Bezpieczne wały przeciwpowodziowe
mgr inż. Stanisław Stępniak | 18.10.2010 | 1
Wysoki przepływ wód powodziowych utrzymuje się zwykle przez 3 4 dni. Przez ten okres woda
nie powinna przefiltrować się przez wał. Jeśli jednak ten stan utrzymuje się przez dłuższy czas,
wzrasta niebezpieczeństwo naruszenia stabilności konstrukcji wału. A ponieważ powodzie w
naszym kraju występują coraz częściej, niezbędna jest modernizacja istniejących wałów
przeciwpowodziowych.
STRONA 1 z 4
Rozwiązania stosowane w nowoczesnych technologiach modernizacji wałów przeciwpowodziowych są
następujące:
budowa nowych wałów z gruntów gwarantujących lepsze parametry stabilności skarp,
wbudowanie w istniejący wał i jego podłoże warstwy gruntu o mniejszej wodoprzepuszczalności
(rozwiązanie kosztowne, związane z przebudową wałów o dużej wrażliwości na osiadanie),
www.sxc.hu zastosowanie geosyntetycznych mat bentonitowych (łatwy montaż, wysokie zmechanizowanie robót i
stosunkowo niskie koszty budowy),
alternatywne zastosowanie geomembran PE-HD (są szczelne, ale sprawiają problemy techniczne związane z koniecznością starannego łączenia
poszczególnych pasm i sprawdzania szczelności połączeń, poza tym muszą być układane w określonych warunkach pogodowych).
Uszczelnienie korpusu wału przez ułożenie mat bentonitowych na odwodnej skarpie i w podłożu w bezpośrednim sąsiedztwie wałów powoduje:
znaczne wydłużenie czasu filtracji wody w podłożu wałów,
zabezpieczenie korpusu wału przed rozwojem procesów deformacji wywoływanych infiltracją wód.
Ponadto wbudowanie warstwy uszczelniającej nie narusza równowagi panującej między korpusem wału a podłożem, a nawet zwiększa stateczność korpusu przez
ograniczenie filtracji wody przez wał przeciwpowodziowy. Konstrukcja ta nie wykazuje też wrażliwości na osiadanie korpusu wału.
Uproszczona technologia wykonania renowacji konstrukcji wału
Kolejność robót budowlano-montażowych polegających na renowacji wału pokazano na rys. 1. Roboty te polegają na: mechanicznym zdjęciu wierzchniej warstwy
gruntu z odwodnej powierzchni wału  grubość warstwy: 1,0 m, mechanicznym rozwinięciu maty bentonitowej z rolki i wbudowaniu na podłożu gruntu rodzimego wału
(po zdjęciu warstwy wierzchniej), nasypaniu i wyrównaniu zdjętej uprzednio warstwy gruntu.
Rys. 1. Kolejność robót modernizacyjnych wału przeciwpowodziowego
z zastosowaniem uszczelniającej maty bentonitowej
Rys. 2. Przekrój przez zmodernizowany wał przeciwpowodziowy
Ta ostatnia faza zabudowy i zagęszczania warstwy gruntu ma na celu zabezpieczenie mat bentonitowych i stworzenie odpowiedniego docisku. Na rys. 2 pokazano
zmodernizowany wał po renowacji.
Główne czynniki fizyczno-klimatyczne powodujące uszkodzenia wałów to: zalewanie wodne ponad stany alarmowe, silne
Izolacje techniczne 
oddziaływanie fal prądu rzecznego i przecieki infiltracyjne wody.
wymagania prawne
Stosowane dawniej zabezpieczenia przed tymi zagrożeniami były następujące (rys. 3 5):
converted by Web2PDFConvert.com
- podwyższenie korpusu wału (budowa naziemna),
- nadbudowa betonowa,
- wbudowanie w środku wału szczelnych ścianek,
- wbudowanie maty uszczelniającej na poboczu skarpy odwodnej.
Silne oddziaływanie fal i prądu rzecznego niszczy warstwę ochronną wału i prowadzi zwykle do rozwoju procesu erozji
odwodnej skarpy wału.
Rozwiązaniem tego problemu może być jedynie wzmocnienie skarp wału przez ułożenie na nich warstwy zabezpieczającej, np.
wzmocnionej warstwy geotekstylnej (rys. 2, 3 5).
Wodoszczelne stropy,
stropodachy i tarasy
Przesiąkanie wody na skarpie odwietrznej wału na skutek infiltracji wody przez korpus może prowadzić do rozwoju procesu
deformacji filtracyjnej gruntu budowlanego, powodującego zmniejszenie stabilności wału (sufozja).
Zasadniczy problem stanowi jednak czas trwania powodziowych stanów wód. Jeżeli czas ten jest krótszy od prędkości filtracji
wody przez korpus wału do momentu osiągnięcia stanu krytycznego na jego zewnętrznym stoku, nie stanowi to zagrożenia
powstania wysięków na odpowietrznej skarpie wału.
STRONA 2 z 4
Dachy płaskie  trwałe i
Zagrożenie takie istnieje zawsze, kiedy powodziowe stany wód utrzymują się przez dłuższy okres, tzn. powyżej 4 dni.
estetyczne
Rozwiązaniem tego problemu może być: zabezpieczenie zewnętrznej skarpy wału przed erozją i zwiększenie stabilności przez
wzmocnienie szczelności systemu drenażowego (warstwa żwiru lub kamieni, geotekstylia i rów drenażowy  rys. 3),
uszczelnienie korpusu i podłoża wału przez zabudowanie szczelnej ścianki w przekroju podłużnym korpusu i w podłożu (rys. 4)
(przy czym poważnymi wadami tego rozwiązania są duże koszty związane z przebudową oraz duża wrażliwość na osiadanie w
przypadku starych wałów) lub uszczelnienie podłoża wału i stoku odwodnego matami bentonitowymi, wydłużenie drogi filtracji
wody przez ułożenie na stoku wału i w jego podłożu warstwy mat bentonitowych (rys. 5).
Rys. 3 5. Wariantowe rozwiązania konstrukcyjno-technologiczne zwiększania
szczelnościi stabilności wałów przeciwpowodziowych: narzutem kamiennym
i geotkaniną (3), szczelną ścianką (4), matami bentonitowymi (5)
Przy zastosowaniu rozwiązania pokazanego na rys. 2 nie zostaje naruszona równowaga panująca między korpusem wału i podłożem, a nawet zwiększona zostaje
stateczność korpusu przez ograniczenie filtracji wody przez wał. Ponadto konstrukcja ta nie wykazuje wrażliwości na osiadanie korpusu wału ani nie wystęuje
konieczność transportu dużej ilości materiału budowlanego.
STRONA 3 z 4
Obliczenia hydrotechniczne czasu filtracji wody przez korpus wału
Założenia techniczne do obliczeń, oparte na schematach hydrograficznych (rys. 6, 7), są następujące:
szerokość korony wału  B = 4,0 m,
nachylenie stoku (skarp)  1:2,
wysokość korony wału  3,0 m,
poziom wody  H = 2,5 m,
szerokość stopy wału  b = 16,0 m,
głębokość podłoża przepuszczającego
wodę  T = 3,0 m,
współczynnik filtracji (wodoprzepuszczalności)  kf = 10 4 m/s (przez korpus wału).
converted by Web2PDFConvert.com
Rys. 6. Schemat hydrografi czny obliczania czasufi ltracji wody przez
nieuszczelniony wał ziemny
W celu ustalenia czasu filtracji wody stosuje się metodę krzywej filtracji, ponieważ nie jest ona skomplikowana, a jej znaczenie z punktu widzenia fizyki jest
zrozumiałe. Metoda ta jest graficznym rozwiązaniem modelu matematycznego (równanie Laplace a). Do stosowania w praktyce jest wystarczająco dokładna pod
warunkiem precyzyjnego wytyczenia krzywych filtracji wody. Wyjaśnienia dotyczące metody obliczeń (rys. 6, 7):
a  długość pola  linia przepływu wody,
b  długość pola  linia ekwipotencjalna,
n  liczba pól.
Rys. 7. Schemat hydrograficzny obliczania czasu fi ltracji wody przez
uszczelniony wał ziemny
Prędkość przepływu wody w polu  i obliczana ze wzoru Darcy ego wynosi: Vi = kf�li (1), gdzie: li = "H/a jest gradientem hydraulicznym nacisku słupa wody H na
odcinku n ("H = H/n). Zatem: li = H/n�a.
Dane te wykorzystuje się do obliczenia czasu ti, przepływu (filtracji) wody przez pole  i : ti = a/vi = na�/kf�H (2).
Całkowity czas przepływu wody oblicza się ze wzoru: t = Ł ti = (na)�/kf�H (3), gdzie: (na) to całkowita długość drogi przepływu. Widać tutaj, że czas filtracji wody jest
proporcjonalny do kwadratu długości drogi filtracji. Czas filtracji wody w odniesieniu do wału przeciwpowodziowego o konstrukcji tradycyjnej, bez uszczelnienia skarpy
odwodnej, z następującymi warunkami ramowymi (rys. 6):
a = 1,2 m,
n = 10,
kf= 10 4 m/s,
H= 2,5 m
po podstawieniu danych do równania (3) jest następujący: t = (na)�/kH = (1,2�10)�/(10 4�2,5) = 6,7 dni.
Wynik ten jest wątpliwy, gdyż obliczeniowy czas t filtracji wody zbliżony jest do granicznego czasu utrzymywania wody w wale wynoszącym ok. 4 dni. Wał
przeciwpowodziowy spełniający analogiczne warunki ramowe, którego stok odwodny i podłoże na długości 5,0 m od wału są uszczelnione warstwą mat
bentonitowych, charakteryzuje się następującymi parametrami (rys. 7):
a = 1,3 m,
n = 15,
kf = 10 4 m/s,
H =2,5 m.
Ponieważ wartość współczynnika filtracji k warstwy mat bentonitowych jest bardzo niska w porównaniu z wartością współczynnika filtracji wału i gruntów podłoża,
przyjmuje się w warunkach ograniczonego czasowo spiętrzenia wody (powodziowy stan wody), że warstwa mat bentonitowych jest nieprzepuszczalna.
Po podstawieniu danych do równania (3) otrzymujemy: t = (na)�/kH = (1,3�15)�/(10 4�2,5) =17,5 dni.
Wynik ten gwarantuje szczelność nawet w czasie utrzymywania się wody w wale przez ponad 2 tyg., co bezpiecznie przekracza graniczny okres 4 dni. Wynik
przeprowadzonych obliczeń jest efektem wydłużenia drogi filtracji, co graficznie przedstawiono na rys. 7.
Wydłużony do 17,5 dnia czas przesiąkania wody tylko przez przepuszczalne podłoże ziemne wału o długości ok. 15�1,3 m = 19,5 m wynika z parametrów
hydrotechnicznych i bardzo małego współczynnika wodoprzepuszczalności maty bentonitowej, która uszczelnia odwodny stok skarpy korpusu wału. Po wystąpieniu
przecieku krytycznym miejscem staje się odpowietrzny stok wału, gdyż pojawia się tam niebezpieczeństwo wystąpienia dużego parcia hydraulicznego, które może
doprowadzić do erozji tej części wału. Dlatego wartość kąta nachylenia stoku wału musi być mniejsza od wartości krytycznej, przy której może dojść do rozmycia
stoku wału. Według wyliczeń wartość spadku hydraulicznego po drugiej stronie wału może zostać zredukowana o połowę poprzez uszczelnienie wału matą
bentonitową. Oznacza to, że zwiększa się w ten sposób stabilność wału o ok. 100%.
converted by Web2PDFConvert.com
Rys. 8. Konstrukcja wału przeciwpowodziowego wbudowanego na istniejącym podłożu
ziemnym koryta rzeki: 1  warstwa ochronna przed naporem fal wodnych
z zakotwioną szczelną ścianką w gliniastym, nieprzepuszczalnym podłożu,
2  przekrój korpusu ziemnego wału, 3  droga dojazdowa, 4  rowek przesiąków wodnych,
5  podłoże ziemne przepuszczające wodę, 6  podłoże ziemnenieprzepuszczające wody
Zakończenie
Technologię doszczelniania wałów matami bentonitowymi zastosowano do odbudowy wałów przeciwpowodziowych w 1998 r. na
Izolacje techniczne 
Odrze w obrębie gminy Wińsko k. Wrocławia. Maty układane były na 30-centymetrową zakładkę pasmami o szerokości 4,85 m
wymagania prawne
i długości 30 m. Do przykrywania mat bentonitowych wykorzystano metrową warstwę gliny piaszczystej. Okrycie było
wykonywane etapami  pojedynczymi, zagęszczanymi warstwami o miąższości 0,35 m. Podłoże mat stanowiła wyrównana
warstwa zagęszczonej gliny piaszczystej o grubości 0,5 m, którą wykonano na skarpie i w podłożu od strony odwodnej wału.
Przykład zastosowania maty bentonitowej do uszczelnienia wału przedstawiono na rys. 8. Obecnie do modernizacji wałów
stosuje się geotekstylne maty zabezpieczające skarpy przed erozją powierzchniową po stronie odpowietrznej. Maty te
umożliwiają wymywanie deszczem i wiatrem ziaren piasku korpusu wału, co wzmacnia stateczność wału. Tak więc
podstawowymi rozwiązaniami inżynierskimi polegającymi na modernizacji wałów są przede wszystkim odpowiednie
uszczelnienia skarp odwodnych oraz geotechniczne stabilizowanie korpusu wału, w którym pochylenie skarp odwodnych i
odpowietrznych powinno wynosić 1:3, a nie jak do 1997 r.  1:2 [1, 3, 7].
Pianki izolacyjne PIR w
LITERATURA
budownictwie
1. G. Heerten,  Der sichere Deich , Symposium  Notsicherung von D�mmen und Deichen , 07.02.2003, Siegen.
2. G. Heerten, H.B. H�rlacher,  Konsequenzen aus Katastrophenhochw�ssern an Oder, Donau und Elbe ,  Geotechnik , nr
4/2002.
3. R. Haselsteiner, M. Conrad, T. Strobl,  Kriterien zur Ertuchtigung von Hochwassersch�zdeichen .
4. S. Stępniak,  Modernizacja zniszczonych wałów przeciwpowodziowych na Odrze i Jezierzycy z zastosowaniem
uszczelniających mat geosyntetycznych , IZOLACJE, nr 2/2008.
5. Prospekt NAUE  Geosyntetyki w budownictwie wodnym , Espelkamp, Warszawa.
6. Rozporządzenie MOŚZNiL w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty gospodarki wodnej w ich
usytuowanie (DzU z 1997 nr 21, poz. 111).
7. DIN 19700-11/2004  Hochwassersicherheitund Hochwasserschutz .
Posadzki i podkłady
podłogowe  sztuka
PAy
DZIERNIK 2009
wylewania
STRONA 4 z 4
Geosyntetyki w inżynierii
lądowej
Wodoszczelne stropy,
stropodachy i tarasy
Dom podziemny
Dachy płaskie  trwałe i
estetyczne
Nowe inwestycje a ochrona
środowiska przed drganiami
converted by Web2PDFConvert.com
Uszczelnienia naziemnych
zbiorników wodnych i
magazynów kwasów
przemysłowych
geomembranami PEHD
Bezpieczne wały
przeciwpowodziowe
converted by Web2PDFConvert.com