Funkcje ścianek szczelnych w kontekście zabezpieczania wykopów

Prowadzenie inwestycji budowlanych, zwłaszcza tych, które są zakrojone na szeroką skalę ze względu na swoją wielkość czy charakter wykonywanych robót, wymaga bardzo dobrego przygotowania i koordynacji, ponieważ wiąże się z wieloma zadaniami realizowanymi według określonego harmonogramu, a wiele prac przebiega równocześnie.

Duże nagromadzenie sprzętu, a także ludzi na ograniczonej przestrzeni oraz wysokie koszty ewentualnych opóźnień i przestojów sprawiają, że szczególnego znaczenia dla tempa robót nabiera zachowanie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa. Działania w tym zakresie są podejmowane na wielu poziomach – często jest to nie tylko przestrzeganie zasad BHP, ale także takie dobieranie technologii, by w parze z eliminowaniem ryzyka wypadku szła ochrona przed zdarzeniami wpływającymi na pogorszenie warunków technicznych. Dobrym przykładem działania, które gwarantuje zarówno zwiększenie bezpieczeństwa pracowników, jak i ułatwia poszczególne zadania, jest stosowanie ścianek szczelnych zabezpieczających wykopy. Przyjrzyjmy się bliżej tej technologii, sprawdźmy, na czym polega oraz przekonajmy się, jakie funkcje realizuje.

 

Prace ziemne związane z przygotowaniem wykopów

Prowadzenie wykopów jest nieodłączną częścią procesu związanego z przygotowaniem terenu do realizacji inwestycji oraz z wykonywaniem jej poszczególnych etapów. Wykopy są zwykle niezbędne podczas prac ziemnych wymagających przygotowania podłoża do fundamentowania zarówno przy posadowianiu obiektów kubaturowych, jak i elementów inwestycji liniowych. W pierwszym przypadku na ogół potrzebne są wykopy szerokoprzestrzenne, gdzie szerokość jest większa od głębokości, a powierzchnia jest duża i zbliżona do kształtu budynku. Wykopy tego typu są często używane również przy budowie elementów składających się na drogi czy linie kolejowe, a także na różne instalacje np. podziemne zbiorniki. O wiele częściej są jednak w takich sytuacjach wykorzystywane wykopy wąskoprzestrzenne – o szerokości mniejszej niż 1,5 metra lub takie, gdzie głębokość jest zdecydowanie większa od szerokości. Z wykopami wąskoprzestrzennymi mamy zwykle do czynienia przy budowie infrastruktury – sieci przesyłowych, rurociągów przemysłowych, wodno-kanalizacyjnych i systemów odwadniających.

Ponieważ wykopy wymagają przemieszczania znacznych mas ziemi, wykonuje się je z użyciem ciężkiego sprzętu budowlanego. Przy wykopach wąskoprzestrzennych najczęściej niezbędne jest używanie koparek, które mogą składować wydobywany materiał w pobliżu wykopu, co znacznie zmniejsza koszty, ułatwiając późniejsze jego zasypanie. Przy inwestycjach kubaturowych, gdy wykop ma służyć wykonaniu fundamentowania, a często także budowie podziemnych kondygnacji grunt musi zostać nie tylko usunięty, ale także wywieziony, co wymaga korzystania z odpowiedniej do skali i tempa prac liczby samochodów wywrotek, a przy dużych powierzchniach także ładowarek usprawniających cały proces.

Przemieszczanie dużych mas ziemi wiąże się z koniecznością odpowiedniego zabezpieczenia terenu prowadzonych prac. Dużym wyzwaniem, zwłaszcza w przypadku głębokich wykopów sięgających kilku lub niekiedy kilkunastu metrów będzie ochrona pracujących w nich ludzi, zgromadzonego sprzętu, a także bezpośredniego otoczenia inwestycji. Możliwy wypadek będzie w takich sytuacjach oznaczał realne zagrożenie dla życia i zdrowia ludzkiego, a koszt wydobycia maszyn czy usunięcia ewentualnych awarii będzie znaczny. Równie istotne jest ryzyko spowodowania katastrofy budowlanej, jeśli w pobliżu znajdują się inne budowle, których stabilność może ulec zachwianiu wskutek niekontrolowanego przemieszczenia się ziemi. Poważnym problemem na terenach silnie zurbanizowanych jest ewentualne zniszczenie przebiegających w sąsiedztwie instalacji wodno-kanalizacyjnych, energetycznych albo gazowych.

 

Charakterystyka ścianek szczelnych

Wykonywanie zabezpieczeń robót ziemnych może być realizowane przy użyciu różnych metod, w zależności od panujących warunków geologicznych i hydrogeologicznych, a także wielkości i charakteru inwestycji. Wśród najpopularniejszych sposobów znajduje się m.in. stosowanie szalunków systemowych w postaci płyt i odpowiednich rozpór, co jest wykorzystywane przy wykopach wąskoprzestrzennych, a także ścianek berlińskich, ścian szczelinowych czy rozmaitych technik palowania i jet gorundingu. Jedną z bardziej wszechstronnych oraz chętniej wybieranych metod jest technika budowy ścianek szczelnych.

Ścianki szczelne mogą być wykonywane z grodzic stalowych tzw. burs, a w razie potrzeby również elementów wyprodukowanych z tworzyw sztucznych np. winylu. Bursy stalowe są wykonane z grubej blachy, która najczęściej jest walcowana na gorąco lub zimno w zależności od oczekiwań wytrzymałościowych. Każda bursa ma nadawany określony profil, który wzmacnia jej wytrzymałość na obciążenia. Produkowane są zarówno grodzice w kształcie przypominającym literę U z mocno rozchylonymi brzegami, jak i profile Z albo omega. Choć właściwe przetłoczenie burs daje im wymaganą odporność na działanie sił zewnętrznych – nie tylko przy obciążeniach związanych z powstrzymywaniem naporu gruntu, ale także samym instalowaniu, to ważnym elementem jest także znajdujący się na obu brzegach zamek pozwalający na łączenie poszczególnych burs w jednolitą konstrukcję. Zamek ułatwia pozycjonowanie grodzicy podczas jej zagłębiania i zapewnia odpowiednią szczelność. W wielu przypadkach wiążących się ze szczególnymi wymaganiami co do szczelności, np. przy pracach hydrotechnicznych, zamki są nie tylko łączone mechanicznie, ale nierzadko także pokrywane specjalnymi masami bitumicznymi, zaciskane lub spawane.

Osadzanie grodzic stalowym może się odbywać na różne sposoby, w zależności od warunków, w jakich jest prowadzona inwestycja. Tradycyjną formą pogrążania burs jest ich wbijanie, jednak wywołuje ono duży hałas i powoduje spore drgania, nie może więc być wykorzystywane na terenach sąsiadujących z istniejącą zabudową. Bardziej przyjazną dla otoczenia metodą jest korzystanie z wibromłotów, w tym przypadku bursa jest instalowana za sprawą siły nacisku, ale także generowanych przez mechanizm wibracji, które umożliwiają rozluźnienie gruntu za sprawą wirujących mas umieszczanych w specjalnej skrzyni będącej elementem głowicy roboczej urządzenia. Najmniej kłopotliwą technologią jest używanie wciskarek hydraulicznych, które osadzają grodzicę jedynie przez generowanie odpowiedniego nacisku.

Poza najpopularniejszymi ściankami szczelnymi z grodzic stalowych wykonywane są również ścianki żelbetowe. To rozwiązanie jest jednak stosowane głównie wtedy, gdy mają się one stać elementem budowli i przenosić obciążenie pionowe. W praktyce podczas samego zabezpieczania wykopów ścianki z żelbetu wykonuje się bardzo rzadko.

 

Przed czym zabezpieczają ścianki szczelne?

Najważniejszą funkcją ścianek szczelnych jest powstrzymywanie naporu masy ziemi znajdującej się wokół wykopu. Za sprawą pogrążenia w odpowiednio nośnym podłożu czy zastosowania specjalnego kotwienia, wieńca łączącego górne części burs czy wspomagania konstrukcji właściwymi rozporami tworzące ściankę grodzice powstrzymują osypanie się ziemi. Mechaniczne zapobieganie przemieszczeniu się tzw. klina odłamu pozwala na większe obciążanie terenu przylegającego do ścian wykopu. Dzięki takiemu rozwiązaniu nie dojdzie do poślizgu czy też obrywu ziemi wywołanego własnym ciężarem, wibracjami powodowanymi przez pracujące w pobliżu urządzenia lub przejeżdżające pojazdy. Ścianki szczelne zabezpieczają przed erozyjnym działaniem wody, chroniąc ściany wykopu zarówno przed spływającą po nich wodą deszczową, jak i upłynnieniem gruntu, do którego może dojść w następstwie długotrwałych opadów atmosferycznych.

Ścianki szczelne są także sposobem na radzenie sobie z wodą gruntową. Konstrukcje tego rodzaju zabezpieczają wykop przed przesiąkaniem wody zmagazynowanej w podłożu, a także ułatwiają stosowanie aktywnych metod odwadniania. Za sprawą połączenia grodzic wykop nie będzie więc zalewany, a stosowane systemy igłofiltrów czy innych rozwiązań zmierzających do obniżenia lustra wód gruntowych mogą działać bez przeszkód. Korzyścią ze stosowania ścianek szczelnych będzie także ochrona dna wykopu. Ścianki szczelne często są stosowane w połączeniu z różnymi technologiami uszczelniania dna wykopu, np. osadzania na odpowiedniej głębokości korka betonowego.

Warto pamiętać, że ścianki szczelne są wykorzystywane także jako konstrukcje oporowe przy zabezpieczaniu skarp, wzmacnianiu nadbrzeży i przy budowie różnych budowli hydrotechnicznych – kanałów, nadbrzeży oraz przystani. Korzysta się z nich przy pracach prowadzonych na dnie zbiorników wodnych oraz rozmaitych cieków.

Poza wykorzystywaniem burs stalowych ochronę przed niekontrolowanym przemieszczaniem się gruntu lub napływem wód gruntowych mogą zapewnić inne rozwiązania techniczne, takie jak wykonanie palisady ze stykających się ze sobą pali lub konstrukcji tworzonej dzięki iniekcji strumieniowej, jednak podobnie jak technologie związane z budową ścianek szczelinowych nie są one używane jedynie do ochrony wykopów, a najczęściej stają się też elementem konstrukcji.

Zaletą używania ścianek szczelnych z burs stalowych jest przede wszystkim stosunkowo niski koszt zainstalowania konstrukcji oraz możliwość odzyskania użytych burs i ich ponownego zastosowania, co ogranicza związane z pracami wydatki. Znaczenie mają krótki czas realizacji, a także dobre parametry wytrzymałościowe, przydatność w różnych warunkach geologicznych i hydrogeologicznych, jak również szeroki wachlarz dodatkowych zastosowań.