Zalety i wady stalowych ścianek szczelnych

Prowadzenie prac budowlanych związanych z wykonywaniem robót ziemnych, fundamentowaniem, drogownictwem czy wznoszeniem budowli hydrotechnicznych wymaga częstego stosowania rozwiązań, które pozwalają na odpowiednie zabezpieczenie terenu.

Jednymi z większych zagrożeń w sytuacjach, w których niezbędne jest prowadzenie wykopów, są ryzyko osunięcia się ziemi oraz problemy łączące się z oddziaływaniem wód gruntowych. Przemieszczenia gruntu wywołane zachwianiem stabilności wskutek budowy geologicznej podłoża, nadmiernym obciążeniem terenu przylegającego do wykopu, działalnością wody opadowej powodującej erozję powstałych skarp albo drgania i wibracje mogą doprowadzić do zagrożenia zdrowia i życia ludzi znajdujących się w wykopie, a także obok niego, jak również zniszczyć używany sprzęt, a ponadto skomplikować harmonogram przez opóźnienia związane z usuwaniem skutków zdarzenia. Dużym zagrożeniem jest przesiąkanie wód gruntowych, które mogą zalewać dno wykopu lub upłynniać skarpy wzmagając zagrożenie osunięć. Metody zapobiegania tym zjawiskom mogą być bardzo różne. Najskuteczniejsze i najbardziej optymalne z punktu widzenia kosztów oraz możliwości technicznych jest zazwyczaj w takich przypadkach wykonanie stalowych ścianek szczelnych lub skorzystanie z technologii dających zbliżone rezultaty w zależności od rodzaju inwestycji, typu podłoża oraz funkcji dodatkowych, jakie ma pełnić wykonane zabezpieczenie. Przyjrzyjmy się bliżej rodzajom ścianek szczelnych i przekonajmy się, jakie są metody ich budowy, a także sprawdźmy wady i zalety tego rozwiązania.

 

Z czego powstają stalowe ścianki szczelne?

Podstawowym zadaniem ścianek szczelnych jest powstrzymywanie naporu gruntu, połączone z wysoką odpornością na działanie wód gruntowych lub powierzchniowych. Do najczęściej wykorzystywanych rozwiązań należą konstrukcje stalowe wykonywane przez zagłębianie grodzic, tzw. burs na odpowiednią głębokość, a nierzadko także przeprowadzenie dodatkowych zabiegów pozwalających na ich ustabilizowanie. Ściankę wykonuje się z łączonych ze sobą grodzic, które są rodzajem grubościennego profilu stalowego, którego wzdłużne zagięcia służą do zwiększenia sztywności i poprawy odporności na działanie poprzecznych sił zginających o dużej wartości. Wpływają one również na zachowanie burs podczas pogrążania, wzmacniając ich wytrzymałość i ułatwiając zachowanie odpowiedniej osiowości. Bursy mogą mieć różny kształt w zależności od ich typu. Najczęściej spotykane to grodzice, których przekrój przypomina literę „U”, „Z” lub grecką omegę „Ω”.

Poszczególne grodzice tworzą ściankę szczelną dzięki temu, że są ze sobą dokładnie połączone. Jest to możliwe za sprawą specjalnych zamków umieszczonych wzdłuż całego profilu po jego obu stronach. Zamek składa się z dwóch części – po jednej stronie jest to wypust, a po drugiej główka, w której w czasie pogrążania grodzic umieszczany jest wypust. Zamki mogą być uszczelniane albo wskutek naporu masy gruntu, które dociska do siebie oba elementy, albo za pośrednictwem dodatkowych substancji, które nie tylko pełnią funkcję uszczelniacza, ale też poprawiają poślizg w czasie instalowania grodzic. Do najczęściej używanych substancji oferujących największą szczelność należą związki na bazie wosków i olejów mineralnych, bitumy lub uszczelniacze pęczniejące pod wpływem wody. Możliwe jest też zaginanie zamków lub ich zaspawanie, stosowane zwłaszcza w przypadku grodzic traconych.

Do najpopularniejszych typów grodzic należą te, w których wykorzystuje się zamek typu Larssen, składający się z dwóch identycznych elementów, co umożliwia dowolne łączenie burs oraz zamek typu Hoesch, gdzie występuje zarówno wypust, jak i główka. Grodzice w różnych kształtach mogą być ze sobą parowane na różne sposoby, co pozwala na optymalne dopasowanie profilu powstającej ścianki do potrzeb, wykonując zestawienia kombinowane. Warto jednak pamiętać, że różne rodzaje połączeń oznaczają rozmaite parametry wytrzymałościowe całości.

 

W jaki sposób wykonuje się ścianki szczelne z grodzic stalowych?

Ścianki szczelne mogą być wykonywane na rozmaite sposoby. Do najczęściej wykorzystywanych należy budowa ścianek niepodpartych, w przypadku których stabilność jest uzyskiwana za sprawą doboru odpowiedniej głębokości, na której pogrąża się element. Istnieje też możliwość wykonania ścianki szczelnej podpartej. W takiej sytuacji bursy zagłębia się na minimalną głębokość dającą tzw. podparcie przegubowe, a resztę obciążeń przejmuje zastosowane wzmocnienie. W zależności od charakterystyki ścianki, wykopu oraz warunków geologicznych stosuje się rozpory, często zestawiane z wieńcami i narożami, a także kotwy gruntowe oraz cięgna, które przenoszą obciążenia na dodatkowe elementy – bloki lub ścianki kotwiące czy też specjalnie wykonane w tym celu pale. Zastosowany rodzaj osadzenia grodzic jest uzależniony od wykonanych obliczeń.

Pogrążanie burs może być realizowane przy użyciu różnych technologii, dobieranych w zależności od charakterystyki konkretnej inwestycji. Tradycyjną metodą zagłębiania grodzic jest wykorzystywanie do ich wbijania klasycznego młota wolnospadowego. Zaletą tego sposobu budowy ścianki szczelnej jest możliwość wykorzystywania w niemal każdych warunkach terenowych z uwagi na mobilność sprzętu i jego łatwe przemieszczanie, a także przy bardzo różnej budowie geologicznej podłoża. Poważną wadą wbijania grodzic jest jednak cyklicznie powtarzający się hałas oraz powodowane wibracje, które ograniczają możliwości stosowania do terenów słabo zurbanizowanych, przy których nie ma żadnej wrażliwej na wstrząsy infrastruktury.

Metodą, która ogranicza niedogodności związane z hałasem, jest wwibrowywanie burs. W tym przypadku używane są urządzenia zwane wibromłotami, które łączą siłę nacisku wytwarzaną przez głowicę z wibracjami generowanymi przez umieszczoną w niej skrzynię przekładniową z dużymi mimośrodami, które obracając się, wywołują drgania przenoszone na grodzicę. Pojawiające się drgania powodują rozluźnianie gruntu, ułatwiając zagłębiane elementu. Problemem wwibrowywania ścianek szczelnych są jednak właśnie wytwarzane drgania, które często nie pozwalają na stosowanie tej metody w sąsiedztwie innych budowli. Sposobem eliminującym wady wbijania i wwibrowywania jest wciskanie grodzic. W tym celu wykorzystuje się wciskarki hydrauliczne, które wywierają mechaniczny nacisk na bursę. W wielu przypadkach proces wciskania jest wspomagany przez wypłukiwanie materiału cieczą podawaną pod dużym ciśnieniem.

Ścianki szczelne z grodzic stalowych mogą być wykonywane zarówno w wersjach traconych – grodzice są wówczas pozostawiane w gruncie jak i często stanowią element wykonanej konstrukcji lub wyciąganych. W takim przypadku mogą one zostać zdemontowane, po czym wykorzystane przy innej inwestycji, co wpływa na obniżenie kosztów wykonania prac.

 

Jakie są korzyści ze stosowania stalowych ścianek szczelnych oraz ograniczenia tej technologii?

Zastosowanie grodzic stalowych jest bardzo szerokie. Sprawdzają się one jako zabezpieczenia wykopów wąsko- i szerokoprzestrzennych podczas fundamentowania i wykonywania inwestycji liniowych – budowy dróg, szlaków kolejowych, obiektów inżynieryjnych, infrastruktury przesyłowej, wodno-kanalizacyjnej czy odwodnień. Są szeroko stosowane do piętrzenia wody, umacniania nadbrzeży, jak również przy ochronie budowli hydrotechnicznych i zabezpieczaniu kanałów i filarów, które mają być posadowione w nurcie. Przy pomocy ścianek szczelnych można stabilizować skarpy i osuwiska oraz wzmacniać wiadukty lub przepusty.

Wykonanie ścianek szczelnych z grodzic stalowych ma wiele zalet. Prace tego rodzaju wiążą się ze stosunkowo niskim kosztem przy dobrym poziomie ochrony przed osuwiskami i wodą. Możliwość odzyskania burs sprawia, że wydatki łączą się jedynie z koniecznością pokrycia kosztów wykorzystania sprzętu oraz określonej ilości roboczogodzin. Korzystne ceny usług związanych z budową ścianek szczelnych sprawiają, że są one opłacalne nawet przy niewielkich inwestycjach. Dużym plusem jest także fakt, że ścianka szczelna z grodzić może mieć różny przebieg w zależności od potrzeb, rozmaita może być także głębokość zabezpieczenia, sprawdzają się więc nie tylko przy wysokim zwierciadle wód gruntowych, ale także wówczas, gdy znajduje się ono nieco niżej. Do korzyści wynikających z budowy ścianek z grodzic stalowych trzeba zaliczyć to, że konstrukcja może być ustawiona bardzo szybko, a dalsze prace budowlane mogą być kontynuowane natychmiast po jej wykonaniu. Ważna jest niska uciążliwość wykonania ścianki przy zastosowaniu wciskarek hydraulicznych, dzięki czemu z tego rozwiązania można korzystać także w gęstej zabudowie miejskiej i w bezpośrednim sąsiedztwie innych budowli.

Lista wad ścianek szczelnych z burs stalowych jest znacznie krótsza. Do najważniejszych ograniczeń tej metody należy niska przydatność na terenach, gdzie w gruncie można się spodziewać większej ilości dużych kamieni. Pewne trudności mogą być związane z transportem burs o znacznej długości i operowaniu nimi na placu budowy. Za minus tej technologii uważa się też pojawiającą się w niektórych przypadkach konieczność pozostawienia użytych grodzic, co wiąże się z powiększeniem kosztów budowy. Jednocześnie w wielu przypadkach okazuje się to jednak plusem, pozwalając na rezygnację z dodatkowej ochrony skarpy przed erozją np. przy budowie przepustów lub wiaduktów, a także wielu obiektów hydrotechnicznych.