1
Najnowsze osi
ągniĊcia w zakresie iniekcji strumieniowej.
Kolumny o
Ğrednicach od 2,5 do 5,0 m.
Mgr in
Ī. Tomasz Michalski
Keller Polska Sp. z o.o.
Iniekcj
Ċ strumieniową stosuje siĊ jako powszechną technologiĊ wzmocnienia podáoĪa
w wielu krajach na
Ğwiecie. MoĪliwoĞü zastosowania tej technologii i wytworzenia okreĞlonych
bry
á geometrycznych o ĞciĞle okreĞlonych parametrach w wielu rodzajach gruntu pozwala
rozwi
ązywaü wiele problemów geotechnicznych. Od kilkunastu lat na caáym Ğwiecie, a takĪe w
Polsce z powodzeniem stosuje si
Ċ Jet Grouting dla uszczelniania i wzmacniania gruntów; przy
czym stosowane
Ğrednice kolumn wynoszą standartowo od 0,8 m do 2,5 m. W krajowej
praktyce budowlanej kolumny Jet Grouting o
Ğrednicy ponad 2 m byáy wykorzystywane juĪ
wielokrotnie np.:. dla wzmacniania nabrze
Īy portowych, uszczelniania zapór, czy teĪ
zeskalania gruntów w budownictwie tuneli (metro w Warszawie). Tak
Īe w chwili obecnej
wykonuje si
Ċ w Polsce prace przy wykorzystaniu moĪliwoĞci jakie daje stosowanie kolumn o
Ğrednicy 2,0-2,5 m. Trudno wiĊc zgodziü siĊ z autorką artykuáu „Kolumny iniekcyjne duĪych
Ğrednic” (InĪynieria i Budownictwo 3/2005), iĪ kolumny o Ğrednicy 2 m są nowoĞcią na rynku
polskim zw
áaszcza, Īe przywoáywane w powyĪszym artykule maszyny np. pompy HT400
pracuj
ą w kraju od 1997 roku. NowoĞcią na rynku polskim są natomiast bezdyskusyjnie
kolumny o
Ğrednicy 2,5-5 m i tego typu zastosowania omawia niniejszy artykuá. Kolumny o
Ğrednicy kilku metrów pokazane są na fotografiach 1, 2 i 3.
Fot. 1,2,3 – Kolumny o
Ğrednicy kilku metrów
2
Jednym z ogranicze
Ĕ na drodze rozwoju technologii Jet Grouting jest koszt jej
zastosowania zwi
ązany z koniecznoĞcią wykorzystywania drogich maszyn, duĪych iloĞci
energii oraz z powstawaniem k
áopotliwego w utylizacji urobku technologicznego. Jednym ze
sposobów na obni
Īenie kosztów jednostkowych wytworzenia cementogruntu (np. m
3
) jest
mo
ĪliwoĞü utworzenia elementów Soilcrete o bardzo duĪych Ğrednicach (do 5m).
Zastosowanie takich
Ğrednic w duĪym stopniu redukuje iloĞü punków iniekcyjnych, co oprócz
wp
áywu na koszty ma bardzo duĪe znaczenie dla jakoĞci prac, zwáaszcza przy
zastosowaniach uszczelniaj
ących grunty. Wiadomym jest, iĪ newralgicznymi miejscem
uszczelnienia s
ą poáączenia poszczególnych elementów iniekcyjnych. JeĪeli wiĊc zmniejszona
zostanie radykalnie ilo
Ğü wykonywanych elementów (np. poprzez zastąpienie kolumn o
Ğrednicy 2 m kolumnami Ğrednicy 4m) prawdopodobieĔstwo powstania nieszczelnoĞci lub
innych b
áĊdów szybko maleje. Jak znacząco zmienia siĊ iloĞü niezbĊdnych do wykonania
elementów Jet Grouting przy zwi
Ċkszeniu Ğrednicy kolumn obrazują rysunki 1i 2.
Przedstawiaj
ą one wykonane w dnie wykopu krótkie kolumny Jet Grouting peániące rolĊ rozpór
dla
Ğcian zabezpieczających Ğciany wykopu.
Rys. 1 Rozmieszczenie kolumn o
Ğrednicy 0,8m Rys. 2 Rozmieszczenie kolumn o Ğrednicy 2,6m
Soilcrete -DS jest udoskonalan
ą odmianą iniekcji strumieniowej. Technologia to jest
lepsza i ta
Ĕsza. Podobnie do klasycznego podwójnego systemu Jet Grouting, przy Soilcrete –
DS stosuje si
Ċ parĊ dyszy iniekcyjnych otulonych strumieniem sprĊĪonego powietrza, które
eroduj
ą podáoĪe i mieszają go z zaczynem cementowym.
Innowacyjno
Ğü tej technologii polega na zwiĊkszonej wydajnoĞci i prĊdkoĞci przepáywu
p
áynów (zaczynu) w monitorze, a przez to zdecydowanie bardziej skoncentrowany
wyp
áyw iniektu z dyszy (Fotografia 4). UmoĪliwia to zaprojektowanie kolumn o
Ğrednicy do 5 m, a wiĊc znacznie wiĊkszej niĪ przy standardowych wariantach iniekcji
strumieniowej (od 0,6 do 2 m).
System Soilcrete -DS, okre
Ğlany w Ameryce Póánocnej jako Super Jet, ma wiele
potencjalnych zastosowa
Ĕ. àącząc kolumny moĪna skutecznie wzmocniü posadowienie
pionowych i bocznych podpór konstrukcji. Mo
Īliwe jest równieĪ wykonanie przegród i przesáon
zabezpieczaj
ących przed wodą gruntową. Natomiast przy budowie tuneli stosuje siĊ Soilcrete
-DS do zabezpieczenia/zeskalenia s
áabych gruntów. Za pomocą Soilcrete -DS moĪna równieĪ
wykona
ü zapory, przesáony, które umoĪliwiają rozbudowanie infrastruktury, jej renowacje i
modernizacj
Ċ. Bez obracania Īerdzi wiertniczej podczas wyciągania, moĪliwe jest utworzenie
szerokiej p
áyty w formie pionowej bariery (Ğciany), która hamuje dopáyw wody gruntowej
(lub zanieczyszczonej wody). Takie rozwi
ązanie znajduje zastosowanie w przeludnionych
3
miejscach, w których wyst
Ċpują podziemne przeszkody, jak równieĪ wzdáuĪ zapór i waáów
przeciwpowodziowych w celu poprawy ich stateczno
Ğü. Przebieg wykonania kolumn jest
identyczny jak przy klasycznym Jet Groutingu tzn. sk
áada siĊ z fazy wiercenia oraz iniekcji
wysokoenergetycznym strumieniem zaczynu cementowego (Rysunek 3).
Fot. 4 Pokaz strumienia
Rysunek 3. Przebieg wykonania Soilcrete –DS
Na konkretnych przyk
áadach zaprezentowany zostanie postĊp, jaki dokonaá siĊ w
technologii Soilcrete –DS. Warto zwróci
ü szczególną uwagĊ na jakoĞü wykonywanych robót
(mniejsza ilo
Ğü elementów, a co za tym idzie mniej sáabych punktów) i oszczĊdnoĞci
finansowe.
4
LUBECK-MOILSLING TUNNEL: USZCZELNIENIE DNA WYKOPU
Pierwsze w Europie zastosowanie technologii Super Jet mia
áo miejsce w roku 1999 w
Niemczech, w okolicach miejscowo
Ğci Lubeck.
Nowobudowany odcinek autostrady A20 przecina istniej
ącą liniĊ kolejową Lubeka -
Hamburg, drog
Ċ krajową i gminną w pobliĪu Lubeka -Moisling, w Niemczech.
Wzgl
Ċdy związane z lokalną ekologią, ochrona Ğrodowiska, uwarunkowania projektowe jak
równie
Ī ochrona przed haáasem, spowodowanym nasilającym siĊ ruchem drogowym w
znacznym stopniu wp
áynĊáy na to, Īe ten odcinek autostrady (o dáugoĞci 330m i szerokoĞci
30m) zaprojektowano i zbudowano jako tunel, przechodz
ący pod linią kolejową oraz pod
drogami lokalnymi.
Standardowy przekrój pod
áoĪa przedstawiono na rysunku 4. Woda gruntowa pojawiáa siĊ na
ró
Īnych gáĊbokoĞciach, najczĊĞciej miĊdzy 5 a 7m poniĪej istniejącego poziomu.
Podstawowym za
áoĪeniem projektowym byáo wykonanie wykopu na czas budowy tunelu, bez
konieczno
Ğci obniĪania zwierciadáa wody gruntowej. Zgodnie z powyĪszymi warunkami
gruntowymi, in
Īynierowie zaprojektowali konstrukcjĊ zaporową, skáadająca siĊ z
zakotwionych
Ğcianek szczelnych (stanowiących boczną obudowĊ Ğcian wykopu) poáączonych
za pomoc
ą poziomej przegrody wodoszczelnej, wykonanej w technologii super jet. Tak
przygotowane elementy stanowi
áy wodoszczelną konstrukcjĊ potrzebną do wykonania
kolejnych prac.
Jak przedstawiono na rysunku 4, uszczelnienie dna zosta
áo wykonane w formie stopni zgodnie
z za
áoĪeniami projektowymi oraz przebiegiem niwelety projektowanej drogi.
Na podstawie wcze
Ğniejszych doĞwiadczeĔ, do wykonania przenikających siĊ
kolumn o
Ğrednicy 3,5 m, tworzących uszczelnienie dna miĊdzy wbitymi stalowymi
Ğciankami szczelnymi wykonawca iniekcji strumieniowej wybraá technologiĊ Soilcrete
-DS Midi. Takie rozwi
ązanie zoptymalizowaáo ukáad kolumn i pozwoliáo zredukowaü ich
ilo
Ğü o jedną trzecią.
Rysunek 4. Przyk
áadowy przekrój poprzeczny oraz profil
5
Posadowienie mostu autostradowego przez rzek
Ċ WartĊ w ciągu autostrady A2
Przy budowie mostu autostradowego przez rzek
Ċ
Wart
Ċ w okolicach miejscowoĞci Janów k. Koáa zaszáa
konieczno
Ğü wykonania gáĊbokich wykopów
fundamentowych tu
Ī przy nurcie rzeki (fotografia 5
i 6). Bior
ąc pod uwagĊ brak moĪliwoĞci odwodnienia
takiego wykopu zdecydowano si
Ċ na wykonanie
szczelnej obudowy.
ĝciany wykonano w postaci
wwibrowywanych grodzic stalowych natomiast dno
zabezpieczono za pomoc
ą poziomej przesáony
wodoszczelnej wykonanej w technologii Super Jet.
Zastosowano kolumny o
Ğrednicy 3 – 3,5 m w
rozstawie 2,000x2,150 – w siatce trójk
ątnej
(rysunek 5). Znacz
ącym utrudnieniem dla
wykonawstwa tych prac by
áy wykonane juĪ wczeĞniej
pale wielko
Ğrednicowe i prefabrykowane. Generowaáy
one mo
ĪliwoĞü powstawania tzw. cieni iniekcyjnych, tj.
miejsc do których nie dotar
á strumieĔ erodujący grunt.
Dzi
Ċki zainstalowaniu przegrody na odpowiedniej
g
áĊbokoĞci poniĪej dna wykopu, unikniĊto
konieczno
Ğci wykonywania zakotwienia przesáony. Po
stwardnieniu cementogruntu wykonano wykop oraz
wszelkie prace fundamentowe prowadz
ąc jedynie
niewielkie pompowanie resztek wody przes
ączających
si
Ċ przez ĞciankĊ szczelną (Fotografia 7).
Fot. 7 Posadowienie mostu na Warcie - wykop
z widokiem na pale
Fot. 6 Posadowienie mostu na Warcie -
widok na obie podpory mostu przy wysokim
stanie wody
Fot. 5 Posadowienie mostu na Warcie - iniekcja
dla lewej podpory w nurcie rzeki
6
Rys. 5 Posadowienie mostu na Warcie - projekt techniczny
Tunel drogowy w O
ĞwiĊcimiu.
Zalegaj
ące w podáoĪu piaski grube i pospóáki,
bardzo wysoki poziom wody gruntowej, obecno
Ğü
w bezpo
Ğrednim sąsiedztwie cieku wodnego oraz
zagro
Īenie osiadaniami przebiegającej w pobliĪu
linii kolejowej powodowa
áy, Īe odwodnienie
planowanego wykopu by
áo bardzo trudne
technicznie i wi
ązaáo siĊ z duĪym ryzykiem
uszkodzenia s
ąsiednich obiektów oraz byáo
bardzo drogie. Dlatego ju
Ī na etapie projektu
budowlanego, w roku 2001 przewidziano
wykonanie szczelnej obudowy
Ğcian wykopu w
formie
Ğcian szczelinowych oraz szczelnej,
samono
Ğnej, poziomej przegrody wodoszczelnej
zabezpieczaj
ącej wykop przed napáywem wody
gruntowej od do
áu. Przegrody te miaáy peániü
dwojak
ą rolĊ: w trakcie budowy miaáy umoĪliwiü
wykonanie wykopu oraz tunelu i warstw
drogowych bez obni
Īania zwierciadáa wody
gruntowej, natomiast w trakcie eksploatacji mia
áy
tworzy
ü szczelną „wannĊ” umoĪliwiającą
normaln
ą eksploatacjĊ drogi.
W przypadku tej budowy wykonano
kolumny Jet Grouting o
Ğrednicy 2,5m.
Wykonanie kolumn tylko o
Ğrednicy 2,5 cm
spowodowane by
áo wzglĊdami wykonawczymi:
poziom platformy roboczej przyj
Ċto na tyle nisko,
Īe gdyby wykonywano kolumny o wiĊkszej
Ğrednicy groziáoby to podmyciem i zapadniĊciem siĊ maszyny. Na temat tej budowy warto
wspomnie
ü jeszcze z jednego wzglĊdu. OtóĪ szukając oszczĊdnoĞci finansowych, Inwestor i
7
Generalny Wykonawca, zdecydowali o zaaprobowaniu propozycji projektanta kolumn Jet
Grouting, by
Ğciany boczne wykopu wykonaü nie jako Ğciany szczelinowe, ale jako zbrojoną
palisad
Ċ z kolumn DSM. W ten oto sposób powstaáa budowla (szczelna wanna) w caáoĞci
wykonana z nowego w budownictwie
materia
áu jakim jest cementogrunt.
(Rysunek 6, Fotografia 8 i 9).
Poniewa
Ī przyjĊte rozwiązanie jest
rozwi
ązaniem trwaáym, eksploatowanym
przez najbli
Īszych kilkadziesiąt lat,
pomi
Ċdzy przesáoną a niweletą drogi
zainstalowano drena
Ī przechwytujący
resztkowe s
ączenie wody przez Ğciany i
przes
áonĊ.
Rys. 6 Wykop drogowy w O
ĞwiĊcimiu – przekrój poprzeczny