poniedziałek, 7 czerwca 2010

Wały przeciwpowodziowe - skuteczny sposób wzmocnienia skarp przy użyciu geosiatki komórkowej

Polska od lat boryka się z problemem wylewających rzek i zbiorników wodnych. Niestety cały czas nie robi się wiele by zabezpieczyć się przed tym stanem rzeczy. Pamiętna już powódź z 1997 roku powinna otrzeźwić osoby odpowiedzialne za przeciwdziałanie klęskom i zmobilizować ich do działania. Niestety tak się nie stało. 2010 rok zostanie zapamiętany równie negatywnie między innymi z powodu kolejnych powodzi i tragedii jakie wywołały. W tej sytuacji należy z całą stanowczością podjąć kroki zapobiegawcze aby taka sytuacja nie powtórzyła się w przyszłości.



Zdjęcie 1. Widok ogólny obszaru zalewowego w Sandomierzu przy drodze krajowej nr 777

Zdjęcie 2. Początek budowy wału w Sandomierzu w sąsiedztwie drogi krajowej nr 777 (na zdjęciu widać początek budowy muru oporowego pod wał przeciwpowodziowy).

Sposobów na zabezpieczenie się przed wylewającymi rzekami jest kilka. W tym tekście skupiono się na konkretnym rozwiązaniu- wałach przeciwpowodziowych. Obiekt taki, wykonany zgodnie z myślą inżynierską potrafi skutecznie przeciwstawić się napierającej wodzie i jej rosnącemu poziomowi. Niestety jak ukazały ostatnie wydarzenia, nawet już istniejące wały nie wytrzymywały ogromnych ilości wody. Pytanie jakie należy teraz postawić brzmi- jak należy skonstruować wał aby w przyszłości oparł się destruktywnej działalności wody?

Budownictwo oferuje kilka metod budowy wałów przeciwpowodziowych i ich wzmocnienia, ale jednym z najtańszych i najprostszych w wykonaniu jest wzmocnienie skarp wałów komórkowym systemem ograniczającym. Wspomniany produkt istnieje na rynku już od wielu lat i jest wykorzystywany w szerokim spektrum w budownictwie drogowym. Jednym z jego zastosowań jest właśnie wzmocnienie skarp nasypów wałów przeciwpowodziowych.
Budowę samego korpusu wału wykonuje się według przyjętych standardów. Przy jego budowie należy brać pod uwagę takie czynniki jak lokalizacja, rodzaj materiału nasypowego (czy jest to kruszywo czy grunt nasypowy dowieziony z innego miejsca), sposób zagęszczenia poszczególnych warstw itp. Jednak nawet wykonany z najwyższą sztuką inżynierską wał jest bezużyteczny jeśli jego skarpy nie będą odporne na podmywanie ich przez płynące wody. W tym miejscu doskonale sprawdza się geosiatka komórkowa. Po ułożeniu i zasypaniu jej materiałem nasypowym, będzie ona skutecznie chronić skarpy przed spłynięciem, tym samym zabezpieczając wał przed uszkodzeniem.
Montaż zabezpieczenia skarpy przy użyciu geosiatki komórkowej jest bardzo prosty. Podstawowe elementy tworzące Komórkowy System Ograniczający zostały przedstawione na Rysunku 1. Stosowanie tych elementów przedstawia się w następujący sposób:


Rysunek 1. Podstawowe elementy Komórkowego Systemu Ograniczającego

Technologia wykonania wzmocnienia wału, z podziałem na poszczególne etapy, została przedstawiona poniżej:

I. PRZYGOTOWANIE MIEJSCA ZABUDOWY

Na początku należy usunąć całą roślinność ze zbocza, po czym wykonujemy wykop i formujemy fragment zbocza. Kolejnym krokiem jest umieszczenie, zagęszczęnie i ukształtowanie wypełnienia gruntowego. Na końcu wykonujemy rów kotwiący na grzebiecie i obwodzie skarpy lub zbocza zgodnie z dokumentacją wykonawczą.


Zdjęcie 3. Przygotowanie zbocza skarpy

II. WARSTWA SEPARACYJNA Z GEOTEKSYLIÓW

W razie konieczności należy rozłożyć geotekstylia na przygotowanym zboczu. Po rozłożeniu, arkusze geotekstyliów należy łączyć na zakładkę i mocować zgodnie z zaleceniami producenta. Należy się upewnić, że geotekstylia znajdują się w rowach wykopowych na obwodzie. Na końcu należy przymocować krawędzie arkuszy, aby zapobiec ich ewentualnemu przesuwaniu się.


Zdjęcie 4. Układanie geotekstyliów

III. INSTALACJA SEKCJI GEOSIATKI

Należy rozmieścić szpilki kotwowe wzdłuż górnej krawędzi planowanej części zbocza tak, aby pasowały w środek pojedynczych komórek. Następnie trzeba rozłożyć luźno sekcję geosiatki i dopasować zewnętrzne komórki do miejsc, w których umieszczono kotwy. W przypadku stosowania kotew firmowych należy upewnić się, że nasadka została zaczepiona na taśmie lub przełożona przez otwór w ścianie oczka.



Zdjęcie 5 i 6. Rozmieszczenie sekcji geosiatki na skarpie

Kolejnym krokiem jest rozłożenie sekcji geosiatki wzdłuż skarpy do jej nominalnych rozmiarów. Do rozłożenia sekcji do pełnych rozmiarów komórek stosuje się:
a) szpilki kotwowe lub pręty z hakiem na górnym końcu (stałe lub tymczasowe).
b) Wypełnienie kilku komórek zewnętrznych.
c) Można skorzystać również z innych dostępnych metod.

Przylegające do siebie komórki należy dokładnie ustawiać w linii i założyć tak, aby górne krawędzie ścianek komórek przylegających do siebie leżały w tej samej linii. Jeśli dokumentacja wykonawcza nie określa ilości opasek niezbędnych do łączenia poszczególnych standardowych 60 taśmowych sekcji standardowo łączy się opaskami zaciskowymi co drugą komórkę przylegających sekcji. W przypadku sekcji o małych komórkach do łączenia krótszych boków sekcji stosuje się 5 opasek zaciskowych, a do łączenia dłuższych boków 15 opasek. Opaski należy przepleść przez przylegające do siebie komórki i zacisnąć tak, aby zamek opaski oparł się o górną krawędź łączonych komórek. Do łączenia sekcji należy użyć opasek z poliamidu, które po opleceniu ścian komórek przylegających sekcji będą miały zęby na całej długości czynnej, co zapewni dobre zaciśniecie opaski. Końcówki opasek wystających poza zamki opasek -jeśli nie zdecydowano inaczej-należy obciąć.

Naciągi poliestrowe (linki kotwiące)
Standardowo dostępne są różnorodne typy naciągów, w celu zastosowania dla różnych wytrzymałości na rozciąganie, tak aby zapewnić szczegółowe wymagania kotwienia. Rozmieszczenie oraz ilość szczegółowych naciągów w obrębie każdej sekcji geosiatki jest określona poprzez zastosowanie metod statycznych analiz.

Kotwienie gruntowe
Komórkowy System Ograniczający stosowany w zabezpieczaniu skarp i zboczy można przymocować za pomocą kotew powierzchniowych lub bloków kotwiących na grzbiecie skarpy, dostosowując je do warunków lokalnych jak i wymagań projektowych. Najczęściej używane typy kotew przedstawione są na Rysunku 3. Obliczenia dotyczące kotwienia można wykonać za pomocą metod analizy statycznej.


Rysunek 3 Typowe Schematy Kotwienia Systemu Komórkowego


IV. ROZMIESZCZANIE WYPEŁNIENIA.

Po zakończeniu prac związanych z kotwieniem sekcji geosiatki, można rozpocząć ich zasypywanie.
Do zasypywania można stosować przyrządy różnego typu:
1. Koparka hydrauliczna (koparka podsiębierna)
2. Ładowarka czołowa
3. Przenośnik
4. Przenośnik skipowy na wysięgu dźwigowym
5. Rynna zasypowa

Zasyp do wypełniania komórek geosiatki należy zrzucać z wysokości mniejszej niż 1 m. Zasyp należy przeprowadzać od grzbietu do podnóża skarpy. Nadsypywanie materiału jest niezbędne i potrzebne do odpowiedniego zagęszczenia wypełnienia. Należy zwrócić uwagę, aby po zakończeniu prac, poziom wypełnienia materiałem odpowiadał wysokości sekcji.


Zdjęcie 7. Wypełnienie sekcji geosiatki komórkowej kruszywem


W przypadku wałów przeciwpowodziowych możemy wybrać materiał, którego użyjemy do wypełnienia sekcji geosiatki komórkowej. W zależności od zastosowania zaleca się różne rodzaje wypełnień, w tym:
• Pokrycie gleby wybraną roślinnością
• Zastosowanie kruszywa z piaskiem, żwirem i kamieniami
• Zastosowanie betonu o różnej wytrzymałości i sposobie wykończenia
• Połączenie powyższych propozycji z myślą o dostosowaniu do panujących warunków


1. Pokrycie roślinnością

Informacje ogólne
Dobrze ukorzeniona roślinność uważana jest za efektywną i atrakcyjną formę ochrony skarp i zboczy, które narażone są na łagodne i umiarkowane erozje powierzchniowe. Pełna skuteczność zastosowania pokrycia roślinnego może jednak nie spełniać swojego zadania w przypadku wystąpienia długotrwałych lub skoncentrowanych spływów powierzchniowych. Takie przepływy mogą stopniowo usuwać cząstki gleby ze strefy korzeni, tworząc wyżłobienia, które ostatecznie spowodują zniszczenie zabezpieczenia.

Korzyści płynące z zastosowania komórkowego systemu ochronnego
• Ściany komórek geosiatki wypełnionych glebą układają się w szereg mini-barier na całej powierzchni skarpy. Dzięki takiemu ciągłemu zawracaniu spływających wód hamowany jest proces powstawania wyżłobień, charakterystyczny podczas przedostawania się skoncentrowanych przepływów w głąb ziemi. Ten mechanizm spowalnia również prędkość przepływu oraz związane z nim siły erozyjne powstające podczas spływu wód.
• W ścianach komórek zamykana i zabezpieczana jest gleba o określonej grubości oraz rozwijająca się strefa korzeni roślin. Korzenie z łatwością przedostają się przez nietkanie geotekstylia do gleby, tworząc tym samym spójną warstwę pokrywającą całość powierzchni skarpy.
• Zauważono, że w suchych rejonach komórki geosiatki - dzięki właściwościom umożliwiającym zachowanie większej ilości wilgoci w warstwie przypowierzchniowej gleby - mogą również sprzyjać rozwijaniu się lokalnej roślinności.

Montaż konstrukcji
• Na stromych zboczach, wypełnianie górnej warstwy gleby zazwyczaj zaczyna się od góry w kierunku podnóża zbocza. Należy unikać pokrywania komórek zbyt dużą ilością gleby oraz umieszczania dużych grud ziemi w komórkach. Następnie należy ubić materiał zasypowy, aby zapobiec ewentualnemu powstawaniu nadmiernej ilości wolnych przestrzeni w warstwie gruntowej. Przed rozpoczęciem ubijania komórki powinny być całkowicie wypełnione materiałem. Ubijanie (zagęszczanie) materiału może spowolnić proces kształtowania się roślinności.
• Natychmiast po rozmieszczeniu wypełnienia powinno nastąpić zasianie roślinności i rozłożenie mat przeciwerozyjnych.

2. Wypełnienie kruszywem.

informacje ogólne
Podczas realizacji, kiedy kąt nachylenia jest mniejszy od kąta spoczynkowego materiału pokryciowego skuteczną ochronę zbocza mogą stanowić żwir i tłuczeń. Należy również zapewnić odpowiednie wsparcie podnóża, tak aby zapobiec odrywaniu się luźnego kruszywa w górnej części zbocza. W przypadku wystąpienia zbyt dużych sił hydrodynamicznych skoncentrowane spływy powierzchniowe mogą powodować erozję wewnątrz materiału pokrywającego.

Korzyści płynące z zastosowania komórkowego systemu ochronnego
• Zamknięcie kruszywa wewnątrz komórek daje możliwość zastosowania Komórkowego Systemu Ograniczającego nawet na najbardziej stromych zboczach. W realizacjach gdzie nie zachodzi potrzeba zasypywania komórek do pełna, kąt nachylenia może nawet przekraczać kąt spoczynku materiałów. Możliwość wyboru spośród różnych rozmiarów i wysokości geosiatek sprawia, że łatwiej jest też dopasować Komórkowy System Ograniczający do potrzeb geometrii zbocza i dostępnego kruszywa.
• Zbocza zabezpieczane geosiatką wypełnioną kruszywem wykazują większą wytrzymałość podczas intensywnych zmywów powierzchniowych niż kruszywo rozmieszczone swobodnie. Ściany geosiatki zapobiegają powstawaniu różnych ścieżek przepływu w warstwie powierzchniowej. Dzieje się tak dlatego, że ograniczone zostaje miejscowe gromadzenie się przepływów i podniesione zostają hydrauliczne naprężenia ścinające.
• Dodatkowo, zastosowanie zaprawy cementowej podnosi odporność na erozję struktury komórkowej wypełnionej kruszywem, nie narażając jej na utratę sprężystości.

Montaż konstrukcji
• Czynności związane z zasypywaniem struktury komórkowej należy przeprowadzać w ostrożny sposób, zwracając uwagę, aby zasypywanie struktury drobnym kruszywem następowało z wysokości nie większej niż 1 m, a w przypadku większego kruszywa z wysokości nie większej niż 0,5m. Należy unikać zasypywania komórek nadmierną ilością kruszywa.
• Zagęszczanie kruszywa umieszczonego wewnątrz struktury komórkowej można przeprowadzić przy pomocy ubijaka płytowego lub spodu łyżki z maszyny, którą kruszywo jest rozmieszczane.

3. Wypełnienie mieszanką betonową

Informacje ogólne
W przypadku skarp i zboczy narażonych na działanie silnych naprężeń hydraulicznych lub mechanicznych, silną i trwałą ochronę można uzyskać, zalewając strukturę geosiatki mieszanką betonową. W przypadku tworzenia płyt betonowych na dużych powierzchniach, aby uniknąć ewentualnych pęknięć, należy przewidzieć dodatkowe stalowe zbrojenie lub wykonanie dylatacji. Prawdopodobieństwo uszkodzenia jest jeszcze większe w przypadku występowania trwałych lub okresowych odkształceń podłoża. Należy również przewidzieć wykonanie szwa roboczego (w betonie na mokro) w celu zabezpieczenia na wypadek skurczu spowodowanego wysychaniem lub skurczu/rozkurczu pod wpływem temperatury

Korzyści płynące z zastosowania komórkowego systemu ochronnego
• Wypełnienie komórek Geosiatki gotową mieszanką cementu tworzy trwałe, odporne na erozję pokrycie zbocza o jednolitej grubości, które zachowuje swoją elastyczność oraz możliwość dostosowywania się do potencjalnych ruchów pod powierzchnią gleby. W przypadku takiej konstrukcji można również zrezygnować ze stosowania warstw podłoża z zagęszczonych materiałów ziarnistych, które stanowią niezbędny element w standardowych rozwiązaniach z płyt betonowych.
• Jakość, wykończenie oraz grubość betonu można zaplanować zgodnie z założeniami projektowymi. Nietkana geotekstylna warstwa podścielająca, w połączeniu z niestandardowymi szczelinami odpływowymi, w razie konieczności, zapewnia efektywne osuszanie gleby pod powierzchnią oraz ochronę filtrującą gruntu rodzimego.
• Skurcz spowodowany wysychaniem wypełnienia betonowego sprawia, że możliwe staje się odprowadzenie wód gruntowych po całej powierzchni zbocza. Tak równomiernie następujący skurcz powoduje, że cały system komórkowy zyskuje na elastyczności.
• Mechaniczne powiązanie wypełnienia betonowego z wnętrzem każdej komórki możliwe jest dzięki unikalnej powierzchni ścian Komórkowego Systemu Ograniczającego. Ściana komórkowa może posiadać perforowaną teksturę powierzchni lub teksturę nieperforowaną. Zakres teksturowania jest większy niż potencjalny skurcz betonu, co umożliwia kotwienie betonu w poszczególnych komórkach. Zastosowanie perforowanych sekcji geosiatki zapewnia dodatkowe kotwienie – mieszanka betonowa przelewa się przez ściany o średnicy perforacji 10 mm.
• Koszty montażu mogą być wysokie. Zalewanie mieszanką betonową można przeprowadzać przy pomocy pompy, podajnika skipowego lub bezpośrednio z betoniarek. W przypadku zboczy o złożonej geometrii wskazane jest również zastosowanie metody formowania betonu.


Montaż konstrukcji
• Komórki należy wypełniać mieszanką betonową, rozpoczynając od góry skarpy do podnóża. Nie zaleca się stosowania nadmiernej ilości kruszywa.

Gotowy wał przeciwpowodziowy, którego skarpy zostały wzmocnione geosiatką komórkową wygląda w sposób przedstawiony na poniższym rysunku.


Rysunek 4. Poglądowy schemat gotowego wału przeciwpowodziowego

Przykładem gotowego wału przeciwpowodziowego z użyciem geosiatki komórkowej, może być wał wykonany w Sandomierzu po powodzi z 1997.




Zdjęcia 8, 9 i 10. Gotowy wał przeciwpowodziowy. Zdjęcia zostały zrobione krótki czas po wykonaniu wału



Zdjęcie 11.


Zdjęcie 12.


Zdjęcie 13.


Zdjęcie 14.


Zdjęcie 15.

Zdjęcia 11-15. Wał przeciwpowodziowy w Sandomierzu. Zdjęcia zrobione w maju 2010 roku. Na ostatnim zdjęciu można rozpoznać po kolorze roślinności jak wysoko stała woda w krytycznym momencie

Podsumowanie.
Historia z ostatnich 13 lat pokazała jak niedostatecznie jesteśmy przygotowani na wzbierające w rzekach wody. Gorszy jednak od nieprzygotowania jest fakt, że na przestrzeni tylu lat nie podjęto prawie żadnych czynności zabezpieczających przed powtórzeniem się sytuacji. Szczególnie dziwi ten fakt w sytuacji, kiedy na rynku jest dostępnych wiele technologii, które mają temu zapobiegać.
Powyższy tekst miał ukazać, jak w prosty i względnie tani sposób można wykonać wały, które przetrwają lata i ograniczą koszty związane z późniejszym likwidowaniem skutków powodzi. Ważne jest by uświadomić sobie, że lepiej zabezpieczyć się przed powodziami, gdyż koszt może jednorazowo być wysoki, ale jest nieporównywalnie niższy z późniejszymi kosztami naprawy zniszczeń i niesienia pomocy potrzebującym

Brak komentarzy:

Publikowanie komentarza