Nie każdy grunt rodzimy nadaje się jako podłoże w budownictwie drogowym. Od podłoża gruntowego
wymagana jest przede wszystkim odpowiednia nośność oraz odporność na zmiany nośności podczas zawilgacania
lub zamarzania. Z tego powodu, w przypadku występowania gruntów słabszych lub o nieodpowiedniej nośności,
należy wykonać odpowiednie zabiegi podwyższające parametry podłoża. Można to wykonywać albo przez
wymianę gruntu (usunięcie istniejącego słabego gruntu i dowiezienie nowego, dobrego) albo przez ulepszenie
istniejącego. Ze względu na olbrzymie koszty dowozu nowego gruntu oraz trudności z jego znalezieniem, metoda
ulepszenia (stabilizacji) na miejscu jest dziś powszechnie stosowana.
Dalej przedstawiono w skrócie podstawowe informacje o stabilizacjach gruntów i podbudów drogowych.
Szczegółowe informacje i wymagania znalez
ć można w odnośnych normach.
Stabilizacją gruntów nazywamy stosowanie odpowiednich metod trwałego wzmacniania i utrwalania
gruntów w celach budowlanych.
Grunty można stabilizować przez:
-ulepszanie ich uziarnienia dodatkami innych gruntów (mieszanki optymalne),
-stosowanie domieszek cementu, wapna, aktywnych popiołów lotnych (zwiększenie nośności gruntu),
-stosowanie domieszek asfaltu,
-stosowanie specjalnych związków chemicznych w celu zwiększania nośności gruntu.
Nieodzownym warunkiem pomyślnego stosowania każdej z metod stabilizacji jest odpowiednie zagęszczanie
stabilizowanego gruntu.
Wybór metody stabilizacji zależy od:
-warunków gruntowo-wodnych,
-dostępnych materiałów,
-oszacowania kosztów,
-dostępnego czasu na wykonanie pracy.
Roboty stabilizacyjne składają się z następujących etapów:
-wybór metody stabilizacji i określenie zawartości materiałów stabilizujących,
-przygotowanie (rozdrobnienia) gruntu,
-wyrównanie i zawałowanie,
-rozłożenie lub dozowanie "stabilizatora",
-mieszanie,
-zagęszczenie (najczęściej w wilgotności optymalnej),
-pielęgnowanie do czasu stwardnienia mieszanki gruntu z dodatkami.
1
Stabilizacja i ulepszanie gruntów cementem (PN-S-96012:1997)
Dodatek cementu umożliwia wykonanie:
" ulepszenia podłoża gruntowego,
" podbudowy z gruntu stabilizowanego cementem.
Ulepszenie podłoża gruntowego cementem
Proces stabilizacji cementem polega na zmieszaniu rozdrobnionego gruntu z optymalną ilością
cementu i wody oraz zagęszczeniu takiej mieszanki, której wytrzymałość na ściskanie po 7 i 28
dniach mieści się w wyznaczonych normowo granicach.
Proces mieszania gruntu z cementem może być wykonywany:
" bezpośrednio na drodze,
" w stacjonarnych mieszarkach (betoniarkach) o odpowiedniej wydajnosci.
Istotne jest bardzo dobre rozdrobnienie i wymieszanie gruntu z cementem, tak aby nie związane z
cementem cząstki gruntu nie stanowiły bryłek rozsadzających cementogrunt w przypadku
zamoczenia lub zamrożenia.
Dodatek cementu powoduje zmniejszenie nasiąkliwości cząsteczek iłowych (o wielkości <0.002 mm)
i powstawanie szkieletu nośnego w gruncie na skutek krystalizacji cementu między cząstkami.
Zawartość cementu:
" Małe dodatki cementu ulepszają grunt, zwiększają jego spójność , i jednocześnie zmniejszają jego
nasiąkliwość oraz plastyczność.
" Ilość cementu potrzebna do stabilizacji zależy od uziarnienia gruntu, jego aktywności, porowatości
i od wymagań stawianych cementogruntowi.
" Stosowanie cementu w ilościach 3-4% powoduje ulepszenie gruntu i zwalnia z potrzeby
zastosowania bardziej kłopotliwego odziarniania innymi gruntami. Wyższe ilości cementu, 5-15%
(wagowo) powodują znaczne zwiększenie wytrzymałości gruntu, w niektórych przypadkach zbliżone
do słabszych betonów budowlanych.
" Według normy zawartości cementu powinna wahać się w granicach 4-10% wagowo liczonych w
stosunku do masy suchego gruntu, zależnie od rodzaju i uziarnienia gruntu, klasy cementu oraz
rodzaju warstwy i kategorii ruchu. Górne granice zawartości cementu przedstawia tablica 1.
Fazy wykonywania stabilizacji gruntu cementem bezpośrednio na drodze (wg Principles Of Pavement
Design):
Faza 1: Na przygotowane podłoże (wyrównane i spulchniane) wjeżdża sprzęt rozkładający cement, a
następnie gruntomieszarki mieszające cement z gruntem.
Faza 2 : Po wymieszaniu cementu z gruntem następuje dozowanie wody i powtórne mieszanie. Po
wymieszaniu rozpoczyna się zagęszczanie walcami. Zagęszczenie powinno nastąpić zanim
rozpocznie się proces wiązania cementu.
Faza 3 : Po lekkim zwilżeniu wodą i spulchnieniu koronie drogi nadaje się ostateczny profil (spadki
itp.) oraz ostatecznie zagęszcza.
W przypadkach, kiedy możliwe jest wymieszanie gruntu lub kruszywa w otaczarce, na budowę
przywozi się ciężarówkami gotową mieszankę rozkładaną następnie maszynowo.
2
Prawidłowe zagęszczanie gruntu oraz wykonanej stabilizacji wymaga osiągnięcia tzw. wilgotności
optymalnej. Także po wykonaniu stabilizacja wymaga odpowiedniej pielęgnacji np. przez zraszanie
wodą.
Dostępny obecnie sprzęt umożliwia wymieszanie gruntu z dodatkami na głębokość 40-60 cm.
Stabilizacje podłoża spoiwami umożliwiają skuteczną walkę z powstaniem przełomów nawierzchni
(pękaniem nawierzchni na wiosnę na skutek pęcznienia podłoża) oraz eliminują stosowanie warstw
filtracyjnych z piasku w zagłębionych korytach.
Podbudowy stabilizowane cementem
Podbudowy z gruntu stabilizowanego cementem:
" podbudowy pomocniczej (dolnej warstwy podbudowy, o mniejszej nośności),
" podbudowy zasadniczej (górnej warstwy podbudowy, o większej nośności).
Tablica 1. Zawartości cementu w warstwach podłoża i podbudowy
Kategoria ruchu Maksymalna zawartość cementu, w stosunku do masy
suchego gruntu, [% m/m]
podbudowa podbudowa ulepszone podłoże
zasadnicza pomocnicza
KR 1 do KR 3 8 10 10
(ruch <335 osi 10
tonowych na dobę)
KR 4 do KR 6 6 6 8
(ruch >335 osi 10
tonowych na dobę
W zależności od rodzaju warstwy w konstrukcji nawierzchni (podłoże, podbudowa), różne są
wymagania wobec wytrzymałości. przedstawia je tablica nr. 2
Tablica 2. Wytrzymałości na ściskanie próbek
Rodzaje warstwy w Wytrzymałość na ściskanie próbek nasyconych wodą
konstrukcji nawierzchni
R7 R28
drogowej
- podbudowa zasadnicza 1,6  2,2 2.5  5,0
dla ruchu KR1
- podbudowa pomocnicza
dla ruchu KR 2-6
3
- górna część warstwy 1,0  1,6 1,5  2,5
ulepszonego podłoża
- dolna część warstwy - 0,5  1,5
ulepszonego podłoża
Należy pamiętać, że wykonywanie podbudów stabilizowanych cementem nie jest takim
uniwersalnym rozwiązaniem, jak się wydaje:
" nie każdy materiał nadaje się do wykonania stabilizacji cementem, istotne jest m.in. jego
uziarnienie,
" stosowanie dużych zawartości cementu lub  przedawkowanie jego zawartości w podbudowie
prowadzi do powstawania spękań skurczowych w podbudowie, które na pewno z czasem zostaną
przeniesione na leżące powyżej warstwy bitumiczne  w ten sposób powstaną osławione spękania
odbite,
" zgodnie z zapisami z Katalogu Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych
(GDDP 1997), stosując w konstrukcji podbudowę ze spoiwem hydraulicznym należy zastosować
odpowiednią membranę przeciwspękaniową (geokompozyt, geowłókninę itp.),
" decydując się więc na podbudowę stabilizowaną cementem należy rozważyć, czy rachunek zysków
i strat jest pozytywny:
Podbudowa stabilizowana cementem
bilans zalet i wad
Zalety Wady
możliwość wykorzystania materiału nieuniknione spękania skurczowe
miejscowego (niski koszt), podbudowy lub konieczność
stosowania specjalnych technik
( pre-cracking ),
relatywnie duża wytrzymałość i nośność
podbudowy aż do wystąpienia spękań,
konieczność stosowania membran
przeciwspękaniowych (wysoki koszt),
duża nośność podbudowy pozwala na
zmniejszenie grubości warstw
bitumicznych na podbudowie (obniżenie w przypadku braku skutecznych
kosztów) membran konieczność naprawy
głębokich spękań poprzecznych
sięgających aż do dna podbudowy
(bardzo wysoki koszt)
Decyzję o zastosowaniu tego rodzaju podbudowy należy podjąć mając świadomość, że koszt jej
wykonania jest niski na etapie budowy (bez membran przeciwspękaniowych), natomiast wysoki jest
koszt napraw spękań poprzecznych odbitych.
4
Podbudowy z kruszyw stabilizowanych mechanicznie
zamiast podbudów z tłucznia klinowanego
Przez wiele lat w polskim drogownictwie stosowano do podbudów popularne "tłuczniówki" - podbudowy
wykonywane z tłucznia klinowanego klińcem. Jakkolwiek ten typ podbudowy był bardzo popularny, to jednak
posiada on wiele wad, wśród których można na przykład wymienić kłopoty z uzyskaniem poprawnego
zagęszczenia warstwy. Jak wspominają starzy praktycy, "czasami trzeba było dorzucić do tłucznia trochę gliny
żeby osiągnąć pożądane zagęszczenie i dobry stopień stabilności podbudowy".
Inną wadą takich podbudów jest utrata zdolności do przenoszenia obciążeń na skutek "rozjeżdżania się" tłucznia
pod wpływem działających sił pionowych. Rozwiązanie alternatywnym, znanym już od wielu lat, były podbudowy z
mieszanek mineralnych o ciągłym uziarnieniu, stabilizowanych mechanicznie. Krzywe graniczne takich mieszanek
można było znalez
ć na przykład w fundamentalnym dziele "Zarys geotechniki" Z.Wiłuna.
Jakie są cechy i zalety podbudów z mieszanek o ciągłym uziarnieniu:
- ich uziarnienie jest ciągłe, więc zawiera równomiernie stopniowany udział każdej frakcji kruszywa, najczęściej
łamanego,
- w mieszance konieczna jest obecność ziaren poniżej 0,075 mm (min. 2% m/m) - ziarna te razem z wodą tworzą w
mieszance "smar" konieczny do prawidłowego zagęszczenia mieszanki,
- mieszankę układa się w optymalnej wilgotności,
- otrzymana podbudowa jest warstwą całkowicie podatną, niegenerującą spękań skurczowych (i dalej odbitych),
- w zależności od krzywej uziarnienia i rodzaju kruszywa, podbudowa charakteryzuje się dobrą lub bardzo dobrą
nośnością.
Mimo oczywistych zalet i przewagi tego rodzaju podbudów nad tłuczniem, "tłuczniówki" trzymają się mocno. A
szkoda! Bo od 5 lat mamy bardzo dobrą polską normę na mieszanki mineralne do podbudów.
5
Norma PN-S-06102:1996
"Drogi samochodowe. Podbudowy z kruszyw stabilizowanych mechanicznie."
Norma ta zastąpiła normę BN-64/8933-02. Dla wyjaśnienia, w normie podano definicje:
- stabilizacja mechaniczna - proces technologiczny polegający na odpowiednim zagęszczeniu, w optymalnej
wilgotności, kruszywa o właściwie dobranym uziarnieniu,
- podbudowa stabilizowana mechanicznie - warstwa lub warstwy konstrukcyjne nawierzchni służące do
przenoszenia obciążeń od ruchu na podłoże.
Podstawowe zalecenia normy:
- mieszanka kruszyw powinna charakteryzować się krzywą uziarnienia (ciągłego) mieszczącą się między krzywymi
granicznymi pól dobrego uziarnienia (rys. poniżej),
- jako składniki mieszanki można stosować: kruszywa łamane, żwir i mieszanki, kruszywa z żużla wielkopiecowego
kawałkowego (sezonowanego),
- uziarnienie mieszanek: 0/32,5 mm i 0/63 mm,
- wymiar największego ziarna kruszywa nie powinien przekraczać 2/3 grubości warstwy podbudowy układanej
jednorazowo,
- materiały do wykonywania podbudowy powinny spełniać wymagania dotyczące nieprzenikania cząstek między
podbudową a podłożem,
- minimalna grubość warstw podbudowy powinna wynosić:
- dla kruszyw łamanych i żużli: 10 cm
- dla kruszyw naturalnych: 12,5 cm
- dla mieszanek kruszyw: 11 cm
- w normie podano także definicję, wzór obliczania i metodę badania wskaz
nika nośności Wnoś.
Rys. Krzywe graniczne pola dobrego uziarnienia wg normy
Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych GDDP z 1997 r. stosowany do określania
układu, grubości i rodzaju warstw nawierzchni w zależności od kategorii ruchu, zawiera w wariancie A rozwiązania
z podbudową mineralną. Warto zauważyć, że podbudowę tłuczniową dopuszczono tylko dla kategorii ruchu
KR1-KR2, natomiast podbudowę z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie - do wszystkich
kategorii ruchu.
Warto więc stosować nową normę, tym bardziej, że wielu dostawców kruszyw oferuje w sprzedaży gotowe
mieszanki.
6
MASZYNY
FREZARKA DO ASFALTU /
BOMAG MPH 122-2
STABILIZATOR PODA
OŻA
zastosowanie
MPH można stosować jako frezarkę lub stabilizator podłoża. Podczas użytkowania jako frezarka stare uszkodzone
czarne nawierzchnie asfaltowe mogą być zerwane, rozdrobnione i zmieszane z materiałem wiążącym. Podczas pracy
jako stabilizator podłoża używany jest przeważnie do mieszania wapna, popiołu lotnego i cementu z przewidzianym
materiałem, do polepszania podłoża i jego wzmacniania na warstwach nasypowych, mrozoochronnych i nośnych.
wyposażenie standardowe wyposażenie dodatkowe
hydrostatyczny napęd jazdy na wszystkie koła ROPS/FOPS, system dozowania wody
hydrostatyczny napęd rotora z automatyczną regulacją mocy rotor 2530 mm z głębokością roboczą 420 mm
hydrostatyczny układ łamany, kierowana oś tylna rotor z wymiennymi uchwytami 2530mm
hydraulicznie ustawiany kąt pochylenia rotora rotor z frezami łopatkowymi 2330mm
kabina operatora z podwójną dz
wignią jazdy, 2 kierownicami układ dozujący emulsję
kabina operatora z przestawianym fotelem układ dozujący do spienionego bitumu
wyświetlacz funkcji roboczych, oświetlenie robocze hydrauliczne przyłącze pod instalację do bitumu
uchwyt z drążkiem holowniczym ogumienie typu EM, specjalny lakier, radio
ogrzewana kabina z klimatyzacją rotor z wymiennymi uchwytami 2330mm
dane techniczne
waga ciężar roboczy 20.950 kg
wymiary promień zawracania wewnątrz/zewnątrz 3.500/6.300 mm
właściwości jezdne prędkość jazdy (1) 0 - 2,7 km/h
prędkość jazdy (2) 0 - 12,0 km/h
napęd producent silnika i typ silnika Deutz TCD 2015 V06
chłodzenie i ilość cylindrów ciecz/6
moc przy obrotach 360 kW przy 2.100 obr/min
rodzaj napędu hydrostatyczny
napędzane koła wszystkie
opony rozmiar opon przednich/tylnych 28LR26 / 620/75R26
hamulce hamulec roboczy hydrostatyczny
hamulec postojowy akumulacyjny
układ kierowniczy rodzaj układu łamany plus tylna oś
włączanie układu hydrauliczny
rotor szerokość/zewnętrzna średnica rotora 2.330/1.225 mm
liczba obrotów rotora 100-170 obr/min
kąt wahania rotora +/- 5�
kierunek obrotu przeciwnie do kierunku jazdy
maksymalna głębokość robocza 500 mm
liczba zębów, wysokość zębów 192 sztuki, 200 mm
wymiary szerokość x wysokość x długość 2.810 x 3.420 x 9.050 mm
objętości pojemność zbiornika paliwa 750 l
7
wzmacnianie piaszczystego i żwirowego podłoża cementem i wapnem
grubość warstwy cm 20 30 50
wydajność powierzchniowa m2/dziennie 12.000-15.000 8.000-13.000 5.000-8.000
wzmacnianie drobnoziarnistego i mieszanego podłoża wapnem
grubość warstwy cm 20 30 50
wydajność powierzchniowa m2/dziennie 8.000-13.000 6.000-9.000 4.000-6.000
rozdrabnianie gliny podczas budowy składowisk
grubość warstwy cm 20 30 40
wydajność powierzchniowa m2/dziennie 6.000-9.500 5.000-8.000 4.000-7.000
recykling wzmocnień bitumowanych, standardowa całkowita głębokość frezowania 25-35cm
grubość asfaltu/całkowita cm 5/45 10/40 15/35
wydajność powierzchniowa m2/dziennie 6.000-9.000 4.000-6.000 1.500-4.000
FREZARKA DO ASFALTU /
BOMAG MPH 125
STABILIZATOR PODA
OŻA
zastosowanie
MPH można stosować jako frezarkę lub stabilizator podłoża. Podczas użytkowania jako frezarka stare uszkodzone
czarne nawierzchnie asfaltowe mogą być zerwane, rozdrobnione i zmieszane z materiałem wiążącym. Podczas pracy
jako stabilizator podłoża używany jest przeważnie do mieszania wapna, popiołu lotnego i cementu z przewidzianym
materiałem, do polepszania podłoża i jego wzmacniania na warstwach nasypowych, mrozoochronnych i nośnych.
wyposażenie standardowe wyposażenie dodatkowe
hydrostatyczny napęd jazdy na wszystkie koła system dozowania wody
hydrostatyczny napęd rotora z automatyczną regulacją mocy specjalny lakier
hydrostatyczny układ łamany, kierowana oś tylna rotor 2530 mm (inna głębokość robocza!)
hydraulicznie ustawiany kąt pochylenia rotora rotor z wymiennymi uchwytami 2530mm
hydrauliczna klapa tylna z pozycją pływającą rotor z wymiennymi uchwytami 2330mm
hydrauliczne przyłącze pod instalację do wody/bitumu rotor z frezami łopatkowymi 2330mm
kabina operatora ROPS/FOPS z pozycjami roboczą system dozowania emulsji
i transportową, obracanym i przesuwanym wielofunkcyjnym system dozowania spienionego bitumu
stanowiskiem roboczym, poręcze ogumienie typu EM
wyświetlacz funkcji roboczych radio
oświetlenie robocze kogut
uchwyt z drążkiem holowniczym pneumatyczne urządzenie do wymiany frezów
kompresor na sprężone powietrze
przyłącze do narzędzi pracujących pod ciśnieniem
zamykana skrytka
centralne smarowanie
ogrzewana kabina z klimatyzacją
dane techniczne
waga ciężar roboczy 24.500 kg
wymiary promień zawracania wewnątrz/zewnątrz 3.750/6.750 mm
właściwości jezdne prędkość jazdy (1) 0 - 3,0 km/h
prędkość jazdy (2) 0 - 12,0 km/h
napęd producent silnika i typ silnika Deutz TCD 2015 V08
chłodzenie i ilość cylindrów ciecz/8
moc przy obrotach 440 kW przy 1.900 obr/min
rodzaj napędu hydrostatyczny
napędzane koła wszystkie
opony rozmiar opon przednich/tylnych 28LR26
hamulce hamulec roboczy hydrostatyczny
hamulec postojowy akumulacyjny
układ kierowniczy rodzaj układu łamany plus tylna oś
włączanie układu hydraulicznie
rotor szerokość/zewnętrzna średnica rotora 2.330/1.1416 mm
liczba obrotów rotora 90-130 obr/min
kąt wahania rotora +/- 5�
kierunek obrotu przeciwnie do kierunku jazdy
maksymalna głębokość robocza 550 mm
liczba zębów, wysokość zębów 208 sztuki, 200 mm
wymiary szerokość x wysokość x długość 2.850 x 3.700 lub 3.100 x 9.990 mm
objętości pojemność zbiornika paliwa 1.030 l
8
Rosnące obciążenie ruchem drogowym, niepodejmowanie środków mających na celu
utrzymywanie nawierzchni w dobrym stanie i coraz bardziej zmniejszające się fundusze finansowe
doprowadziły do powstania znacznych uszkodzeń warstwy powierzchniowej i nośnej w sieci dróg na
całym świecie: do deformacji, nierówności, załamań i powstawania rys. Metoda recyklingu typu mix-in-
place opracowana przez firmę Bomag oferuje interesujące rozwiązanie do przywracania nośności i
bezpieczeństwa w ruchu drogowym wzmocnieniom ulic i drogom wymagających renowacji.
Metoda recyklingu mix-in-place do odnawiania wzmocnień dróg wymagających renowacji opracowana przez firmę Bomag.
Korzyści wynikające z metody recyklingu mix-in-place
- odnawiana jest nie tylko warstwa wierzchnia, ale cała konstrukcja drogi,
- wyraz
na obniżka kosztów w porównaniu do konwencjonalnych metod budowy,
- jest łatwa do przeprowadzenia i pozwala na wcześniejsze włączenie do użytku,
- oszczędza surowce i energię, bo znajdujący się materiał budowlany wykorzystywany jest ponownie.
Środek wiążący  spienione masy bitumiczne
Powstawanie spienionych mas bitumicznych w belce spryskującej w MPH
Dzięki dodaniu niewielkiej ilości wody ność na powstawanie rys. Celem przyśpieszenia
(od 1,5% do 3,5%) można spowodować pienie- procesu zastygania, względnie aby zwiększyć
nie się gorącego bitumu. Dochodzi od 10-cio do udział wypełnienia, sensowne jest dodanie 1-2%
20-krotnego powiększenia objętości. hydraulicznego środka wiążącego (wapna lub
Proces pienienia odbywa się w komorach cementu).
ekspansji, które są wstępnie otwarte w stosunku
do otworów wyjściowych dla bitumu w belkach
spryskujących. Bitumy i woda są równocześnie
sprężane w komorach ekspansji. Piana bitumicz-
na naciska na dysze w komorze mieszalnej
pokrywy rotora frezującego. Pozostający krótko-
trwały przyrost objętości i odbywający się przy
tym proces mieszania doprowadzają do oblepie-
nia mieszanki mineralnej.
Podczas ostatecznego intensywnego za-
gęszczania wzmocnienia ze spienionego bitumu
wykazują dobre właściwości nośne i elastycz-
ność, jak również wyraz
nie zmniejszoną podat-
9
Gorący bitum 160-180�C
woda
Komora ekspansji
dysza
Bitum pienisty
Powstawanie spienionego bitumu w belce spryskującej w
MPH.
10
Korzyści płynące ze spienionego bitumu
- nadają się do prawie wszystkich mieszanek materiałów mineralnych, wzgl. materiałów powstałych w
procesie recyklingu starych konstrukcji dróg i ulic,
- mają zdecydowanie większą warstwę wierzchnią niż normalne gorące bitumy,
- mają mniejszą lepkość,
- mają bardzo dobre właściwości oblepiania zimnych i wilgotnych mieszanek budowlanych,
- wytwarzane są z dostępnych w handlu bitumów ulicznych B60-B200,
- w dużym stopniu odporne na opady.
Woda do mieszanki Woda do procesu pienienia
mineralnej z Gorący bitum
podłożem
Pokrywa frezująca rotora z belkami do spienionego bitumu i belkami spryskującymi.
Zagęszczenie i kontrola zagęszczania
11
Wszystko zależy od zagęszczenia
Przy odnawianiu umocnienia drogi z zastosowaniem bitumów pienistych podstawowe
znaczenie celem osiągnięcia pożądanej sztywności gotowej warstwy ma dobre zagęszczenie.
Zagęszczać należy stosując ciężkie walce wibracyjne. Przy grubościach warstw do 30 cm
zalecane są walce do robót ziemnych w klasie od 12 do 19 ton. Do materiału łatwo podatnego
na zagęszczanie i warstw o grubości do 20 cm nadają się także tandemowe walce wibracyjne
o ciężarze roboczym od 10 do 14 ton.
W uzupełnieniu do walców do robót ziemnych, względnie do ciężkich walców tandemowych,
można stosować walce ogumione 20-24 tony zamykające bardzo korzystnie prace z warstwą
wierzchnią.
Zagęszczanie z najnowocześniejszą
technologią
Maszyny firmy Bomag z systemem Variocontrol wyposażone są w inteligentny system
zagęszczania. Amplituda zagęszczania jest automatycznie dopasowywana do danych
warunków pracy.
Korzyści
- wysoka wydajność zagęszczania,
- lepsza równomierność zagęszczania,
- stałe dopasowanie do grubości warstwy i warunków podłożowych,
- kontrola zagęszczenia dzięki regulacji sztywności.
Kontrola zagęszczenia i dokumentacja
Zagęszczenie może być oceniane, kontrolowane i udokumentowane na każdym torze jazdy
systemem pomiarowym firmy Bomag Terrameter BTM 05. System dokumentacyjny BTM 03
oferuje jako uzupełnienie graficzną wizualizację danych pomiarowych na kolorowym
wyświetlaczu, jak również liczne powierzchniowe możliwości przedstawiania i dokumentacji.
12
WZMACNIANIE PODA
OŻA GRUNTOWEGO METOD
INIEKCJI
ROZPYCHAJ
CEJ (COMPACTION GROUTING)
Iniekcja rozpychająca systemu Kellera polega na pompowaniu w podłoże gruntowe
stabilnego materiału wypełniającego, który doprowadza do zagęszczenia gruntów
niespoistych lub wzmocnienia gruntów spoistych i organicznych. Wprowadzanie wypełniacza
w podłoże odbywa się pod ciśnieniem do ok. 4 MPa w czasie podciągania rury wiertniczej.
Zasadnicze znaczenie dla przebiegu i skuteczności tego typu iniekcji ma umiejętność
właściwego doboru wszystkich parametrów procesu, w tym szczególnie składu, ilości
i sposobu wtłaczania wypełniacza. Ponadto konieczne są wnikliwe obserwacje przemieszczeń
obiektu i podłoża oraz interaktywne projektowanie.
Iniekcja rozpychająca może być wykonana w różnych rodzajach gruntu i dla różnych celów.
Najczęstsze zastosowania obejmują między innymi:
" zagęszczanie luz
nych gruntów niespoistych (iniekcja zagęszczająca),
W przypadku gruntów sypkich i nieznacznie zapylonych wprowadzenie w podłoże pod
ciśnieniem mineralnych wypełniaczy powoduje zmniejszenie porowatości gruntu a tym
samym zwiększenie jego stopnia zagęszczenia.
" wzmacnianie gruntów spoistych,
W przypadku gruntów spoistych i pylastych wprowadzany w podłoże pod ciśnieniem
wypełniacz powoduje wyciskanie wody z porów gruntu oraz, w przypadku używania
zaprawy, dodatkowo stabilizuje podłoże za pomocą siatki "kolumn".
" iniekcję w strefę kontaktu budowli z gruntem (iniekcja kontaktowa),
Iniekcja kontaktowa ma zastosowanie w przypadku występowania pod fundamentami lub
płytami strefy rozluz
nionego gruntu lub nawet pustek, które wypełnia się stabilnym
materiałem wypełniacza w celu poprawienia nośności i zahamowania osiadania. Możliwe jest
także, w ograniczonym zakresie, kontrolowane podnoszenie fundamentów.
Do zalet tej nowoczesnej technologii wzmacniania gruntu można zaliczyć:
" trwałość osiąganego efektu wzmocnienia (zagęszczenia) gruntu, przy stosunkowo
niskim koszcie wykonania w porównaniu do innych metod (m.in. Soilcrete,
mikropale),
" wykorzystanie stosunkowo lekkich i małych maszyn (nie stosuje się wysokich
ciśnień),
" łagodne wiercenie, bez wibracji i w większości przypadków bez udaru,
" niemal całkowity brak urobku,
" nie używa się wody do rozluz
nienia gruntu,
" w wielu przypadkach możliwe jest wykonanie robót z zewnątrz budynku, bez
ograniczania jego eksploatacji,
13
" wzmocnienie podłoża można wykonać tylko pod wybraną częścią budynku, bez
niebezpieczeństwa nadmiernego przesztywnienia podparcia w stosunku do
pozostałych jego części.
Przykładem zastosowania w przypadku gruntów sypkich są prace wykonane na terenie
zbiornika wodnego w Cedzynie. Na obiekcie tym prowadzono zagęszczanie ziemnej zapory
czołowej metodą wibroflotacji, na odcinku 250 m i do głębokości 10 m. W rejonie przepustu
zachodziła jednak obawa o stateczność wysokich żelbetowych ścian jazu, obciążonych
parciem gruntu, których grubość wynosiła jedynie około 60 cm. Z tego powodu nasyp
bezpośrednio sąsiadujący z jazem zagęszczono za pomocą iniekcji rozpychającej, stosując
bardzo gęstą zaprawę. Wykonane sondowania wykazały osiągnięcie zakładanego stopnia
zagęszczenia ID=0,75.
Innym przykładem są roboty wykonane przy naprawie posadzki hali przemysłowej firmy
Philips w Kętrzynie. Ze względu na zalegające w podłożu namuły i torfy oraz słabe grunty
nasypowe konstrukcję hali posadowiono na palach, zaniedbując jednak sprawę posadzki,
która w ciągu kilkunastoletniej eksploatacji obiektu osiadła miejscami do 30 cm. W ramach
naprawy i modernizacji hali zastosowano iniekcję rozpychającą. Pod istniejącą płytę posadzki
wtłaczano betonową zaprawę, która wypełniła zaobserwowane pustki oraz zagęściła luz
ne
nasypy. W obszarze torfów i namułów rozepchnięto grunty organiczne, powodując
wyciskanie wody z porów, oraz zredukowano ściśliwość warstw słabych układem
betonowych "kolumn". Po zakończeniu prac iniekcyjnych na starej płycie ułożono nową
posadzkę ze zbrojeniem rozproszonym.
WZMACNIANIE PODA
OŻA GRUNTOWEGO METOD
INIEKCJI
ROZPYCHAJ
CEJ (COMPACTION GROUTING)
Iniekcja rozpychająca systemu Kellera polega na pompowaniu w podłoże gruntowe
stabilnego materiału wypełniającego, który doprowadza do zagęszczenia gruntów
niespoistych lub wzmocnienia gruntów spoistych i organicznych. Wprowadzanie wypełniacza
w podłoże odbywa się pod ciśnieniem do ok. 4 MPa w czasie podciągania rury wiertniczej.
Zasadnicze znaczenie dla przebiegu i skuteczności tego typu iniekcji ma umiejętność
właściwego doboru wszystkich parametrów procesu, w tym szczególnie składu, ilości
i sposobu wtłaczania wypełniacza. Ponadto konieczne są wnikliwe obserwacje przemieszczeń
obiektu i podłoża oraz interaktywne projektowanie.
Iniekcja rozpychająca może być wykonana w różnych rodzajach gruntu i dla różnych celów.
Najczęstsze zastosowania obejmują między innymi:
" zagęszczanie luz
nych gruntów niespoistych (iniekcja zagęszczająca),
W przypadku gruntów sypkich i nieznacznie zapylonych wprowadzenie w podłoże pod
ciśnieniem mineralnych wypełniaczy powoduje zmniejszenie porowatości gruntu a tym
samym zwiększenie jego stopnia zagęszczenia.
" wzmacnianie gruntów spoistych,
W przypadku gruntów spoistych i pylastych wprowadzany w podłoże pod ciśnieniem
wypełniacz powoduje wyciskanie wody z porów gruntu oraz, w przypadku używania
zaprawy, dodatkowo stabilizuje podłoże za pomocą siatki "kolumn".
14
" iniekcję w strefę kontaktu budowli z gruntem (iniekcja kontaktowa),
Iniekcja kontaktowa ma zastosowanie w przypadku występowania pod fundamentami lub
płytami strefy rozluz
nionego gruntu lub nawet pustek, które wypełnia się stabilnym
materiałem wypełniacza w celu poprawienia nośności i zahamowania osiadania. Możliwe jest
także, w ograniczonym zakresie, kontrolowane podnoszenie fundamentów.
Do zalet tej nowoczesnej technologii wzmacniania gruntu można zaliczyć:
" trwałość osiąganego efektu wzmocnienia (zagęszczenia) gruntu, przy stosunkowo
niskim koszcie wykonania w porównaniu do innych metod (m.in. Soilcrete,
mikropale),
" wykorzystanie stosunkowo lekkich i małych maszyn (nie stosuje się wysokich
ciśnień),
" łagodne wiercenie, bez wibracji i w większości przypadków bez udaru,
" niemal całkowity brak urobku,
" nie używa się wody do rozluz
nienia gruntu,
" w wielu przypadkach możliwe jest wykonanie robót z zewnątrz budynku, bez
ograniczania jego eksploatacji,
" wzmocnienie podłoża można wykonać tylko pod wybraną częścią budynku, bez
niebezpieczeństwa nadmiernego przesztywnienia podparcia w stosunku do
pozostałych jego części.
Przykładem zastosowania w przypadku gruntów sypkich są prace wykonane na terenie
zbiornika wodnego w Cedzynie. Na obiekcie tym prowadzono zagęszczanie ziemnej zapory
czołowej metodą wibroflotacji, na odcinku 250 m i do głębokości 10 m. W rejonie przepustu
zachodziła jednak obawa o stateczność wysokich żelbetowych ścian jazu, obciążonych
parciem gruntu, których grubość wynosiła jedynie około 60 cm. Z tego powodu nasyp
bezpośrednio sąsiadujący z jazem zagęszczono za pomocą iniekcji rozpychającej, stosując
bardzo gęstą zaprawę. Wykonane sondowania wykazały osiągnięcie zakładanego stopnia
zagęszczenia ID=0,75.
Innym przykładem są roboty wykonane przy naprawie posadzki hali przemysłowej firmy
Philips w Kętrzynie. Ze względu na zalegające w podłożu namuły i torfy oraz słabe grunty
nasypowe konstrukcję hali posadowiono na palach, zaniedbując jednak sprawę posadzki,
która w ciągu kilkunastoletniej eksploatacji obiektu osiadła miejscami do 30 cm. W ramach
naprawy i modernizacji hali zastosowano iniekcję rozpychającą. Pod istniejącą płytę posadzki
wtłaczano betonową zaprawę, która wypełniła zaobserwowane pustki oraz zagęściła luz
ne
nasypy. W obszarze torfów i namułów rozepchnięto grunty organiczne, powodując
wyciskanie wody z porów, oraz zredukowano ściśliwość warstw słabych układem
betonowych "kolumn". Po zakończeniu prac iniekcyjnych na starej płycie ułożono nową
posadzkę ze zbrojeniem rozproszonym.
SOILCRETE - INIEKCJA STRUMIENIOWA
15
Nabywając podstawową licencję iniekcji strumieniowej i wprowadzając w roku 1979
w Niemczech technologię Soilcrete (nazywaną też Jet Grouting) do praktyki budowlanej
firma Keller wkroczyła w nowy obszar technicznych możliwości wzmacniania i uszczelniania
podłoża gruntowego
Soilcrete, od połączenia angielskich słów soil=grunt i concrete=beton, określa stwardniałą
mieszaninę gruntu i zaczynu cementowego, a więc cementogrunt jaki powstaje w podłożu w
wyniku zastosowania nowej technologii wzmacniania gruntu
Iniekcje klasyczne a iniekcja strumieniowa
Pomiędzy iniekcją strumieniową a klasycznymi technikami iniekcji zachodzi zasadnicza
różnica. W iniekcji strumieniowej działający dynamicznie strumień wody lub zaczynu
cementowego rozcina i rozdrabnia grunt, by po wymieszaniu z zaczynem cementowym
i związaniu cementu stworzyć bryłę tzw. cementogruntu. W iniekcjach klasycznych
substancje iniekujące wypełniają wolne przestrzenie w gruncie poprzez działanie wysokiego
ciśnienia, grawitacji lub lepkości cieczy, ale odbywa się to w sposób statyczny.
Soilcrete wykonuje się w trzech podstawowych wariantach. Warunki
gruntowe, geometria bryły i wymagania jakościowe decydują o wyborze
najodpowiedniejszego wariantu technologii.
Soilcrete - S
Wariant pojedynczy - bezpośredni
(ang. single) wykorzystuje strumień
zaczynu cementowego bez otuliny
powietrznej, o prędkości wypływu co
najmniej 100 m/s, do równoczesnego
rozluz
nienia i wymieszania gruntu.
Wariant S stosuje się przy małych
i średnich przekrojach kolumn.
Soilcrete - D
Wariant podwójny - bezpośredni (ang.
double) wykorzystuje strumień
zaczynu cementowego, o prędkości
wypływu co najmniej 100 m/s, do
równoczesnego rozluz
nienia
i wymieszania gruntu. Dla zwiększenia
zasięgu oddziaływania strumień
zaczynu otulony jest powietrzem,
które wydostaje się pod ciśnieniem
z pierścieniowej dyszy.
Wariant D stosuje się głównie do
16
wykonania wąskich ścian, przy
podchwytywaniu fundamentów i do
poziomych ekranów uszczelniających.
Soilcrete - T
Wariant potrójny - rozdzielony (ang.
triple) wykorzystuje do rozluz
nienia
gruntu strumień wody otulony
sprężonym powietrzem, o prędkości
wypływu ponad 100 m/s. Przez
dodatkową dyszę, usytuowaną poniżej
dyszy wodnej, wypływa równocześnie
zaczyn cementowy pod ciśnieniem
>_1.5 MPa. Istnieje też wersja bez
otulenia powietrzem.
Wariant T stosuje się do
podchwytywania fundamentów oraz
do ścianek i ekranów
uszczelniających.
Przed przekształceniem w cementogrunt struktura gruntu zostaje rozluz
niona w wyniku
oddziaływania silnego strumienia płuczącego, o prędkości przy dyszy wylotowej ponad
100 m/s. Jednocześnie pozostałe cząstki gruntu, wymieszane z zaczynem cementowym, przy
udziale turbulencji, wypełniają wolną przestrzeń w podłożu. Nadwyżka powstałej mieszaniny
wypływa na powierzchnię przez przestrzeń wokół żerdzi wiertniczej. Zasięg oddziaływania
strumienia płuczącego zależy od wariantu technologii i wynosi od 0,6 do 3,5 m, mierząc
w średnicy. Po stwardnieniu cementogrunt uzyskuje odpowiednie właściwości
wytrzymałościowe, które mogą być uwzględnione w obliczeniach statycznych. Jest to zatem
całkowicie nowa technologia, która wykracza poza wszystkie standardowe techniki
iniekcyjne.
17
1. Wiercenie
Żerdz
wiertnicza z monitorem i koronką zostaje zagłębiona w grunt
do wymaganego poziomu. Wiercenie jest z reguły wspomagane
strumieniem zaczynu cementowego, który zapewnia stateczność
otworu oraz utrzymuje wolną przestrzeń wokół żerdzi dla
odprowadzenia urobku. Do przewiercania murów lub betonu używa
się specjalnych koronek.
2. Rozluz
nianie
Rozluz
nianie struktury gruntu za pomocą bardzo silnego strumienia
rozpoczyna się od najgłębszego punktu odwiertu. Nadmiar
mieszaniny gruntowo-wodno-cementowej wydostaje się na
powierzchnię przez pierścieniową przestrzeń wokół żerdzi. Ustalone
parametry produkcyjne są przez cały czas kontrolowane
automatycznie.
3. Cementowanie
Równocześnie z rozluz
nianiem gruntu, we wszystkich wariantach
technologii soilcrete podaje się pod ciśnieniem zaczyn cementowy,
który przy udziale turbulencji optymalnie miesza się z pozostałymi
cząstkami gruntu.
Do czasu stwardnienia cementogruntu w otworze wiertniczym
utrzymuje się hydrostatyczne nadciśnienie zaczynu.
4. Formowanie brył
Bryły soilcrete dają się dowolnie formować, poszerzać i łączyć,
zarówno w stanie świeżym (świeże w świeże) jak i po stwardnieniu
(świeże w stwardniałe).
Kolejność wykonania dostosowuje się do wymagań oraz specyfiki
podejmowanego przedsięwzięcia budowlanego.
INIEKCJA ROZRYWAJ
CA SOILFRAC
Technologia iniekcji rozrywającej wywodzi się z przemysłu wydobywczego ropy naftowej.
Stosowano ją w celu otwarcia w podłożu kanalików, którymi ropa naftowa przedostawała się
18
do pomp wydobywczych. W latach 60-tych technologia ta znalazła się w centrum
zainteresowania inżynierów firmy Keller, którzy wykorzystali ją do rozwiązania wielu
problemów w specjalistycznym budownictwie podziemnym. Wszędzie tam, gdzie klasyczna
iniekcja służąca do przygotowania podłoża pod posadowienie nowych obiektów lub naprawy
posadowienia obiektów istniejących nie może być zastosowana, lub gdzie niezbędne jest
dokonanie korekty położenia obiektu budowlanych w pionie, iniekcja typu soilfracR daje
nowe możliwości zastosowań. W tej technologii zostają wytworzone w gruncie ścieżki
iniekcyjne (Fracs) w które pompowany jest twardniejący zaczyn na bazie cementu i mączki
wapiennej. W połączeniu ze specjalnie do tego celu rozwiniętą techniką pomiarów oraz
kontroli możliwe jest unoszenie naprawianych obiektów o dziesiątki centymetrów.
Przebieg prac
1. Faza pierwsza - wbudowanie rur iniekcyjnych.
W podłoże gruntowe podlegające wzmocnieniu wprowadzone zostają specjalne rury
iniekcyjne. Rury te wyposażone są w gęsto rozstawione zaworki o specjalnej
konstrukcji. Umożliwiają one wielokrotną, powtarzalną iniekcję. Przestrzeń pomiędzy
żerdzią a gruntem zostaje wypełniona zaczynem cementowym.
2. Faza druga - "Rozerwanie" podłoża.
W celu dokonania iniekcji, do rury iniekcyjnej wprowadzany jest wąż na końcu
którego umieszczony jest podwójny paker. Dzięki temu pakerowi możliwe jest
zamknięcie rury iniekcyjnej pod i nad wybranym zaworkiem oraz dokonanie przez
niego kontrolowanej iniekcji. W tej fazie wytwarzają się przeważnie poziome ścieżki
iniekcyjne wypełnione twardniejącym iniektem. W grunt wprowadzony zostaje
pewien stan naprężenia.
3. Faza trzecia - iniekcja wielokrotna.
Poszczególne zaworki, w zależności od celu prac, mogą być wykorzystywane
wielokrotnie. Powtarzana iniekcja powoduje powstanie w gruncie dodatkowych
ścieżek iniekcyjnych przebiegających na ogół w pionie i dodatkowe naprężenie
podłoża. Poprzez ściśle określoną ilość pompowanego iniektu, ciśnienie, oraz miejsce
pod budynkiem w który iniekcji się dokonuje, można uzyskać wzmocnienie podłoża
lub doprowadzić do kontrolowanych przemieszczeń pionowych obiektu. Rury
iniekcyjne mogą być przez dłuższy czas (nawet do kilku lat) utrzymywane w stanie
"gotowości" co umożliwia cykliczne powtarzanie zabiegów (np.: w przypadku
powtarzających się szkód górniczych).
Technologia soilfracR znajduje zastosowanie głównie w trzech dziedzinach:
1. Naprawa posadowienia obiektów budowlanych to dziedzina w której zastosowanie
iniekcji rozrywającej jest bardzo korzystną alternatywę dla innych technik. SoilfracR
stosowany jest wszędzie tam, gdzie występują wymagające zahamowania nadmierne
osiadanie, gdzie pojawiają się naturalne lub sztucznie wywołane odkształcenia
podłoża gruntowego, gdzie mamy do czynienia z wpływami eksploatacji górniczej
oraz w przypadku zalegania pod fundamentami słabych gruntów. Poprzez
wielokrotnie powtarzalną, kontrolowaną iniekcję następuje wzmocnienie podłoża
gruntowego, oraz jego naprężenie. Efektem jest powstrzymanie osiadań i trwałe,
naturalne, zabezpieczenie obiektu. W przypadku wzmacniania podłoża iniekcją
19
rozrywającą, wzmocnieniu ulegają także same fundamenty gdyż wszelkie szczeliny,
pustki i rysy zostają wypełnione zaczynem cementowym.
2. Podnosząc obiekty budowlane do góry likwiduje się skutki ich nadmiernych osiadań.
W zależności od stanu technicznego w jakim znajduje się dany obiekt oraz od
właściwości podłoża gruntowego ustala się prędkość podnoszenia, maksymalne
odkształcenia jakie jest w stanie znieść podnoszony obiekt oraz odpowiednie
parametry pracy. Cały proces rozkłada się na dość długi okres a dzienne podnoszenia
poszczególnych fragmentów obiektu leżące w zakresie milimetrów sumują się do
dziesiątek centymetrów w skali całego budynku. Wszelkie prace prowadzone są bez
przerywania normalnego użytkowania obiektu.
Doskonałym przykładem zastosowania tej technologii była korekta pionowości
wieżowca GSW w Berlinie. W trakcie prac budowlanych przy jego rozbudowie,
nastąpiło na skutek pewnych błędów wykonawczych, jego nadspodziewanie duże
wychylenia z pionu. Prace przy tym obiekcie rozpoczęto w czerwcu 1996 roku od
przygotowania specjalnych programów komputerowych wspomagających pomiary
oraz założenia układu pomiarowego obejmującego około 70 punktów. Po wykonaniu
pomiarów zerowych wprowadzono do podłoża pod fundamentami zestawu stalowych
rur o sumarycznej długości 1513 mb i przystąpiono do iniekcji. Po około tygodniu
prac stwierdzono zatrzymanie procesu osiadania. Prowadzone dalej intensywne prace
doprowadziły do rozpoczęcia procesu podnoszenia. Proces ten przebiegał na początku
z prędkością 2,5 mm/tydzień, a po ostatecznym ustaleniu wszelkich niezbędnych
parametrów i po stwierdzeniu prawidłowej reakcji budowli na pierwsze ruchy,
zwiększono prędkość do 5,5 mm/tydzień. Prace zakończono po podniesieniu budynku
o 54 mm . Od momentu zakończenia prac obiekt jest cały czas, automatycznie
obserwowany geodezyjnie; do dnia dzisiejszego nie stwierdzono żadnych osiadań.
3. Ochrona budowli przed osiadaniami wywołanymi budową tuneli jest bardzo ważnym
zastosowanie technologii soilfracR . Pierwsze światowe zastosowanie tej techniki
miało miejsce w zagłębiu Ruhry, w roku 1985, w trakcie budowy metra. W celu
ochrony budowli przed spodziewanymi osiadaniami wynikającymi z budowy tunelu, z
umieszczonej w pobliżu obiektu studni wykonuje się poziome wiercenia i rozmieszcza
pomiędzy stropem przyszłego tunelu a fundamentami układ rur iniekcyjnych w formie
poziomo leżącego wachlarza. W budynki instalowany jest bardzo czuły układ
pomiarowy, który rejestruje osiadania we wszystkich newralgicznych częściach
obiektu. Pierwsza iniekcja służy wzmocnieniu i naprężeniu podłoża pomiędzy
fundamentem a przeszłym tunelem. Prowadzi się ją aż do chwili uzyskania
pierwszych reakcji budowli. Następnie możliwe jest wykonanie podniesienia obiektu
do góry symetrycznego do spodziewanych osiadań. W trakcie drążenia tunelu
prowadzi się bardzo dokładną obserwację geodezyjną obiektu. Wszelkie występujące
osiadania są na bieżąco, całkowicie lub częściowo neutralizowane przez odpowiednie
podnoszenie. Natychmiastowa reakcja na pojawiające się osiadania umożliwia
zminimalizowanie odkształceń obiektu a co za tym idzie znaczną redukcję
pojawiających się naprężeń.
Do najbardziej spektakularnych przykładów tego typu zabezpieczenia obiektów należą
prace wykonane w Lizbonie dla ochrony starego miasta w trakcie budowy tunelu
metra (1998), zabezpieczenie zabytkowego dworca Głównego w Antwerpii w związku
z budową tunelu dla szybkiej kolei (1999/2000) oraz zapobieżenie osiadaniom fabryki
AEG w związku z budową tunelu drogowego w Bielefeld (1989-1991).
20