Kolumny wysokociśnieniowe jet-grouting w budownictwie mostowym

Projekt budowy mostu przez rzekę Białą w sąsiedztwie ulicy Kołłątaja w Białymstoku przewidywał wykonanie umocnienia ścian wykopu pod podpory mostowe palisadą drewnianą. Pale miały być wbijane na głębokość 6 m. Ponadto projekt ten zakładał wbicie pali prefabrykowanych o wymiarach 30 cm x 30 cm długości 6 m. Firma CHROBOK z Bojszów Nowych otrzymała zapytanie ofertowe właśnie na tego typu roboty. Jednak ich zakres nie pokrywał się z rodzajem świadczonych usług, dlatego też zaproponowano rozwiązania zamienne. Po pierwsze - ściankę drewnianą zastąpiono ścianką z grodzic stalowych. Od strony technicznej tego typu zabezpieczenie jest oczywiście możliwe, ponieważ parametry wytrzymałościowe grodzic przewyższają wskaźniki palisady drewnianej. Aby rozwiązanie mogło być wykorzystane, istotny jest jednak aspekt ekonomiczny. Koncepcja musiała być po prostu tańsza. Aby to uzyskać, zaproponowano użycie grodzic stalowych G46, które są materiałem lżejszym od typowo stosowanych grodzic G62, a co za tym idzie 1 m2 takiej ściany jest tańszy. Ponadto, po uzgodnieniu z generalnym projektantem obiektu okazało się, że pozostawiona musi być tylko część materiału od strony rzeki, natomiast reszta może być zdemontowana po zakończeniu robót fundamentowych, co dało kolejne oszczędności. Długość wbijanych grodzic była następująca:
- ścianka stała - grodzice wbijane na głębokość 3,35 m,
- ścianka tymczasowa - grodzice wbijane na głębokość 3,5 m.
Po drugie - pale prefabrykowane zastąpiono kolumnami wysokociśnieniowymi w technologii jet-grouting. Technologia ta polega na formowaniu w gruncie kolumny z cemento-gruntu za pomocą iniektowania pod wysokim ciśnieniem zaczynu cementowego.
Roboty rozpoczyna się od wprowadzenia w grunt żerdzi za pomocą wiertnicy na projektowaną rzędną dna kolumny. Następnie pod wysokim ciśnieniem przez dysze iniekcyjne wprowadzany jest zaczyn i równocześnie wyciągane są żerdzie. W tak utworzoną kolumnę wkładane jest zbrojenie. Firma CHROBOK z powodzeniem stosuje tę technologię od początku bieżącego roku. Do tej pory wykorzystywano ten sposób wzmocnienia gruntu dla posadowienia kilku obiektów kubaturowych oraz jako podstawę muru oporowego.
Zgodnie z pierwotnym projektem do wykonania było po 38 sztuk pali żelbetowych na każdą podporę. Za zgodą projektanta obiektu dokonano zamiany pali prefabrykowanych 30 cm x 30 cm na kolumny jet-grouting o średnicy 450 mm. Ilość pali zredukowano o 1/3, poza tym skrócono ich długość do 5,2 m. Dodatkowo kolumny te były zbrojone dwuteownikiem IPE 240 mm. Rozstaw pali w osi - 2,09 m wzdłuż podpory oraz 1,6 m w poprzek podpory.
Parametry iniekcji:
- zaczyn iniekcyjny wykonany w proporcji C/W = 1,1,
- średnica dyszy - 2,5 mm,
- ilość dysz - 2 szt.,
- ciśnienie - 30 MPa,
- czas iniekcji - 65 sek./m.
Trzecia innowacja na placu budowy to zastąpienie typowego korka z chudego betonu korkiem wykonanym w technologii jet-grouting. Zaprojektowany korek miał głębokość 30 cm. Po wykonanych przez konstruktora obliczeniach okazało się, że należy wykonać zamiennie korek, który posadowiony będzie 1 m poniżej poziomu terenu, natomiast jego głębokość wynosić będzie minimum 70 cm. Aby wypełnić przestrzeń pomiędzy ścianką szczelną a wykonanymi wcześniej palami, konieczne było wykonanie kolumn o średnicy od 1000 mm do 1300 mm. Łącznie wykonano 144 szt. kolumn. Zastosowanie tej technologii pozwoliło na uniknięcie konieczności pompowania wody podczas prowadzenia robót ziemnych pod fundamenty podpór. Wykonany korek w połączeniu ze ścianką szczelną stanowił bowiem stabilną ochronę przed napływem wody.
Przedstawiana tutaj budowa świadczy o możliwości stosowania zamiennych rozwiązań projektowych, które niosą za sobą istotne w obecnych czasach korzyści terminowe i finansowe. Jednak niezbędna jest ścisła współpraca wszystkich uczestników procesu budowlanego - projektantów, wykonawców i podwykonawców. Tylko spełnienie tego warunku gwarantuje skuteczne przeprowadzenie zmian w dokumentacji i zakończenie robót w terminie umownym, a często nawet przed jego upływem.

autor: Magdalena Berkop

Wzmacnianie gruntu metodą Jet Grounting

Fundamentowanie na gruntach nienośnych można przeprowadzić wzmacniając słabe podłoże metodą Jet Grounting. Może ona skutecznie zastąpić ściany szczelinowe lub pale.

Technologia  
Metoda polega na mieszaniu gruntu z zaczynem stabilizującym wtłaczanym strumieniowo pod wysokim ciśnieniem (200-300 bar). Można w ten sposób wzmacniać wszelkiego rodzaju grunty: organiczne, torfy i namuły, luźne piaski o różnej granulacji i plastyczne grunty spoiste. Zastępuje ściany szczelinowe, pale. W pierwszym etapie wzmacniania, żerdzią średnicy 88,9 mm, drąży się grunt do głębokości przewidzianej w projekcie. W trakcie wiercenia stosuje się płuczkę wodną lub bentonitową. Ciecz tłoczona pod ciśnieniem znacznie ułatwia wiercenie. Po osiągnięciu żądanej głębokości rozpoczyna się strumieniowe tłoczenie zaczynu przez dysze, umieszczone w dolnej części żerdzi. W trakcie iniekcji grunt jest rozdrabniany i mieszany z zaczynem. Obrotowy sposób podnoszenia żerdzi przy jednoczesnym tłoczeniu zawiesiny umożliwia wykonanie kolumny gruntowo-cementowej w kształcie walca. Jego średnica zależy od rodzaju gruntu i technologii iniekcji -wielkości ciśnienia, składu iniektu, a także średnicy dysz i czasu iniekcji. W ten sposób powstają kolumny średnicy od 40 do 180 cm.


Zastosowanie  

rys. 1 Uszczelnienie wykopu w gruncie nawodnionym Oznaczenia: 1 - ściana szczelinowa, 2 - uszczelnienie dna wykopu iniekcjami wykonanymi metodą jet grouting, 3 - poziom wody gruntowej rys. 2 Wzmocnienie i uszczelnienie wału przeciw-powodziowego

Metoda jet grouting może być wykorzystana nie tylko przy wzmacnianiu wszelkiego rodzajów gruntów ale i przy wzmacnianiu oraz uszczelnianiu wału przeciwpowodziowego. Odbywa się to za pomocą przesłon filtracyjnych. Technologię iniekcji zastosowano na przykład do wykonania pionowej przesłony izolacyjnej w obwałowaniach stopnia wodnego na Zalewie Zegrzyńskim w miejscowości Dębe. Można ją także stosować przy wykonywaniu szczelnych wykopów w nawodnionych gruntach. Wykop otacza się ścianami szczelinowymi, a dno wypełnia kolumnami cementowo-gruntowymi nachodzącymi na siebie. Dzięki odpowiedniemu dobraniu składu zaczynu wodoszczelność przesłony wynosi k=10-7÷10-9 cm/s. Po wykonaniu ścian oraz iniekcji
uszczelniających w dnie wykopu, można wypompować wodę i rozpocząć wybieranie gruntu.

rys. 3 Wzmacnianie gruntu pod budynkiem istniejącym rys. 4 Wzmocnienie gruntu pod budynkiem nowo wznoszonym

Zalety  
Proces tłoczenia iniektu można przerwać w dowolnym momencie. Pozwala to kształtować kolumny dowolnych wysokości. Aby wzmocnić podłoże pod fundamentem istniejącego budynku, należy, wiercąc pod kątem, wykonać kolumny ukośne. Dodatkową zaletą tej technologii jest to, że kolumny można wykonywać, wstawiając urządzenie do piwnic budynku, pod warunkiem jednak, że pomieszczenie ma wysokość co najmniej 1,5 metra. Pozwala to wzmacniać podłoże pod fundamentami budynków już stojących, także z pomieszczeń piwnic w centralnie położonych częściach budynku, tam gdzie nie ma dostępu od zewnątrz. Metoda ta, choć bardzo kosztowna, pozwala na wykonanie podziemnych kondygnacji w silnie nawodnionych, piaszczystych warstwach podłoża, gdy warstwa nieprzepuszczalnych gruntów znajduje się na znacznej głębokości. Mimo swoich zalet, technologia ta nie jest dostatecznie rozpowszechniona w Polsce. Stosuje ją zaledwie kilka przedsiębiorstw.
Aparatura  
Aparatura do wykonywania kolumn składa się z zestawu mieszalników szybko- i wolnoobrotowych, iniekcyjnej pompy wysokociśnieniowej i samojezdnej wiertnicy na podwoziu gąsienicowym. Wiertnica wyposażona jest w przewód wiertniczy zakończony dyszami. Na placu budowy musi znajdować się też silos na cement i zbiornik wody pojemności około 2000 litrów. Cały proces konstruowania kolumny kontrolowany jest automatycznie, co umożliwia właściwe jej wykonanie.
Surowiec  
Do wykonywania zaczynów iniekcyjnych cementowo-wodnych wykorzystuje się cement portlandzki marki 35 lub 45 oraz cementy hutnicze. W zależności od rodzaju podłoża gruntowego i składu zaczynu iniekcyjnego, uzyskuje się następujące wytrzymałości kolumn: w żwirze - do 20 MPa, w piasku - do 15 MPa, w pyle i glinie - do 8 MPa, w gruntach organicznych - do 5 MPa. Wytrzymałość kolumn zależy od doboru rodzaju cementu oraz stosunku c/w (cementu i wody).
Grunty nawodnione  
Technologię jet grouting można zastosować także w podłożach nawodnionych, w których natężenie przepływu wody wynosi do 10-2 cm/s. Kolumny gruntowo-cementowe mogą być zbrojone rurą grubościenną, sztywnym koszem zbudowanym z 4, 5 bądź 6 prętów lub centralnie umieszczonym profilem stalowym. Zbrojenie kolumny zwiększa jej nośność. Profile podwieszane na dźwigu zagłębia się, topiąc je w kolumnie. Istotne jest to, że podczas wykonywania iniekcji siła, z jaką zawiesina działa na grunt gwałtownie spada w odległości większej od planowanego promienia kolumny. Nie powoduje to niekontrolowanych przemieszczeń podłoża, które mogłyby stwarzać zagrożenie dla infrastruktury podziemnej.

Tekst Krzysztof Traczyński

---