Zabezpieczenie wykopów jest niezbędne z kilku powodów. Najważniejszym jest oczywiście bezpieczeństwo podczas prac, zapobieganie osuwiskom. Ponadto często zabezpieczenie podyktowane jest warunkami gruntowymi lub stanowi jednocześnie sposób na wzmocnienie fundamentów. Dlatego przedstawiamy kilka metod zabezpieczenia wykopów.
Ściany szczelinowe — stosowanie w zabudowie miejskiej
Zabezpieczenia wykopów muszą być dostosowane do warunków geotechnicznych, dlatego każdą budowę powinno poprzedzić się analizą gruntu, podłoża. Na tej podstawie można ocenić, jak skutecznie zapobiegać osuwiskom, a także ułatwić posadowienie.
Jedną z możliwości są ściany szczelinowe, które wykonuje się przede wszystkim w sytuacji, gdy teren budowy znajduje się w obszarze zabudowanym i jednocześnie głębokość posadowienia jest duża (np. gdy wykonywane są wielokondygnacyjne fundamenty, podziemne stacje kolejowe). Dzięki temu możliwa jest także budowa barier, które ograniczają przepływ wody gruntowej, a tym samym zapobiegają zalewaniu konstrukcji.
Ściany szczelinowe formuje się metodą wykopu pod osłoną zawiesiny bentonitowej, co pozwala na stabilizację ścian wykopu od samego początku prac. Technologia ta wymaga specjalistycznego sprzętu, w tym koparek z chwytakami szczelinowymi lub frezów szczelinowych, które umożliwiają wykonanie szczeliny o głębokości nawet kilkudziesięciu metrów.
Po wykonaniu wykopu szczelina wypełniana jest betonem podwodnym lub prefabrykowanymi elementami żelbetowymi. Dzięki temu powstaje trwała konstrukcja nośna, która po zakończeniu prac może pełnić funkcję ściany fundamentowej lub elementu konstrukcyjnego budynku. W obszarach o wysokim poziomie wód gruntowych ściana szczelinowa może być dodatkowo uszczelniona membraną, co zwiększa ochronę przed infiltracją.
Obudowy berlińskie — elastyczne rozwiązanie dla miast
Innym sposobem na zabezpieczenie prac ziemnych są obudowy berlińskie. Ich podstawowe zastosowanie to stabilizacja zboczy, wykonanie przegród pomocniczych, a także obudów wykopów.
Taka obudowa składa się z pionowych ścian palowych, które podtrzymywane są przez systemy rozporowe lub kotwy. Zaletą tej metody jest zmniejszenie wibracji podczas prac, co jest ważne, gdy w niedużej odległości znajdują się inne obiekty, mogące przez to ulec uszkodzeniu.
Pale wbijane lub wiercone rozmieszcza się w określonych odstępach, a przestrzeń między nimi wypełnia się boazeriami drewnianymi lub stalowymi w miarę postępu wykopu. System ten umożliwia etapowe odkrywanie gruntu, co redukuje ryzyko nagłego osunięcia się mas ziemnych. Boazerie montowane są od strony wykopu, a ich stabilność zapewniają poprzeczne elementy rozporowe lub gruntowe kotwy wstrzeliwane w sąsiednie podłoże.
Konstrukcja obudowy berlińskiej pozwala na dostosowanie głębokości i rozstawu pali do lokalnych warunków geotechnicznych. W sytuacji, gdy grunt ma niską spoistość lub występują warstwy piaszczyste, stosuje się dodatkowe kotwy w układzie wielorzędowym. Dzięki temu możliwe jest wykonanie wykopów o głębokości przekraczającej 10 metrów bez ryzyka utraty stateczności.
Ścianki szczelne jako szybka bariera
Ścianki szczelne, tak jak szczelinowe, chronią przed przepływem wody gruntowych oraz stanowią zabezpieczenie wykopów, aczkolwiek wtedy, gdy budowane są m.in. parkingi, piwnice czy fundamenty, a więc głębokość posadowienia nie jest aż tak duża.
Można zaprojektować stałe ścianki stalowe, które mogą być przez długi czas eksploatowane. Dzięki nim można praktycznie natychmiast zapobiegać osuwaniu się podłoża podczas wykopu, ponadto najczęściej firmy zajmujące się ich wykonywaniem wykorzystują zutylizowane profile, co jest korzystne z punktu widzenia zrównoważonej gospodarki.
Ścianki szczelne wykonuje się najczęściej z kształtowników stalowych typu Larssen wbijanych wibracyjnie lub metodą wciskania. Profil tych kształtowników zapewnia szczelne połączenie między sąsiednimi elementami dzięki specjalnie ukształtowanym zamkom. W zależności od warunków gruntowych stosuje się profile o różnej grubości i module wytrzymałościowym, dostosowane do naprężeń generowanych przez parcie gruntu.
Ponadto zaletą ścianek szczelnych jest to, że można wykonać je w gruntach nawodnionych, zwiększają szczelność pod fundamentami. Po zakończeniu prac budowlanych ścianki mogą zostać usunięte i ponownie wykorzystane na innym placu budowy, co znacząco obniża koszty inwestycji. W sytuacji, gdy wymagana jest trwała bariera przeciwfiltracyjna, ściankę można pozostawić jako element konstrukcyjny fundamentów lub ściany oporowej.
Palisady i ściany palowe dla trudnych gruntów
Palisady zapewniają obudowy wykopów, stabilizację zboczy, a także odcięcie wody. To ściana składająca się z pali, które nakładane są na siebie, przy czym ważne jest, aby podczas prac zachować maksymalną wodoszczelność.
Zaletą tego sposobu zabezpieczania głębokich wykopów są niewielkie wibracje podczas prowadzenia prac, małe przemieszczenia, a także przejęcie obciążeń w sytuacji, gdy obok znajdują się inne konstrukcje. Metoda ta jest uniwersalna, ma zastosowanie w różnych warunkach gruntowych, nawet wtedy, gdy w podłoże znajdują się głazy.
Pale wykonuje się najczęściej z betonu zbrojonego lub stali, a ich średnica dobierana jest w zależności od obciążeń i warunków geologicznych. W przypadku palisad z pali wierconych możliwa jest realizacja prac bez hałasu i wstrząsów, co jest istotne w gęstej zabudowie miejskiej. Pale zazwyczaj rozmieszczane są w sposób styczny lub lekko zachodzący na siebie, co tworzy ciągłą barierę.
Technologia wykonania palisad pozwala na precyzyjne dostosowanie głębości fundamentowania do strefy nośnej gruntu. W przypadku występowania warstw słabonośnych pale można zaprojektować jako palowanie głębokie, docierające do stabilnych warstw skalnych lub zwartych piasków. System ten zapewnia nie tylko zabezpieczenie wykopu, ale również stanowi element fundamentowania obiektu docelowego.
Pionowe ściany przeciwfiltracyjne — izolacja gruntu
Na końcu chcielibyśmy wspomnieć o pionowych ścianach przeciwfiltracyjnych, których zadanie jest trochę inne niż zapobieganie osuwiskom. Technologia ta ma na celu tworzenie bariery dla przepływu wody gruntowej, a także odcięcie skażonych wód gruntowych. Jest stosunkowo szybka i tania w instalacji, a przy tym odporna na działanie zanieczyszczeń.
Pionowe ściany przeciwfiltracyjne wykonuje się metodą wtłaczania iniekcyjnego lub mieszania gruntu z zaprawą cementowo-bentonitową. W pierwszej metodzie specjalne lance wprowadzane są w grunt, przez które pod ciśnieniem podawana jest zaprawa uszczelniająca. W metodzie mieszania zaprawa jest homogenizowana z gruntem za pomocą głowic wiertniczych, tworząc jednorodny materiał o niskiej przepuszczalności.
Ściana przeciwfiltracyjna może być stosowana zarówno jako zabezpieczenie tymczasowe podczas budowy, jak i jako stała bariera ochronna. W sytuacji, gdy konieczne jest odcięcie napływu zanieczyszczonych wód do strefy budowy, ściana tworzy zamknięty obwód wokół całego wykopu. Technologia ta znajduje również zastosowanie przy sanacji terenów przemysłowych, gdzie niezbędne jest uniemożliwienie migracji substancji szkodliwych do warstw wodonośnych.
Wybór grubości i składu ściany zależy od warunków hydrogeologicznych oraz wymaganych parametrów szczelności. W warunkach o wysokim gradiencie hydraulicznym stosuje się ściany o większej grubości oraz dodatki uszczelniające, takie jak bentonit czy popiół lotny, zwiększające trwałość bariery.