praca inzynierska(1)

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 1

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

STRESZCZENIE

Temat: Nasypy drogowe na gruntach słabych

Przedstawiona praca inżynierska została poświęcona zagadnieniom wykonawstwa

nasypów drogowych na gruntach słabych. Zostały omówione zasady budowania i analizy
stateczności nasypów klasycznych oraz przedstawiono inne rodzaje nasypów np. ze
styropianu lub z keramzytu. W pracy opisano także klasyczne i nowsze technologie
wykonawstwa nasypów drogowych na podstawie przykładowych inwestycji w Polsce.
Ważnym elementem, omówionym w pracy, jest analiza stateczności nasypów drogowych
posadawianych na słabym podłożu. Przedstawiono analizę odkształceń i konsolidacji podłoża
oraz analizę stateczności skarp nasypu. W przykładzie obliczeniowym dla nasypu
wybudowanego na słabym podłożu, obliczono osiadania, konsolidację, stateczność skarp oraz
określono stan naprężeń w gruncie. Praca inżynierska również przedstawia kilka przykładów
awarii nasypów drogowych, które były wynikiem błędów w projektowaniu lub
wykonawstwie.

SUMMARY

Topic: Roads embankments on weak soils

This presented engineer thesis focuses on building roads embankments on weak soils.

Thesis includes rules in building classic embankments and presented other types of
embankments e.g using styrofoam or leca as construction fill. In thesis are described classic
and modern technology of performance roads embankments according to polish investments.
Very important, presented in thesis is stability analysis of roads embankments on weak soils.
Deformation and consolidation analysis is presented, and slope stability analysis as well. In
thesis is presented example of calculation embankment on weak soil. There is calculation of
settlements, consolidation and slope stability. Engineer thesis presents examples of damages
roads embankments, which were result of mistakes in design or performance.

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 2

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Spis treści
1.

Wstęp .................................................................................................................................. 3

Rodzaje i ogólna charakterystyka nasypów drogowych na gruntach słabych .................... 4

2.1

Nasypy klasyczne ........................................................................................................ 5

2.2

Nasypy ze styropianu ................................................................................................... 6

2.3

Nasypy z keramzytu .................................................................................................... 8

Technologie wykonawstwa i badania stateczności nasypów drogowych ......................... 12

3.1

Nasypy doświadczalne .............................................................................................. 12

3.2

Nasypy właściwe ....................................................................................................... 14

3.2.1

Klasyczne technologie wykonawstwa ................................................................ 15

3.2.2

Nowoczesne technologie wykonawstwa ............................................................ 18

3.2.3

Przykłady wykonawstwa nasypów na gruntach organicznych .......................... 22

3.2.4

Badania stateczności .......................................................................................... 27

Analiza stateczności nasypów drogowych ........................................................................ 28

4.1

Analiza odkształceń podłoża ..................................................................................... 28

4.2

Analiza konsolidacji podłoża ..................................................................................... 31

4.3

Analiza stateczności skarp ......................................................................................... 34

Przykład obliczeń stateczności.......................................................................................... 38

5.1

Przyjęcie danych do obliczeń nasypu ........................................................................ 38

5.2

Wariant I .................................................................................................................... 40

5.2.1

Określenie stanu naprężenia ............................................................................... 40

5.2.2

Obliczanie osiadania .......................................................................................... 40

5.3

WARIANT II ............................................................................................................. 41

5.3.1

Określenie stanu naprężenia pod nasypem ......................................................... 41

5.3.2

Przyjęcie geodrenów do przykładu obliczeniowego .......................................... 43

5.3.3

Określenie czasu i wielkości przeciążenia ......................................................... 43

5.3.4

Obliczenie osiadań i konsolidacji ....................................................................... 43

5.4

Obliczanie stateczności skarp nasypu ........................................................................ 46

Przykłady awarii nasypów drogowych ............................................................................. 49

6.1

Awaria nasypu drogowego na terenie zakładu Michelin w Olsztynie ...................... 49

6.2

Awaria nasypu autostrady A-4 pomiędzy węzłami „Wirek” i „Batorego” ............... 50

6.3

Awaria nasypu na drodze nr 61 na odcinku Grajewo – Augustów ........................... 51

Podsumowanie .................................................................................................................. 53

Literatura ........................................................................................................................... 54

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 3

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

1. Wstęp

Konstruowanie nasypów na słabym i ściśliwym podłożu gruntowym jest coraz częściej

wykorzystywane ze względu na rosnący ruch i potrzebę budowania dróg na podłożu
gruntowym o trudniejszych warunkach posadowienia. Ściśliwość takiego podłoża skutkuje
jego konsolidacją i osiadaniem. Konstrukcja ciągów komunikacyjnych na słabym podłożu
wymaga szczególnych rozwiązań projektowych i wyboru odpowiednich technologii.

Potrzeba realizacji tras komunikacyjnych na słabym podłożu w wyniku bardzo

szybkiego rozwoju gospodarki przyczyniła się do rozwoju technologii wykonawstwa
nasypów na takich terenach. Technologie wykonawstwa różnią się w zależności od stopnia
wykorzystania ciągów komunikacyjnych i wytrzymałości podłoża. Wzmocnienie gruntu
słabego wiąże się z zastosowaniem pali, wymianą, albo wyparciem gruntu. Innym
rozwiązaniem posadowienia nasypów na podłożu ściśliwym jest wykorzystanie materiałów
lekkich. Wybór technologii zależy od wielu czynników, jednak najważniejszym z nich jest
ekonomiczność przyjętego rozwiązania i czas realizacji.

Zastosowanie prefabrykatów ze styropianu lub użycie lekkiego kruszywa np. keramzytu

jako wypełnienie konstrukcyjne nasypów skutkuje zmniejszonym obciążeniem podłoża. W
wyniku, użycia takich materiałów można zrezygnować z konieczności wzmacniania słabego
podłoża.

Duża liczba inwestycji drogowych prowadzonych w ramach przygotowań do

mistrzostw EURO 2012 wykorzystuje opisane technologie wzmacniania gruntów oraz
budowy nasypów. Jednym z przykładów jest budowana w woj. Pomorskim południowa
obwodnica Gdańska (S7 Straszyn - Koszwały), w której w podłożu nasypu występują pokłady
gruntów organicznych. Wzmocnienie podłoża wykonywane jest za pomocą pali CMC (ang.
Controled Modulus Columns) oraz drenów VD (ang. Vertical Drain) [25]. W Wejherowie w
celu uniknięcia wzmacniania słabego podłoża, zastosowano keramzyt jako wypełnienie
konstrukcyjne nasypu.

Projektowanie i wykonawstwo musi być dokładnie przeanalizowane ponieważ słabe i

ściśliwe podłoże może spowodować utratę stateczności nasypu w konsekwencji
doprowadzając do jego awarii. Aby ich uniknąć, przed budową warto wykonać tzw. nasyp
doświadczalny, który będzie najlepiej odzwierciedlał rzeczywistą budowlę i pozwoli na
dokładną analizę zachowania podłoża oraz nasypu. W Polsce wystąpiło kilka awarii nasypów
drogowych będących wynikiem błędów w projektowaniu lub wykonawstwie.

Wymienione zagadnienia scharakteryzowano i przeanalizowano w dalszej części pracy.

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 4

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

2. Rodzaje i ogólna charakterystyka nasypów drogowych na gruntach słabych

Nasyp drogowy to liniowa, komunikacyjna budowla ziemna, której niweleta znajduje

się powyżej poziomu terenu. W zależności od potrzeb, wypełnienie konstrukcyjne korpusu
nasypu można wykonać z gruntu naturalnego lub z materiałów lekkich np. styropianu lub
keramzytu. Materiały lekkie stosuje się, gdy podłoże stanowi słaby ośrodek gruntowy (np.
grunt organiczny), w celu zminimalizowania ciężaru nasypu oraz zmniejszenia
przekazywanego nacisku na słabe podłoże gruntowe. Dzięki zastosowaniu lekkich nasypów
zmniejsza się także parcie gruntu na ściany oporowe oraz ograniczone zostają długotrwałe
osiadania.

Ogólne zasady dotyczące budowania nasypów drogowych można scharakteryzować

następująco [32]:

 wznoszenie budowli powinno odbywać się z zachowaniem przekrojów poprzecznych i

profilu podłużnego,

 nasypy powinno wznosić się metodą warstwową, jednak dopuszczalne są metody

czołowa i boczna,

 powinny być wznoszone równomiernie na całej szerokości,
 miąższość nanoszonej warstwy w stanie luźnym musi być tak dobrana, aby po jej

zagęszczeniu uzyskać grubość taką jaką przewidziano w projekcie,

 w zależności od spoistości gruntów należy wbudować je w dolne lub górne warstwy

nasypu; grunty spoiste wbudowujemy w dolnych partiach nasypu, a grunty niespoiste w
warstwach górnych,

 kolejną warstwę można wznosić po odbiorze poprzedniej przez nadzór budowy,
 niedopuszczalne jest wbudowywanie gruntów o różnych właściwościach w tych samych

warstwach – należy je konstruować osobno, o stałej wysokości na całej szerokości
nasypu,

 warstwy gruntu słabo przepuszczalnego wbudowujemy ze spadkiem poprzecznym

górnej powierzchni wynoszącym około 4%. Pochylenie to należy wykonać dwustronnie
na terenach płaskich zaś jednostronnie na terenie pochyłym. Warstwy gruntu
przepuszczalnego konstruujemy poziomo,

 budulec do nasypów, przywieziony na miejsce budowy powinien być niezwłocznie

wbudowany w nasyp.

Wymagania dotyczące dokładności budowy nasypów można określić zakładając

dopuszczalne odchyłki o następujących wartościach [32]:

 szerokość korony nasypu - 10%,
 spadek skarp nasypu - 10%,
 szerokość i głębokość rowów - 5cm,
 spadek dna rowów - powinien być wykonany z dokładnością 0,05%.

Określenia „słaby grunt” lub „słabe podłoże” są pojęciami względnymi. Zdefiniowane

są jako warstwy gruntu nie spełniające wymagań, które wynikają z warunków nośności,
stateczności lub przydatności do użytkowania w odniesieniu do konkretnego obiektu lub

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 5

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

elementu konstrukcji. W związku z tym nie da się jednoznacznie określić czy dane podłoże
jest „słabe” oraz czy wymaga wzmocnienia [4].

 Grunty słabe w podłożu nawierzchni drogowych:

Grunty nie spełniające kryteriów określonych w „Rozporządzeniu…” MTiGM (Dz. U. nr 43,
poz. 430, 1999): rodzaju i uziarnienia gruntu, wskaźnika zagęszczenia I

, modułu

odkształcenia E

oraz stosunku modułów E

wymaganych w normie PN-S-02205:1998, jak

również wymagań dla grupy nośności G1 – wysadzinowości i wskaźnika nośności CBR [4].

 Grunty słabe w podłożu budowli ziemnych:

Grunty bardzo ściśliwe, o małej lub nietrwałej wytrzymałości oraz o niestabilnej strukturze:
grunty o małej wytrzymałości (cu do 50 kPa) i bardzo ściśliwe (moduł do 5MPa), przede
wszystkim grunty organiczne i nasypowe (antropogeniczne); grunty o niestabilnej strukturze
(pęczniejące, zapadowe – lessowe i ulegające deformacjom filtracyjnym – sufozji, podatne na
upłynnienie itp.), tereny osuwiskowe, krasowe i zagrożone deformacjami górniczymi [4].

2.1 Nasypy klasyczne

Są to budowle ziemne wykonywane ponad poziomem terenu z gruntu uzyskanego z

wykopu lub z gruntu przywiezionego na plac budowy, który odpowiada wymaganiom
technicznym dotyczącym budowy nasypów drogowych. Grunt do budowy nasypów powinien
spełniać wymagania normy [PN-S-02205]. Materiał może być wbudowany w nasyp jeżeli
spełni wymagania [23]:

 wskaźnik różnoziarnistości > 5,
 wskaźnik piaskowy > 35,
 wodoprzepuszczalność k > 8m/s.

Nasyp powinien być wykonywany z gruboziarnistego gruntu. Pozwala to na utworzenie

dobrego połączenia w nasypie. Zaleca się stosować [32]:

 gruby tłuczeń,
 glinę morenową o dużej zawartości kamieni i otoczaków,
 żwir zawierający kamienie i otoczaki.

Ponadto do budowy nasypów można stosować żwiry, pospółki, piaski, piaski gliniaste,

żużle wielkopiecowe, łupki przywęglowe, grunty niewysadzinowe, rumosze, otoczaki. Grunty
zawierające zanieczyszczenia (np. gruz, karcze drzew), grunty zamarznięte oraz takie dla
których nie da się określić jakości nie nadają się do budowy nasypów drogowych. Aby można
było wbudować w nasyp grunty spoiste, skażone chemicznie lub zawierające

 części organiczne o zawartości większej jak 3 %,
 frakcję ilastą o zawartości większej jak 30 %,
 gips i sól rozpuszczalną o zawartości przekraczającej 5 %,

należy zastosować specjalne środki oraz zabiegi [32].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 6

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

W przypadku wystąpienia opadów atmosferycznych należy przerwać wykonywanie

nasypów z gruntów spoistych, a wierzchnią warstwę zawałować walcem w celu umożliwienia
swobodnego spływu wody opadowej. W celu zabezpieczenia przed opadami, można
przykryć zagęszczony pas gruntu foliami lub plandekami [32].

2.2 Nasypy ze styropianu

Styropian (spieniony polistyren) jest to sztuczne, porowate tworzywo. Materiał

otrzymuje się poprzez działanie podgrzanej i o podwyższonym ciśnieniu pary wodnej na
granulki polistyrenu zawierające porofor. Materiał znajduje bardzo szerokie zastosowanie w
budownictwie, używany jest jako izolacja termiczna, akustyczna oraz jeśli stopień spienienia
będzie odpowiednio wysoki, styropian można stosować jako wypełnienie konstrukcyjne
nasypów drogowych i kolejowych. Styropian jest około sto razy lżejszy od gruntu, dzięki
temu stanowi niezastąpioną alternatywę dla klasycznych nasypów z gruntów budowlanych.
Zaleca się stosowanie styropianu odmiany 30. Liczba ta oznacza gęstość pozorną tego
materiału nie mniejszą jak 30kg/m

. Dopuszcza się stosowanie odmiany 20 oraz 40, jednak

nie jest to zalecane [23,3].

Tablica 2.1 Typowe właściwości styropianu [3].

Właściwości

Jednostki

Odmiana

Gęstość pozorna

kg/m

≥ 20

≥ 30

≥ 40

Obciążenie wywołujące odkształcenie 10%

kg/m

110 -

160

200 -

250

Obciążenie wywołujące trwałe odkształcenie

kg/m

40 - 50

70 - 90

Moduł sprężystości E

MN/m

3,4 -

7,7 -

11,3

Nasiąkliwość (przy zanurzeniu)

objętości

≤ 7

Styropian jest odporny na alkalia oraz sól. Długotrwałe działanie roztworu soli

kuchennej, mydła, oleju silikonowego nie powoduje uszkodzenia materiału. Górne warstwy
nasypu ze styropianu są odporne na działania oleju napędowego lub benzyny, w przypadku
dużego wycieku tych substancji, materiał konstrukcyjny można wymienić w tym samym
czasie co skażony grunt [9,12,26].

W styropianie nie ma możliwości rozwoju żywych mikroorganizmów, dzięki temu nie

pleśnieje on ani nie gnije. Bakterie znajdujące się w glebie nie atakują styropianu. Zwierzęta
mogą niszczyć nasyp poprzez budowanie dla siebie schronień, jednak lata doświadczenia
pokazują, że nie preferują tego bardziej od innych konwencjonalnych materiałów do
wykonywania nasypów. Nasypy ze styropianu nie powodują degradacji środowiska [9,26].

W celu poprawnego wykonania nasypu istotna dokładność wymiarów bloków. Bloki

muszą być precyzyjnie układane oraz przylegać do siebie całą powierzchnią styku.
Dopuszczalna odchyłka od wymiarów nominalnych wynosi 1 % [16].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 7

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Pierwsza warstwa nasypu z bloków styropianowych jest układana na zagęszczonym,

wyrównanym podłożu, przykrytym kilkunastocentymetrową warstwą dobrze zagęszczającego
się gruntu, pospółki lub wysiewek z produkcji kruszywa łamanego. Zaleca się rozłożenie
geosyntetyku na podłożu w celu zapobiegania rozpełzaniu się bardzo słabego podłoża.
Dopuszczalne są nierówności rzędu 10mm na każde 4m. Gwarantuje to wystarczająco płaską
powierzchnię dla leżącego styropianu. Współczynnik tarcia między sąsiednimi warstwami
bloków, a także między styropianem, a gruntem wynosi w przybliżeniu 0,5. Aby uniknąć
poślizgu należy zastosować sklejenie sąsiednich warstw styropianu. Bloki styropianowe
można łączyć również używając łączników metalowych. Wykonywane są jako specjalne
kształtki z blachy lub z prętów zbrojeniowych. Ilość łączników nie powinna być mniejsza niż
3/4m

warstwy oraz nie mniej jak 2 na blok. Bloki układane są ściśle obok siebie,

dopuszczalny odstęp między nimi wynosi 10mm [9,12,26].

Należy stosować zasadę przykrywania styków bloków niższej warstwy blokami

wyższej warstwy (podobnie jak przewiązanie muru ceglanego). Stosowany blok styropianowy
w drogownictwie ma wymiary 4,0x1,0x0,5m. Do wykonania specjalnej konstrukcji
przestrzennej stosowne są bloki o wymiarach 3,0x1,0x0,5m. Wyższe bloki styropianowe
muszą być połączone z niższymi za pomocą metalowych prętów aby uniknąć przypadkowego
przemieszczenia lub usunięcia bloku spowodowanego operacjami wykonawczymi lub silnym
wiatrem [9,12,26].

Do tej pory, wysokość nasypu jaką udało się uzyskać ze styropianu wynosi 8m. Ważne

jest aby odpowiednio określić wysokość zwierciadła wody gruntowej. Styropianowe bloki ze
względu na swoją małą masę muszą być przygotowane na wypór wywołany podnoszeniem
się zwierciadła wody gruntowej. Styropian powinien być chroniony przed przesiąkaniem
przez grunt skarpy substancji chemicznych. W tym celu krawędzie bloków są okrywane
pasmami folii. Bariery energochłonne powinny by mocowane do warstwy betonu o grubości
10cm w celu rozłożenia naprężeń na większą powierzchnię [9,12,26].

Woda ze zboczy nasypu może być odprowadzona poprzez kanały w blokach

styropianowych. Mogą być one wykonane poprzez nacinanie bloków styropianowych piłą
łańcuchową. Taka metoda nie doprowadzi do uszkodzenia konstrukcji nasypu [9,12,26].

Projekt nawierzchni na nasypie z bloków styropianowych projektuje się analogicznie

jak w przypadku nasypu ziemnego. Przy projektowaniu nawierzchni na blokach
styropianowych przyjmuje się moduł odkształcenia o wartości 5MPa. Niedopuszczalne są
ugięcia jezdni utrudniających ruch samochodowy. Warstwy styropianu powinny być
umieszczane w miarę możliwości powyżej zwierciadła wody gruntowej. Do obliczeń wyporu
w otoczeniu nasypów ze styropianu przyjmuje się gęstość objętościową wynoszącą 20kg/m

natomiast do obliczeń osiadań lub stateczności przyjmuje się 100kg/m

[16].

Po skończeniu układaniu bloków styropianowych można ułożyć warstwy konstrukcyjne

nawierzchni. Jeżeli sumaryczna grubość gruntu oraz konstrukcji nawierzchni drogowej
ułożonej na blokach styropianowych przekracza 1,5m to nie wymaga się dodatkowego
przykrycia najwyższej warstwy bloków. W przeciwnym wypadku wymaga się przykrycia
najwyższej warstwy styropianu za pomocą płyty betonowej o grubości min. 12cm, zbrojonej
osiowo siatką #15cm z prętów o średnicy 8mm [9,12,26].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 8

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Skarpy nasypu powinny być przykryte gruntem o minimalnej grubości 0,25m, jednak

miąższość musi być wystarczająca do odpowiedniego zakorzenienia roślinności
wzmacniającej skarpę. Grubość warstwy gruntu mierzymy pionowo od krawędzi bloku [16].

Wbudowanie bloków wymaga sprawdzenia [3]:
 właściwości materiałów ( odmiana, ciężar objętościowy, moduł sprężystości),
 prawidłowości ułożenia i połączeń bloków ( odstępy między blokami, położenia, liczba

łączników ),

 osłonięcia bloków folią lub płytą żelbetową.

Badania przeprowadzone na próbkach, które zostały pobrane z pięciu różnych miejsc w

Norwegii, w chwili zakończenia wykonywania nasypu nie wykazały zmian właściwości
materiału po 24 latach. Szczegółowa analiza wyników badania pozwala stwierdzić, że
styropian po 100 latach, nie wykaże niedoboru parametrów wyjściowych materiału.
Dodatkowo stwierdzono, że styropian znosi nieograniczoną liczbę cykli obciążeń, jeżeli
obciążenie w każdym z cykli nie przekracza 80% wytrzymałości na ściskanie [16].

2.3 Nasypy z keramzytu

Niektóre problemy związane z posadowieniem na gruntach słabych można rozwiązać

stosując lekkie nasypy z keramzytu. Takie zastosowanie keramzytu w budownictwie
drogowym umożliwia [12]:

 bezpośrednie posadowienie małych nasypów na powierzchni bagna; np. nasypy pod

nawierzchnie dróg dojazdowych lub ścieżek rowerowych,

 eliminowanie osiadań oraz deformacji istniejących nawierzchni drogowych

wykonanych na gruntach słabych,

Rys. 2.1 Konstrukcja nasypu z wykorzystaniem bloków styropianowych [22].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 9

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

 zminimalizowanie działającego parcia na pionową ścianę obiektu drogowego,
 regulowanie procesu konsolidacji słabego podłoża dzięki przeciążaniu lub odciążaniu za

pomocą nasypu z keramzytu.

Keramzyt jest to ekologiczne, lekkie kruszywo używane w budownictwie. Materiał ma

wiele zastosowań m.in. jako izolacja termiczna, betony o zwartej strukturze oraz w lekkich
nasypach drogowych. Kruszywo otrzymywane jest w procesie wypalania glin pęczniejących
bądź iłów w temperaturze 1000 – 1200

, w wyniku czego otrzymany budulec jest obojętny

chemicznie, niepalny, niepodatny na działanie wody, grzybów oraz pleśni. Dzięki swojej
niskiej gęstości objętościowej (450-550 kg/m

) i wysokiej wytrzymałości jest dobrym

materiałem do wypełnienia konstrukcyjnego nasypów drogowych. Zaleca się stosować
frakcje kruszywa od 8 do 20mm, które po utrzęsieniu uzyskują gęstość objętościową od 300
do 350 kg/m

[12,23].

Przygotowania do wypełnienia z keramzytu obejmują oczyszczenie placu budowy z

pni, krzewów oraz innych przeszkód. Korzenie mogą pozostać gdyż ich usunięcie może
spowodować zniszczenie kożucha bagna. Wymaga się aby duże zagłębienia w terenie np.
rowy były wypełniane keramzytem w „opakowaniu” cienką geowłókniną, ponieważ
wypełnianie takich zagłębień piaskiem doprowadziłoby do niepożądanych osiadań. Warstwa
wyrównawcza z piasku ze względu na możliwość dociążenia słabego podłoża nie powinna
być grubsza jak 15cm. Jeżeli grubość będzie większa to należy nierówności, zagłębienia
zasypywać lekkim keramzytem. Jeżeli okres wykonywania przewidziany jest na czas zimowy
to należy usunąć śnieg oraz lód. Nadmiar wody powinien zostać ujęty oraz wypompowany,
ponieważ zbyt wysoki jej poziom może uniemożliwić zagęszczenie. Niedopuszczalne jest
przechowywanie nieprzykrytego keramzytu w miejscach gdzie występuje wysoki poziom
wód [12,27].

W celu bezpośredniego posadowienia nasypu z keramzytu na gruncie organicznym,

charakteryzującym się znacznym osiadaniem i bardzo długim rozwojem odkształceń, należy
grunt poddać działaniu, które doprowadzi do jego stabilizacji. Można to wykonać stosując
metodę czasowego przeciążenia. Polega to na wykonaniu dodatkowego wyższego nasypu,
najczęściej z materiału ziemnego, który można potem wykorzystać w innym miejscu na placu
budowy [12].

Wykonywanie nasypu z keramzytu należy rozpocząć od wykonania podłużnych,

trapezowych obwałowań o wysokości 0,4 grubości nasypu z lekkiego kruszywa, w celu
utworzenia bocznego ograniczenia dla nasypu. Wał wykonuje się z kruszywa mineralnego
[12].

Zaleca się aby keramzyt był układany warstwami o grubości 0,6 – 1,0m. Każda z nich

musi zostać odpowiednio zagęszczona. Niszczenie materiału powinno być unikane, ponieważ
powoduje to wzrost gęstości wypełnienia oraz ma to wpływ na własności termiczne
keramzytu [27].

Keramzyt nie wymaga intensywnego zagęszczania, a dzięki dużemu tarciu ziarna

kruszywa dobrze się klinują. Zagęszczanie powinno odbywać się za pomocą walca z
możliwością regulacji amplitudy oraz częstotliwości drgań. Wymagane zagęszczenie można
uzyskać również dzięki przejazdom lekkiej spycharki na gąsienicach. Po zagęszczaniu
wymagane są badania kontrolne wykonywane za pomocą próbnych obciążeń płytą VSS.
Wybór masy walca oraz jego energia zagęszczania musi być dokładnie przeanalizowana.

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 10

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Energia zagęszczania powinna być ograniczona aby uniknąć miażdżenia, niszczenia oraz
zniekształcania materiału. Skarpy powinny być wykonane z pochyleniem do 1:1,5 [12,27].

Nasyp wykonany z lekkiego kruszywa powinien być zabezpieczony poprzez

zastosowanie osłony z geowłókniny oraz powinien być odseparowany od podłoża. Budowla
ziemna powinna być przykryta warstwą gruntu lub kruszywa o miąższości min. 0,6m [12].

Wykonanie na lekkim nasypie z keramzytu standardowej nawierzchni tłuczniowej

wymaga zabezpieczenia przed koleinowaniem i ubytkami. Wiąże się to z odpowiednią
grubością takiej nawierzchni, co związane jest ze znacznym jej ciężarem. Takie rozwiązanie
prowadzi do znacznych osiadań nasypu oraz nawierzchni. Możliwe jest zastosowanie
geokraty, co pozwala na uzyskanie wystarczająco wytrzymałej i lekkiej nawierzchni.
Geokrata układana jest bezpośrednio na nasypie keramzytowym [12].

Zagęszczanie walcem [27]:

 Etap I

Ułożenie pierwszej warstwy oraz zagęszczenie jej poprzez sześć przejść walca lub do
czasu nie wykazywania wzrostu zagęszczenia. Zagęszczanie odbywa się z wysoką
amplitudą oraz wysoką częstotliwością.

 Etap II

Ułożenie zasadniczej warstwy oraz zagęszczenie jej poprzez cztery przejścia walcem
lub do czasu nie wykazywania wzrostu zagęszczenia. Zagęszczenie odbywa się z niską
amplitudą oraz wysoką częstotliwością.

 Etap III

Końcowym etapem są dwa przejazdy walcem lub do czasu nie wykazywania wzrostu
zagęszczenia. Zagęszczenie odbywa się z niską amplitudą oraz ze stopniową malejącą
częstotliwością, następnie dwa przejścia walcem.

Rys. 2.2 Przekrój poprzeczny przez nasyp wykonany z keramzytu [27].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 11

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Rys. 2.3 Widok nasypu wykonywanego z użyciem keramzytu [30].

Podczas projektowania i wykonywania nasypów z keramzytu należy zwrócić uwagę na

[12]:

 Koniecznośc zabezpieczania skarpy wykopu (w osi drogi) przy podziale robót na dwa

etapy.

 Sposób posadowienia płyty przejściowej (wiaduktu lub mostu) na nasypie z keramzytu.
 Ustalenie współpracy keramzytu z blaszaną konstrukcją przepustu.
 Możliwość układania przewodów kanalizacyjnych w keramzytowym nasypie.
 Sposób osadzenia fundamentów barier ochronnych w kolizji z geotkaniną

„opakowującą” warstwę keramzytu.

 Możliwość układania nasypu z keramzytu poniżej poziomu wody gruntowej.
 Zastosowanie keramzytu do wypełnienia geokraty.

Zabezpieczenie skarpy wykopu za pomocą stalowej ścianki wynika z konieczności

zachowania ruchu na przebudowywanej drodze. Połowa jezdni musi być dopuszczona do
użykowania co utrudnia wykonawstwo odciążenia istniejącego nasypu ze względu na
konieczność zabezpieczenia wykopu ścianką szczelną oraz komplikuje układanie
poprzecznego zbrojenia geosyntetycznego [12].

Płyta przejściowa ze względów oczywistych nie może być posadowiona bezpośrednio

na keramzycie. Wiąże się to ze specjalnym postępowaniem – np. zastosowanie zbrojonego
nasypu pod dolną krawędzią płyty przejściowej [12].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 12

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

3. Technologie wykonawstwa i badania stateczności nasypów drogowych

Do budowy nasypów wykorzystuje się wiele technologii wykonawstwa w zależności od

wielkości nasypu, jego przeznaczenia oraz warunków gruntowo – wodnych.

3.1 Nasypy doświadczalne

Parametry odkształceniowe można wyznaczyć za pomocą wykonywania próbnego

obciążenia od nasypów doświaczalnych. Jest to stosowane szczególnie w celu określenia
parametrów gruntów organicznych, dla których powszechnie stosowane związki
konstytutywne nie oddają należycie relacji „naprężenie – odkształcenie – czas”. Stosowanie
rozbudowanych równań konstytutywnych w prostych rozwiązaniach technicznych mija się z
celem, ponieważ utrudniają one proces obliczeniowy. Nieliniowa zależność „naprężenie –
odkształcenie – czas” oraz zmienność parametrów geotechnicznych w czasie wymaga
zastosowania próbnego obciążenia podłożna nasypem i wyznaczenie parametrów
uśrednionych poprzez wsteczną analizę procesu ściśliwości [6].

Dzięki programowi zawierającemu cel i zakres badań z uwzględnieniem

poszczególnych etapów można efektywnie przeprowadzać próbne obciążenia. Zmniejszenie
kosztów można uzyskać dzięki wykonywaniu badań na trasie projektowanego nasypu [6].

Grunt służący do wykonywania nasypów właściwych służy również do konstruowania

nasypów doświadczalnych. Wznoszenie nasypów odbywa się etapami, które wynikają z
analizy stateczności podłoża. Takie wykonanie umożliwia pozyskanie informacji dotyczących
zmienności parametrów odkształceniowych podłoża pod wzrastającym obciążeniem [6].

Każdy cykl polega na wzniesieniu nasypu do dopuszczalnej wysokości, która wynika z

analizy stateczności: w pierwszym etapie przy wytrzymałości na ścinanie

wyznaczonej

dla gruntu w stanie „in situ”, natomiast w kolejnych etapach z uwzględnieniem wzrostu
wytrzymałości spowodowanego konsolidacją gruntu [6].

Budowa nasypów doświaczalnych powinna odbywać się wiosną (kwiecień – maj),

ponieważ wymagane są częste pomiary bezpośrednio po zakończeniu sypania. Temperatura
ujemna utrudnia wykonanie pomiarów poniżej zwierciadła wody gruntowej. Czas
przewidziany na obserwację każdego z etapów zależy od analizy wyników pomiarów i
wynosi około 3 miesiące [6].

Budowa nasypów doświadczalnych pozwala na uzyskanie informacji o możliwościach

zgęszczenia gruntu, które można porównać z wynikami uzyskanymi w laboratorium. Dzięki
próbnym nasypom mogą być uzyskane informacje o osiadaniu słabego podłoża gruntowego.
Lokalizacja nasypów musi być tak wybrana, aby ich ewentualna awaria nie stanowiła
zagrożenia dla otoczenia, które czasem się zdarzają. Ze względu na bezpieczeństwo
pracowników, inżynier nadzorujący pracę przy nasypie musi podjąć środki ostrożności. Próby
zagęszczania mogą być przeprowadzane dla różnych grubości warstw oraz przy użyciu
różnego sprzętu w celu porównania i wybrania najlepszej metody. Po wykonaniu zgęszczenia
należy pobrać próbkę w stanie in situ w celu porównania z wynikami uzyskanymi w
laboratorium. Rozmiary nasypu doświadczalnego zależą od względów ekonomicznych oraz
od dokładności wyników jakie mają zostać uzyskane. Jeżeli wielkość nasypu

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 13

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

doświadczalnego jest zbliżona do nasypu właściwego to błąd pomiarowy będzie niewielki
[33].

Przykład próbnego nasypu w południowo - wschodniej części stanu Queensland w
Australii.

Próbny nasyp wykonano w południowo - wschodniej częsci stanu Quennsland w

Australii w celu uzyskania informacji o zachowaniu podłoża gruntowego, przemieszczeń oraz
ciśnienia wody w porach gruntu, które się rozprasza wraz z obciążaniem nasypu. Długość
nasypu doświadczalnego wynosi w przybliżeniu 90m, natomiast szerokość 36m. Nasyp
próbny posadowiono na warstwie gliny o miąższości 10m, pod którą znajduje się warstwa
piasku o grubości 6m [14].

Rys. 3.1 Przekrój poprzeczny przez nasyp doświadczalny wraz z pokazaniem umiejscowienia
przyrządów pomiarowych [14].

Przez nasyp poprowadzono trzy przekroje poprzeczne:

 A – zastosowano prefabrykowany drenaż pionowy co 1m,
 B – bez drenażu,
 C – zastosowano prefabrykowany drenaż pionowy co 2m.

W nasypie próbnym zainstalowano urządzenia pomiarowe aby uzyskać informacje o

osiadaniach i przemieszczeniach. Pomiary wykonywano dla różnych przedziałów czasowych,
jednak w każdym z nich wynika, że osiadania na odcinku, gdzie zastosowano drenaż pionowy
co 1m były największe. Na rysunku 3.2 przedstawiono wykres osiadania podłoża w
przekrojach A i B. Największe osiadania w granicach 25cm były w przekroju A [14].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 14

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Wyniki badań laboratoryjnych wykazały, że glina jest bardzo miękka i ściśliwa na

badanym terenie. Warstwy leżące pod nasypem doświadczalnym mogą być opisane jako
normalne lub lekko skonsolidowane. Największe przemieszczenie wynosiło 400mm,
pozostałe przemieszczenia zauważono w wyższych warstwach miękkiej gliny (8 – 10m).
[14].

3.2 Nasypy właściwe

Stosuje się następujące metody wykonywania nasypów [4]:

 metoda warstwowa,
 metoda boczna,
 metoda czołowa.

Metoda warstwowa jest najczęściej stosowa w budowaniu nasypów drogowych.

Wynika to z faktu, że jest ona najracjonalniejsza pod względem technologicznym, ponieważ
wraz z budową nasypu następuje jego zagęszczanie. Dzieje się tak w wyniku przejazdu
maszyn transportowych po nowo układanych warstwach gruntu. W tej metodzie
wykorzystywane są pojazdy samochodowe (ciągniki, zgarniarki, spycharki) oraz środki
transportowe poruszające się po wcześniej przygotowanych „torach”. W metodzie
warstwowej możliwe jest zastosowanie dużego frontu robót, co jest bardzo istotne przy
budowaniu nasypów z użyciem taboru kolejowego, ponieważ można równocześnie
wyładowywać długie składy pociągów. Stosuje się następujące grubości układanych warstw
ze względu na rodzaj transportu mas ziemnych [4]:

 tabor kolejowy, samochody: 50 – 100cm,
 spycharki: 6 – 25cm,
 zgarniarki: 8 – 35cm.

Rys. 3.2 Wyniki osiadań podłoża w sekcji A oraz sekcji B w zależności od dnia pomiaru [14].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 15

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Nie zaleca się układania warstw grubszych niż 1m, ze względu na trudności w

równomiernym zagęszczeniu gruntu. Lokalne zagłębienia i nierówności w podnóżu nasypu są
wyrównywane za pomocą pierwszej warstwy gruntu. Kolejne warstwy są najpierw układane
w partiach wysokich nasypów, stopniowo zmniejszając pochylenie podłużne powierzchni
nasypu [4].

Metoda boczna stosowana jest do poszerzania istniejących nasypów oraz do budowania

nasypów na zboczach. Polega ona na bocznym usypywaniu materiału na całej wysokości
nasypu. Zaletą tej metody jest możliwość równoczesnego wyładowania środków
transportowych [4].

Wadami tej metody są [4]:

 nierównomierne osiadanie,
 tendencja do tworzenia się osuwisk,
 trudność dokładnego zagęszczenia,
 niejednolitość pod względem składu i stateczności.

W przypadku konieczności zastosowania tej metody należy wykonywać niskie nasypy z

gruntów o małym współczynniku spulchnienia (np. piasek, żwir). Nie zaleca się stosowania
tej metody w budowaniu nasypów [4].

Metoda czołowa jest stosowana w budowie krótkich nasypów, w miejscach w których

ruch środków transportowych jest utrudniony oraz na terenach bagnistych. Przy
wykonawstwie tą metodą używane są zgarniaki oraz spycharki. Warstwy układane są z
odpowiednim pochyleniem na całej szerokości i wysokości 2m przekroju poprzecznego,
wzdłuż osi podłużnej nasypu. Jeżeli nasyp nie został wykonany od razu na całej wysokości, to
kolejne warstwy (poziome) należy układać po 2 – 3 miesiącach od ułożenia warstw pochyłych
- zapewni to większą stateczność i lepsze zagęszczenie nasypu. Do wad tej metody należy
zaliczyć mały front robót i trudności w równomiernym zagęszczaniu gruntów [4].

3.2.1 Klasyczne technologie wykonawstwa

Nasypy drogowe należy wykonywać uzwględniając warunki terenowe, wodne, formacje

geologiczne występujące na danym obszarze oraz należy zwrócić uwagę na fakt istniejących
bądź planowanych obiektów inżynierskich. Ważnym elementem regulującym metodę
wykonywania nasypu jest jego charakterystyka (wysokość, nachylenie skarp) oraz czas
przewidziany na jego wykonanie. Przy konstruowaniu nasypów nieodłącznym parametrem
decydującym o technologii jego wykonania są względy ekonomiczne [8].

Nasypy wykonywane bezpośrednio na terenach błotnistych lub bagnistych ze względu

na osiadanie, wypieranie na boki, a czasem wyciskanie gruntu podłoża ulegają długotrwałym
i nierównomiernym osiadaniom, których skutkiem są deformacje oraz uszkodzenia korpusu
ziemnego i leżącej na nim nawierzchni. Z tych powodów stosowane metody wznoszenia
nasypów muszą zapewnić ich stateczność.

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 16

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Ze względu na skład i stopień nasycenia wodą, grunty organiczne mogą znacznie różnić

się między sobą. Z tego względu można je podzielić pod kątem wykonawstwa na bagna
trzech typów [7]:

 Bagna typu I – zawierają torf o trwałej konsystencji. Charakteryzują się ściśliwością i

zdolnością do utrzymania kształtów skarp do głębokości 2 m, co ułatwia usuwanie torfu
spod podłoża konstruowanego nasypu.

 Bagna typu II – bagna torfowe o niestałej konsystencji, zawierające miękkie muły i iły z

częściami organicznymi. Warstwy mułu ulegają plastycznym odkształceniom, zaś
skarpy w odkrywkach rozpływają się uniemożliwiając usunięcie torfu spod podłoża
nasypu.

 Bagna typu III – nawodnione, zawierające pływający kożuch torfowy bagna. Zawierają

rozwodniony ił oraz rozpływający się torf. Kożuch torfowy wykazuje dużą
wytrzymałość na rozerwanie, co jest charakterystyczne dla tego typu bagien.

Do budowy nasypów na gruntach słabonośnych bagnistych, torfach i iłach stosuje się głównie
dwie metody [5]:

 pozostawienie warstwy słabej pod podłożem nasypu lub częściowe jej usunięcie,
 całkowite usunięcie warstwy słabej spod podłoża nasypu.

Pierwsza metoda ma zastosowanie głównie w trasach o drugorzędnym znaczeniu

komunikacyjnym, szczególnie w przypadku długiego okresu wykonawczego, co pozwoli na
uzyskanie wysokiego stopnia konsolidacji podłoża oraz wzrost jego wytrzymałości. Takie
rozwiązanie stosujemy przy przekraczaniu bagien typu I, w przypadku wysokich nasypów i
pokładów torfu o grubości przekraczającej 2m [7].

Drugi sposób jest wykorzystywany do budowy nasypów o dużym znaczeniu

komunikacyjnym oraz przede wszystkim wtedy, kiedy przewiduje się krótki okres
konstruowania budowli, której zadaniem będzie przenoszenie dużych obciążeń
eksploatacyjnych. Zastosowanie takiego wykonania jest możliwe jeśli grubość pokładu torfu
nie przekracza 2m. Takie wykonanie gwarantuje pełną stateczność nasypu opartego na
stałym, nośnym podłożu [7].

Rys. 3.4 Nasyp z częściowym usunięciem warstwy torfu [7].

Rys. 3.3 Nasyp posadowiony na dnie bagna typu I po wcześniejszym,
całkowitym usunięciu warstwy torfu [7].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 17

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Nasyp z częściowym zanurzeniem powinien być zagłębiony w warstwie torfu do takiej

głębokości aby miąższość pozostałej warstwy pod podstawą nasypu, która uległa
zagęszczeniu była w granicach

. Gdzie H to wysokość nasypu [7].

Na rysunku 3.6 przedstawiono nasyp posadowiony na dnie mineralnym bagna po

uprzednim usunięciu kożucha torfowego, co ma miejsce w wykonywaniu budowli od „czoła”.
Przecięcie nasypu po obu stronach prowadzi do pogrążenia się kożucha w warstwie torfu i w
rezultacie opuszczenie kożucha na dno mineralne [7].

Inne sposoby wykonywania nasypów na gruntach słabych to zastosowanie drenażu

piaskowego, drenów pionowych, rusztów lub materiałów wybuchowych.

Drenaż piaskowy – wprowadzone sączki pionowe w niewielkich odległościach (3 – 4

m) powodują skrócenie drogi filtracji. Przy takim sposobie umocnienia na powierzchni
gruntów organicznych usypuje się pod podstawą nasypu poduszkę piaskową o grubości 0,5-
0,6m, następnie na powierzchni podstawy wykonuje się pionowe otwory drenarskie, sięgające
aż do dna mineralnego i wypełnia je gruboziarnistym suchym piaskiem. Dzięki otworom
możliwe jest szybkie odprowadzenie wody wtłaczanej przez nasyp z pokładów torfu pod
podstawę nasypu [7].

Dreny pionowe – są rozmieszczane mijankowo co 3 – 4m. Otwory wykonywane są za

pomocą świdra bądź poprzez osadzenie w torfie metalowych rur, które po wypełnieniu
piaskiem, są usuwane [4].

Ruszty – znajdują zastosowanie w przypadku niskich nasypów przeznaczonych do

małego natężenia ruchu wznoszonych na bagnach typu II i III. Dzięki rusztom możliwe jest
rozłożenie ciężaru nasypu na większą powierzchnię, wzmacniane jest również podłoże.
Wykonane są z wiązek faszynowych, dyliny oraz drewnianych legarów. Ruszty zanurzone
całkowicie lub częściowo w bagnie zasypywane są warstwą piasku, żwiru lub gruntem
piaszczystym. Dzięki zastosowaniu rusztów podstawa pod nasyp staje się trwałą konstrukcją,
zabezpieczając go przed osiadaniem, deformacjami [7].

Zastosowanie materiałów wybuchowych – stosowane są w celu usunięcia pokładów

torfu. Wybuch może usunąć większość zalegającego torfu, natomiast reszta zostaje usunięta w
wyniku działania ciężaru nasypu. Przyspieszają proces wykonania nasypu na dnie

Rys. 3.5 Posadowienie nasypu na bagnach typu III [7].

Rys. 3.6 Nasyp na kożuchu torfowym, uprzednio przeciętym po
obu stronach [7].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 18

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

mineralnym oraz skracają okres osiadania nasypu. Wykorzystywane są do wykonywania
nasypów przeznaczonych do dróg wyższych klas technicznych [7].

Budowę nasypu rozpoczyna się od usypania wąskiej grobli począwszy od osi nasypu.

Przeznaczona jest ona dla ruchu środków transportowych, dowożących materiał na nasyp. Jest
ona stopniowo poszerzana w obie strony nasypu. W metodzie czołowej budowania nasypu,
jest on pogrążany poprzez odpalanie ładunków materiału wybuchowego, zakładanych u stopy
czoła nasypu. Wskutek wybuchu nasyp osiada, a jego środkowa część powinna oprzeć się na
dnie bagna. Następnie nasyp zostaje poszerzony i podwyższony oraz zostają założone dwa
kolejne szeregi materiałów wybuchowych np. wzdłuż obu krawędzi nasypu. Eksplozja
materiału powoduje dalsze pogrążenie nasypu, równocześnie wyciskając pokłady torfu na
boki. Wraz z kolejnym uzupełnieniem nasypu zakłada się ostatnią serię materiału
wybuchowego wzdłuż jego podstaw. Po wybuchu cała bryła nasypu opuszczona zostaje do
poziomu dna mineralnego. Duża pracochłonność oraz znaczne zużycie materiału
wybuchowego powoduje, że ta metoda powinna być stosowana w przypadku dużych i
odpowiedzialnych budowli ziemnych [4,8].

3.2.2 Nowoczesne technologie wykonawstwa

Budowa nasypów drogowych na słabym podłożu gruntowym możliwa jest po jego

wcześniejszym wzmocnieniu. Stosuje się następując sposoby wzmacniania słabego ośrodka
gruntowego [5]:

 wzmocnienie warstwy,
 wstępne obciążenie podłoża,
 udarowa wymiana gruntów podłoża,
 wibro – wymiana gruntu podłoża,
 pale z wapna niegaszonego i drenujące,
 zastosowanie geosyntetyków,
 pale żwirowe,
 technika Jet Grouting,
 drenaż pionowy.

Wzmocnienie warstwy bezpośredniego podłoża nasypu stosowane są w przypadku

niewielkich grubości słabej powierzchni – do 2m. Stosowane są materace wykonane z kilku
warstw geotekstylii i geosiatek, które są wypełnione gruntem piaszczystym. Ze względów
ekonomicznych sumaryczna grubość materaca nie powinna być większa niż 0,75m [5].

Wstępne obciążenie podłoża polega na usypaniu nasypu ze żwiru, gruzu lub gruntu w

miejscu budowy zaprojektowanego nasypu. Ciężar nasypu musi być większy od ciężaru
nasypu projektowanego, jednak nie powinien być zbyt duży aby nie spowodował naruszenia
równowagi podłoża (wypieranie torfu). Metoda znajduje zastosowanie w gruntach o dużej
ściśliwości (torfy, namuły). Równocześnie zaleca się zastosować dreny pionowe piaskowe lub
żwirowe co zapewni lepsze odprowadzenie wód i zagęszczenie podłoża [5].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 19

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Udarowa wymiana gruntów podłoża jest stosowana w przypadku występowania w

podłożu gruntów organicznych, ilastych oraz pylastych. W tej metodzie w słabonośnie
podłoże zostają wprowadzone kolumny z kruszywa lub gruntów gruboziarnistych poprzez
ubijanie. Dzięki temu grunt organiczny zostaje częściowo zastąpiony kruszywem, a grunt
pomiędzy kolumnami zostaje zagęszczony. Kolumny można formować do głębokości 7m, o
średnicy 1,8 – 2,5m w rozstawie 3 – 6m. Takie wzmocnienie umożliwia obciążenie nasypem
do 250 kPa [5].

Wibro – wymiana gruntu podłoża polega na jego wzmocnieniu poprzez

wprowadzenie kolumn z kamienia lub żwiru, które „zbroją” i drenują grunt. Podłoże zostaje
zastąpione kolumnami formowanymi z kruszywa kamiennego za pomocą wibratora w celu
zmniejszenia osiadań oraz zwiększenia nośności podłoża. Kolumny mają średnicę 0,5 – 0,8
m. Metoda znajduje zastosowanie w iłach, glinach miękkoplastycznych z uwarstwieniami
torfu, namułu oraz gytii o niewielkiej miąższości. Wibro – wymiana jest stosowana tam, gdzie
gruntu nie da się zagęścić, przede wszystkim przy budowie nasypów na gruntach
organicznych [5].

Do formowania kolumn można stosować [5]:

 kruszywo łamane – tłuczeń, grys, kliniec,
 kruszywo naturalne – żwir, mieszanka z kruszywa naturalnego,
 kruszywa sztuczne, kruszywa z recyklingu.

Rys. 3.7 Schemat ideowy dynamicznej wymiany gruntu [5].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 20

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Pale z wapna niegaszonego i drenujące stosowane są do wzmocnienia podłoża oraz

do wzmocnienia korpusu. W gruncie wierci się otwory, następnie są one wypełniane wapnem
niegaszonym lub mieszaniną wapna i piasku. Wapno pochłania wodę z gruntu nasypu lub
podłoża, powodując osuszenie i stwardnienie gruntu. Wapno podczas procesu hydratacji
wydziela znaczną ilość ciepła powodując wyparowywanie wody, zespolenie, dogęszczenie i
wzmocnienie nasypu. Pale nie mogą być brane pod uwagę przy kotwieniu i zwiększaniu
stateczności zboczy ponieważ nie przenoszą sił ścinających [5].

Zastosowanie geosyntetyków
Geosyntetyk - materiał o postaci ciągłej, wytwarzany z wysoko spolimeryzowanych

włókien syntetycznych jak polietylen, polipropylen, poliester, charakteryzujący się m.in. dużą
wytrzymałością oraz wodoprzepuszczalnością. Geosyntetyki obejmują: geosiatki,
geowłókniny, geotkaniny, geodzianiny, georuszty,geokompozyty, geomembrany [20].

Geosyntetyki należy układać w taki sposób, aby pasma leżały poprzecznie do kierunku

zasypywania. Układane są „dachówkowo”. Pasma mogą być łączone poprzez zakład, zszycie
lub sklejenie. Wielkość zakładu zależy od warunków terenowych [20]:

 warunki normalne: 30 – 50cm,
 podłoże o małej nośności (CBR ≤ 2 %), nierówne – 100cm.

Geosyntetyki należy zabezpieczyć przed przemieszczaniem wskutek działania np.

wiatru. Należy je przymocować do podłoża za pomocą prętów lub obciążyć na określony czas
workami z gruntem. Zaleca się stosowanie jak najszerszych pasm w celu ograniczenia ilości
zakładów oraz połączeń. W przypadku stosowania wąskich pasm zaleca się stosować układ
krzyżowy z przeplecionych prostopadłych pasm [20].

Zasypywanie geosyntetyków należy rozpocząć od czoła pasma na rozwinięty materiał,

po czym zasypka jest rozkładana na całej powierzchni za pomocą spycharki lub innego

Rys. 3.8 Wibro-wymiana na autostradzie A2 [29].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 21

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

urządzenia. Pierwsza warstwa na geosyntetyku nie zawiera kamieni aby nie niszczyć
materiału. Ruch pojazdów ciężkich bezpośrednio po geosyntetyku jest zabroniony aby
uniknąć jego uszkodzenia [20].

Przed wyborem odpowiedniej metody należy przeprowadzić szczegółowe rozpoznanie

podłoża dla określenia początkowych warunków gruntowych. Ważniejsze czynniki
decydujące o wyborze metody wzmacniania podłoża gruntowego są następujące [20]:

 parametry geotechniczne gruntu warstw słabych, budowa geologiczna, miąższości

warstw, poziom stropu podłoża nośnego,

 niejednorodność budowy podłoża (np. występowanie miejscowych soczewek gruntów

słabych),

 warunki hydrogeologiczne,
 zmiany właściwości gruntów wynikające z ich wzmocnienia,
 wymiary, rodzaj, miejsce wbudowania nasypu na rozpatrywanym podłożu,
 ochrona przed uszkodzeniem sąsiednich konstrukcji i urządzeń.

Na rysunku 3.9 przedstawiono możliwe usytuowania geosyntetyków pod nasypami na

słabym podłożu. Zastosowanie geosyntetyków w podstawie budowli ziemnej poprawia ich
stateczność oraz redukuje. Geosyntetyki stosuje się najczęściej z innymi zabiegami, które
zmniejszają osiadania nasypu [25].

Rys. 3.9 Zastosowanie geosyntetyków na słabym podłożu pod nasypami [25].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 22

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Pale żwirowe znajdują zastosowanie w przypadku nasypów o wysokości 6m oraz przy

wzmacnianiu przyczółków mostowych. Technika polega na formowaniu pali żwirowych
wykorzystując tradycyjne techniki pali wierconych. Ich średnica wynosi od 0,3 do 0,5m, a
wypełnienie może stanowić żwir o średnicy od 0,5 do 2,0cm lub żwir z zaczynem
cementowym [5].

Technika Jet Grouting polega na wykonaniu kolumn cementowo gruntowych metodą

mieszania gruntu z zaczynem cementowym wprowadzanym pod ciśnieniem za pomocą
wirującego świdra. Komponent utwardzający wprowadzany jest przy użyciu energii
kinetycznej strumienia wypływającego z dyszy świdra. Ciśnienie iniekcji dochodzi do 35 –
45MPa, a średnice kolumn wynoszą od 0,5 do 0,8m. Wytrzymałość pali nie powinna być
mniejsza niż 1,0MPa. Metodę Jet Grouting stosuje się w gruntach spoistych, piaskach
różnoziarnistych oraz w gruntach organicznych (torfy, namuły). J-G jest bardzo skuteczną
metodą wzmacniania słabego podłoża ale jest kosztowna, dlatego znajduje zastosowanie w
przypadku zalegania soczewek gruntów słabych na większych głębokościach.

Drenaż pionowy stosowany jest w celu przyspieszenia procesu konsolidacji gruntów

organicznych i nieprzepuszczalnych. Odpowiednio wprowadzone dreny w podłoże skracają
drogę filtracji oraz przyspieszają odprowadzanie wody. Dzięki temu proces konsolidacji
gruntów przebiega szybciej, a w rezultacie można wcześniej posadowić nasyp drogowy.
Dreny wykonywane są na całej grubości odwadnianej warstwy, a ich górne końce sięgają do
drenażu poziomego na powierzchni - ułatwia to szybsze odprowadzanie wody. Jako dreny
stosuje się płaskie, spłaszczone, plastikowe, elastyczne rury o przekroju spłaszczonym lub
okrągłym. Drenażowi pionowemu towarzyszy często wykonanie nasypu przeciążającego w
celu osiągnięcia pełnej wartości osiadań pierwotnych [31].

3.2.3 Przykłady wykonawstwa nasypów na gruntach organicznych

Aleja Armii Krajowej w Gdańsku – wysoki nasyp drogowy posadowiony na gruntach
organicznych [18].

 Trasa

- Długość: 370m
- Szerokość korony nasypu: 34 – 43m
- Maksymalna wysokość nad poziomem terenu: 12,5m.

 Warunki gruntowe

Pokłady torfów i namułów o grubości mniejszej niż 6m, znajdujące się w
bezodpływowym zagłębieniu terenowym.

 Metoda wykonania

Wyparcie gruntów organicznych i wzmocnienie konstrukcyjne nawierzchni za pomocą
geosiatki Tensar SS30.

 Przebieg prac

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 23

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

1. Wykonanie rowu odwadniającego wypełnionego pospółką.
2. Usunięcie ziemi roślinnej u podnóża nasypu.
3. Wykonanie pięciu przecięć kożucha torfowego równolegle do osi drogi.
4. Wykonywanie samego nasypu przeprowadzono w dwóch etapach:

Etap I
W pierwszym etapie nasyp był wykonywany metodą od czoła w celu wyparcia gruntów
organicznych (do rzędnej 80m n.p.m.). Dodatkowo na odcinku o długości 30 m
wykonano przewyższenie o wysokości 2m. Wyparty grunt spod czoła nasypu był
usuwany (rys. 3.10), tym samym umożliwiając większe zagłębienie nasypu w podłożu.
Etap II
W drugim etapie, kolejne warstwy były wbudowywane w nasyp do projektowanej
rzędnej. Każda warstwa została odpowiednio zagęszczona, a ich miąższość nie
przekraczała 0,5m [18].

Rys. 3.10 Wypieranie gruntów organicznych [18].

Na rysunku 3.10 przedstawiono roboty ziemne przy wykonawstwie nasypu na Alei

Armii Krajowej w Gdańsku.

Droga obwodowa Lęborka – przejście niskiego nasypu drogowego przez grunty
organiczne o dużej miąższości. Nasyp został posadowiony możliwe głęboko w podłożu
organicznym, które wzmocniono lekkimi kolumnami cementowo – wapiennymi o małej
wytrzymałości na ścinanie [18].

 Trasa

- Długość: 500m
- Szerokość korony nasypu: 16m

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 24

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

- Maksymalna wysokość nad poziomem terenu: 2,7m

 Warunki gruntowe

Pokłady gruntów organicznych do głębokości 15m na terenach łąk i nieużytków. Do
głębokości 5,5m zalegają torfy, poniżej znajdują się pokłady gytii oraz kredy o grubości
9,5m. Warstwa nośna składa się z piasków średnich. Zwierciadło wody gruntowej
znajduje się bezpośrednio pod powierzchnią terenu.

 Przebieg prac

1. Rozcięcie kożucha torfowego za pomocą trzech rowów równoległych do osi drogi.
2. Sypanie nasypu metodą od czoła – zastosowano czasowe przeciążenie nasypu w celu

wyparcia gruntów organicznych.

3. Wykonanie na całej szerokości nasypu w siatce kwadratowej o szerokości 1,4m

kolumn cementowo – wapiennych o średnicy 0,6m. Sięgały one od stropu warstwy
nośnej do poziomu wody gruntowej [18].

Na rysunku 3.11 przedstawiono wykonawstwo nasypu drogowego na drodze

obwodowej Lęborka oraz pokazane jest wypieranie torfu spod czoła nasypu.

Przeprawa przez rzekę Noteć w Wojdalu – posadowienie niskiego nasypu dojazdu do
mostu na Noteci w ciągu drogi wojewódzkiej, Wojdal – Pakość [17].

 Trasa

Rys. 3.11 Wypieranie gruntów organicznych spod czoła nasypu [18].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 25

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

- Długość: 120m
- Szerokość korony nasypu: 10m
- Maksymalna wysokość nad poziomem terenu: 7m

 Warunki gruntowe

Poniżej gleby znajdują się pokłady torfu o miąższości od 0,5 do 2,8m. Pod gruntem
organicznym znajdują się piaski w stanie od luźnego do średnio zagęszczonego. Woda
gruntowa znajduje się na od 0,1 do 1,5m poniżej poziomu terenu.

 Przebieg prac

1. Wykonanie nasypu o wysokości 3m metodą sypania od czoła na całej jego

projektowanej szerokości. Na wyprzedzającym froncie od strony istniejącego
nasypu, nasyp wykonywano z przewyższeniem o wysokości 2m.

2. Wzmocnienie podłoża kolumnami cementowo – wapiennymi w siatce kwadratowej o

rozstawie 1,6m i średnicy 0,5m. Kolumny zawierały 65kg mieszanki (80% cementu
klasy 35, 20% wapna) na 1mb od podłoża nośnego do zwierciadła wody gruntowej.

3. Podwyższenie nasypu do projektowanej rzędnej niwelety drogi zachowując

odpowiednie wskaźniki zagęszczenia.

4. Wykonanie nasypu przeciążającego do wysokości około 1m powyżej projektowanej

niwelety. Po 3 miesiącach nadnasyp został usunięty.

5. Wykonanie nawierzchni podatnej na siatce polipropylenowej.

Na rys. 3.12 przedstawiono przekrój poprzeczny nasypu z pokazaniem zarysu

poszczególnych etapów wykonawstwa.

Rys. 3.12 Posadowienie nasypu dojazdowego do mostu na Noteci [17].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 26

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Trasa Siekierkowska w Warszawie – wykonanie nasypu o projektowanym ciężkim i bardzo
ciężkim ruchu [17].

 Trasa

- Całkowita szerokość nasypu: 60m
- Maksymalna wysokość nad poziomem terenu: 1,2 – 3,2m

 Warunki gruntowe

Bezpośrednio pod powierzchnią terenu znajdują się pokłady namułów oraz torfów o
miąższości dochodzącej do 3,5m w stanie od miękkoplastycznego do płynnego. Poziom
wody gruntowej wskutek regulacji melioracyjnej znajduje się na poziomie terenu.

 Przebieg prac

1. Wykonanie środkowego pasa nasypu o szerokości 10m metodą sypania od czoła, bez

przewyższenia, do wysokości 0,8m.

2. Dogęszczenie i wciśnięcie nasypu w podłoże poprzez przeciążenie korony nasypu za

pomocą pryzmy gruntu.

3. Budowa kolejnych pasm nasypu o szerokości 10m wzdłuż wykonanego pasa

serwisowego z utrzymaniem kształtu czoła w postaci klina skierowanego na
zewnątrz. Na odcinku czołowym wykonano przewyższenie.

4. Budowę nasypu do projektowanej rzędnej niwelety prowadzono warstwowo.

Rys. 3.13 Technologia budowy nasypu pod Trasę Siekierkowską [17].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 27

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

3.2.4 Badania stateczności

W celu sprawdzenia stateczności nasypu drogowego należy określić jego stopień

zagęszczenia oraz jego przekrój w celu zweryfikowania poprawności wykonania
poszczególnych warstw.
W celu sprawdzenia zagęszczenia wykorzystuje się metody dynamiczne i statyczne.

Płyta VSS
Płyta VSS wykorzystywana jest do zbadania parametrów geotechnicznych podłoża
gruntowego w stanie in situ. Dzięki niej można uzyskać informacje o modułach odkształcenia
wtórnego i pierwotnego oraz o wskaźniku odkształcenia. Badanie polega na pomiarze
odkształceń pionowych podłoża gruntowego pod wpływem obciążenia statycznego od
okrągłej, stalowej płyty VSS. Nacisk na nią wywiera dźwignik hydrauliczny. Zakres badania
wynosi od 30 do 50 pod powierzchnią płyty [28].

Sonda CPT (ang. Cone penetration test)
Stosując sondę CPT można uzyskać informacje o parametrach geotechnicznych gruntu
poprzez pomiar oporu pod podstawą i wzdłuż pobocznicy wciskanego stożka. W przypadku
zastosowania stożka elektrycznego, dodatkowo przeprowadza się pomiar ciśnienia wody w
porach gruntu. W celu przeprowadzenia badania, sondę należy rozstawić i odpowiednio
przymocować do podłoża za pomocą kotew w punkcie badawczym aby można było uzyskać
informacje o parametrach geotechnicznych na odpowiedniej głębokości. Po ustawieniu i
wypoziomowaniu urządzenia przeprowadzane jest badanie, w którym stożek może być
wprowadzony na głębokość od kilku do 30m w zależności od potrzeb. Sondę stosuje się
najczęściej w celu określenia parametrów geotechnicznych gruntów słabych [28].

Sonda DPSH (ang. Dynamic penetration super heavy)
Jest to sonda dynamiczna służąca do wyznaczania stopnia zagęszczenia gruntów niespoistych.
Sondowanie dynamiczne przy użyciu DPSH może być alternatywą dla sondowania
statycznego CPT w przypadku gdy w nasypie zalegają duże fragmenty betonu [28].

Sonda DPL (ang. Dynamic penetration light)
Stopień zagęszczenia gruntu rodzimego oraz wskaźnik zagęszczenia gruntu nasypowego
można uzyskać wykorzystując sondę DPL. Najczęściej jest używana do określania
zagęszczenia korpusu nasypów drogowych lub innych budowli ziemnych. Badanie polega na
pomiarze ilości uderzeń sondy w celu zagłębienia końcówki stożka na 10cm [28].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 28

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

4. Analiza stateczności nasypów drogowych

Budowa nasypów drogowych na słabym podłożu gruntowym wymaga dokładnej

analizy stateczności ze względu na małą wytrzymałość i dużą ściśliwość podłoża [6].

4.1 Analiza odkształceń podłoża

Analiza odkształceń słabego podłoża gruntowego, obciążonego nasypami

doświadczalnymi wykazuje duże przemieszczenia pionowe i poziome. Na podstawie
obserwacji rozwoju odkształceń można stwierdzić, że większość odkształceń poziomych
pojawia się w fazie obciążania podłoża oraz zaraz po jego zakończeniu. Prognoza odkształceń
powinna być oparta na metodzie, która uwzględnia nieliniową charakterystykę gruntu oraz
duże odkształcenia. W celu uzyskania wartości przemieszczeń w całym przekroju
poprzecznym podłoża nasypu należy zastosować modele gruntowe, dzięki którym uzyskana
zostanie dwuwymiarowa prognoza odkształceń. W niektórych przypadkach (nasyp
posadowiony na warstwie słabej o małej miąższości) wystarczające jest określenie jedynie
odkształceń w osi nasypów. Dla wysokich nasypów posadowionych na warstwach słabych o
dużej miąższości w celu oceny stateczności wymaga się pełnego opisu zachowania podłoża.
W tym celu stosowane są metody obliczeniowe, wykorzystujące modele gruntowe przy
założeniu płaskiego stanu odkształcenia [6].

Osiadania gruntu spowodowane są odkształceniami postaciowymi, które powstają w

wyniku przyłożenia obciążenia podczas budowy nasypów na słabym podłożu. Początkowe
osiadania oraz przemieszczenia poziome można obliczyć przy wykorzystaniu równań teorii
sprężystości. Przyjmuje się w niej współczynnik Poissona

i moduł sprężystości bez

odpływu

. Osiadania początkowe

oraz przemieszczenia poziome

można wyliczyć ze

wzorów [6]:

(4.1)

(4.2)

gdzie:
,
,

Współczynniki

oraz

określane są za pomocą klasycznych rozwiązań teorii

sprężystości. Moduł

określany jest na podstawie badań laboratoryjnych lub za pomocą

zależności empirycznych, w których wartość modułu zależy od wytrzymałości na ścinanie w
warunkach bez odpływu. Według Larssona wartość modułu należy do przedziału od

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 29

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

dla gruntów organicznych do

dla glin słaboplastycznych. Foott i Ladd

przeprowadzili badania, które wykazały, że moduł

dla gruntów normalnie

konsolidowanych można obliczyć ze wzoru [6]:

(4.3)

gdzie:

Osiadania natychmiastowe w dowolnym punkcie podłoża można obliczyć za pomocą wzoru
[6]:

(

(4.4)

gdzie:

Wzór 4.4 można stosować po podzieleniu obciążonej strefy na cztery części. Osiadanie

danego punktu jest równe sumie osiadań poszczególnych naroży [6].

Osiadania końcowe obliczane są za pomocą wzorów empirycznych lub na podstawie

metod opartych na wynikach badań ściśliwości. Przedstawione wzory empiryczne zostały
ustalone na podstawie pomiarów terenowych dla konkretnych konstrukcji. Ich stosowanie jest
dopuszczalne dla rodzajów podłoża, dla których zostały one wcześniej opracowane, w innym
przypadku uzyskane wyniki będą błędne [6].

Do prognozy osiadań podłoża torfowego o miąższości mniejszej niż 4,5m, poddanemu

obciążeniu od 10 do 50 kPa służy wzór Ostromęckiego [6]:

(4.5)

gdzie:

W celu obliczenia osiadań końcowych gruntów organicznych można posłużyć się

metodą Drozda- Zająca. Służy do tego wzór empiryczny [6]:

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 30

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

√

(4.6)

gdzie:

Osiadania końcowe torfu o zmiennej wilgotności oblicza się ze wzoru Flaate’a [6]:

(4.7)

Współczynnik zmienności objętościowej

jest wyznaczany z nomogramu, który

został opracowany przez Flaate’a na podstawie badań osiadań torfu. Jest on określony jako
funkcja wilgotności

i współczynnika rozkładu torfu

. Osiadanie podłoża torfowego o

wilgotności 700 – 1500% można wyznaczyć ze wzoru Carlstena [6]:

(4.8)

Pionowe odkształcenia torfu

określa się z wykresu Carlstena [6]:

Rys. 4.1 Wykres Carlstena do określania pionowych odkształceń torfu [6].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 31

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

4.2 Analiza konsolidacji podłoża

Przy wykonawstwie nasypów na słabym podłożu gruntowym, wymagana jest

znajomość wzrostu wytrzymałości na ścinanie dla każdego z etapów budowy. Należy określić
całkowite osiadania dla każdego z etapów oraz oszacować prognozę odkształceń. Stan
odkształceń podłoża oraz naprężeń efektywnych pozwala na określenie wzrostu
wytrzymałości na ścinanie oraz analizę stateczności nasypu. Proces odkształceń na gruntach
jest skomplikowany i długotrwały. Czas trwania osiadań zależy od rodzaju gruntu oraz
stopnia nasycenia wodą. Na początku, przyłożone obciążenie przejmowane jest w całości
przez wodę, na skutek stopniowego wyciskania wody z porów gruntu. Następnie obciążenie
przejmowane jest przez szkielet gruntowy [6].

Na konsolidację wpływają odkształcenia początkowe pęcherzyków fazy gazowej, wody

oraz deformacje szkieletu gruntowego. W przypadku stałego obciążenia, czas trwania
odkształceń konsolidacyjnych zależy od przepuszczalności ośrodka gruntowego. Wraz ze
zmniejszaniem się przepuszczalności gruntu, wydłuża się czas trwania odkształceń
konsolidacyjnych. Istnieją jeszcze deformacje wtórne będące efektem długotrwałych
odkształceń strukturalnych gruntu. Ich czas trwania uzależniony jest od właściwości
reologicznych gruntu (lepkości). Proces pełzania wydłuża się wraz ze wzrostem lepkości
strukturalnej gruntu [6].

Proces konsolidacji słabego podłoża gruntowego zależy od [6]:

 charakterystyki naprężenie – odkształcenie gruntu zalegającego w podłożu,
 charakterystyki przepływu wody w porach w gruncie,
 geometrii nasypu i podłoża,
 warunków drenażu wody pionowej.

W przypadku niskich nasypów o małym znaczeniu stopień konsolidacji

można

wyznaczyć z zależności empirycznych. Wzór 4.9 można stosować w przypadku swobodnego
drenażu w stropie i w spągu warstwy torfu oraz przy grubości

od 2 do 6m, wilgotności

i obciążeniu [6]:

(

(4.9)

Jeżeli dolna warstwa jest nieprzepuszczalna to stopień konsolidacji obliczamy ze wzoru [6]:

(

(4.10)

gdzie:

Do oceny konsolidacji podłoża, oprócz stosowania empirycznej prognozy odkształceń,

wykorzystuje się również metody oparte na teorii konsolidacji, które dzielą się na dwie grupy.
Pierwsza z nich przyjmuje jednowymiarowy stan odkształcenia. Wykorzystywanie tej metody
w gruntach organicznych skutkuje dużym błędem, ponieważ nie została w niej uwzględniona
zmiana parametrów w czasie trwania procesu konsolidacji. Mniejszym błędem obarczone są

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 32

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

metody należące do drugiej grupy teorii konsolidacji, w stanie dwu- lub trójwymiarowym.
Trójwymiarowa analiza konsolidacji jest skomplikowana m.in. ze względu na różnorodność i
zmienność parametrów gruntu, z tego względu częściej są stosowane prostsze metody oparte
na jedno- lub dwuwymiarowych teoriach konsolidacji [6].

Jednowymiarowa analiza konsolidacji – nasypy doświadczalne wykorzystane do

analizy konsolidacji posadowiono w Białośliwiu, gdzie miąższość gruntu organicznego
wynosiła 4m oraz w Antoninach, tam grubość podłoża słabego wynosiła 7,8m. Z
przeprowadzonych obliczeń osiadań podłoża pod nasypami doświadczalnymi, wynika, że
stosowanie tej metody jest słuszne dla gruntów organicznych o małej miąższości. Pomierzone
osiadania niewiele różniły się od obliczonych metodami jednowymiarowej analizy
konsolidacji. W przypadku gruntów o dużej miąższości różnice były znaczące, z tego
względu wskazane jest stosowanie metod uwzględniających zmienność parametrów
gruntowych w czasie oraz zmianę geometrii podłoża [6].

Rys. 4.2 Przebieg osiadania podłoża organicznego: a – w Białośliwiu; b – w Antoninach;
obliczenia przeprowadzone metodą: 1 –Terzaghi’ego, 2 – Gibsona, 3 – Szymańskiego; 4 –
pomierzone [6].

Na rys. 4.2 pokazano przebieg osiadań podłoża organicznego. W podłożu o małej

miąższości, różnice w pomierzonym, a obliczonym osiadaniem są niewielkie, natomiast w
drugim przypadku różnice są znaczące. Największa rozbieżność jest między obliczonymi
osiadaniami metodą Terzaghi’ego, a osiadaniami pomierzonymi [6].

Dwuwymiarowa analiza konsolidacji – w przypadku dużych przemieszczeń

poziomych prognoza odkształceń może być przeprowadzona na podstawie dwuwymiarowej
analizy konstrukcji i konstytutywnych modeli gruntu. Przeważnie obliczenia projektowe są

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 33

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

przeprowadzane liniową metodą „piece - wise”, w której zostaje uproszczona zależność
naprężenie – odkształcenie. Zastosowanie teorii konsolidacji Biota pozwala na analizę
konsolidacji podłoża. Teoria wymaga założenia sprężystych właściwości szkieletu
gruntowego oraz prawa Darcy’ego przepływu cieczy. Równania opisujące proces konsolidacji
[6]:
Równanie opisujące liniową zależność naprężenie – odkształcenie dla szkieletu gruntowego:

(

) (

(4.11)

gdzie:

(4.12)

(4.13)

Prawo Darcy’ego:

(4.14)

gdzie:

Zasada Terzaghi’ego:

(4.15)

gdzie:

Równanie Josselin de Jonga:

(4.16)

gdzie:

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 34

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Na rys. 4.3 przedstawiono analizę konsolidacji podłoża organicznego. Obliczenia

przeprowadzono za pomocą programu Copress, który został opracowany w Katedrze
Geotechniki SGGW, stosując liniową zmienność parametrów. Obliczenia przeprowadzono w
konwencji tzw. małych przemieszczeń, przyjmującej stałą, niezmienną geometrię podłoża w
czasie konsolidacji, co skutkuje rozbieżnością w nadwyżkach ciśnień wody w porach gruntu,
między wartościami pomierzonymi, a obliczonymi [6].

4.3 Analiza stateczności skarp

Analiza stateczności zboczy jest jednym z najważniejszych zadań geomechaniki i

geotechniki, ponieważ utrata stateczności może doprowadzić do poważnych i nieobliczalnych
w skutkach katastrof. Do tej pory nie udało się zdefiniować metody, która jednoznacznie
określałaby stateczność skarpy. Jest to spowodowane wieloma czynnikami, które wpływają
na stateczność oraz trudności w określeniu stanu naprężenia, odkształcenia i przemieszczenia
dla skarpy. Główne przyczyny utraty stateczności to [11,21]:

 obciążenie dynamiczne (ruch pojazdów, maszyn, trzęsienia ziemi),
 siły ciśnienia hydrostatycznego i spływowego,
 kształt i wymiary skarpy (wysokość, nachylenie),
 wpływy chemiczne i biologiczne,
 wytrzymałość gruntu tworzącego zbocze,
 warunki atmosferyczne.

Analiza stateczności skarp nasypów drogowych obejmuje dwa przypadki [6]:

 obciążenie w jednym etapie,
 obciążenie w wielu etapach.

W pierwszym przypadku, początkowa wytrzymałość podłoża na ścinanie jest

wystarczająca aby przenieść całe obciążenie od nasypu, natomiast drugi przypadek wymaga
aby uwzględnić wzrost wytrzymałości na ścinanie w celu bezpiecznego zaprojektowania
nasypu [6].

Rys. 4.3 Wyniki analizy konsolidacji podłoża organicznego w Antoninach, pomierzone oraz
obliczone metodą Biota; a - nadwyżka ciśnienia wody w porach, b - przemieszczenia [6].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 35

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Do analizy stateczności skarp można posłużyć się metodami uproszczonymi lub

wykorzystać metody równowagi granicznej, zwłaszcza należące do niej różne warianty
metody pasków. Dzięki programom komputerowym można przeanalizować znaczną liczbę
powierzchni poślizgu o różnych kształtach, z tego względu są to najczęściej wykorzystywane
sposoby do analizy stateczności zboczy [11].

Metody równowagi granicznej – znajdują największe zastosowanie w praktyce, ich

najsłabszą stroną jest przyjęcie, iż w potencjalnej powierzchni poślizgu wystąpił stan
graniczny, co jest uzasadnione gdy wskaźnik stateczności jest równy jedności. Praktyka
pokazuje, że najczęściej są rozpatrywane skarpy, w których współczynnik stateczności jest
większy od 1. Jednym z wariantów metody równowagi granicznej jest metoda pasków, w tej
metodzie masyw skarpy zostaje podzielony na pionowe elementy (paski), przy założeniu
płaskiego stanu odkształcenia (PSO). Na rysunku 4.4 pokazano przykład takiego podzielenia
oraz rozkład sił jakie działają na dany pasek [6,11].
Siły działające na pojedynczy pasek [6]:

Wzory opisujące warunki równowagi [6]:

 Siły normalne

∑

(4.17)

Rys. 4.4 Siły rozpatrywane w metodzie pasków: a – podział masywu osuwiska na
paski, b – siły działające na pojedynczy pasek [6].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 36

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

∑

(4.18)

 Momenty zginające

∑

(4.19)

Siłę oporu

można obliczyć ze wzoru [6]:

(4.20)

gdzie:

Powierzchnia poślizgu może być przyjęta jako walcowa lub o dowolnym kształcie.

Najczęściej stosowanymi metodami, przy założeniu walcowej powierzchni poślizgu to
metoda Szwedzka – Felleniusa oraz metoda Bishopa. W praktyce do obliczeń stateczności o
dowolnej powierzchni poślizgu najczęściej używana jest metoda Janbu oraz metoda
Morgensterna - Price’a [6].

Wzory na obliczenie współczynnika F w zależności od przyjętej metody obliczeń

stateczności skarpy [6]:

 Metoda szwedzka

∑

(4.21)

 Metoda Bishopa

∑

(4.22)

 Metoda Janbu

∑

(4.23)

gdzie:

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 37

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Trójwymiarowa analiza stateczności – w metodach opartych na płaskim stanie

odkształcenia, obliczenia są przeprowadzane dla wycinka skarpy o jednostkowej szerokości,
co odpowiada osuwisku o nieskończonej długości. Praktyka pokazuje, że osuwiska nasypów
posadowionych na gruntach organicznych wykazują ograniczony zasięg, z tego względu
wymagane są metody obliczeń, w których zostanie ograniczona długość potencjalnego
masywu osuwiska. W trójwymiarowej analizie stateczności masyw osuwiska jest
przedstawiony jako wycinek walca z dołączonymi końcówkami o wybranym kształcie – rys.
4.4 (płaskim, stożkowym, elipsoidalnym) [6].

Rys. 4.5 Powierzchnie poślizgu o kształcie walcowym z dołączonymi końcówkami o kształcie:
a – płaskim, b – stożkowym, c – elipsoidalnym [6].

Na rys. 4.5 pokazano powierzchnie poślizgu o walcowym kształcie, wraz z dołączonymi

końcówkami. Stosunkowo prostym sposobem do obliczenia trójwymiarowej analizy
stateczności jest przyjęcie masywu o ograniczonej długości i o płasko zakończonych
podstawach – ilustruje to rys. 4.5a [6].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 38

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

5. Przykład obliczeń stateczności

5.1 Przyjęcie danych do obliczeń nasypu

 Parametry gruntowo – wodne

 Charakterystyka nasypu

 Przykład obliczeniowy nasypu drogowego wykonano dla dwóch wariantów:

 Parametry geotechniczne

Warstwa

γ [

] γ' [

] φ [stopnie]

[MPa]

[MPa] C

[MPa]

[%]

0,5

9,2

0,6

17,16 10,27

175

156

0,45 18,63

9,38

140

128

(nasyp)

0,7

17,7

10,5

130

110

Rys. 5.1 Przekrój poprzeczny przez nasyp

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 40

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

5.2 Wariant I

5.2.1 Określenie stanu naprężenia

Obliczenia przeprowadzono przykładowo dla 3 warstwy na głębokości 2.5m.

 Naprężenia w podstawie nasypu

 Współczynnik zaniku naprężeń obliczono według PN-81-B-03020:

( (

√ (

)

(

)

(√ (

)

√(

)

(

)

√ (

)

(

)

))

 Zanik naprężeń wraz z głębokością:

 Naprężenia pierwotne w gruncie na głębokości

5.2.2 Obliczanie osiadania

 Osiadanie w wydzielonej trzeciej warstwie

 Osiadanie liczymy do poziomu, w którym

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 41

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Tabela 5.1 Zestawienie wyników

Rzędna

z/B

zγ

0,3σ

zγ

[m]

[kPa]

[kN/m

]

[-]

[kPa]

[mm]

34,5

175000

17,16

107,35 107,35

0,00

0,5

34,5 0,5 175000

17,16

0,99 0,01 107,35 106,36

8,58

2,57

0,30

34,5 0,5 140000

18,63

0,98 0,03 107,35 105,37

17,90

5,37

0,38

1,5

34,5 0,5 140000

9,38

0,97 0,04 107,35 104,38

22,59

6,78

0,37

2,5

34,5

140000

9,38

0,95 0,07 107,35 102,41

31,97

9,59

0,73

3,5

34,5

140000

9,38

0,94 0,10 107,35 100,44

41,35

12,40

0,72

4,5

34,5

140000

9,38

0,92 0,13 107,35

98,49

50,73

15,22

0,70

5,4

34,5 0,9 140000

9,38

0,90 0,16 107,35

96,74

59,17

17,75

0,62

34,5 0,6

68000

9,2

0,89 0,17 107,35

95,58

64,69

19,41

0,84

34,5

68000

9,2

0,85 0,23 107,35

91,78

83,09

24,93

2,70

34,5

68000

9,2

0,82 0,29 107,35

88,07

101,49

30,45

2,59

34,5

68000

9,2

0,79 0,35 107,35

84,47

119,89

35,97

2,48

34,5

68000

9,2

0,75 0,41 107,35

81,00

138,29

41,49

2,38

34,5

68000

9,2

0,72 0,46 107,35

77,67

156,69

47,01

2,28

34,5

68000

9,2

0,69 0,52 107,35

74,49

175,09

52,53

2,19

34,5

68000

9,2

0,67 0,58 107,35

71,45

193,49

58,05

2,10

34,5

68000

9,2

0,64 0,64 107,35

68,56

211,89

63,57

2,02

34,5

68000

9,2

0,61 0,70 107,35

65,81

230,29

69,09

1,94

Całkowite osiadanie 25,36

 Całkowite osiadanie

5.3 WARIANT II

5.3.1 Określenie stanu naprężenia pod nasypem

Obliczenia naprężeń pod nasypem w płaszczyźnie poziomej zostaną pokazane na przykładzie
punktu M, który znajduje się 3,1m p.p.t.

 Naprężenia w punkcie w M

Punkt M znajduje się pod obciążeniem prostokątnym, naprężenia w tym punkcie
obliczamy ze wzoru:

W przypadku punktów znajdujących się pod obciążeniem trójkątnym naprężenie
obliczamy ze wzoru:

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 42

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

gdzie:

Naprężenia w pozostałych punktach zostały policzone analogicznie jak w przypadku
punktu M.

Rys. 5.2 Rozkład naprężeń w gruncie w płaszczyźnie poziomej.

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 43

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

5.3.2 Przyjęcie geodrenów do przykładu obliczeniowego

 Przyjęto geodreny o wymiarach 100x4mm w układzie prostokątnym w rozstawie

 Pole przekroju drenu

 Średnica zastępcza drenu

√

 Średnica wpływu drenu

5.3.3 Określenie czasu i wielkości przeciążenia

 Nasyp przeciążający wykonano z piasku średniego o

 Zwiększenie obciążenia użytkowego ze względu na bezpieczeństwo

 Obciążenie użytkowe jako równoważnik nasypu z piasku średniego

Przyjęto, że obciążenie użytkowe będzie równe nasypowi z piasku średniego o miąższości
70cm.

 Czas przeciążenia

5.3.4 Obliczenie osiadań i konsolidacji

Konsolidacja

(

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 44

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

 Współczynnik filtracji poziomej

 Współczynnik konsolidacji w kierunku poziomym

 Czynnik czasu

[-]

 Średnia wartość stopnia konsolidacji radialnej

(

) (

)

 Współczynnik filtracji pionowej

⁄

 Współczynnik konsolidacji w kierunku pionowym

 Czynnik czasowy

H – połowa miąższości warstwy (filtracja w dwóch kierunkach)

(

)

(

)

 Stopień konsolidacji pionowej

 Uogólniony stopień konsolidacji przy jednoczesnym odpływie wody w obu kierunkach

według wzoru 4.42 w [10]:

Osiadania

 Osiadanie z obciążeniem użytkowym

(

)

(

)

 Osiadanie z przeciążeniem

(

)

(

)

 Odprężenie po odciążeniu

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 45

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

 Bilans osiadania

Osiadania długotrwałe

 Czynnik czasu

 Średnia wartość stopnia konsolidacji radialnej

(

) (

)

 Czynnik czasu

(

)

(

)

 Stopień konsolidacji pionowej

 Uogólniony stopień konsolidacji przy jednoczesnym odpływie wody w obu kierunkach

według wzoru 4.42 w [10]:

 Osiadanie z obciążeniem użytkowym

(

)

(

)

 Osiadanie z przeciążeniem

(

)

(

)

 Odprężenie po odciążeniu

 Bilans osiadania

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 46

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

5.4 Obliczanie stateczności skarp nasypu

Stateczność skarp zostanie obliczona metodą Felleniusa.
Algorytm obliczeń zostanie przedstawiony dla bloku nr 6, pozostałe wyniki obliczeń
zestawiono w tabeli.

 Przyjęty schemat obliczeniowy:

 Wyznaczenie środka najniekorzystniejszej powierzchni poślizgu

Według [1] dla pochylenia skarp 1:2:

Środek powierzchni poślizgu został wyznaczony w miejscu przecięcia się prostych
poprowadzonych pod kątami

do poziomu odpowiednio od podnóża i krawędzi

skarpy. Promień powierzchni poślizgu został poprowadzony do spągu warstwy słabej
(torfu).

 Podział bryły na paski obliczeniowe

Bryła została podzielona na paski o szerokości według [1]

Rys. 5.3 Przyjęty schemat do obliczeń stateczności skarpy.

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 47

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

 Ciężar bloku

Ciężar i-tego bloku został obliczony według wzoru

gdzie:

 Wyznaczenie sił składowych działających na blok

gdzie:

 Zestawienie obliczeń dla pozostałych pasków

Nr bloku P

sinα

cosα

]

] [m]

[kN]

[°]

[-]

[kN]

1 1,50 0,00 1,02

36,69

0,95

0,33

34,69

11,94

8,06

2 5,50 0,00 1,36 110,91

0,86

0,52

95,06

57,12 38,53

3 7,43 0,64 1,36 136,06

0,75

0,66 102,69

89,26 10,96

4 7,49 2,44 1,36 149,58

0,66

0,75

98,13 112,89 13,86

5 7,49 3,85 1,36 159,42

0,54

0,84

86,83 133,70 16,42

6 7,49 4,93 1,36 166,98

0,45

0,89

75,81 148,78 18,27

7 7,47 5,74 1,10 172,37

0,36

0,93

61,77 160,92 19,76

8 6,84 6,33 0,00 165,44

0,24

0,97

40,02 160,53 19,71

9 5,92 6,71 0,00 151,78

0,16

0,99

23,74 149,91 18,41

10 5,00 6,89 0,00 136,76

0,05

1,00

7,16 136,57 16,77

11 4,08 6,89 0,00 120,44

-3 -0,05

1,00

-6,30 120,27 14,77

12 3,16 6,71 0,00 102,80

-9 -0,16

0,99

-16,08 101,54 12,47

13 2,23 6,33 0,00

83,82 -14 -0,24

0,97

-20,28

81,33

9,99

14 1,31 5,74 0,00

63,39 -21 -0,36

0,93

-22,72

59,18

7,27

15 0,39 4,93 0,00

41,42 -27 -0,45

0,89

-18,80

36,90

4,53

0 3,85 0,00

26,94 -33 -0,54

0,84

-14,67

22,59

2,77

0 2,44 0,00

17,09 -41 -0,66

0,75

-11,21

12,90

1,58

0 0,66 0,00

4,63 -48 -0,74

0,67

-3,44

3,10

0,38

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 48

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

 Obliczenie współczynnika stateczności:

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 49

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

6. Przykłady awarii nasypów drogowych

Awarie nasypów drogowych na gruntach słabych występują podczas wykonawstwa i

eksploatacji drogi. Błędy w projektowaniu, nieodpowiednie rozpoznanie warunków
gruntowych, niepoprawna technologia wykonawstwa nasypu powodują utratę stateczności
nasypu.

6.1 Awaria nasypu drogowego na terenie zakładu Michelin w Olsztynie

Awaria nastąpiła na południowej stronie nasypu drogowego w obrębie przepustu kanału

Szczęsne w km 1+740 – 1+780 drogi O-Z na terenie zakładu Michelin Polska w Olsztynie. Po
przeprowadzeniu wizji lokalnej stwierdzono utratę stateczności lokalnej w postaci odłamów
powierzchniowych gruntu oraz utratę stateczności globalnej na podstawie deformacji korony
w pobliżu krawędzi drogi asfaltowej. Na podstawie przeprowadzonych badań
geotechnicznych stwierdzono, że nasyp drogowy wykonany jest w większości z gruntów o
charakterze spoistym. Nasyp został posadowiony na pokładach gruntów organicznych
(namuły, torfy) oraz na gruntach mineralnych z domieszkami części organicznych [13].

Do analizy statycznej wykorzystano metodę pasków Bishopa oraz MES. Analiza ponad

10 000 potencjalnych powierzchni poślizgu wykazała, że minimalna wartość współczynnika
bezpieczeństwa według metody Bishopa wyniosła

, oznacza to bezpośredni stan

zagrożenia spowodowany utratą stateczności globalnej skarpy. Wszystkie z
przeanalizowanych, krytycznych powierzchni poślizgu znajdują się w warstwie gruntów
organicznych. Obliczenia MES wykazały, dodatkowe zagrożenie spowodowane rozłamem
bryły nasypu wskutek odkształcenia materiału warstw gruntów słabych [13].

Rys. 6.1Widok zniszczonej skarpy nasypu [13].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 50

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Analiza wyników wskazała na bezpośrednią przyczynę niestabilności konstrukcji

nasypu – jest nią słabe podłoże z gruntami organicznymi, które mogą też zagrażać utratą
stateczności globalnej wg schematu z walcowymi powierzchniami poślizgu [13].

Awaria nasypu jest konsekwencją nieodpowiedniego rozpoznania warunków

geologicznych w jego podłożu i braku nadzoru geologicznego w trakcie wykonywania
nasypu. Następstwem było nieuwzględnienie gruntów organicznych zalegających w podłożu,
które ze względu na małą nośność stanowią bezpośrednią przyczynę utraty stateczności
nasypu drogowego [13].

6.2 Awaria nasypu autostrady A-4 pomiędzy węzłami „Wirek” i „Batorego”

Awaria nasypu nastąpiła po zakończeniu budowy autostrady A-4 w km 330+700 –

331+200. Początkowo za bezpośrednią przyczynę awarii uznano deformacje wywołane
eksploatacją ściany poprzez kopalnię „Polska-Wirek”. Jednak taka przyczyna budziła szereg
wątpliwości, dlatego przeprowadzono szczegółową analizę, której celem było ustalenie czy
inne czynniki, nie związane z górnictwem mogły być przyczyną awarii [2].

W rejonie awarii autostrada położona jest na wysokim nasypie, którego maksymalna

wysokość wyniosła 11,32m, a nachylenie skarp było zbliżone do 1:1,5. Nasyp był
posadowiony na słabych gruntach wysadzinowych w stanie plastycznym i
twardoplastycznym. Warunki gruntowe określono jako skomplikowane, a budowla została
zakwalifikowana do III kategorii geotechnicznej [2].

Jako wzmocnienie słabego podłoża w rejonie awarii, przewidziano w projekcie

zastosowanie pali iniekcyjnych jet grouting o średnicy 80 cm w rozstawie 4,0 x 4,0m o
długości zależnej od miąższości i występowania gruntów organicznych [2].

Nasyp wykonano w szczególności z gruntów uzyskanych z wykopu, na podstawie

przeprowadzonych badań stwierdzono, że są to głównie grunty niespoiste zawierających
frakcje pyłowe i iłowe [2].

W celu ustalenia przyczyny awarii nasypu autostrady przeprowadzono obliczenia

numeryczne, których zakres obejmował [2]:

 sprawdzenie możliwości uszkodzenia nasypu i podłoża autostrady pod własnym

ciężarem w trakcie wznoszenia obiektu,

 sprawdzenie możliwości uszkodzenia nasypu, pod działaniem ciężaru własnego oraz

poddanego wpływom deformacji górniczych.

Do obliczeń wykorzystano dwie techniki numeryczne: metodę elementów skończonych oraz
metodę różnic skończonych [2].

Przeprowadzone obliczenia wskazują, że dla podłoża zbudowanego z plastycznej gliny

pylastej oraz dla podłoża zbudowanego z twardoplastycznej gliny pylastej wzmocnionej przez
jet grouting uszkodzenia podstawy nasypu oraz jego korony mogą wystąpić przed
pojawieniem się odkształceń wynikających z eksploatacji obiektu. Niesymetryczne osiadanie
podłoża nasypu jest spowodowane niskimi parametrami wytrzymałościowymi. Większe
odkształcenia po stronie północnej powodują naprężenia rozciągające w rdzeniu i koronie
nasypu. Wpływ zastosowanego materaca zbrojonego na odkształcenia w nasypie jest

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 51

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

niewielki, ze względu na duży współczynnik tarcia między geosiatką, a gruntem. Materac
będzie się odkształcał podobnie jak podłoże, na którym jest posadowiony nie wpływając na
stateczność nasypu [2].

Zaprojektowane i zastosowane zabezpieczenie nasypu autostrady poddanego wpływom

deformacji było niewystarczające w analizowanych warunkach geotechnicznych [2].

6.3 Awaria nasypu na drodze nr 61 na odcinku Grajewo – Augustów

Droga krajowa nr 61 na odcinku Grajewo – Augustów została poddana modernizacji. W

wyniku tej modernizacji w miejscowości Rajgród na odcinku długości około 200m, została
przeprowadzona pełna wymiana gruntów organicznych. Awaria nastąpiła na odcinku 55m w
wyniku jednostronnej utraty stateczności nasypu - utworzył się uskok o wysokości około
10cm w okolicach chodnika [15].

Na odcinku w km 236+820 – 236+950 podłoże pod nasypem stanowiły grunty

organiczne o maksymalnej miąższości 5,3m, które zostały wymienione na pospółkę w celu
wzmocnienia podłoża pod nasypem. Wymianę gruntu przeprowadzano etapowo aby był
możliwy ruch pojazdów na drodze krajowej. W pierwszej kolejności wymiana gruntu oraz
budowa nasypu została przeprowadzona po prawej stronie jezdni. Następnie przystąpiono do
wymiany gruntu po lewej stronie. Podczas wymiany gruntu na ostatnim odcinku wystąpiły
intensywne opady deszczu, które utrudniały wykonawstwo – w wykopie pojawiła się woda o
głębokości 1m. Po zakończeniu prac, wykonaniu nasypu i nawierzchni na odcinku w km
236+885 – 236+940 utworzył się uskok o wysokości 10cm [15].

Analiza przyczyny awarii wymaga dokładnego rozpoznania podłoża gruntowego.

Wskutek nieprawidłowego odprowadzania wody od separatora i podnóża nasypu podczas
intensywnych opadów deszczu tworzą się bajora w rejonie osuwiska. Nasyp jest stateczny w
miejscach gdzie wymiana gruntu została przeprowadzona prawidłowo. Po lewej stronie drogi
krajowej, osuwisko tworzy się raz w roku powodując utworzenie małego uskoku o wysokości
od 5 do 10cm w rejonie chodnika [15].

Rys. 6.2 Projektowany przekrój poprzeczny w rejonie uszkodzenia nasypu [2].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 52

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

Rys. 6.3Widok osuwiska (Wrzesień 2010) [15].

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 53

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

7. Podsumowanie

W przekonaniu autora przedstawione powyżej metody wzmacniania podłoża przed

budową nasypów są najczęściej wybieranymi technologiami. Używane są ze względu na
rosnącą potrzebę prowadzenia szlaków komunikacyjnych przez grunty słabe. Technologie
zawarte w niniejszej pracy inżynierskiej są alternatywą do bezpośredniej wymiany gruntu.

Do zadań projektantów i budowniczych dróg należy wybór jednej z metod technologii

wykonawstwa nasypu. W pracy zawarto cechy charakterystyczne, które pozwalają na
odróżnienie i odpowiednie zastosowanie każdej z metod.

Autor niniejszej pracy inżynierskiej po zapoznaniu się z licznymi artykułami

zaobserwował, że technologią wykorzystywaną częściej niż pozostałe jest użycie geodrenów.
Najrzadziej stosowaną metodą wzmacniania jest wykorzystanie styropianu, ze względu na
zachodzący w nim proces utleniania. Wpływa on niekorzystnie na trwałość konstrukcji. Do
wypełniania konstrukcyjnego częściej stosuje się keramzyt, w przypadku prowadzenia
rurociągów wewnątrz nasypu drogowego. Zachowuje on swoje właściwości w długim okresie
czasu ale jego koszt przekracza trzykrotnie wypełnienie gruntem.

W przykładzie obliczeniowym porównano dwie metody wykonawstwa nasypu, takie

jak drenaż pionowy oraz wymiana gruntu. Metoda drenażu pionowego pozwala na obniżenie
kosztu wykonawstwa przez przyspieszenie procesu konsolidacji. W rezultacie ciąg
komunikacyjny może być szybciej eksploatowany. Wymiana gruntu stosowana jest
w przypadku małej miąższości gruntu słabego — do 2m. W stosunku do drenażu pionowego
opłacalność wymiany gruntu wynika z braku konieczności wynajmu sprzętu do wzmacniania.

Głównymi celami nowoczesnych technologii wzmacniania są:

 poszukiwanie rozwiązań zmniejszających czas realizacji budowy w porównaniu np. z

tradycyjną wymianą gruntu lub konsolidacją,

 ograniczenie dopuszczalnego osiadania i różnic osiadania korpusu nasypu dzięki,

któremu nastąpi poprawa bezpieczeństwa i wykonawstwa nasypów drogowych,

 ograniczenie bezpośredniej wymiany gruntu dzięki zastosowaniu wgłębnego

wzmacniania podłoża.

Stosowanie nowoczesnych rozwiązań geotechnicznych wzmacniania podłoża wiąże się z
pokonywaniem pewnych przeszkód wynikających m.in. z braku znajomości wybranej
technologii oraz braku doświadczenia w projektowaniu i wykonawstwie.

Projektując nasyp drogowy na słabym podłożu oraz wybierając technologię

wykonawstwa należy dokładnie przeanalizować warunki gruntowo-wodne, ponieważ
praktyka pokazuje, że częstą przyczyną awarii nasypów jest błędne rozpoznanie podłoża oraz
błędy w projektowaniu.

Przeprowadzona analiza wykazała, że największe osiadania podłoża występują w

momencie obciążania nasypem. Grunt pod wpływem konsolidacji zwiększa swoją
wytrzymałość, powinno to być uwzględnione przy wykonawstwie etapowym nasypu.
Dodatkowo nie istnieje metoda pozwalająca określić stateczność skarpy.

Twórcy nowych metod konstrukcji nasypów na słabych gruntach powinni uwzględniać

przede wszystkim obniżenie kosztu wykonawstwa oraz zwiększenie szybkości konsolidacji
gruntów aby jak najszybciej wykonać nasyp drogowy.

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 54

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

8. Literatura

[1] Bolt A., Cichy W., Topolnicki M., Zadroga B. (1982): Mechanika gruntów w zadaniach.

Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej.

[2] Cała M., Cieślik J., Flisiak J., Kowalski M. (2006): Przyczyny awarii nasypu autostrady

A-4 pomiędzy węzłami "Wirek" i "Batorego" w świetle obliczeń numerycznych.
Geotechnika i budownictwo specjalne.

[3] Gajewska B., Kłosiński B. (2011): Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego.

Materiały X Seminarium IBDiM, Warszawa.

[4] Głażewski M., Nowocień E., Piechowicz K. (2010): Roboty ziemne i rekultywacyjne w

budownictwie komunikacyjnym. Wydawnictwo komunikacji i łączności.

[5] Gradkowski K. (2010): Budowle i roboty ziemne. Oficyna wydawnicza Politechniki

Warszawskiej.

[6] Lechowicz Z., Szymański A. (2002): Odkształcenia i stateczność nasypów na gruntach

organicznych. Cz. I Metodyka Badań, cz. II Metodyka Obliczeń. Wydawnictwo SGGW.

[7] Lenczewski S., Sokalski K., Gajkowicz A. (1961): Roboty ziemne. Wydawnictwo

Arkady.

[8] Molisz R., Baran L., Werno M. (1986): Nasypy drogowe na gruntach organicznych.

Wydawnictwo komunikacji i łączności.

[9] Montepara A., Giuliani F. (2000): Design of road embankments lightened by expanded

polystyrene (EPS) laying on low - bearing capacity grounds. Road environment. Tokyo.

[10] Pisarczyk S. (2005): Geoinżynieria. Metody modyfikacji podłoża gruntowego. Oficyna

wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa.

[11] Przewłócki J. (2004): Kilka uwag o ocenie stateczności zboczy. Inżynieria Morska i

Geotechnika nr 2.

[12] Rzeźniczak J. (2011): Zastosowanie keramzytu w nasypach i obiektach drogowych.

Przykład realizacji. Problemy do rozwiązania. Materiały X Seminarium IBDiM,
Warszawa.

[13] Srokosz P., Damicz J., Bartoszewicz A. (2007): Materiały XXIII Konferencji Naukowo -

Technicznej, Szczecin - Międzyzdroje.

[14] Surarak C., Balasubramaniam A.S., Huang M:Observed Field Behaviour of Soft Clay

Due to Embankment Loading. A Case Study in Queensland, Australia.

[15] Szypcio Z., Dołżyk K. (2011): Awaria nasypu na drodze nr 61 na trasie Grajewo -

Augustów. Materiały XXV Konferencji Awarie Budowlane, Szczecin - Międzyzdroje.

[16] Werno M. (1999): Nasypy drogowe z materiałów lekkich. Materiały III Konferencji

Naukowo Technicznej, Olsztyn - Kortowo.

[17] Werno M., Juszkiewicz - Bednarczyk B., Inerowicz M. (1999): Budowa dróg na gruntach

organicznych. Materiały V Międzynarodowej Konferencji Trwałe i bezpieczne
nawierzchnie drogowe.

[18] Werno M., Juszkiewicz - Bednarczyk B., Inerowicz M. (2000): Przykłady rozwiązań

geotechnicznych w budownictwie komunikacyjnym województwa pomorskiego.
Inżynieria Morska i Geotechnika nr 5.

Politechnika Gdańska

Praca Dyplomowa Inżynierska

Str. 55

KGGiBM

Nasypy drogowe na gruntach słabych

[19] Wiłun Z. (2010): Zarys geotechniki. Wydawnictwo Komunikacji i łączności.

Strony internetowe:
[20] http://bip.silesia-region.pl/zdwkatowice/pliki_zp_new/1268737642/1273238080.pdf
[21] http://home.agh.edu.pl/~cala/papers/zbocze1.pdf
[22] http://marek-madrid.blogspot.com/2010/12/nasyp-ze-styropianu.html
[23] http://pl.wikipedia.org
[24] http://www.fgfg.com.pl/obsluga_geologiczna_budowy.html
[25] http://www.gddkia.gov.pl
[26] http://www.geosyscorp.com
[27] http://www.geotech.maxit-cms.com
[28] http://www.geotest.pl
[29] http://www.keller.com.pl/biuro/3a.pdf
[30] http://www.keramzyt.maxit.pl
[31] http://www.menard.pl/

Normy:
[32] British Standard BS5930:1999. Code of practice for site investigation. Obliczenia

statyczne i projektowanie.

[33] Polska Norma PN-81-03020. Grunty budowlane Posadowienie bezpośrednie budowli.
[34] Polska Norma PN-S-02205:1998. Drogi samochodowe. Roboty ziemne. Wymagania i

badania.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Praca inżynierska
Egz dyplom 2012b, szkoła, praca inżynierska
Projekt i załoŻenia techniczne budowy małej stacji paliw płynnych praca inzynierska budownictwox
19.01.2015 PRACA INŻYNIERSKA MIODYŃSKA, Studia- ochrona środowiska
~$kadiusz Przytuła praca inzynierska
Egz dyplom 2012d, szkoła, praca inżynierska
Praca inżynierska, Studia, Ochrona środowiska
praca inzynierska rozproszona platforma algorytmów VSYTKQGVRMWJJ5DGL3TQNPLS7KYX7KBMBLRCT7A
Praca inzynierska nowe
praca inżynierska do sprawdzenia(1)
PRACA INŻYNIERSKA12
intranety praca inzynierska 2IIC7P47EVGHDLSTRWYFZ56J64AMDEY7DBGBY5Y
pytania na egzamin dyplomowy dla studentow i stopnia, PRACA INŻYNIERSKA
PRACA INŻYNIER SYSTEM ALARMOWY
Zagadnienia na egzamin inżynierski, lesnictwo, praca inżynierska, obrona
Egz dyplom 2012e, szkoła, praca inżynierska
praca-inżynierska-Wycena nieruchomości 95 str
21.01.2015 PRACA INŻYNIERSKA MIODYŃSKA, Studia- ochrona środowiska

więcej podobnych podstron