312011-04-07 13:05:31

Page 4: Renowacja wałów przeciwpowodziowych - Witamy - Polbud ... · rzystania materiałów wybuchowych, ... Jest to zupełna technologia renowacji zniszczonych wałów przeciwpowo-dziowych,

72INŻYNIER BUDOWNICTWA

technologie

nieprzepuszczalnej (5). Przegłębienie przegrody należy zaprojektować dla każdego odcinka wału. W ten sposób ograniczy się fi ltrację wody pod wałem i przez wał. Popiół będący produktem ubocznym przy spalaniu węgla w elek-trowniach posiada dobre właściwości mechaniczne, które mogą być porów-nywane z właściwościami mechanicz-nymi pyłów, tj. gruntów mine ralnych. Mieszanka popiołu z odpowiednią ilością kruszywa rzecznego poprawia dodatkowo te wła ściwości. Wykona-nie przegrody o współczynniku fi ltracji o wartości k = 10-7–10-8 m/s stanowi dostateczną barierę dla przenikania wody przez wał i pod wałem.

Zalety stosowanej technologii

Nowoczesna technologia zagęszczania dynamicznego w postaci kompletnego produktu geoinżynierskiego jest prak-

tycznie jedynym sensownym rozwiąza-niem, za pomocą którego istnieje moż-liwość zlikwidowania kanałów i nor wydrążonych przez małe zwierzęta. Jest to zupełna technologia renowacji zniszczonych wałów przeciwpowo-dziowych, które staną się stabilne i słu-żyć będą społeczeństwu przez długie lata w warunkach zmiennych stanów wód, szczególnie w ekstremalnych poziomach wezbrań, co miało miejsce w ostatnich latach oraz w ubiegłym i bieżącym roku. Spełnia ona wymaga-nia konstrukcji wałów przeciwpowo-dziowych zarówno z punktu widzenia sztuki inżynierskiej, jak i oczekiwań ofi ar żywiołu powodzi.Trwałość i bezpieczeństwo konstrukcji wałów przeciwpowodziowych każ-dorazowo wymagają odpowiedniego zaprojektowania, wyboru technologii wykonania samego korpusu wału oraz odpowiedniej technologii wzmocnie-

nia i uszczelnienia podłoża. Katedra Geotechniki, Geologii i Budownic-twa Morskiego Politechniki Gdańskiej podejmie się nadzoru i konsultacji naukowych związanych z opisanym zagadnieniem renowacji wałów prze-ciwpowodziowych.Do wymienionych zalet prezentowanej technologii należy dodać niskie ko szty wykonawstwa.

prof. Zbigniew SikoraPolitechnika Gdańska

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

Literatura1. M. Borys, K. Mosiej, Ocena stanu tech-

nicznego obwałowań przeciwpowodzio-

wych, Wyd. IMUZ, Falenty 2008.

2. M. Borys, Wytyczne wykonywania okre-

sowej (rocznej) kontroli stanu technicz-

nego wału przeciwpowodziowego, Wyd.

IMUZ, Falenty 2007.

REKLAMA

IB_04_2011_szpigiel.indd 72IB_04_2011_szpigiel.indd 72 2011-04-08 15:56:362011-04-08 15:56:36