10 MAJER S, AWARIE BUDOWLANE '15, GEOTECHNIKA
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->XXVIIKonferencjaNaukowo-Technicznaawarie budowlane 2015WYKORZYSTANIE KERAMZYTU GEOTECHNICZNEGODO NAPRAWY NASYPÓW DROGOWYCHSTANISŁAWMAJER,majer@zut.edu.plGRZEGORZSZMECHELWydział Budownictwa i Architektury, Zachodniopomorskie Uniwersytet Technologicznyw SzczecinieStreszczenie:W artykule przedstawiono zastosowanie keramzytu geotechnicznego podczas budowy obwodnicym. Gościno w ciągu drogi wojewódzkiej nr 162 oraz propozycje naprawy uszkodzonej konstrukcji nawierzchnidrogi wojewódzkiej nr 106 w km 34 + 060 do 34 + 180. Powodem przerwania prac na obwodnicy Gościna jak ideformacji nawierzchni drogi wojewódzkiej nr 106 koło miejscowości Ogorzele były grunty organiczne,znajdujące się w podstawie nasypów. W obydwu przypadkach zaproponowano z uwagi na ponad 100 letni okresużytkowania nasypów, zastosowanie odciążenia gruntów słabych. Jako materiał lekki zastosowano keramzytgeotechniczny, charakteryzujący się gęstością po zagęszczeniu ok. 400 kg/m3. Tak wykonana przebudowanasypu daje taki sam rezultat jak czasowe przeciążenie organicznego podłoża, pod względem redukcjidługotrwałych osiadań. W drugim analizowanym przypadku dodatkowo należało uwzględnić koniecznośćutrzymania przejezdności drogi podczas przebudowy.Słowa kluczowe:keramzyt geotechniczny, awaria nasypu, osiadania nasypów, grunty organiczne.1. WprowadzenieZachodniopomorskie pod względem fizycznogeograficznym znajduje się w obrębiePobrzeży Południowobałtyckich i Pojezierzy Południowobałtyckich [1]. Rzeźba i gruntyprzypowierzchniowe powstały przede wszystkim w plejstocenie podczas ostatniego zlodowa-cenia i holocenie. Charakterystyczne dla rzeźby młodoglacjalnej jest występowanie równini wzniesień moreny dennej, wałów moren czołowych, pradolin, rynien subglacjalnych i wyto-pisk. W zagłębieniach po martwym lodzie, wytopiskach, dolinach wód roztopowych, przyjeziorach występują dość często grunty genezy organogenicznej reprezentowane przede wszy-stkim przez torfy w mniejszym stopniu gytie i namuły.Przy budowie tras komunikacyjnych z uwagi na liniowy charakter, istnieje duże ryzykonatrafienia na słabe grunty w podłożu. W przypadku tras komunikacyjnych budowanychw XIX wieku bardzo trudno niejednokrotnie stwierdzić jakie metody zastosowano podczasposadowienia nasypów lub konstrukcji nawierzchni dróg i torowisk na gruntach słabych.Najczęściej była to budowa nasypów metodą czołową, aż do momentu wyparcia gruntuz podstawy nasypu lub ustabilizowania osiadań.2. Opis analizowanych przypadkówObwodnica Gościna o długość 2,8 km w ciągu drogi wojewódzkiej nr 162, oddanado użytku została pod koniec 2014 r. Zaprojektowano ją wzdłuż zachodniej strony miasta,wykorzystując trasę i nasypy kolejki wąskotorowej (rys. 1). Do budowy obwodnicy przystą-piono w 2011 r., podczas prowadzenia prac stwierdzono występowanie torfów pod nasypamiw rejonie równi stacyjnej. Zlecono wykonanie badań geotechnicznych i projektu wzmocnieniapodłoża. Do prac w rejonie występowania słabych gruntów przystąpiono ponownie w roku380Wykorzystanie keramzytu geotechnicznego do naprawy nasypów drogowych2013, z uwagi na upadłość wykonawcy obwodnica została dokończona w 2014 r. W rozpoz-naniu geotechnicznym wykonanym w ramach dokumentacji projektowej obszar ten nie zostałobjęty badaniami. Najbliższy odwiert zlokalizowano 20 m od miejsca występowania torfów.W pierwszym etapie uzupełniono rozpoznanie geotechniczne w tym rejonie stwierdzającwystępowanie torfówśrednio-i słabo rozłożonych. Warstwy tej nie przewiercono i nie wyko-nano także badań laboratoryjnych.Rys. 1. Obwodnica Gościna i lokalizacja występowania gruntów organicznych [ZZDW Koszalin]Drugi z analizowanych przypadków jest klasycznym przypadkiem likwidacji deformacjinawierzchni poprzez remonty warstwyścieralnej.Ten „typowy” odcinek znajduje się na dro-dze wojewódzkiej nr 106 pomiędzy Kamieniem Pomorskim a Nowogardem a dokładniepomiędzy miejscowościami Karsk – Ogorzele, w km 34 + 060 do 34 + 180 rys. 2. Po ostatnimdoraźnym remoncie nawierzchni i ponownym wystąpieniu deformacji nawierzchni w czasiezaledwie niecałego roku, Zachodniopomorski Zarząd Dróg Wojewódzkich podjął decyzjeo przebudowie drogi.Rys. 2. Orientacyjny plan lokalizacjiuszkodzonego odcinka [www.geoportal.pl]Rys. 3. Pękniecie i deformacja nawierzchni[zdjęcie ZZDW Koszalin]3. Warunki gruntowo-wodneGeomorfologicznie przedmiotowe tereny są bardzo do siebie podobne leżą w obrębiefalistej wysoczyzny morenowej utworzonej z glin zwałowych w Równinie NowogardzkiejGeotechnika381i Gryfickiej. W obniżeniach terenu zdeponowane są osady młodsze rzeczno-rozlewiskowei bagienne.W pierwszym z analizowanych przypadków pod warstwą nasypów kolejki wąskotorowejzbudowanej w 1895 r. [2] stwierdzono występowanie gruntów organicznych. Przy podstawienasypu kolejki (pobocze projektowanej obwodnicy) stwierdzono występowanieświeżychtor-fów o zawartości części organicznych od 50 do 80% oraz wilgotności od 400 do 600%,gęstością od 1,03 do 1,05 g/cm3, podścielonych glinami zwałowymi. Bezpośrednio pod nasy-pem (zbudowanym ześredniozagęszczonych piaskówśrednichi grubych) grunty te charak-teryzowały się lepszymi parametrami wilgotnością zbliżoną do 300% i gęstością w zakresie1,165–1,175 g/cm3. Moduły edometryczne dla torfuświeżegowynosiłyM= 216–295 kPaM= 775–1165 kPa, natomiast dla torfu spod nasypuM= 500 kPa iM= 1680 kPa. Wodęgruntową podczas badań nawiercono na rzędnej 39,3 m n.p.m. tj. ponad 2,0 m poniżejprojektowanej niwelety obwodnicy.Rys. 4. Przekrój geotechniczny przy podstawie nasypu kolejkiW drugim z analizowanych przypadków rzędne terenu w rejonie obniżenia wynoszą ca. 42 mn.p.m. a nawierzchni drogi (w nasypie) 44 m. n.p.m. Z uwagi na fakt, iż podczas badańzaobserwowano wypiętrzenie się podłoża przy podstawie nasypu, podłoże rozpoznano maksy-malnie do głębokości 12,0 m i obejmowało nasyp oraz grunt przy podstawie nasypu.Na podstawie wykonanych badań terenowych na odcinku drogi 106 od km 34 + 060 do 34 + 180warstwa nasypu osiąga miąższość od 5,3 m do 2,3 m a grubość warstw bitumicznych w skrajnymprzypadku osiąga miąższość 1,5 m. Nasypy zbudowane są z piasków drobnych a lokalnie,z piaskówśrednichz domieszką gliny. Podłoże rodzime (poniżej nasypów) zbudowane jestz osadów pochodzenia organicznego (torfy oraz podrzędnie namuły). Zasięg występowaniai miąższość tych osadów jest bardzo zróżnicowany. Analizując wykonane przekroje geotechni-czne oraz wyniki wierceń stwierdzono, iż nie na całej długość rozpatrywanego odcinka wystę-pują grunty organiczne. Poniżej nasypu drogowego począwszy od punktu nr 8 (początek opra-cowania) poprzez 4 do otworu nr 3 miąższość torfów rośnie od 0,4 m do 4,5 m. W kolejnychanalizowanych odwiertach (wykonanych dalej w kierunku Nowogardu) do głębokości 8,0 m nie382Wykorzystanie keramzytu geotechnicznego do naprawy nasypów drogowychudokumentowano gruntów organicznych. Biorąc pod uwagę bardzo duże osiadania nawierzchnina tym odcinku, nie można było wykluczyć,żewarstwa torfu została przerwana i wypartaz podłoża a piaski nawiercone poniżej głębokości 4,5–5,0 m to grunty nasypowe. W otworachwykonywanych u podnóża nasypu miąższość gruntów organicznych wynosi 3,5–6,3 m. Wyjątekstanowi punkt nr 6, gdzie nie stwierdzono torfów, nie można wykluczyć,żerównież w tymrejonie grunty organiczne zostały wyparte poza obręb nasypu drogowego. Poniżej seriiorganicznej podłoże budują piaski drobne i lokalnie piaskiśredniena pograniczu grubych.W otworach nr 3 i 8 na głębokości odpowiednio 10,5 m i 3,2 m nawiercono piaski gliniaste.W trakcie prac polowych w otworach zlokalizowanych na nasypie drogowym wodę grunto-wą o zwierciadle swobodnym nawiercono na głębokości 2,0–2,2 m (tj. 41,68–41,91 m n.p.m.)i lokalnie napiętym na 2,7 m, która stabilizowała się na 41,51 m n.p.m. W otworach wykonywa-nych poniżej nasypu woda gruntowa utrzymywała się na 0,1–0,3 m (tj. 41,70–42,05 m n.p.m.).Torfy zalegające poniżej nasypów są częściowo skonsolidowane poprzez nadkład nasypu.Wytrzymałość naścinanietych gruntów mierzona sondą krzyżakową wynosiτfmax= 143 kPa.Torfy występujące poza zakresem oddziaływania nasypów to grunty nieskonsolidowaneo znacznie niższej wytrzymałości naścinanieτfmax= 27 kPa.Rys. 5. przekrój geotechniczny I-I4. Koncepcja wzmocnieniaSpośród wielu metod wzmacniania podłoża [3] do stosunkowo prostych sposobów uzys-kania efektu wzmocnienia i stabilizacji osiadań torfowego podłoża jest zastosowanie metodyGeotechnika383czasowego przeciążenia lub odciążenia [4, 5]. Jako przeciążenie w budownictwie komunika-cyjnym stosuje się wykonanie przewyższenia nasypu wywołującym dodatkowe obciążenie.Na rysunku 6 przedstawiono zależności pomiędzy osiadaniem a zmiennym obciążeniemwystępujące w gruntach organicznych. Obciążenieq1powoduje długotrwały rozwój osiadań,przy zastosowaniu odciążenia o wartościΔqpo czasietpmożna doprowadzić do sytuacji gdynastępuje stabilizacja osiadań organicznego podłoża. Podobny efekt uzyskuje się w przypadkuistniejących nasypów poprzez zmniejszenie ich ciężaru. Efekt odciążenia uzyskuj się poprzezzastawanie lekkich materiałów takich jak np. keramzyt, pianobeton, styropian.Rys. 6. Schemat zależności osiadańsgruntów organicznych od zmiennego w czasieq[5]Oba rozpatrywane odcinki dróg wojewódzkich obciążone są ruchem KR3. W przypadkuGościnna krawężnik projektowanej jezdni obwodnicy zlokalizowany był na krawędzi istnie-jącego nasypu. Analiza parametrów geotechnicznych gruntów organicznych wskazuje,żezostały one skonsolidowane nasypem kolejki wąskotorowej i charakteryzują się dobrymiwłaściwościami wytrzymałościowymi, o czymświadczybrak deformacji i osiadań istnieją-cego nasypu. W związku z tym problemem nie była nośność podłoża, lecz przyrost osiadań naskutek dociążenia ciężarem konstrukcji nawierzchni i częściowo nowego nasypu. Z uwagi nauwarunkowania technologiczne zdecydowano się na zastosowanie keramzytu geotechniczne-go. Konstrukcje odciążającą i wzmacniającą odcinka obwodnicy m. Gościno zaprojektowanoz keramzytu geotechnicznego 10/20 w materacu z geotkaniny PES o wytrzymałości na rozcią-ganie 120 kN/m i warstwy z kruszywa 0/63 o grubości 0,3 m zbrojonej siatką z poliestru PESo wytrzymałości na rozciągnie 65 kN/m. Z uwagi na stwierdzoną miąższość gruntów organi-cznych zaprojektowano następujący zakres zastosowania keramzytu:– od km 1 + 433 do km 1 + 455 warstwę keramzytu o grubości 0,70 m,– od km 1 + 456 do km 1 + 510 warstwa keramzytu o grubości 1,40 m,– od km 1 + 511 do km 1 + 522 warstwę keramzytu o grubości 0,70 m.Skuteczność odciążenia organicznego podłoża wynosi:– usunięty nasyp: 1,6 · 18,5 kN/m3= 29,6 kPa,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]