BUDOWLE I ROBOTY ZIEMNE

1. BUDOWLE ZIEMNE W POSZCZEGÓLNYCH RODZAJACH BUDOWNICTWA

Budowle ziemne mogą mieć dwojaki charakter: stały i czasowy.

Cechą charakterystyczną budowli stałych jest ich stateczność oraz wieloletnia trwałość. Do tej grupy budowli ziemnych zalicza się m.in.:

- niwelację terenu dla zabudowy miejskiej, przemysłowej, obiektów infrastruktury technicznej, w tym i tras komunikacyjnych, letnisk, obiektów sportowych itd.,

- podłoża ziemne dla tras komunikacyjnych.

- kanały i rowy melioracyjne oraz irygacyjne, regulację potoków i rzek, kanały żeglugowe, obwałowania cieków wodnych,

- ziemne zapory i zbiorniki wodne.

Czasowe budowle ziemne dotyczą realizacji obiektów budowlanych w różnych rodzajach budownictwa. Należy zapewniać im stateczność na okres realizacji szczególnie podziemnych elementów tych obiektów. Przy określonym zaawansowaniu procesów zrealizowanych poniżej otaczającego terenu czasowe budowle ziemne są likwidowane. Czasowymi budowlami ziemnymi są m.in,:

- wykopy pod budynki i budowle,

- rowy do ułożenia przewodów wszelkiego rodzaju instalacji podziemnych,

- wykopy do wykonania tuneli metodą realizacji w wykopie otwartym.

- tzw. odkrywki fundamentów i ścian dolnych kondygnacji obiektów w celu instalowania lub wzmocnienia.

- wykopy do przeprowadzenia naprawy (remontu) użytkowanych rurociągów

- nasypy.

Swoją specyfikę mają budowle ziemne wykonywane w zasadniczych rodzajach budownictwa. i w tym zakresie klasyfikuje się je następująco:

- roboty ziemne w budownictwie ogólnym.

- roboty ziemne w budownictwie przemysłowym,

- roboty ziemne w budownictwie inżynieryjnym.

- roboty ziemne pod instalacje terenowe.

- wielkie budowle ziemne: niezbędne do udostępnienia złóż (odkrywki w budo­wnictwie odkrywkowym), obwałowania rzek zapory ziemne, podbudowa ziemna stadionów.

Większość budowli ziemnych w wyszczególnionych rodzajach budownictwa jest wykonywana przez przedsiębiorstwa specjalizujące się w robotach inżynieryjnych, roboty ziemne są zmechanizowane w ponad 95%, a kosztowne maszyny do ich wykonania są kapitałochłonne i przy odpowiedniej koncentracji mogą zapewnić odpowiednie efekty ekonomiczne.

2. CECHY GRUNTÓW BUDOWLANYCH

Realizacja budowli ziemnych wymaga określonej wiedzy z zakresu mechaniki gruntów.

Grunty mają swój szkielet oraz pory wypełnione powietrzem, wodą i powietrzem lub wodą. Rodzime grunty mineralne dzieli się na sypkie i spoiste.

Grunty sypkie (niespoiste) nie mają spójności międzyziarnowej, tak w stanie suchym, jak i mokrym. Natomiast w stanie małego zawilgocenia spójność występuje w nieznacznym stopniu. Do tej grupy gruntów należą piaski, żwiry, pospółki o ziarnach większych od 0,05 mm. Grunty sypkie po wyschnięciu rozsypują się na poszczególne ziarna.

Grunty spoiste charakteryzują, się spójnością międzycząsteczkową (kohezją); są to grunty pyłowe i iłowe (pyły, lessy, gliny, iły) o cząsteczkach zasadniczo mniejszych od 0,05 mm. Grunty te wysychając, mają silną wzajemną spójność międzycząsteczkową, a twardnąc, tworzą zwarte bryły i bryłki.

• Gęstość właściwa szkieletu gruntowego ma wielkość stalą,, wynoszącą średnio 2,65 t/m³ ; określa ją iloraz:

ρ _s=
[t/m³]

gdzie: m_s - masa szkieletu gruntowego wysuszonej próbki gruntu, t,

V_s - objętość szkieletu gruntowego próbki, m³ .

• Gęstość objętościowa gruntu, to iloraz:

ρ =
[t/m³]

gdzie: m_m - masa próbki z określoną jego wilgotnością, np. naturalną, t,

V - całkowita objętość próbki gruntu, m³.

• Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego:

ρ_d =
[t/m³]

gdzie: m_s - masa szkieletu gruntowego wysuszonej próbki gruntu, t.

V - całkowita objętość próbki gruntu, m³.

• Porowatość gruntu - to stosunek objętości porów do objętości całego gruntu w postaci ułamka lub w procentach; porowatość najczęściej spotykanych w Polsce grun­tów (tabl.1).

Tab.1 Porowatość różnych rodzajów gruntu

Spulchnienie gruntu następuje przy jego odspajaniu i polega na powiększeniu jego objętości; jest to spulchnienie początkowe. Zmniejsza się ono w nasypach pod działaniem maszyn zagęszczających obciążenia warstw dolnych masą warstw górnych, a także pod wpływem opadów atmosferycznych Na skutek wskazanych działań spulchnienie początkowe częściowo zanika, dochodząc w średnich warunkach do spulchnienia końcowego, osiągając przykładowo dla l kategorii średnio 3÷ 5%, dla II kategorii - 3 ÷ 6% itd.

Objętość gruntu spulchnionego uwzględnia współczynnik spulchnienia. Wprowa­dza się go jako mnożnik do objętości gruntu rodzimego w wykopie, a więc:

V_s = V_W • S_sp , [m^3]]

stad:

S_sp =

gdzie: V_w - objętość gruntu w wykopie, m³

S_sp - współczynnik spulchnienia gruntu (tab.2)

Tab. 2 Klasyfikacja gruntów i ich charakterystyka

Dotychczasowe realizacje budownictwa przemysłowego, które w powojennej działalności inwestycyjnej było bardzo znaczące wykazało następującą strukturę rodzajową:

- ziemne procesy przygotowawcze, niwelacyjne, kształtowania terenu 10%

- wykopy pod instalacje 24%

- budowa dróg, parkingów, składowisk, podtorzy bocznic 22%

- wykopy pod budynki i budowle 44%

Kategorie gruntów są takie, jak w budownictwie ogólnym, natomiast głębokość wykopów pasmowych o szerokości 3,0 + 6,0 m wynosi od 1,2 do 2.8 m, a punktowych o szerokości 3.0 ÷ 8,0 m i długości 4.0 + 8,0 m głębokości - od 1,2 do 4.0 m.

W budownictwie inżynieryjnym procesy wykonania budowli ziemnych chara­kteryzują się wielkością, szczególnie w budownictwie hydrotechnicznym, gdzie ich wielkość na poszczególnych placach budowy dochodzi do kilku, a nawet kilkudziesięciu milionów m³.

Roboty ziemne w budownictwie inżynieryjnym można ogólnie podzielić następująco:

- mikroniwelacja; przy jej wykonaniu różnice poziomów sięgają do 7,0 m. Przy większych różnicach stosuje się tarasową makroniwelacje.

- nasypy w gruntach drobno- i gruboziarnistych do IV kategorii; wykonywane w budowlach ziemnych zapór wodnych czołowych i bocznych, wałów ochronnych, obwałowań mokrych składowisk odpadów, nasypów pod drogi itd. Wykonane, dotychczas w Polsce nasypy mają wymiary szerokości u podstawy od 14 ÷ 260 m., w koronie 3 do 12 m, wysokości 2 do 46 m. Objętości poszczególnych budowli ziemnych - do kilku milionów m_`³,

- wykopy liniowe pod instalacje; dotyczą głównie uzbrojenia poza terenami osiedli i zakładów przemysłowych. Są to wykopy pod kolektory, magistrale sieciowe, kanały przemysłowe, tunele z wielorodzajowymi przewodami instalacyjnymi, rurociągi dalekosiężne itd.,

- wykopy szerokoprzestrzenne; zależnie od rodzaju obiektów, dochodzą do miliona m³ i więcej. Ich głębokości 10 ÷ 20 m, a nawet 50 m.

- wyłomy i narzuty skalne: przeprowadza się je równolegle w gruntach od kategorii V wzwyż. Wyłomy przeprowadza się mechanicznie i pirotechnicznie (poczynając od VI kategorii).

Ogólnie trzeba stwierdzić, że w budownictwie inżynieryjnym budowle ziemne wykonuje się w trudniejszych warunkach gruntowych i hydrotechnicznych niż w innych rodzajach budownictwa. Znaczącą część robót wykonuje się w gruntach skalistych, poniżej poziomu wód gruntowych, nieraz pod wodą. Urobek ziemny wykorzystuje się zazwyczaj na tej samej budowie.

Procesy ziemne mają też swoje procesy wykończeniowe; są to: mikroniwelacja terenu, profilowanie skarp, układanie i zagęszczanie podłoży, wzmacnianie gruntów umacnianie nasypów i wykopów itd. Wielkość tych procesów wykończeniowych kształtuje się od 5 do 10%.

3. MASZYNY DO ROBÓT ZIEMNYCH

Różnorodność zadań w zakresie wykonania budowli ziemnych nie pociąga za sobą nadmiaru rodzajowego maszyn do tych procesów. Postęp techniczny w tym zakresie nie powoduje rozbudowy rodzajowej parku maszynowego, zmierza natomiast do uniwersalizacji maszyn, dużej różnorodności wymiennych wyposażeń roboczych (np, uniwersalne koparki jednonaczyniowe są wyposażone w ponad 50 różnych organów roboczych), sprawności i precyzji sterowania. Zdecydowanie rozszerza się i udoskonala hydraulika sterowania organami roboczymi, które może też być przeprowadza zdalnie.

Tab. 4 Procesy technologiczne przy realizacji budowli ziemnych

oraz stosowane maszyny

WYKONYWANIE WYKOPÓW

Zależnie od wymiarów i kształtu wykopy klasyfikuje się na:

• szerokoprzestrzenne

• wąskoprzestrzenne

• jamiste.

Ustalono mianem wykopów szerokoprzestrzennych określać wykopy, których wymiary dna są większe od 1.5x1,5 m, Wykopów wąskoprzestrzennych - wykopy dłuższe od 1,5 m i szerokości dna do 1,5 m. Natomiast wykopy jamiste mają szerokość i długość lub średnicę do 1,5 m.

Z uwagi na technologię wykonania rozróżnia się dwa rodzaje wykopów pod obiekty budowlane:

- wykopy bez obudowy (nieumocnione) z odpowiednio ukształtowanymi skar­pami (tab3)

- wykopy z obudową (zabezpieczone).

• Wykopy bez obudowy należy wykonywać tam wszędzie, gdzie warunki lokalne i ekonomiczne (rekompensata za zniszczenia roślinności oraz zabezpieczenie ziemi roślinnej) na to pozwalają, a więc gdy istnieje możliwość użytkowania pasa, jaki wyznaczą skarpy wykopu o wymaganym pochyleniu, zależnym od spoistości gruntu. Przekrój ich mieć będzie kształt trapezowy (tab.3). Tylko płytkie wykopy: do 1.0 m głębokości przy gruntach niespoistych oraz do 1,5 m przy gruntach spoistych wolno wykonywać ze ścianami pionowymi.

Tab.3 Nachylenie skarp wykopów

Kategoria gruntu	Naziom nieobciążony				Naziom obciążony
		szerokość dna w metrach
		do 3.0 m		ponad 3.0 m
		głębokość w metrach
		do 3 m	ponad 3 m	do 5 m	ponad 5 m	do 3 m	ponad 3 ml
I	1:1,25	1:1.15	1:1.25	1:1.5	1:1,25	1:1,5
II	1:1	1:1.25	1:1	1:1.25	1:1	1:1,25
III	1:0,67	1 :0.75	1:0,5	1:0.67	1:0.67	1:0,75
IV	1:0.5	1:0.67	1:0,35	1:0,5	1:0,5	1:0.67
V-XVI	1:0,1	1.0,2	1 :0, 1	1:0.2	1:0,2	1:0,35

• Obudowa ścian pionowych ręcznie wykonanych wykopów wąskoprzestrzennych, przy głębokościach większych od 1.0 lub 1.5 m. wymaga niezależnie od kategorii gruntu, obustronnej, szczelnej obudowy.

Przy wykopach wąskoprzestrzennych o ścianach pionowych, wykonywanych mechanicznie koparkami podsiębiernymi lub wielonaczyniowymi w gruntach o normalnej wilgotności, należy zabezpieczać ściany w sposób następujący:

- przy kat. gruntu I i II, wykop głębokości do 1 m - bez obudowy,

- jw.. lecz głębokość wykopu ponad 1 m - obudowa pełna.

- przy III kat. gruntu, głębokość do 1,5 m - bez obudowy,

- przy III kat. gruntu i głębokości od l .5 do 3,0 m - obudowa ażurowa.

- przy III kat i głębokości ponad 3.0 m - obudowa pełna,

- przy IV kat. gruntu i głębokości do 1.5 m - bez obudowy,

- przy IV kat. gruntu i głębokości od 1.5 do 3.0 m - obudowa ażurowa

- przy IV kat. gruntu i głębokości ponad 3,0 m - obudowa pełna.

W gruntach nawodnionych III i IV kategorii, przy wykopach do 3,0 m należy stosować od poziomu wody gruntowej deskowanie pełne.

Ponad deskowaniem wbitym w podłoże ziemne można stosować trapezowy przekrój wykopu: będzie wiec to przekrój trapezowo-prostokątny.

Najnowsze rozwiązania techniczne obudów produkuje m.in. firma Krings Verbau (http://www.kringsverbau.de).

---