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.

Budowa ziemnych wałów przeciwpowodziowych a stabilizacja gruntu

Budowa wałów przeciwpowodziowych jest procesem czasochłonnym i wymagającym dużych nakładów finansowych. Dodatkowo, kolejne czynności budowlane w znacznym stopniu ingerują w środowisko naturalne: konieczność wydobycia i przewiezienia dużej ilości materiałów do budowy wału, wycięcie drzew w pobliżu budowy (likwidacja zagrożenia stwarzanego przez korzenie), wykorzystywanie ciężkiego sprzętu budowlanego, który trzeba przewieźć na plac budowy. W pracach tego typu należy również uwzględnić wymogi ochrony środowiska i krajobrazu, co ma wpływ na utrudnienia w pracach budowlanych oraz znacząco zwiększa koszty. Badania prowadzone we francuskich ośrodkach naukowych wykazały, że do budowy obwałowań można z powodzeniem wykorzystać grunty spoiste stabilizowane wapnem, co znacznie obniża koszty budowy.

Zarówno powódź jak i straty społeczne oraz gospodarcze są tematem nośnym medialnie, ale wyjątkowo sezonowym. O powodzi dużo się pisze i mówi w momencie jej wystąpienia, lecz im więcej czasu upływa od tego wydarzenia, tym mniejsze nią zainteresowanie. Oczywiście za wyjątkiem tych osób, które zostały dotknięte przez powódź i które muszą sobie radzić z jej skutkami.

Na terenie Polski ekstremalne zjawiska pogodowe, które skutkują dużymi powodziami, występują raz na kilkanaście lat. Powodzie stulecia, jak sama nazwa wskazuje, jeszcze rzadziej. Jednak praktycznie każdego roku mamy do czynienia z podtopieniami terenów, albo wskutek wiosennych roztopów śniegów, albo w wyniku wezbrania wód w lokalnych ciekach wodnych po ulewnych, lecz krótkich deszczach. Na obecny stan rzeczy składa się wiele czynników, wśród których wymienić należy rosnącą urbanizację kraju, co powoduje, że na terenie miast coraz więcej jest wybetonowanych lub wyasfaltowanych połaci (parkingi, ulice, ciągi komunikacyjne), z których woda opadowa, poprzez sieć kanałów zasila lokalne rzeki i strumienie, a coraz mniej jest terenów zielonych, które w naturalny sposób są w stanie przejąć i rozprowadzić po okolicy duże ilości wody opadowej. Coraz mniejsze są również nakłady finansowe na odtworzenie i konserwację zabezpieczeń urządzeń ochrony przeciwpowodziowej, co skutkuje tym, że straty w gospodarce stają się coraz większe.

Większość obszaru Polski należy do zlewiska Morza Bałtyckiego, w którego obrębie występują dorzecza dwóch głównych rzek: Odry i Wisły. Dorzecza Niemna, Dunaju, Łaby i Dniestru są o wiele mniejsze, a oprócz tego większa część obszaru tych dorzeczy znajduje się poza granicami naszego kraju. Dorzecze Wisły jest największe, a jego powierzchnia na terenie Polski wynosi ponad 190 tysięcy km2. Powierzchnia dorzecza Odry wynosi natomiast 106 tysięcy km2. Łączna długość obwałowań przeciwpowodziowych w Polsce wynosi ponad 8 tys. km. Chronią one ponad 1 mln ha powierzchni.

Intensywne opady deszczu w maju i czerwcu 2010 roku spowodowały, że 14 z 16 województw, w większym lub mniejszym stopniu, zostało dotkniętych powodzią. Straty poniosło 811 gmin i około 1,4 tys. przedsiębiorstw zlokalizowanych na ich terenie. Powódź roku 2010 stała się przyczyną śmierci 25 osób. Ogółem poszkodowanych zostało 69.961 rodzin, a ewakuowano 14.565. Żywioł dotknął 105.152 gospodarstw rolnych, a 682.895 ha ziemi (gruntów rolnych, pastwisk, łąk) zostało zalanych. Do strat materialnych zaliczyć należy zniszczenie 18.194 budynków mieszkalnych, ponad 800 szkół i 160 przedszkoli. Uszkodzone zostało ponad 10 tys. km dróg gminnych, powiatowych i wojewódzkich, 1.625 mostów, 166 oczyszczalni ścieków, przeszło 210 km sieci wodociągowej, 50 km sieci energetycznej i 196 km sieci telekomunikacyjnej. Uszkodzonych zostało również 8.927 km wałów przeciwpowodziowych, koryt rzek i cieków wodnych. Wysokość strat poniesionych wskutek powodzi wyniosła w przeliczeniu ponad 2,9 mld euro. Wartość ta przekroczyła 0,6% PKB za 2009 rok. Upoważniło to Rząd RP do przedłożenia Komisji Europejskiej wniosku o wsparcie finansowe odbudowy po szkodach powstałych podczas powodzi w 2010 r. Dla porównania, w Polsce po powodzi w roku 1997 straty oszacowano na 3 mld euro, natomiast w roku 2001 na górnej i środkowej Wiśle straty wyniosły 850 mln euro.

Najczęściej stosowanym środkiem ochrony przeciwpowodziowej są obwałowania rzek. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie (Dz.U. nr 86, poz.579), zapory ziemne i wały przeciwpowodziowe zalicza się do budowli hydrotechnicznych. Rozporządzenie wymaga, aby ziemne budowle hydrotechniczne były stabilne w każdych warunkach pracy, a w szczególności w przyjętych w projekcie budowlanym warunkach obciążeń, w całości i w elementach takich, jak korpus, skarpy, umocnienia, uszczelnienia, warstwy ochronne, drenaże.

Wały przeciwpowodziowe to typowe budowle ziemne, których zadaniem jest wyeliminowanie lub znaczne ograniczenie zasięgu zalania przez wody wezbranej rzeki terenów nadrzecznych o płaskim ukształtowaniu. Wał przeciwpowodziowy, jako budowla hydrotechniczna jest równocześnie budowlą piętrzącą, podobną do zapory ziemnej. Różnica między typową zaporą ziemną, a wałem polega na tym, że wał przeciwpowodziowy pełni funkcję piętrzenia tylko w okresie wezbrań oraz to, że spiętrzona woda jest w ruchu – płynie stycznie do płaszczyzny skarpy wału. Czasy trwania wezbrań mogą być różne – krótkie i długie. Te ostatnie charakterystyczne są dla większych rzek, szczególnie w przypadku roztopów wiosennych po długotrwałej i śnieżnej zimie. Jeżeli czas wysokich stanów jest odpowiednio długi, to w korpusie wału kształtuje się reżim filtracyjny podobny do korpusu zapory ziemnej o stałym piętrzeniu. Fakt, że woda spiętrzona na wale jest w ruchu, może mieć wpływ na konstrukcję skarpy wału. Powinna ona być odporna na oddziaływanie dynamiczne wody, tym bardziej, kiedy następuje spływ kry lodowej.

Istnieją różne rodzaje obwałowań. Mogą one mieć charakter lokalny – chroniące np. nisko położone w dolinie rzecznej - miasta, wsie lub osiedla. Budowanie wałów niezamkniętych (otwartych) rekomendowane jest dla rzek z dużymi spadkami i przy szerokich dolinach. Wody opadowe, a także te pochodzące z topnienia śniegu, swobodnie spływają w dół z powierzchni odgrodzonej wałem otwartym. Przy wałach zamkniętych, w okresie powodzi, spływ lokalny zatrzymuje się w zagłębieniach na zawalu. Po opadnięciu wód powodziowych, wodę z zawala odprowadza się z powrotem do rzeki poprzez przepusty w wałach. Innymi rodzajami wałów są wały boczne lub kierujące, wały wsteczne i wały pierścieniowe. Wały kierujące chronią w niektórych miejscach (np. zakole) wał główny przed skoncentrowanym nurtem rzeki i płynącą krą lodową. Wały wsteczne służą do ochrony terenów położonych nad dopływami rzeki obwałowanej. Wały pierścieniowe otaczają i chronią przed zalewem poszczególne osiedla lub inne ważne obiekty.

 

 

Rysunek 1. Schemat budowy wału przeciwpowodziowego
  Oznaczenia użyte w schemacie: 1 – skarpa odwodna
2 – skarpa odpowietrzna
3 – korona wału
4 – ekran szczelny
5 – rdzeń szczelny
6 – uszczelnienie podłoża
7 – drenaż
8 – rów odwadniający

Źródło: Bednarczyk S., Jarzębińska T., Mackiewicz S. i in. 2006. Vademecum ochrony przeciwpowodziowej. Gdańsk, 2006.

 

Większość wałów przeciwpowodziowych eksploatowanych w ponad 90% przez Wojewódzkie Zarządy Melioracji i Urządzeń Wodnych (WZMiUW) zbudowana została w okresie międzywojennym, a część z nich wykonano na przełomie XIX i XX wieku. Szacuje się, że ponad 60% obwałowań przeciwpowodziowych ma ponad 40 lat, a tylko 20% mniej niż 20 lat. 6% z nich należy do klasy I, 30% do klasy II, 25% do klasy III, do IV klasy natomiast należy 36%. Pozostałe 3% to wały pozaklasowe.

W tablicy poniżej przedstawiono stan zagrożenia dla terenów chronionych wałami w zależności od klas ważności (wg informacji Głównego Urzędu Nadzoru Budowlanego za 2009 r. dotyczących stanu kontrolowanych obwałowań – ok. 3.630 km).

 

Tablica 1. Stan zagrożenia wałów w zależności od ich klasy ważności

 

Stan wałów I II III IV PK Suma
km % km % km % km % km % km %
Zagraża 135 4,2 212 6,6 96 3,0 250 7,9 55 1,7 748 23,4
Może zagrażać 3 0,1 719 22,4 674 21,1 996 31,2 57 1,8 2449 76,6
Suma 138 4,3 931 29,0 770 24,1 1246 39,0 112 3,5 3197 100,0

 

W wymienionej powyżej grupie ocenianych budowli okres eksploatacji wynosi:

 

  • poniżej 20 lat jest zaledwie 1,2%
  • w okresie 21 ÷ 40 lat – 11,2%
  • w okresie 41 ÷ 80 lat – 64,2%
  • w okresie 81 ÷ 100 lat – 10,6%
  • powyżej 101 lat – 12,8%.

 

Z powyższego zestawienia wynika, że około 60% wałów ma za sobą prawie pół wieku funkcjonowania w różnych warunkach przepływów wody. Wiek wału w połączeniu z dawną technologią budowy i brakiem regularnych konserwacji powodują, że ten bardzo istotny element ochrony przeciwpowodziowej znajduje się w złym lub bardzo złym stanie technicznym, co wykazują kolejne powodzie.
Dawniej, budując wał, gromadzono dużą ilość materiałów dostępnych lokalnie; najczęściej był to piasek, ale nie tylko, również piasek z gliną i/lub iłem. W korpusach wałów mamy więc do czynienia z dość dużą różnorodnością gruntów, a dodatkowo, bardzo często są to grunty słabo zagęszczone. Materiał był wsypywany luzem do wody bez czyszczenia podłoża z namułów i krzewów. Taki sposób tworzenia podłoża obwałowań jest jedną z przyczyn jego rozmycia dzisiaj (poza wspomnianym powyżej wiekiem i brakiem konserwacji), co prowadzi następnie do uszkodzenia korpusu wału.

Przyczyn zalania terenów chronionych przez wały przeciwpowodziowe należy upatrywać w wystąpieniu jednego lub kilku zjawisk naraz:

 

  • przelanie się wody przez koronę wału, w wyniku błędów projektowych, lub obniżeniu korony wałów,
  • erozja powierzchniowa skarp wałów, odkształcenia korpusu, pęknięcia podłużne i poprzeczne,
  • brak szczelności korpusu i podłoża wału (powodujący przesiąki w czasie wezbrań) na skutek złego wykonania, szczególnie zagęszczenia gruntu, bądź rozgęszczenia gruntu przez korzenie drzew rosnących na wale lub u jego podstawy,
  • zjawiska filtracyjne w postaci sufozji lub przebić hydraulicznych,
  • drążenie przez zwierzęta nor w korpusach wałów,
  • ogólny zły stan wału przeciwpowodziowego - skutkuje to w czasie wezbrań coraz liczniejszymi przeciekami przez korpus i podłoże, co w efekcie może doprowadzić do zniszczenia wału (przebicie, utrata stateczności),
  • niestosowanie żadnej osłony przeciwerozyjnej poza darnią,
  • utworzenie kanału w poprzek wału,
  • ludzka bezmyślność polegająca na tworzeniu „dzikich” przejazdów i przejść przez wały.

 

Wał przeciwpowodziowy musi spełniać ochronną rolę na całej swojej długości. Uszkodzenie, choćby nawet niewielkiej jego części powoduje, iż traci on swoje walory użytkowe. Uszkodzenie obwałowania skutkuje zwykle zalaniem znacznych obszarów, które znajdowały się pod jego ochroną. Co więcej, wyrwa, lub przebicie które pojawiło się w wale przeciwpowodziowym, przyczynia się do jego dalszej, szybkiej destrukcji. W normalnych warunkach wysokie poziomy przepływu wody utrzymują się zwykle przez kilka dni. Z tego też względu, ryzyko przefiltrowania wody na drugą stronę obwałowań jest niewielkie. W przypadku stanów powodziowych wysoki poziom wody utrzymuje się dłużej, co jest dużym zagrożeniem dla stabilności wału.

Jedną z podstawowych przyczyn destrukcji wałów przeciwpowodziowych jest makro-porowatość korpusu wału oraz problemy tzw. słabego podłoża pod korpusem wału. Niejednorodność objętości wałów oraz ich zniszczenie przez zjawiska sufozji, kawerny, nory i kanały wykonane przez zwierzęta norne w samym korpusie i w podłożu stanowią dla wału zagrożenie, które w znaczącej mierze klasyfikuje wały do pierwszej kategorii stanu zagrożenia i bezpieczeństwa.

 

Aby zapobiec nadmiernej szkodliwej filtracji, obwałowania powinny stanowić szczelną zaporę dla wody. Uszczelnienie wału można osiągnąć na co najmniej dwa sposoby. Jednym z nich jest ekran położony w płaszczyźnie skarpy odwodnej. Drugim – szczelny rdzeń umieszczony w osi wału. Ponieważ filtracja przebiega nie tylko przez korpus wału, ale i przez podłoże – również ono powinno zostać uszczelnione. Najlepiej, gdy uszczelnienie to stanowi przedłużenie uszczelnienia ekranu lub rdzenia. Jeżeli warstwa nieprzepuszczalna w podłożu znajduje się niezbyt głęboko, to przesłona szczelna powinna sięgać tej warstwy. Filtrująca przez korpus wału woda musi być przechwycona przez drenaż znajdujący się przy stopie skarpy odpowietrznej i odprowadzona rowem odwadniającym. Jeżeli takiego drenażu nie ma, albo przestaje funkcjonować, wówczas występuje wysączanie się wody, co grozi wyparciem filtracyjnym gruntu, a tym samym osunięciem się skarpy. Filtracji przez korpus i podłoże wału towarzyszą zjawiska sufozji i kolmatacji gruntu. Mają one znaczny wpływ na bezpieczeństwo całego wału.
Sufozja gruntu polega na przemieszczaniu oddzielnych cząstek gruntu i zachodzi pod działaniem elementarnych sił filtracyjnych (f) wprost proporcjonalnych do gradientu hydraulicznego (I) i ciężaru objętościowego wody (γw) (f=Iγw).
Kolmatacja – to z kolei, zatrzymywanie się i odkładanie przemieszczających się cząstek gruntu w jakimś obszarze, na skutek zbyt małej siły filtracyjnej (f) niezdolnej do pokonania ciężaru cząstki, lub napotkanych sił tarcia. Tam, gdzie zachodzi kolmatacja, z czasem zmniejsza się współczynnik filtracji (k).
Tablica 2 zawiera wykaz gruntów oraz pomierzony dla nich współczynnik filtracji. Wynikiem kolmatacji może być między innymi zapychanie się drenaży. Działania sufozyjne zarówno w korpusie, jak i w podłożu, doprowadzają stopniowo do wymywania drobnych cząstek gruntu, jego rozluźniania, a w konsekwencji osiadań i co groźniejsze do powstania niebezpiecznych, skoncentrowanych dróg filtracji, powodujących tzw. przebicie hydrauliczne.

 

Tablica 2. Współczynniki filtracji dla różnych rodzajów gruntu

 

Lp. Rodzaj gruntu Współczynnik
filtracji k (m/s)
1. Otoczaki, grunt narzutowy 10-1 – 10-2
2. Żwir 10-2 – 10-3
3. Piasek gruboziarnisty 10-3 – 10-4
4. Piasek drobnoziarnisty 10-4 – 10-5
5. Piasek gliniasty 10-5 – 10-6
6. Glina piaszczysta 10-6 – 10-7
7. 10-7 – 10-8

 

Z tablicy 2 wynika niezbicie, że najlepszymi materiałami do konstrukcji wałów, biorąc pod uwagę wielkość współczynnika filtracji, powinny być wszelkiego rodzaju gliny, gdyż charakteryzuje je najmniejszy współczynnik filtracji wody. Niestety grunty te zaliczane są do gruntów spoistych, a więc takich, dla których daje się wyznaczyć zarówno granicę plastyczności, jak i granicę płynności. Grunty te charakteryzuje również wskaźnik plastyczności określający procentową zmianę ilości wody w gruncie, której towarzyszy przejście gruntu spoistego ze stanu plastycznego w stan płynny. Z tego też powodu gliny nieuzdatnione nie są najlepszym materiałem do budowy korpusu obwałowań. Nadają się natomiast świetnie do budowy nieprzepuszczalnych rdzeni obwałowań zapobiegających filtracji wody.

 

*

Uzdatnianie i stabilizacja gruntów plastycznych wapnem jest technologią powszechnie znaną i chętnie stosowaną w budownictwie lądowym. W procesie uzdatniania i stabilizacji gruntów plastycznych powszechnie wykorzystuje się tlenek wapnia CaO, znany w handlu pod nazwą wapna palonego. Wapno to ma dużą zdolność do łączenia się wodą. Wynikiem jest powstanie wodorotlenku wapnia Ca(OH)2. Reakcji chemicznej towarzyszy wydzielanie się dużej ilości ciepła, stąd reakcja ta określana jest mianem egzotermicznej. Tworzenie się wodorotlenku wapnia oraz wydzielanie się ciepła powodują osuszenie gruntu spoistego. Dodatkowo mają miejsce zjawiska flokulacji i aglomeracji cząstek gruntu, a także wymiany jonowej polegające na podstawianiu jednowartościowych jonów Na+ przez dwuwartościowe jony Ca2+. Powoduje to, że grunt plastyczny przechodzi w stan quasi piaskowy dający się łatwo zagęszczać.

 

 

Rysunek 2. Schemat ilustrujący różnice pomiędzy gruntem rodzimym
a gruntem stabilizowanym wapnem palonym

 

Poza opisanymi powyżej zjawiskami powodującymi szybką zmianę struktury gruntu spoistego, przy stosowaniu wapna zachodzą również inne zjawiska, które w dłuższym okresie skutkują wzrostem wytrzymałości gruntu, a odpowiedzialna jest za to rekcja pucolanowa. Dodanie wapna palonego CaO powoduje wzrost pH do wartości powyżej 12. W środowisku zasadowym znacząco wzrasta rozpuszczalność krzemionki oraz trójtlenku glinu, stąd też mogą one wchodzić w reakcję z jonami wapnia. Wynikiem tego jest tworzenie faz CSH oraz CAH powodujących sklejenie cząstek gruntu i stały wzrost jego wytrzymałości na ściskanie.

W ciągu ostatnich pięciu lat, kilka instytucji naukowych w Europie Zachodniej zajęło się badaniem wpływu stabilizacji gruntów spoistych wapnem palonym na właściwości mechaniczne i fizyczne uzdatnionego i stabilizowanego gruntu oraz ocenie jego przydatności w budowie wałów przeciwpowodziowych. Badania te prowadzone były m.in. we Francji przez LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) oraz CRR (Centre de Recherches Routières), natomiast w Belgii przez ULB (Université Libre de Bruxelles, Department of the Applied Sciences Faculty).
W trakcie badań stosowano wapno powietrzne typu CL 90 Q (zgodne z EN 459-1:2010) o zawartości wolnego wapna min. 91% oraz reaktywności t60 mierzonej (zgodnie z EN 459-2:2010) poniżej 5 min. Pomiary przepuszczalności gruntu wykonano dla gliny pylastej o wskaźniku plastyczności Ip = 13; pomiary odporności na erozję gruntu oraz stabilność mechaniczną gruntu badano dla gliny pylastej o wskaźniku plastyczności Ip = 11; pomiary skurczu wykonano dla gruntu sklasyfikowanego, jako glina o wskaźniku plastyczności Ip = 37.
W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono iż zagęszczanie gruntu spoistego stabilizowanego wapnem w ściśle określonych warunkach wilgotnościowych pozwala uzyskać materiał o przepuszczalności równoważnej przepuszczalności materiału nieulepszonego spoiwem.
Niska przepuszczalność gruntu ulepszonego wapnem może być osiągnięta pod warunkiem, że:

  • wilgotność gruntu podczas zagęszczania będzie powyżej wilgotności optymalnej wyznaczonej w badaniu Proctora,
  • zastosowana zostanie odpowiednia metoda zagęszczania gruntu, w tym przypadku z użyciem tłoka z kolcami w postaci stopek.

 

Stosując powyższą procedurę, w trakcie badań laboratoryjnych uzyskano współczynnik przepuszczalności (k) w przedziale 10-9 – 10-10 m/s, a więc wartość porównywalną z wartością mierzoną dla gruntu spoistego nieulepszanego wapnem.
Zastosowanie wapna hydratyzowanego zamiast wapna palonego prowadziło do tych samych rezultatów oraz wniosków.

 

Zdjęcie 1. Wizualne porównanie gruntu plastycznego stabilizowanego wapnem palonym (górna część) i gruntu rodzimego (u dołu zdjęcia) Zdjęcie 2. Widok stempla do zagęszczania gruntu w badaniu Proctora. Poniżej schemat zagęszczania próbki gruntu plastycznego.

 

Testy przeprowadzone na skalę przemysłową przy użyciu walca okołkowanego stopkowego potwierdziły przydatność opracowanej metody zagęszczania. Gwarantuje ona uzyskanie pożądanej homogeniczności zagęszczanej warstwy. Co więcej, zagęszczanie warstw walcem okołkowanym jest powszechnym procesem podczas budowy i zagęszczania warstw drogowych i gwarantuje uzyskanie dużej odporności wykonanego nasypu (lub stabilizowanego wapnem podłoża) na obciążenia pochodzące od ruchu kołowego.

Niska przepuszczalność gruntu spoistego uzdatnionego wapnem wiąże się z faktem zmiany wielkości porów w gruncie. O ile w przypadku gruntu spoistego zagęszczanego zgodnie ze wskazaniami Proctora, wielkość porów wynosi powyżej 100 µm, to w przypadku stabilizacji gruntu wapnem w wilgotności powyżej wilgotności optymalnej, pory gruntu zagęszczanego zgodnie z rekomendowaną technologią mają wymiar poniżej 3 µm, a dodatkowo są to pory, które nie uczestniczą w transporcie wody, z tego też względu następuje spadek przepuszczalności wody przez grunt.

 

Rysunek 3. Rozkład porów dla gruntu zagęszczanego w wilgotności optymalnej Rysunek 4. Rozkład porów dla gruntu stabilizowanego wapnem – wilgotność powyżej optymalnej

 

Erozja, zarówno wewnętrzna jak i zewnętrzna, jest jedną z głównych przyczyn najcięższych uszkodzeń obwałowań przeciwpowodziowych. Przeprowadzone badania gruntu uzdatnionego wapnem wykazały gwałtowne zmniejszenie się ilości cząstek gruntu, które w trakcie testów zostały odspojone od powierzchni próbek. Dotyczy to również próbek, które były badane następnego dnia po procesie uzdatnienia gruntu wapnem. W testach erozji zewnętrznej pod ciśnieniem wody (test typu JET - Jet Erosion Test – rysunek 5) erozja czteromiesięcznych próbek gruntu uzdatnianego wapnem była prawie 100 razy mniejsza niż próbek bez uzdatnienia.

 

Rysunek 5. Urządzenie do testu JET Zdjęcie 3. Wynik testu JET

- po lewej stronie wiadro z wodą pochodzącą z testu JET dla gruntu stabilizowanego wapnem

- po prawej stronie wiadro z wodą z testu JET dla gruntu rodzimego

 

Stabilność mechaniczna próbek gruntu uzdatnianego wapnem wymaga szczególnego uwypuklenia w kontekście znaczącego wzrostu kohezji gruntu, która jest obserwowana do wartości obciążenia 400 MPa. Ten poziom obciążeń odpowiada obciążeniom nasypów o wysokości 25 m. Stąd można wysnuć wniosek, że wysycone grunty stabilizowane wapnem pozwalają na budowę nasypów o wysokości do 25 m. Powyższą informację należy uzupełnić o kolejny element, a mianowicie – podwyższoną stabilność liniową w procesie skurcz/pęcznienie gruntów gliniastych. W rzeczywistości dla gruntów uzdatnianych wapnem obserwuje się przesunięcie granicy skurczu gruntu w wyniku zmian jego wilgotności na wartość grubo powyżej optimum krzywej Proctora. Może to oznaczać zmniejszenie lub nawet zanik zmian liniowych wynikających z powtarzalnych okresów wysycania oraz suszenia gruntu.

Wszystkie powyżej opisane efekty oddziaływania wapna na grunt mogą być zaobserwowane w rzeczywistej skali na przykładzie Kanału Friant-Kern w Kalifornii w USA. W latach 70–tych ubiegłego wieku, wiele kilometrów nabrzeży kanału, jak również jego dno zostało wykonane z wykorzystaniem gruntów uzdatnianych wapnem. Obserwacja obecnego stanu technicznego pozwala sformułować wniosek, że zarówno dobra odporność na erozję, jak i stabilność mechaniczna nabrzeży jest wynikiem zastosowania gruntów stabilizowanych wapnem.

 

Zdjęcie 4. Kanał Friant-Kern, Kalifornia, USA. Nabrzeże kanału
stabilizowane wapnem. Po prawej stronie zdjęcia, w oddali widoczne
zniszczenia, jakie woda poczyniła w nabrzeżu nie poddanym
procesowi stabilizacji wapnem.

 

 

Podsumowanie

W artykule opisano jedynie niektóre zagadnienia związane z ochroną przeciwpowodziową, jak również rezultat badań nad gruntami spoistymi stabilizowanymi wapnem palonym. Badania te wskazują na trwałość gruntu stabilizowanego spoiwem wapiennym. Powoduje to, że technologia ta, stosowana od dziesięcioleci w drogownictwie i kolejnictwie, z powodzeniem może również być wykorzystana w budownictwie hydrotechnicznym. Pozwala ona budować nie tylko stabilne wały przeciwpowodziowe, ale również oszczędzać środowisko naturalne, ograniczając do minimum operacje związane z wydobyciem i transportem materiałów potrzebnych do budowy obwałowania przeciwpowodziowego.