Kształtowanie skarp wykopów otwartych
Prowadzenie zdecydowanej większości robót budowlanych wiąże się z podwyższonym ryzykiem wypadku czy niebezpiecznego zdarzenia, które może być spowodowane zarówno samym charakterem wykonywanych prac, jak i dużym nagromadzeniem przemieszczającego się sprzętu oraz ludzi realizujących jednocześnie wiele zadań.
Wszystkie potencjalne zagrożenia mogą wpływać nie tylko na zdrowie i życie pracowników zaangażowanych w budowę, ale także być przyczyną strat w sprzęcie oraz materiałach, a także powodować kosztowne przestoje zaburzając przyjęty harmonogram. W związku z tym jedną z kluczowych kwestii podczas realizowania wszystkich inwestycji niezależnie od ich wielkości i specyfiki jest ścisłe przestrzeganie przepisów BHP oraz obowiązujących norm dotyczących każdego etapu robót. Jednym z obszarów, w których występuje wyjątkowo wysoki poziom ryzyka, są prace ziemne związane z wykonywaniem wykopów – zwłaszcza otwartych – oraz prawidłowym zabezpieczaniem wykopów. Przyjrzyjmy się bliżej zagadnieniom związanym z wykonywaniem wykopów otwartych i sprawdźmy, jakie przełożenie na bezpieczeństwo ma właściwe kształtowanie ich skarp.
Podstawowe zagrożenia związane z prowadzeniem wykopów
Prowadzenie robót ziemnych związanych z przygotowywaniem wkopów wiąże się z wieloma zagrożeniami dla zdrowia pracowników. Jednym z najpoważniejszych niebezpieczeństw będzie w tym przypadku ryzyko przysypania osób znajdujących się wewnątrz wykopu w wyniku zawalenia się jego ścian. W zależności od głębokości i wielkości obrywu na poszkodowanych może spaść znaczna ilość ziemi o sporej masie. Masa osuwającego się gruntu jest uwarunkowana jego składem oraz intensywnością przemieszczenia, jednak warto pamiętać, że waga metra sześciennego suchego piasku to około półtorej tony, a taka sama objętość żwiru to już niemal 1700 kg. Jeśli osypujący się materiał jest mokry, jego ciężar będzie znacznie większy. Poza możliwymi obrażeniami spowodowanymi przez osypującą się ziemię największym zagrożeniem jest brak powietrza, a w jego następstwie szybko następujące uduszenie się. Warto pamiętać, że choć rekord nurkowania statycznego tj. bez dodatkowego wysiłku wynosi około 11 minut, to w większości przypadków zgon następuje już po kilku minutach.
Osunięcie się ziemi na dno wykopu oznacza również poważne następstwa, jeśli chodzi o związane z tym koszty. W przypadku, gdy zasypane zostaną istniejące już instalacje lub fragmenty wykonanych robót, do ich odkopania nie zawsze będzie można użyć ciężkiego sprzętu, by nie spowodować dodatkowych uszkodzeń, co wpłynie na wydłużenie czasu realizacji całego projektu. Warto też mieć na uwadze fakt, że przysypany sprzęt czy efekty zrealizowanych prac mogą ulec trwałemu uszkodzeniu. Zagrożone będą również obiekty i instalacje znajdujące się w pobliżu wykopu – budynki, drogi i wszelkiego typu infrastruktura. Nie można też zapominać, że prowadzenie wykopów oznacza ryzyko poślizgnięcia się i wpadnięcia do środka czy spadanie brył ziemi lub kamieni znajdujących się na jego ścianach.
Ryzyko osunięcia się ziemi wiąże się w przeważającej mierze z budową geologiczną terenu, na którym są prowadzone wykopy, a także ich głębokością, obciążeniem bezpośrednio przylegających powierzchni np. przez złożenie na nich większej ilości ciężkich materiałów budowlanych lub wjeżdżające maszyny i urządzenia, a także działanie erozyjne wody opadowej lub powierzchniowej oraz generowane w pobliżu wstrząsy i wibracje. Jeśli chodzi o zagrożenia wynikające z rodzaju gruntu lub układu jego warstw, to najczęściej dochodzi tu do poślizgu na granicy warstw lub utraty spoistości jednego z materiałów. Oba te czynniki mogą być wzmagane przez duży nacisk czy płynącą wodę, która może oddziaływać, wymywając fragmenty podłoża lub w przypadku przesiąkających wód gruntowych prowadzić do jego upłynnienia. Destrukcyjny wpływ wibracji wiąże się z przekazywaniem drgań, które osłabiają spoistość podłoża i wywołują liczne przemieszczenia cząsteczek, z jakich jest zbudowany grunt.
Istnieje wiele sposobów na zdecydowane ograniczenie ryzyka osunięcia się ziemi w wykopie, a rodzaj zastosowanej metody zależy od typu przygotowanego wykopu oraz charakteru prac, które mają zostać wykonane. Warto pamiętać, że dobranie odpowiedniego sposobu zabezpieczenia należy do projektanta przygotowującego plan robót ziemnych lub do osoby sporządzającej projekt całej inwestycji w zależności od jej skali i rodzaju.
Rodzaje wykopów a możliwe rodzaje zabezpieczeń
Wykopy wykonywane w ramach prowadzenia robót ziemnych mogą znacznie się od siebie różnić ze względu na swój rodzaj i przeznaczenie. Rozróżnienia mogą być prowadzone na podstawie wymiarów – możemy mieć wówczas do czynienia z wykopami wąsko przestrzennymi, czyli o szerokości dna nieprzekraczającej 1,5 metra albo szerokoprzestrzennymi, gdy dno jest szersze niż 1,5 metra. Pod względem głębokości wykopy mogą być dzielone na płytkie (do 1 metra), średniogłębokie (do 3 metrów) i głębokie (powyżej 3 metrów). Dla kwestii związanych z bezpieczeństwem kluczowe znaczenie ma jednak podział na wykopy otwarte i obudowane. W przypadku wykopu otwartego jego ściany stanowią zbocza skarpy powstałej w wyniku wybrania części podłoża, które nie są dodatkowo zabezpieczone. Wykopy obudowane, to natomiast te, w których ściany zostały zabezpieczone za pomocą różnych środków technicznych.
Istnieje wiele metod zabezpieczenia ścian wykopu, w zależności od jego parametrów. W przypadku wykopów wąskoprzestrzennych najczęściej stosuje się rozmaite szalunki systemowe w postaci płyt oporowych, między którymi znajdują się odpowiednie rozpory. Wykopy szerokoprzestrzenne można chronić przed osypywaniem się ziemi na wiele sposobów, przy czym najpopularniejsze jest jedynie kilka z nich. Często stosowanym rozwiązaniem jest wykonanie konstrukcji oporowych w postaci tzw. ścianek berlińskich zbudowanych z drewnianych belek albo żelbetowych prefabrykatów umieszczanych między zagłębionymi w gruncie słupami wykonanymi ze stalowego lub betonowego dwuteownika. Inną metodą jest pogrążanie łączonych ze sobą stalowych grodzic i budowa tzw. ścianek szczelnych. Możliwe jest stosowanie palisad zbudowanych z pali wierconych lub zagłębianych dynamicznie pali przemieszczanych. W przypadku, gdy zabezpieczenie ma się stać integralną częścią wznoszonej budowli, stosuje się też ściany szczelinowe.
Gdy w grę wchodzą wykopy otwarte, sposobem na zabezpieczanie ścian jest jedynie ich odpowiednie ukształtowanie. Warto pamiętać, że wykopy otwarte mogą mieć ściany pionowe albo o nachyleniu mniejszym od bezpiecznego tylko w ściśle określonych przypadkach. Jest to dopuszczalne w gruntach spoistych (z wykluczeniem ekspansywnych iłów) albo skałach wówczas, gdy teren nie jest zagrożony powstawaniem osuwisk, a podłoże w pobliżu wykopu, czyli tzw. naziom, nie jest obciążone w pasie odpowiadającym jego szerokości. Dodatkowym wymogiem będzie jednak maksymalna głębokość wykopu – dla skał litych, które były odspajane mechanicznie będą to 4 metry, przy gruntach spoistych 1,25 meta, zaś w przypadku zwietrzelin, rumoszy i skał spękanych 1 metr. Jednocześnie wykopy bez dodatkowego zabezpieczenia o ścianach pionowych mogą być wykonane do głębokości 1 metra w gruntach spoistych, a o głębokości od 1 do 2 metrów wówczas, kiedy umożliwiają to wyniki badań geologicznych.
Wymagania dla skarp wykopów otwartych
Przygotowanie wykopów otwartych w warunkach, w których nie mogą być zastosowane ściany pionowe lub pochylone pod kątem niezbędne będzie wykonanie skarp o tzw. nachyleniu bezpiecznym. Powinno ono być z góry określone w projekcie, jeśli inwestycja jest wykonywana na obszarach, gdzie w badaniach geologicznych stwierdzono występowanie gruntu nawodnionego (o stopniu wilgotności Sr wskazującym na napełnienie porów występujących w podłożu wodą między 0,8 a 1,0) lub występowanie iłów pęczniejących. Wskazanie odpowiedniego pochylenia ustalonego na podstawie wyników badań i przeprowadzonych obliczeń okaże się też niezbędne w sytuacji, gdy prace będą wykonywane na terenach osuwiskowych, deniwelacja, czyli różnica poziomów jest większa niż 4 metry albo wówczas, gdy uziom będzie dodatkowo obciążany w trakcie prowadzonych prac. Jeżeli żaden z warunków nie jest spełniony, za pochylenie bezpieczne przyjmuje się wartości standardowe.
Kąt nachylenia skarpy wykopu uznawany za bezpieczny, tj. chroniący przez samoistnym obsunięciem się ziemi jest inny dla wykopów tymczasowych (o okresie użytkowania mniejszym niż rok) oraz trwałych (użytkowanych dłużej niż rok). W pierwszym przypadku nachylenie skarpy jest uzależnione od rodzaju gruntu, w tym jego spoistości wyrażanej stopniem plastyczności oraz stanu uwarunkowanego wskaźnikiem konsystencji. Dla materiału od średnio spoistego do bardzo spoistego (np. iłów lub glin) będącego przynajmniej w stanie twardoplastycznym nachylenie musi wynosić 1:0,5. Przy zwietrzelinach, rumoszach i skałach spękanych powinno to być 1:1, zaś przy gruntach mało spoistych (m.in. pyłach, glinach zwałowych, gliniastych piaskach), a także rumoszach zwietrzelinowych gliniastych 1:1,25. Jeśli chodzi o grunty niespoiste albo spoiste w stanie plastycznym nachylenie bezpieczne to 1:1,5.
Przy wykonywaniu wykopów otwartych ze ścianami o nachyleniu bezpiecznym niezbędne będzie wykonanie naziomu ze spadkiem kierującym wodę opadową w kierunku przeciwnym do krawędzi wykopu na obszarze o trzykrotnej szerokości wykopu. Spadek ułatwiający odprowadzania wód opadowych musi być wykonany również na dnie wykopu i schodzić się w jego środku. Ewentualne uszkodzenia ścian powinny być korygowane, a stan skarp weryfikowany podczas okresowych kontroli.
Bezpieczny kąt nachylenia skarp otwartych wykopów trwałych jest natomiast uzależniony od głębokości wykopu. W przypadku wykopów do 2 metrów nachylenie musi wynosić 1:1,5. Dla głębokości między 2 a 4 metry powinno być na poziomie 1:1,75, natomiast przy głębokości od 2 do 6 metrów nachylenie skarpy to 1:2. W przypadku gdy głębokość wykopu ma być większa niż 6 metrów, niezbędne będzie przeprowadzenie wyliczeń stateczności.