Na niepewnym gruncie

Bardzo częsty jest pogląd, że niekorzystne warunki gruntowe na dogodnie ulokowanej działce przekreślają możliwość realizacji i sens ekonomiczny inwestycji. W niniejszej publikacji autorzy podejmują temat wzmacniania gruntów słabonośnych, przybliżą technologie stosowane we współczesnej praktyce inżynierskiej oraz odpowiedzą na pytanie, czy ekonomiczne, a zarazem efektywne posadowienie konstrukcji obiektów budowlanych w trudnych warunkach gruntowych jest możliwe.

Przez określenie grunt słaby rozumiemy warstwy podłoża, które nie spełniają wymagań, wynikających z warunków stanów granicznych (przeważnie dotyczących nośności, stateczności oraz osiadań) w odniesieniu do rozpatrywanej konstrukcji bądź jej elementu. Za grunty słabonośne uznaje się te, które charakteryzuje mała wytrzymałość (cu < 50 kPa), wysoka ściśliwość (M < 5 MPa) oraz grunty o niestabilnej strukturze: pęczniejące, zapadowe, podatne na upłynnienia oraz zjawiska filtracyjne t.j np. sufozja. Zazwyczaj są to: grunty organiczne (namuły, torfy, gytie), grunty antropogeniczne nasypy niebudowlane), grunty spoiste w stanie plastycznym, miękkoplastycznym lub płynnym i grunty niespoiste w stanie luźnym.

Warto mieć na uwadze, iż nie istnieje jednoznaczne kryterium, które pozwala zakwalifikować grunt jako słabonośny. Te same warunki gruntowe mogą być wystarczające do posadowienia wiaty lub lekkiego budynku gospodarczego i jednocześnie zdecydowanie nie wystarczające do bezpośredniego posadowienia bloku, domu, hali czy też nasypu lub obiektu inżynierskiego. Ocenę przydatności gruntu do posadowienia należy przeprowadzać uwzględniając rodzaj projektowanej budowli oraz stawiane jej wymagania (dopuszczalne osiadania) w oparciu o właściwości gruntów uzyskane z badań geotechnicznych. Badania geotechniczne powinny być wykonane przy wykorzystaniu nowoczesnego sprzętu, który pozwala na określenie nie tylko ułożenia warstw geologicznych, ale także odpowiednich parametrów. Tradycyjnym odwiertom muszą towarzyszyć sondowania pozwalające na określenie parametrów geotechnicznych warstw podłoża (CPTu, DMT, FVT, PMT, SCPTU).

Niekorzystne warunki geotechniczne są zmartwieniem dla inwestorów, którzy skrupulatnie analizują koszty realizacji inwestycji oraz dla projektantów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo budowli. Dotychczas utarły się dwa schematy postępowania w przypadku występowania gruntów słabonośnych poniżej poziomu posadowienia projektowanej konstrukcji.

Pierwszy z nich zakłada wykonanie wymiany gruntów na grunt nośny. Rozwiązanie, chociaż powszechnie znane, w wielu przypadkach jest obarczone dużym ryzykiem wykonawczym, ponieważ tylko właściwe zagęszczenie wymienionego gruntu daje pożądany efekt techniczny. Pełna wymiana gruntu poniżej lustra wody jest możliwa jedynie z zastosowaniem odwodnienia lub całkowitego odcięcia wód gruntowych np. ściankami szczelnymi co generuje dodatkowe koszty. Z kolei bagrowanie lub wyparcie, nie pozwalają na uzyskanie pełnej – jednorodnej wymiany i wymagają dodatkowego „dogęszczenia” kolumnami żwirowymi lub poprzez zagęszczanie dynamiczne (DC, RIC, HEIC, wibroflotację). Warto mieć również na uwadze, że wymiana gruntu jest rozwiązaniem czasochłonnym a masy ziemne, które są wywożone poza teren inwestycji, według ustawy o odpadach, należy odpowiednio zagospodarować, co również zwiększa koszty realizacji.

Drugie rozwiązanie zakłada zastosowanie posadowienia pośredniego na palach fundamentowych, czyli sztywnych, zbrojonych elementach, które całość obciążenia od konstrukcji przenoszą na nośne warstwy podłoża gruntowego. Ze względu na duże zużycie materiałów (beton, stal) oraz długi czas wykonania, typowe posadowienie pośrednie jest rozwiązaniem kosztownym.

Istnieje również trzecie rozwiązanie, polegające na wzmocnieniu gruntów słabonośnych. Pod pojęciem wzmacniania gruntów rozumie się zabiegi mające na celu zwiększenie nośności podłoża, zmniejszenie osiadań budowli, czy też zapobieganie utracie stateczności. Wśród technologii wzmacniania gruntu możemy wyodrębnić pewne grupy takie jak: rozwiązania konsolidacyjne, technologie dynamiczne oraz kolumny (żwirowe, betonowe, DSM). Na rynku budowlanym pojęcie „kolumny” często jest błędnie utożsamiane z pojęciem „pale”, mimo znaczących różnic. Kolumny w odróżnieniu do pali są zazwyczaj konstrukcjami podatnymi, które współpracują z otaczającym je gruntem. W zależności od rodzaju wzmacnianego podłoża kolumny przenoszą 60-95% obciążenia, a pozostała część jest transmitowana przez podłoże.