Używamy cookies i podobnych technologii m.in. w celach: świadczenia usług, reklamy, statystyk. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień Twojej przeglądarki oznacza, że będą one umieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. Pamiętaj, że zawsze możesz zmienić te ustawienia. Szczegóły znajdziesz w Polityce Prywatności.

Podatność wzmocnienia podłoża nasypów i posadowienia obiektów inżynierskich - problemy realizacyjne

23.09.2014

W złożonych zadaniach realizowanych przez wiele zespołów konieczna jest dobra koordynacja.

Użytkownicy nowo budowanych dróg oczekują możliwości komfortowego przejazdu. Służy temu zapewnienie w czasie eksploatacji niewielkich osiadań i ciągłej niwelety wybudowanych konstrukcji. W przypadku mocnego podłoża nie jest to specjalnie trudne i zwykle nie ma z tym problemu. Podczas wznoszenia budowli ziemnych na słabym podłożu powstaje problem ograniczenia osiadań nasypów i obiektów inżynierskich. Zagadnienie to jest zwykle rozwiązywane dwutorowo przez specjalistów z branży mostowej oraz drogowej. Obiekty mostowe na słabym podłożu najczęściej posadowione są na palach, a nasypy na wzmocnionym podłożu. Podział na wymienione dwie specjalności jest wymuszony również przez Prawo budowlane, ponieważ inne uprawnienia potrzebne są do projektowania i wykonywania dróg, a inne do mostów i wiaduktów. W konsekwencji inny zespół projektowy zajmuje się projektowaniem nasypu, a inny obiektu inżynierskiego. Każdy fragment prac: wzmocnienie podłoża pod nasyp, palowanie pod obiektem, np. przepustem, wykonanie przepustu, wykonanie nasypu, ma innego wykonawcę. Również nadzór ma odrębnych specjalistów od mostów i robót ziemnych. Wszystkie te działania zostają złączone dopiero w dziele finalnym, czyli gotowej drodze. Niestety efekt może być daleki od oczekiwanego. Poniżej pokazano przykład takiego obiektu. Opis nie zawiera zbyt wielu szczegółów, ale nie chodzi w nim o przedstawienie konkretnego obiektu, a raczej o pokazanie pewnej filozofii działania.

Ze względu na budowę trasy w dolinie rzecznej powstała konieczność wzmocnienia podłoża pod nasypem. Podłoże w warstwach przypowierzchniowych składało się z namułów organicznych o miąższości kilku metrów podścielonych piaskami. W celu wzmocnienia podłoża zdecydowano się na wykonanie kolumn podatnych. W rejonie wzmocnienia przewidywane było wykonanie przejścia dla pieszych w formie zatopionej w nasypie skrzyni żelbetowej. Widok typowego przejścia skrzynkowego w nasypie pokazano na fot. 1.

Na rys. 1 z kolei pokazano schemat konstrukcji z wykonanym wzmocnieniem podłoża.

 

Fot. 1 Skrzynkowe przejście pod nasypem

 

Rys. 1 Koncepcja wzmocnienia podłoża

 

Widać na nim, że podłoże składa się ze słabej warstwy, która została wzmocniona kolumnami podatnymi. Wykonano próbne obciążenie kolumny i wiele sondowań. W projekcie wykazano wystarczającą nośność podłoża wzmocnionego kolumnami, a cały wysiłek projektanta skierowany został na ograniczenie osiadań nasypu do 10 cm. Wynika to z wymagań normy PN-S-02205 oraz rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne. Dokumenty te ograniczają osiadania powierzchni nasypu do 10 cm od wykonania podbudowy przez cały okres eksploatacji nasypu. Projekt wzmocnienia przewidywał zredukowanie osiadań do 10 cm w stosunku do kilkudziesięciu centymetrów dla podłoża niewzmocnionego.

Równolegle trwały prace przy wykonywaniu przepustu. Obiekt został posadowiony na palach prefabrykowanych. Pale zostały wybrane ze względu na swoje zalety, m.in. szybkość wykonania, dużą pewność co do uzyskania nośności, sprawność firmy wykonawczej itp. Bez kłopotu zaakceptowano osiadania wybranych pali, jako niegroźne dla konstrukcji przepustu, oraz zapewniono bezpieczną rezerwę nośności dla występującego obciążenia. Próbne obciążenie potwierdziło te założenia, ponieważ osiadania pala przy obciążeniu obliczeniowym wyniosło tylko kilka milimetrów.

Widać, że oba zespoły wywiązały się ze swoich zadań bez zarzutu. Powstaje tylko pytanie, czy przepust musiał mieć fundament palowy. Gdyby posadowić go bezpośrednio na wzmocnionym podłożu, tak jak sąsiadujący nasyp, powstałby problem różnicy osiadań. Ze względu na to, że przepust składa się głównie z powietrza otoczonego koszulką żelbetową, daje on około trzech razy mniejsze naciski na podłoże niż sąsiadujący nasyp. Schemat tych obciążeń pokazano na rys. 2. Bardzo upraszczając, można powiedzieć, że osiadania przepustu byłyby trzy razy mniejsze niż sąsiedniego nasypu. Należałoby podjąć środki zaradcze, np. mniej wzmocnić podłoże pod przepustem, starając się wyrównać osiadania obydwu części.

 

Rys. 2 Schemat obciążeń przepustu

 

W tym przypadku ujawnił się jednak pewien stereotyp mówiący o tym, że obiekty inżynierskie posadawia się na palach. „Na nieszczęście” wybrano bardzo dobre pale o małych osiadaniach i sprawnego wykonawcę. Jest to słuszne podejście w przypadkach, kiedy zależy nam na ograniczaniu osiadań: gdy konstrukcja wrażliwa jest na osiadania, gdy znaczne osiadania mogą zakłócić spływ wody, gdy konieczne jest zachowanie precyzyjnej niwelety itp. Wydaje się, że w tym przypadku żadna z tych okoliczności nie miała miejsca. Konstrukcja skrzynkowa wytrzymałaby osiadania porównywalne do osiadań nasypu, a ruch pieszy wyprowadzany jest z przejścia z dużym spadkiem, więc jego zmniejszenie, a nawet późniejsze przełożenie kostki brukowej jest dużo łatwiejsze niż naprawy jezdni na nasypie. Naprawy te są z natury rzeczy mało efektywne, trudno sobie bowiem wyobrazić obniżenie przepustu, a podniesienie nawierzchni na nasypie jest bardzo kosztowne.

Zastosowanie pali pogłębiło znacznie problem różnicy osiadań, gdyż z trzykrotnej różnica stała się kilkudziesięciokrotna. Efekt tych działań był trudny do zaakceptowania dla kierowców. Obecnie na połączeniu nasypu z przepustem wyprofilowano nawierzchnie ze spadkiem akceptowalnym dla użytkowników drogi. Różnice osiadań są jednak ciągle widoczne na barierach energochłonnych, które pierwotnie wykonane były „pod sznurek”, a obecnie można zaobserwować ich krzywoliniowość. Na fot. 2 i 3 pokazano bariery od strony pobocza i jezdni.

 

Fot. 2 Bariera od strony jezdni

 

Fot. 3 Bariera od strony ekranów akustycznych

 

Na fot. 3 widać również poziome przemieszczenia korpusu nasypu, które ujawniły się po wykonaniu barier energochłonnych. Przemieszczenia poziome są kolejnym zagadnieniem, jakie należy brać pod uwagę w interakcji obiekt – most. Często spotyka się sytuację, że obiekty mostowe są całkowicie wybudowane przed wykonaniem nasypów za przyczółkami. Wykonanie nasypów
w wyniku parcia powoduje przemieszczenia poziome przyczółków. Nie pozostaje to bez wpływu na ustawione i wyregulowane przed zanikiem przemieszczeń poziomych łożyska i dylatacje. Ponadto przemieszczenia poziome potęgują występujące w podłożu warstwy słabego gruntu, które dodatkowo wywierają parcie na pale fundamentowe.

 

Fot. 4 Obiekt mostowy wykonany w całości przed wykonaniem nasypów

 

Z przedstawionych przykładów wynika, że w złożonych zadaniach realizowanych przez wiele zespołów konieczna jest ich dobra koordynacja. W przypadku stosowania dla sąsiednich obiektów różnych: metod obliczeniowych, obciążeń, kluczowych stanów granicznych (nośności, osiadań) konieczne jest znalezienie jakiegoś wspólnego mianownika umożliwiającego porównanie efektów i łącznej wspólnej pracy wszystkich konstrukcji składowych.

Standardowe rozwiązania i stereotypowe podejście do problemu może nie być skuteczne w każdych warunkach. Widać, że czasami aktualne jest przysłowie: lepsze jest wrogiem dobrego.

 

mgr inż.

Piotr Rychlewski

Instytut Badawczy Dróg i Mostów

www.piib.org.pl

www.kreatorbudownictwaroku.pl

www.izbudujemy.pl

Kanał na YouTube