Wzmocnienie podłoża antropogenicznego odcinka budowanej trasy N-S w Rudzie Śląskiej realizowane w technologii zagęszczania impulsowego RIC

W artykule omówiono realizację wzmocnienia podłoża pod budowaną w Rudzie Śląskiej drogą N-S mającą w przyszłości połączyć Drogową Trasę Średnicową z autostradą A4. Zagęszczanym impulsowo gruntem był typowy dla terenów Śląska łupek nieprzepalony. Badania efektywności zagęszczenia wykazały skuteczność technologii RIC we wzmocnieniu tego typu gruntu do głębokości 4,0-5,0 m. Dodatkowo w artykule opisano wpływ prowadzonego zagęszczania na sąsiadujące z budową obiekty. dr inż. Piotr Kanty, Menard Polska Sp. z o.o. W Rudzie Śląskiej powstaje kolejny odcinek tzw. trasy N-S, której celem będzie połączenie DTŚ z autostradą A4 w węźle Wirek oraz zwiększenie przepustowości drogi wojewódzkiej nr 925 na kierunku północ – południe. Aktualnie trwa budowa ul. Nowobukowej, tj. odcinka od ul. 1 Maja do ul. Bukowej wraz z węzłem dwupoziomowym i budową odcinka drogi od ul. Bukowej do ul. ks. Niedzieli. Z uwagi na niekorzystne warunki gruntowe w postaci gruntów antropogenicznych o zróżnicowanym stanie konieczne było wzmocnienie podłoża, pozwalające na spełnienie warunków nośności i osiadań przy obciążeniu nasypem drogowym. Na przedmiotowym obszarze zaprojektowano wzmocnienie podłoża w technologii ubijania (zagęszczania) impulsowego RIC (ang. Rapid Impact Compaction).

Warunki gruntowe

Podłoże pod budowaną drogą stanowi warstwa współczesnych nasypów, w przeważającej części związanych z hałdami. Ich grubość jest zmienna i szacowana na ok. 25 m. Litologicznie to najczęściej nasypy hałdy odpadów kopalnianych i budowlanych. W składzie nasypów przeważają kamienie skały płonnej – iłołupka (częściowo zlasowanego), rzadziej piaskowca. Towarzyszą im: piasek, okruchy lub miał węgla, kamienie, gruz ceglany, spieki, piasek gliniasty [4]. Stan nasypów określony za pomocą sondowań sondami DPM i DPH oceniono jako luźny do zagęszczonego. W ramach rozpoznania podłoża wykonano 13 otworów wiertniczych, 15 sondowań DPH, kilka przekopów kontrolnych oraz 4 analizy granulometryczne (rys. 1).

Technologia zagęszczania impulsowego RIC

Zagęszczenie impulsowe jest technologią o średnim zasięgu. Najczęściej wynosi on ok. 4,5 m [1]. Zasięg ten jest większy od zasięgu okołkowanego walca wibracyjnego (1 m), ale równocześnie znacząco mniejszy od zasięgu zagęszczenia dynamicznego (7-8 m). Wzmocnienie podłoża za pomocą RIC charakteryzuje się dobrą szybkością realizacji prac, dlatego też w niektórych warunkach może konkurować z zagęszczeniem dynamicznym (DC). Wzmocnienie polega na wielokrotnym (40-60 razy/min) zrzucie młota o masie 5, 7 lub 9 ton w punkt z wysokości do 1,2 m.

Duże powierzchnie zagęszcza się, tworząc siatkę punktów, np. trójkątną lub kwadratową. Wzmocnienie wykonuje się w jednej, dwóch lub trzech fazach. Między fazami następuje zasyp kraterów. Każdorazowo po ostatniej fazie i zasypie kraterów konieczne jest powierzchniowe zagęszczenie wibracyjne gruntu za pomocą walca. Do wykonania zagęszczania impulsowego RIC na opisywanej realizacji użyto młota hydraulicznego zamontowanego na koparce. Zestaw do wykonania zagęszczanie RIC9000 gwarantował możliwość wykonywania wielokrotnych impulsów o energii 106 kNm, w liczbie 40-60 szt./min. Zastosowane urządzenie było wyposażone w 9-tonowy młot hydrauliczny, średnica podstawy stopy wynosiła 1,5 m. System sterowania umieszczony w kabinie operatora dawał możliwość kontroli procesu zagęszczania, rejestrując typowe parametry pracy.

Opis przeprowadzonych prac

Pracę w technologii RIC poprzedzono wykonaniem trzech poletek próbnych, na których wykonywano zagęszczenie dla różnych parametrów roboczych. Następnie zbadano zagęszczenie wzmocnionego gruntu do głębokości 5 m (wyniki przedstawiono w dalszej części artykułu). Dobranie odpowiednich parametrów pracy było możliwe po dokładnej analizie wyników zmian stopnia zagęszczenia. Zaletą technologii RIC jest ciągła rejestracja takich parametrów jak: osiadanie po każdym uderzeniu, liczba uderzeń, całkowita głębokość krateru, wysokość zrzutu, sumaryczna energia. Niemniej jednak analiza tych parametrów nie pozwala określić, jaki jest stopień zagęszczenia gruntu na poszczególnych głębokościach oraz jaki jest zasięg wzmocnienia, dlatego też każdorazowo należy wykonywać badania zagęszczenia na poletkach próbnych i w ramach badań odbiorczych. Wzmocnienie realizowano na trzech pododcinkach drogi o długościach: 80, 458 i 760 m. Prace prowadzono w terminie 18.08- 15.09.2015 r. Łącznie zagęszczono podłoże w 3409 punktach, w trójkątnym rozstawie. Zagęszczenie wykonywano poprzez jedno przejście lub dwa przejścia robocze (etapy pracy). Pracę prowadzono na terenie wcześniej wyprofilowanym do niwelety. Tak przygotowane podłoże powodowało konieczność ubijania na nierównym terenie, co przyczynia się do szybszego zużycia sprzętu. Dla technologii RIC platforma robocza powinna być możliwie pozioma. Powstałe w wyniku prac kratery miały głębokości wynoszące od 0,30 do 1,25 m, ich średnica sięgała 2,50 m.

Efektywność zagęszczania impulsowego

Efektywność wykonywanych prac wzmocnieniowych sprawdzono na początku na poletkach testowych oraz po ich wykonaniu, w losowo wybranych punktach trasy. Badaniu podlegał stopień zagęszczenia materiału nasypowego. Badania zagęszczenia wykonywano sondą dynamiczną DPM, mierząc liczbę uderzeń potrzebną na 10 cm wpędu, a interpretację ID wykonano zgodnie z [5]. Zastosowanie sond dynamicznych jest powszechne w sprawdzaniu efektywności wzmocnienia w technologii RIC [2]. Autor zwraca jednak uwagę na fakt, że podana w ww. normie korelacja jest stworzona dla naturalnych gruntów piaszczystych. Jednakże ze względu na powszechność takiej interpretacji (łatwość zrozumienia dla projektanta, nadzoru budowy) zastosowano ją również dla łupków. Autor nie zna korelacji między liczbą uderzeń sondy dynamicznej a stopniem zagęszczenia stworzonej dla łupków nieprzepalonych.