Poniższy artykuł opracowano w oparciu o stan prawny obowiązujący w momencie powstania tego artykułu.
Redakcja nie gwarantuje aktualności tekstu w okresie późniejszym, jak również nie ponosi odpowiedzialności za ew. stosowanie się do zawartych w nim zaleceń.

Czasowe, technologiczne upłynnienie gruntu

Na ulicach polskich miast bardzo częstym obrazkiem jest zapadnięta jezdnia w miejscach, gdzie dopiero co odbudowano nawierzchnię po uprzednio wykonanych pracach związanych z ułożeniem nowej, wymianą lub naprawą starej infrastruktury podziemnej. Sprawa dosyć błaha, lecz niewątpliwie denerwująca dla kierowcy, którego samochód co i rusz podskakuje na nierównościach jezdni. Powodem zapadlisk w ulicy jest zwykle proces samodogęszczania się gruntu w wyniku drgań powodowanych ruchem ulicznym. Za ten stan rzeczy często odpowiedzialne jest złe zagęszczenie gruntu na etapie robót ziemnych. Czasami jest to wina robotników wykonujących prace instalacyjne, innym razem na przeszkodzie dokładnego zagęszczenia gruntu staje skomplikowany układ rur i przewodów, który uniemożliwia dokładne wypełnienie gruntem każdej wolnej przestrzeni w gąszczu podziemnych instalacji. Problem poprawnego zagęszczenia gruntu wzrasta w centrach starych miast, gdzie dodatkowym utrudnieniem jest wygospodarowanie odpowiedniej przestrzeni do prowadzenia prac instalacyjnych (wąskie ulice). Należy mieć na względzie również fakt, że zawibrowanie gruntu nie pozostaje obojętne dla sąsiednich budynków. Przy wibrowaniu drgania przenoszone są na fundamenty budynków, stąd na ściany i elewacje, które często ulegają uszkodzeniu, co objawia się np. spękanym tynkiem. Dlatego też mieszkańcy wąskich ulic, w których prowadzone są prace przy układaniu instalacji podziemnych, często oprotestowują roboty, mimo że wymiana instalacji podziemnych (lub ułożenie nowych) leży ewidentnie w ich interesie. Trudno jednak im się dziwić.

 

Zdjęcie 1. Urobek z wykopu b. często nie nadaje się do powtórnego wykorzystania.

Zdjęcie 2. Hałdy odpadowego urobku z wykopów po instalacjach podziemnych.

 

Oprócz wspomnianych powyżej problemów, istnieje jeszcze jeden aspekt prowadzenia robót ziemnych, który jest wart omówienia.
W pracach ziemnych wcześniej, czy później pojawia się problem wykorzystania gruntu rodzimego będącego urobkiem z wykopów. Bardzo rzadko zdarza się, aby nadawał się on bez żadnych zastrzeżeń do ponownego wbudowania. Wynika to z faktu, że w wielu regionach Polski mamy do czynienia z gruntami spoistymi (glinami, iłami, glinami piaszczystymi, itd. lub z ich mieszaninami) w stanie wilgotnościowym daleko odbiegającym od wilgotności optymalnej. Stan ten (czyli nadmierna plastyczność gruntu) uniemożliwia uzyskanie pożądanych wskaźników zagęszczenia. W tym przypadku w grę wchodzą dwie możliwości – albo naturalne przesuszenie gruntu, albo też wymiana gruntu np. na piasek o składzie ziarnowym pozwalającym na jego łatwe zagęszczanie.

 

„Potrzeba matką wynalazków”.

To przysłowie znane jest każdemu Polakowi. Nie inaczej było w przypadku robót związanych z podziemną infrastrukturą. Opisane powyżej problemy nie są wyłączną domeną Polski. Poszukiwanie nowych rozwiązań, dążenie do obniżenia kosztów, jak również chęć przyspieszenia prac wykonawczych, zaowocowało w Niemczech powstaniem nowych rozwiązań w zakresie budowy podziemnych instalacji. Jednym ze składników nowego podejścia do prowadzenia robót instalacyjnych i maksymalnego wykorzystania urobku z wykopów jest grunt czasowo (technologicznie) upłynniony.

 

Nie trudno domyślić się, że grunt o konsystencji rzadkiego betonu zdecydowanie lepiej wypełnia wolne przestrzenie wokół przewodów, niż taki sam grunt, lecz w postaci sypkiej. Technologia gruntu czasowo upłynnionego została stworzona z myślą o ułatwieniu prowadzenia prac przy budowie infrastruktury podziemnej, lecz szybko okazało się, że grunt o takich właściwościach jest wartością samą w sobie. Obecnie spektrum jego zastosowań daleko wykracza poza pierwotną aplikację. Ten rodzaj gruntu wykorzystywany jest w wielu dziedzinach, które nic, lub niewiele, mają wspólnego z pierwotnym zastosowaniem. Obecnie grunt czasowo upłynniony wykorzystywany jest m.in. do uzupełniania wszelkich podziemnych pustek, nadbudowy i obudowy wałów przeciwpowodziowych, wykonywania przesłon uszczelniających lub przeciwfiltracyjnych, wzmacniania luźno związanych budowli ziemnych, wykonywania warstw tłumiących wibracje w podtorzach. Ogromną zaletą gruntu czasowo upłynnionego jest to, że posiada on cechę samozagęszczania się, co powoduje, że nie ma konieczności stosowania zagęszczarek gruntu dla uzyskania odpowiedniego wskaźnika zagęszczenia. Stąd, wyeliminowane zostało zagrożenie uszkodzenia podziemnych instalacji, jak również okolicznych budynków.

 

Jak otrzymuje się grunt czasowo upłynniony i na czym polega jego aplikacja? Po pierwsze – do wytworzenia gruntu o płynnej konsystencji nadaje się każdy rodzaj gruntu, np. ten, który pozyskany został z wykopu, lub też grunt dostarczony na budowę z zewnętrznego źródła. Upłynniać można zarówno grunty spoiste, jak i niespoiste, a także grunty wykazujące właściwości pośrednie, np. piaski gliniaste. Wykorzystane mogą być również drobnoziarniste kruszywa naturalne lub pochodzące z recyklingu. Wysoka wilgotność naturalna gruntu nie jest ograniczeniem dla technologii.

 

Gruntowi czasowo upłynnionemu można nadać właściwości geotechniczne dopasowane do konkretnej sytuacji i projektu. Parametry geotechniczne gruntu po jego związaniu mogą odpowiadać parametrom gruntu rodzimego lub ulec zmodyfikowaniu do pożądanych wartości. Cechami, które dają się sterować poprzez modyfikację receptury są: plastyczność, czas wiązania, współczynnik przepuszczalności wody, nośność, wytrzymałość, moduł sprężystości.

 

Zdjęcie 3. Przesiewanie materiału z wapnem palonym na łyżce krusząco-przesiewającej. Zdjęcie 4. Stacja robocza do wytwarzania gruntu czasowo upłynnionego.

 

Produkcja i zastosowanie gruntu czasowo upłynnionego jest podzielone na kilka etapów. Etap pierwszy obejmuje zmieszanie gruntu rodzimego ze specjalnym rodzajem wapna palonego (CaO). W gruntach spoistych pod wpływem tlenku wapnia zachodzi zjawisko flokulacji cząsteczek gruntu, wynikiem czego jest jego zbrylanie się. Mieszanie gruntu z wapnem prowadzi się w specjalnie do tego przystosowanej łyżce przesiewająco-kruszącej zaopatrzonej w wagę elektroniczną pozwalającą na dokładne i powtarzalne dozowanie wapna. Dodatkowo, kruszenie i przesiewanie służy uzyskaniu materiału o jednorodnym rozkładzie ziaren, a także pozwala na odsianie większych kamieni.

 

W kolejnym etapie przereagowany z wapnem palonym grunt mieszany jest z niewielką ilością spoiwa hydraulicznego, a także z domieszkami chemicznymi, które gwarantują uzyskanie materiału o stabilnych i pożądanych właściwościach. Proces ten prowadzony jest na specjalnej stacji mieszającej. Po zakończeniu mieszania uzdatniony grunt trafia taśmociągiem do gruszki betoniarskiej, dokładnie takiej samej, jaka wykorzystywana jest do transportu mieszanki betonowej na budowę. Woda niezbędna do uzyskania pożądanej konsystencji dodawana jest bezpośrednio do gruszki.

 

Zdjęcie 5. Podawanie gruntu za pomocą rynny spustowej bezpośrednio z gruszki. Zdjęcie 6. Wykop zalany gruntem czasowo upłynnionym. Głębokość wykopu - 6 m.

 

Zdjęcie 7. Po 10 minutach od zalania wykopu wyciąga się osłony.

W skład zestawu domieszek modyfikujących parametry gruntu wchodzą plastyfikatory, stabilizatory oraz kondycjonery. Zadaniem plastyfikatora jest związanie w strukturze gruntu wody zapewniającej jego czasowe upłynnienie. Dzięki jego działaniu woda zostaje zatrzymana w porach gruntu i nie przesiąka do otoczenia. Poprzez stopniowe reagowanie wody z przestrzeni porowatych gruntu i jej trwałe związanie chemiczne i krystaliczne, materiał z fazy płynnej przechodzi w fazę stałą o plastycznej konsystencji. Dalsze wiązanie wolnej wody w wyniku zachodzących reakcji prowadzi do ponownego utwardzenia gruntu. Zadaniem stabilizatora jest trwałe związanie dodanej wody w procesie upłynnienia. Kondycjoner służy celowej zmianie poszczególnych właściwości ponownie utwardzonego materiału. Czas zachowania właściwości roboczych gruntu czasowo upłynnionego wynosi ok. 90 minut. Jest to maksymalny czas, w którym mieszanka powinna zostać przetransportowana na miejsce robót i wbudowana. Po 10 minutach od zalania wykopu gruntem czasowo upłynnionym należy przystąpić do wyciągnięcia metalowych osłon, a po dalszych 4 godz. można przystąpić do dalszych prac. W jednym ciągu technologicznym możliwe jest zalanie wykopu o wysokości do 8 m.

 

 

Podawanie mieszanki do wykopu można wykonać za pomocą standardowej rynny spustowej będącej na wyposażeniu samochodu-gruszki. W przypadku gdy jest to niemożliwe ze względu na utrudniony dostęp lub dojazd pojazdu, do podawania gruntu na większe odległości można wykorzystać pompę Stettera oraz przewody elastyczne. Pompowalność mieszanki wynosi do 200 m.

 

Zdjęcie 8. Grunt czasowo upłynniony daje się pompować na duże odległości. Wystarczy pompa Stettera.

Właściwości gruntu czasowo upłynnionego, a także jego sposób stosowania powodują, że coraz więcej inwestorów i firm wykonawczych przekonuje się do jego zalet. Skrócenie czasu inwestycji zwykle przekłada się na spadek nakładów finansowych. Płynna postać gruntu w momencie jego aplikacji pozwala na dokładne wypełnienie pustych przestrzeni pomiędzy przewodami podziemnej infrastruktury. Brak konieczności zawibrowania gruntu chroni podziemną infrastrukturę oraz sąsiednie budynki przed uszkodzeniem. Nie bez znaczenia jest również to, że wykonanie strefy ułożenia przewodów oraz zasypki w technologii gruntu czasowo upłynnionego gwarantuje idealne warunki statyczne dla ułożonych kanałów lub przewodów, eliminując niekorzystne dla rur obciążenia punktowe i dynamiczne, co obniża koszty napraw w czasie wieloletniej eksploatacji sieci podziemnych.

 

 

Właściwości gruntu czasowo upłynnionego:

 

  • czasowo płynna konsystencja
  • zdolność do samozagęszczania się
  • idealne wypełnienie wolnych przestrzeni w przekopie lub kawernie
  • pompowalny na duże odległości
  • materiał w stanie płynnym nie ulega segregacji
  • możliwość regulacji szybkości wiązania w zależności od wymogów technologicznych
  • brak ograniczeń w stosowaniu innych materiałów konstrukcyjnych
  • możliwość dopasowania właściwości wbudowanego gruntu do właściwości gruntu go otaczającego
  • po stwardnieniu odspajalność porównywalna z gruntem rodzimym podlegającym upłynnieniu

 

Dane techniczne

 

  • Zgodny z RAL-GZ 507: Flüssigboden
  • Gęstość 1,6 – 2,1 kg/dm3 (gęstość w stanie płynnym odpowiada gęstości w stanie stałym)
  • Wytrzymałość na ściskanie zgodnie z DIN 18136: po 28 dniach 0,2-0,8 MPa
  • Klasa gruntu zgodnie z DIN 18300: 3-5
  • Moduł EV2 zgodnie z DIN 18134: po 28 dniach powyżej 45 MPa
  • Współczynnik wodoprzepuszczalności zgodnie z DIN 18310: od 10-5 do 10-10 m/s
  • Skurcz ok. 0,2%
  • Czas zachowania właściwości roboczych: ok. 90 minut

 

Przy przygotowywaniu dokumentów przetargowych warto posługiwać się zapisami niemieckich wytycznych „Einbau und Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen Arbeitsblatt DWA-A 139” punkt 7.3.3 (Selbstverdichtende Verfüllmaterialien), który dotyczy stosowania samozagęszczających się materiałów wypełniających wykop.