geoinżynieria
geoinżynieria
Metoda statycznego wciskania
grodzic stalowych
ZALETY, PRZYKA
ADY I WARUNKI STOSOWANIA
1. Wprowadzenie " brak informacji na temat rzeczywistych możliwości metody
W artykule przedstawiono ogólny opis, zalety i warunki sto- wciskania statycznego (m.in. brak publikacji na ten temat),
sowania metody statycznego wciskania grodzic stalowych. " fakt, że niewielka grupa wykonawców oferuje w Polsce
Podjęto także próbę wyjaśnienia niektórych wątpliwości tego typu usługi.
związanych z wpływem opisywanej technologii i zabiegów ją
wspomagających na wytrzymałość i odkształcalność podłoża 2. Krótka charakterystyka technologii wciska-
gruntowego. Omówiono także wybrane przykłady instalacji nia statycznego
grodzic stalowych metodą wciskania statycznego spośród bli- Przykładowe urządzenie do wciskania grodzić stalowych skła-
sko trzydziestu tego typu realizacji firmy Aarsleff Sp. z o.o., da się ze zdalnie sterowanej prasy hydraulicznej poruszającej
wykonanych w latach 2000-2006. się po grodzicach oraz układu zasilającego. Instalacja profili
Z doświadczeń autorów wynika, że metoda wciskania statycz- w gruncie odbywa się:
nego grodzic jest w Polsce wciąż mało popularna i pomimo " bezwibracyjnie,
swoich niewątpliwych zalet nie jest wykorzystywana nawet " przy maksymalnym poziomie hałasu (mierzonym w odle-
w sytuacjach, wydawałoby się, oczywistych. Można wskazać głości 7m od urządzenia zasilającego prasę) równym ok.
na kilka przyczyn takiego stanu rzeczy, z których najważniej- 69dB,
sze wydają się: Ma to szczególne znaczenie w inwestycjach realizowanych
Rys. 1. Etapy wykonania ścianki stalowej metodą wciskania [3]. Rozpoczęcie wciskania z ramy startowej z balastem: 1  ustawienie urządzenia do wciskania
z ramą startową, 2  balastowanie ramy, 3  wciskanie profili startowych, 4  przemieszczenia urządzenia w kierunku wykonywanej ścianki, 5  zakotwienie
urządzenia w profilach startowych, 6  demontaż ramy startowej i wciskanie profili wg schematu na rys. 2
Rys. 2. Proces wciskania ścianki
26 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2006 (08)
geoinżynieria
geoinżynieria
w zwartej zabudowie miejskiej lub w pobliżu wrażliwej in- bezpieczenia wykopu z narzuconymi ostrymi ograniczeniami
frastruktury podziemnej. Układ zasilający znajduje się zwykle w zakresie przemieszczeń. Stan parcia rozpatrywany za ścianą
w odległości od kilku do kilkudziesięciu metrów od miejsca ma wówczas charakter pośredni pomiędzy parciem czynnym
instalacji grodzicy i połączony jest z prasą przewodami hy- i spoczynkowym. Lokalne pogorszenie parametrów gruntu za
draulicznymi i elektrycznymi. Poniżej na rysunkach pokaza- ścianą mogłoby teoretycznie wpływać na tę część oddziały-
no rozpoczęcie wciskania grodzic przy użyciu ramy startowej wań, która wiąże się z parciem spoczynkowym, lecz zdaniem
(rys. 1), proces wciskania ścianki stalowej (rys. 2) oraz mecha- autorów jest to zagadnienie czysto teoretyczne, które w prak-
nizm przemieszczania urządzenia po wcześniej wciśniętych tyce projektowej można i należy pominąć.
profilach (rys. 3). Uzasadniona jest natomiast obawa, że wciskanie ściany szczel-
Prasę mocuje się do przygotowanej wcześniej, specjalnej ramy nej z podpłukiwaniem w grunty pęczniejące wywoła jej do-
startowej (rys. 1) lub wbitych inną metodą trzech grodzic sta- datkowe obciążenia. W Polsce zjawisko to dotyczy głównie
lowych. Ciężar ramy zwiększony ciężarem balastu i ciężarem iłów plioceńskich. Ryzyko pęcznienia nie oznacza, że wystąpi
samego urządzenia lub siły tarcia stanowią przeciwwagę dla ono we wszystkich przypadkach napotkania gruntów pęcz-
realizowanej siły wciskającej. Po zainstalowaniu trzech star- niejących, niemniej należy taką możliwość przeanalizować na
towych profili stalowych urządzenie  uniezależnia się od etapie projektowania. W praktyce niebezpieczeństwo wzbu-
otaczających warunków terenowych (słabe podłoże, woda) dzenia pęcznienia dotyczy głównie występowania za ścianą
i wciska kolejne profile (rys. 2), wykorzystując nośność na powyżej dna wykopu gruntów w stanie twardoplastycznym
wyciąganie wcześniej wciśniętych profili. Urządzenie samo i półzwartym. Prawdopodobieństwo pęcznienia iłu rośnie
przemieszcza się po wykonanym fragmencie ścianki (rys. 3). wraz ze wzrostem jego niejednorodności, tzn. występowania
Przydatne do projektowania parametry techniczne najszerzej przewarstwień gruntu o znacznie większej wodoprzepuszczal-
wykorzystywanego do tej pory w Polsce urządzenia do wci- ności, np. pylastych lub piaszczystych. Wartość ciśnienia pęcz-
skania grodzic stalowych podano w tab. 1. Urządzenie to ma nienia, którą należy uwzględnić jako dodatkowe obciążenie
możliwość samodzielnego wykonania naroży ścianki poprzez ściany, zależy m.in. od stanu gruntów, z którymi mamy do
wciśniecie czterech profili poprzecznie do dotychczasowego czynienia oraz od sposobu podparcia ściany. Istnieją sposoby
kierunku wciskania (dwóch z lewej i dwóch z prawej strony zmniejszenia wartości ciśnienia pęcznienia, np. przez użycie
ścianki). Przestawianie urządzenia na nowy kierunek wciska- płuczki iłowej zamiast wodnej lub wydłużenie cyklu robót, np.
nia odbywa się w takim przypadku przy użyciu dz
wigu. Ist- oddalenie w czasie głębienia wykopu w stosunku do momen-
nieje możliwość wykonania naroży w kształcie łuku bez ko- tu instalacji ściany.
nieczności wykorzystywania dz
wigu. Minimalny promień łuku Stosowanie podpłukiwania powoduje nieco większe prze-
zależy od rodzaju wciskanego profilu oraz typu wykorzysty- mieszczenia ściany poniżej dna wykopu niż w przypadku
wanego urządzenia. ściany szczelinowej. Wynika to z naruszenia struktury gruntu
w sąsiedztwie profili stalowych, którego zakres wynosi ok.
3. Uwagi dotyczące wybranych zagadnień pro- 5-15 cm. Dodatkowe przemieszczenia zależą od rodzaju gruntu
jektowych i technologicznych i mieszczą się zdaniem autorów w granicach 0,5-2 cm. Należy
Na podstawie dyskusji z projektantami autorzy artykułu stwier- je uwzględnić w przypadku, gdy ściana przylega do istnieją-
dzili, że wokół technologii zabezpieczania wykopów przy cych obiektów, zaś w innych sytuacjach można je pominąć,
użyciu stalowych ścianek szczelnych narosło wiele, z regu- gdyż mieszczą się w pożądanym zakresie przemieszczeń nie-
ły nieuzasadnionych, wątpliwości wartych przedyskutowania zbędnych do wzbudzenia parcia czynnego za ścianą.
w kontekście użycia metody wciskania statycznego. Nie są również uzasadnione opinie na temat trudności z za-
W zasadzie niesłuszne jest przekonanie o konieczności pewnieniem szczelności płyty dennej oraz oparciem stropów
uwzględniania wpływu podpłukiwania na parametry wytrzy- pośrednich w przypadku, gdy ściana szczelna stanowi trwałą
małościowe gruntu (kąt tarcia i spójność), co może prowadzić obudowę części podziemnej budowli. Problemy te mogą być
do zmniejszenia nośności ściany. Pogląd ten zdaniem autorów i są skutecznie rozwiązywane w praktyce, o czym świadczą
wynika z niezrozumienia mechanizmu wzbudzania parcia. liczne tego typu realizacje na świecie.
Naruszenie struktury gruntu w trakcie podpłukiwania ma cha-
rakter całkowicie lokalny i dotyczy przylegającego do ściany 4. Wybrane przykłady zastosowań
obszaru o niewielkiej grubości, podczas gdy parcie czynne Centrum handlowo-usługowe przy placu Grunwaldzkim
lub bierne wzbudzane jest poprzez ścięcie gruntu w pasie we Wrocławiu. A
ączna długość zabezpieczenia wynosiła ok.
o znacznej szerokości (w tzw. klinie odłamu). Przytoczona wąt- 670 mb, a całkowita powierzchnia wykopu ok. 25 000 m2. Wy-
pliwość może dotyczyć jedynie gruntów spoistych i ścian za- kop o docelowej głębokości od 7,2 do 8,5 m zabezpieczono
Rys. 3. Przemieszczanie urządzenia po wcześniej wciśniętej ściance
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2006 (08) 27
geoinżynieria
geoinżynieria
Maksymalna siła wciskająca 1000 kN (100ton)
Maksymalna siła wyciągająca 1200 kN (120ton)
Skok siłownika hydraulicznego 700 mm
Prędkość wciskania 1.5 - 35.2 m/min.
Prędkość wyciągania 2.6 - 27.5 m/min.
Sterowanie radiowe
Długość urządzenia /Szerokość urządzenia 3.570 m (AZ 26) 1.260m
Wysokość urządzenia 2.590 m
Maksymalna wysokość urządzenia 3.130 m
Waga 11.45 ton
Skrajnia urządzenia: Pionowa Boczna 2.80 m 0.75 m
(od osi ścianki)
Tab. 1. Dane techniczno-technologiczne urządzenia do wciskania
grodzic stalowych
ścianką szczelną podpartą jednym rzędem kotew gruntowych. ki wspornikowej. Pod powierzchnią terenu zalegały nasypy
Długość ścianki zdeterminowana była głębokością zalegania zbudowane głównie z gruntu o uziarnieniu piasku gliniastego
nieprzepuszczalnej warstwy glin zwałowych twardoplastycz- z domieszką części organicznych i gruzu. Grubość tej war-
nych 13-15 m poniżej poziomu terenu. Powyżej stropu glin stwy dochodziła miejscami do 5,5 m. Pod nią występowały
występowały grunty niespoiste w postaci żwirów, pospółek grunty organiczne w postaci torfów i namułów. Maksymal-
i piasków w stanie średniozagęszczonym i luz
nym. Grunty na głębokość zalegania tej warstwy wynosiła 8 m. Poniżej
luz
ne zalegały do głębokości 6-7 m poniżej poziomu terenu. znajdowały się mocne grunty w formie żwirów, pospółek
Na nich znajdowała się warstwa nasypów niekontrolowanych i piasków w stanie średniozagęszczonym i zagęszczonym.
z przewagą gruntów piaszczystych z domieszką gruzu. W ob- Ze względu na lokalizację obiektu w centrum Starego Miasta
rębie warstwy piasków lokalnie występowały grunty spoiste w Gdańsku i bezpośrednie sąsiedztwo zabytkowej zabudo-
w stanie miękkoplastycznym, także z domieszką części orga- wy, na całości obwodu zabezpieczenia zastosowano meto-
nicznych. Na stropie glin zwałowych zalegał tzw. bruk more- dę statycznego wciskania grodzic. Użyto profili typu AZ 26,
nowy zbudowany z okruchów skał magmowych o średnicy od AZ 36 i AZ 38 firmy Arcelor. Ich długość wynosiła 13-16 m.
kilku do kilkunastu centymetrów. Grubość tej warstwy docho- Zastosowanie masywnych profili wynikało głównie ze znacz-
dziła do 50-60 cm. nej głębokości zalegania gruntów nośnych. Po wykonaniu ro-
Na większości odcinka zabezpieczenia do pogrążania grodzic bót do poziomu  0 budynku odzyskano część grodzic za po-
wykorzystano metodę wibracyjną z wykorzystaniem wibrato- mocą tego samego urządzenia, którego użyto do ich instalacji.
ra nierezonansowego. Wyjątkiem był odcinek zabezpieczenia W tym przypadku warto zwrócić uwagę, że długie profile były
o długości ok. 100 m, bezpośrednio sąsiadujący ze stacją paliw wciskane na 8-9 m w grunty sypkie, w tym na 4-5 m w średnie
(odległość od budynku wynosiła 6,5-7,5 m), na którym przewi- i grube piaski zagęszczone. Było to możliwe dzięki zastosowa-
dziano statyczne wciskanie grodzic. W tym celu wykorzystano niu podpłukiwania wodą pod wysokim ciśnieniem.
grodzice AZ 17 i AZ 18 firmy Arcelor o długości 15 m. Profile Stacja paliw PKN Orlen w Lipnie. Zabezpieczono wy-
wciskano w grunt z podpłukiwaniem strumieniem wody pod kop pod podziemne zbiorniki paliwa. Głębokość wykopu
wysokim ciśnieniem. Podczas wykonywania robót wystąpiły w kształcie prostokąta wynosiła 3,5 m i wynikała z projektowa-
duże trudności z pokonaniem warstwy bruku morenowego, nej rzędnej posadowienia zbiorników. Długość zabezpiecze-
w związku z tym zamiast podpłukiwania ścianki zastosowano nia wynosiła ok. 52,5 mb. Ściankę wykonano jako zamkniętą
jej podwiercenie. Po zmianie technologii wspomagania prace komorę stanowiącą jednocześnie zabezpieczenie skarp wyko-
zakończono w terminie. pu i przesłonę filtracyjną. Warunki gruntowe, kształt i wymiary
Hotel Radisson w Gdańsku. W tym wypadku wykop o głę- wykopu wymagały wykonania dwupoziomowego podparcia
bokości 4,8 m zabezpieczano ścianką szczelną wspornikową. ściany rozporami z rur stalowych. Od powierzchni terenu
Długość zabezpieczenia wynosiła ok. 235 mb i wynikała z ob- do głębokości ok. 3 m zalegały nasypy zbudowane głównie
wodu wykopu będącego zamkniętym wielobokiem. Warunki z piasku próchnicznego z licznymi przewarstwieniami torfu.
gruntowe były niekorzystne z punktu widzenia pracy ścian- Niżej, do poziomu 7,5-8 m pod powierzchnią terenu, zalegały
a b
Fot. 1. Jedna z ostatnich realizacji firmy Aarsleff Sp. z o.o.  wciskanie ściany z grodzic stalowych firmy Arcelor:
a) rama startowa z balastem, b) ścianka wciskana wzdłuż ulicy w zwartej zabudowie miejskiej Wrocławia (marzec 2006)
28 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2006 (08)
geoinżynieria
geoinżynieria
warstwy torfów i namułów. Poniżej tego poziomu znajdowały fili typu Z;
się piaski drobnoziarniste w stanie średniozagęszczonym. In- " przygotowanie techniczne wykonawcy do usuwania przeszkód
stalację grodzic metodą wciskania statycznego wykonano na w gruncie (np. przez podwiercanie i/lub podpłukiwanie).
życzenie inwestora, który chciał uniknąć sporów z właścicie- Do niewątpliwych zalet technologii wciskania statycznego na-
lem sąsiedniej działki, gdzie zlokalizowany był średniej wiel- leżą:
kości sklep. Do zabudowy ścian wykopu wykorzystano profile " bezwibracyjna i cicha instalacja grodzic stalowych zalecana
typu AZ 13 firmy Arcelor. Ich długość była stała na długości do wykorzystania w zwartej zabudowie oraz w sąsiedztwie
zabezpieczenia i wynosiła 10,5 m. wrażliwych urządzeń i budowli;
Budynek mieszkalny z usługami przy ul. Ludowej w War- " lepsze, w porównaniu z wibrowaniem, efekty w przypadku
szawie. Wykop pod budynek mieszkalno-usługowy zlokalizo- zagłębiania profili w gruntach spoistych;
wany w rejonie pierwszego tarasu Wisły zabezpieczano ścian- " w większości przypadków niższy koszt zabezpieczenia od
ką szczelną. Obwód części podziemnej obiektu o kształcie ścian szczelinowych  wyjątkiem są sytuacje, gdy ściana
nieregularnego wieloboku wynosił ok. 240 mb, z czego ok. zabezpieczenia wykopu stanowi jednocześnie ścianę kon-
210 mb zabezpieczono ścianką szczelną. Głębokość wykopu strukcyjną części podziemnej, co w przypadku grodzic sta-
wynosiła 3,2-4,5 m z lokalnymi przegłębieniami do 5,5 m. Na lowych najczęściej wymaga zastosowania profili ciężkich,
przeważającej części zabezpieczenia zaprojektowano ściankę jednak również w takich przypadkach ściana stalowa jest
wspornikowo zamocowaną w gruncie. Jedynie na długości ok. zwykle konkurencyjna dla ściany szczelinowej o grubości
20-25 m zabezpieczenia ściana podparta była jednym pozio- większej niż 80 cm lub równej 80 cm;
mem rozpór z rur stalowych. Konieczność rozparcia wynikała "  czysty plac budowy, na którym nie stosuje się zawiesiny
z istnienia wspomnianych przegłębień. Dominującą formacją bentonitowej  nie ma zatem potrzeby wykorzystywania za-
geologiczną w rejonie inwestycji były iły plioceńskie w stanie plecza i urządzeń do oczyszczania zawiesiny bentonitowej
od twardoplastycznego do półzwartego (lokalnie plastyczne). lub jej dowozu;
Strop tej warstwy na części odcinka zabezpieczenia nawierco- " uniezależnienie się urządzenia wciskającego od lokalnych
no bezpośrednio pod warstwą nasypów. Miejscami iły przykry- warunków terenowych  np. istnieje możliwość wciska-
te były dodatkowo warstwą glin pylastych. Na tych warstwach nia ścianki w wodzie, bez konieczności budowy grobli
do powierzchni terenu zalegały nasypy zbudowane głównie i/lub wykorzystania jednostek pływających;
z piasku z humusem z domieszką gruzu ceglanego. Grubość " większa wydajność wciskania w porównaniu z technologią
tej warstwy wynosiła od 1 do 3 m. Na części odcinka zabez- ścian szczelinowych;
pieczenia instalację grodzic wykonano metodą wibracyjną, " prosty proces technologiczny wykonania ścianki;
natomiast w sąsiedztwie istniejących budynków i targowiska " małe gabaryty urządzenia  wymagana mała skrajnia pozio-
wykorzystano metodę statycznego wciskania grodzic. Do za- ma i pionowa (wynikająca z długości grodzic);
bezpieczenia wykopu użyto profili typu AZ 18 firmy Arcelor " skrócenie czasu realizacji zabezpieczenia ze względu na
o długości 8 i 10 m. Również w tym przypadku instalacja gro- brak konieczności oczekiwania na związanie betonu;
dzic wspomagana była podpłukiwaniem. Na znacznym odcin- " uniezależnienie robót od warunków atmosferycznych;
ku zabezpieczenia ścianę stalową pozostawiono w gruncie. " możliwość instalacji grodzic pod istniejącymi konstrukcjami,
W części stanowiła ona szalunek tracony, wykorzystany do np. mostami lub wiaduktami, oraz w użytkowanych halach
betonowania ścian podziemia budynku. produkcyjnych.
Opisana w artykule technologia wciskania statycznego gro-
5. Podsumowanie dzic w większości przypadków stanowi interesującą alternaty-
Powyższe przykłady nie stanowią pełnego przeglądu zrealizo- wę dla technologii ścian szczelinowych. Szczególnej uwadze
wanych zabezpieczeń (tab. 1) i możliwych zastosowań meto- czytelników polecamy możliwość jej wykorzystania wewnątrz
dy wciskania statycznego. W podanych przykładach autorzy hal, w bezpośrednim sąsiedztwie istniejących budynków,
starali się również przedstawić problemy, jakie mogą towarzy- obiektów zabytkowych [1], pod użytkowanymi obiektami
szyć metodzie wciskania statycznego grodzic (np. utrudnienia (np. mostowymi) oraz w sytuacjach braku dostępu do terenu
podczas pokonywania warstw gruntów grubookruchowych, (np. w wodzie lub na gruntach słabych). Zastosowanie tego
takich jak bruk morenowy, zagęszczone żwiry), wraz z prak- rozwiązaniu dodatkowo ułatwia szeroka gama profili typu AZ
tycznymi sposobami ich rozwiązywania. firmy Arcelor o wskaz
nikach wytrzymałości od 1200 do 5000
cm3/m, oferowanych w wielu gatunkach stali.
Do warunków stosowania metody wciskania statycznego
należy zaliczyć: LITERATURA
" zapewnienie miejsca na ramę startową lub instalację profili [1] Sobala D., Rybak Cz., Rybak J.: O zastosowaniu stalowych
startowych inną metodą (np. przez wibrowanie); wciskanych ścianek szczelnych. Inżynieria i Budownictwo.
" zapewnienie minimalnego oddalenia osi ścianki od ścian 12/2001.
bocznych budynków sąsiadujących o wartości min. 0-75 cm, [2] Musiał R.: Komory startowe i odbiorcze mikrotuneli wyko-
zależnej od typu stosowanego urządzenia; nywane w zabudowie miejskiej. Geoinżynieria i tunelowanie.
" możliwość korzystania w trakcie robót z lekkiego dz
wigu 01/2004.
do podawania grodzic i ewentualnego przestawiania urzą- [3] Serwisy internetowe.
dzenia przy zmianie kierunku wciskania w ostrych narożach
mgr inż. Krzysztof Sahajada
ścianki;
Aarsleff Sp. z o.o.
" zapewnienie poziomej lub nieznacznie skośnej górnej kra-
autor
dr inż. Dariusz Sobala
wędzi ścianki, co realizowane jest w praktyce niewielką
Politechnika Rzeszowska
zmianą poziomu kolejnych grodzic;
" możliwość zastosowania/wykorzystania pojedynczych pro-
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2006 (08) 29