Teoria i praktyka budowy nasypów z gruntu spoistego o zróżnicowanej plastyczności

Wykonywanie nasypów z gruntów spoistych o małym stopniu plastyczności wymaga dostarczenia znacznie większej pracy w celu zagęszczenia gruntu, niż w przypadku gruntów niespoistych. Na przykład, zagęszczenie wałowaniem wymaga do 10-krotnego przejazdu wału po jednej warstwie 20÷40 cm grubości (por. [8]). Znaczna część pracy zużywana jest na rozdrabnianie brył gruntu twardego (w celu zlikwidowania kawern między bryłami) i na ponowne nadawanie gruntowi rozdrobnionemu dużego zagęszczenia przy zmienionym kształcie (płaskiej warstwy). W niniejszej pracy przedkłada się propozycję wykonywania nasypu z gruntów spoistych dostarczanych w dwóch porcjach: porcji gruntu twardego, o małej plastyczności i porcji gruntu miękkiego o dużej plastyczności (rys. 1), co pozwala na znaczące obniżenie energii zagęszczania nasypu, czasu wznoszenia i kosztu budowy. Grunt miękki wypełnia bowiem łatwo kawerny między bryłami gruntu twardego; unika się przez to zużycia energii na rozdrabnianie i ponowne zagęszczanie brył oraz skraca czas wykonywania nasypu, umożliwiając dostateczne jego zagęszczenie na przykład już po jednym przejeździe wału. Z biegiem czasu następuje wyrównanie wilgotności i plastyczności składników. W pracy przedstawiono teoretyczną analizę zagadnień wyznaczania stopnia plastyczności mieszanki, proporcji składników, sposobów ich wbudowywania, prognozy stateczności i odkształcalności nasypu oraz oszacowania oszczędności energetycznych (rozdziały 2÷8) a także zreferowano rezultaty doświadczalnej weryfikacji niektórych wyników teoretycznych (rozdział 9). Wykorzystano przy tym fragmenty wcześniejszych prac autora na ten temat [1÷6] oraz niepublikowane wyniki pięciu prac dyplomowych [7]. Proponowana technologia może okazać się szczególnie przydatna, gdy świeżo wykonany nasyp nie będzie poddany znacznym obciążeniom powierzchniowym na koronie, więc m.in. przy obwałowaniach takich obiektów, jak poldery, stawy, osadniki, odstojniki, wylewiska i wysypiska odpadów, a także nasypy drogowe, jeśli ich nawierzchnię kłaść się będzie z dostateczną zwłoką po zakończeniu budowy nasypu. Wyrównany stopień plastyczności nasypu Proponowana technologia H-S (hard-soft) stwarza realne możliwości znacznego obniżenia kosztów wykonywania nasypów, ale w odniesieniu do konkretnego gruntu wymaga przeprowadzenia odpowiednich badań, przynajmniej w laboratorium. Analiza teoretyczna wykazuje możliwość znaczącego obniżenia energii zagęszczania nasypu z gruntu spoistego przez odpowiednie przekładanie porcji gruntu o małej plastyczności porcjami o dużej plastyczności. Redukcja energii wynikająca z zastąpienia technologii zgniatania technologią wtłaczania wyznaczona w warunkach laboratoryjnych potwierdza przewidywania teoretyczne pod względem jakościowym, ale okazuje się znacznie większa pod względem ilościowym. Harmonogram wznoszenia nasypu powinien uwzględniać czas potrzebny na wyrównanie wilgotności lub plastyczności pomiędzy gruntami składowymi, tak aby wytrzymałość wyrównana zapewniała stateczność nasypu. Wyrównywanie wilgotności i plastyczności między składnikami nasypu zachodzi zbyt wolno z punktu widzenia potrzeb wykonawstwa nasypów, które mają być szybko oddane do eksploatacji, Należy przypuszczać, że ten proces homogenizacji przebiega szybciej w gruntach małospoistych, ale wymaga to potwierdzenia doświadczalnego. W obecnym stanie danych doświadczalnych należy ograniczyć stosowanie technologii H-S do nasypów, które nie będą musiały przenosić dużego obciążenia wkrótce po wykonaniu. Stateczność nasypu należy oceniać na podstawie obliczeń opartych nie na wartościach średnich parametrów wytrzymałościowych gruntu twardego i gruntu miękkiego, ale na wartościach parametrów wytrzymałościowych gruntu miękkiego rosnących w miarę upływu czasu od wbudowania tego gruntu w nasyp. Z ustalonych doświadczalnie redukcji energii i regresji czasu 50-procentowej homogenizacji z początkową różnicą wilgotności składników nasypu wynika, że jeśli celem będzie znaczna redukcja energii, to zapłacić za to trzeba będzie dłuższym czasem wyrównywania plastyczności (i wytrzymałości) składników. Wartości parametrów geotechnicznych odnoszących się do konkretnych gruntów, m.in. wykorzystane w przykładzie obliczeniowym ilustrującym wywody teoretyczne, przyjmowane były według PN-81/B-03020. W przypadku realizacji nasypu według proponowanej technologii parametry wykorzystywanych gruntów należy wyznaczać doświadczalnie, najlepiej w odpowiednim laboratorium polowym. Poza analizą pozostały takie ważne elementy projektowania, jak grubość poszczególnych warstw, czas wyrównywania potencjałów wilgotnościowych, sposób uwzględniania prognozowanego na okres budowy stanu pogody, rodzaj maszyny zagęszczającej, ilość przejazdów, dostosowanie przekroju poprzecznego nasypu do tempa budowy, organizacja magazynu gruntu miękkiego (ewentualnie gruntu twardego, jeśli na miejscu jest miękki), zagadnienia kosztów. Proponowana technologia wydaje się racjonalna w takich warunkach, w których świeżo wznoszony nasyp nie będzie poddany znaczącemu obciążeniu powierzchniowemu na swej koronie lub znaczącym oddziaływaniom dynamicznym, więc m.in. w warunkach pracy wałów przeciwpowodziowych, wałów ograniczających kwatery na polderach, wylewiskach, składowiskach odpadów a także w warunkach pracy dróg przekazywanych do położenia nawierzchni w odpowiednio długim okresie czasu od wykonania nasypu.

Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne, nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka, nauki o ziemi i środowisku