Nawierzchnie drenażowe - Porous Asphalt (PA)

Pierwsze nawierzchnie drenażowe budowano w latach siedemdziesiątych w Stanach Zjednoczonych. Celem ich stosowania było sprawne odprowadzenie wody z powierzchni jezdni oraz ograniczenie rozpryskiwania się wody opadowej pod powierzchnią kół pojazdów samochodowych. Po wykonaniu odcinków doświadczalnych zauważono, że oprócz sprawnego odprowadzenia wody z powierzchni jezdni zmniejszył się również hałas generowany na styku opona – nawierzchnia. 

Cechą charakterystyczną nawierzchni porowatej jest otwarta struktura, co jest spowodowane obecnością frakcji grysowej w ilości przekraczającej 80% m/m. Poniżej przedstawiono uziarnienie mieszanki mineralnej oraz minimalną zawartość lepiszcza asfaltowego wg [2]:

Tabela 1. Uziarnienie mieszanki mineralnej oraz minimalna zawartość lepiszcza asfaltowego

Właściwości	Przesiew, [%(m/m)]
	PA 8    (KR3-4)		PA 11      (KR3-6)		PA 16       (KR3-6)
Wymiar sita	od	do	od	do	od	do
22	-	-	-	-	100	-
16	-	-	100	-	90	100
11,2	100	-	90	100	5	15
8	90	100	5	15	-	-
5,6	5	15	-	-	-	-
2	5	10	5	10	5	10
0,063	3	5	3	5	3	5
Minimalna zawartość lepiszcza	Bmin 6,5		Bmin 6,0		Bmin 5,5

Warstwa z nawierzchni porowatej stosowana jest jako ścieralna (PA8 i PA11)  i wiążąca (PA16) dla kategorii ruchu KR3 – KR6. Krzywe graniczne uziarnienia mieszanki mineralnej stosowanej do nawierzchni z asfaltu porowatego PA 8 przedstawiono na poniższym wykresie:

Rys. 1 Krzywe graniczne uziarnienia mieszanki mineralnej SMA 11

Aby uzyskać otwartą strukturę mieszanki porowatej należy ograniczyć stosowanie stosu okruchowego o frakcji pośredniej, co umożliwia warstwom z asfaltu porowatego odprowadzenie wody z powierzchni jezdni. Dzięki temu nie dochodzi do zjawiska akwaplanacji, którego nie da się uniknąć w przypadku stosowania innych mieszanek mineralno asfaltowych.  Pory w warstwie drenażowej tworzą system kanalików, przez które woda jest odprowadzana z powierzchni jezdni. Porównanie działania odwodnienia nawierzchni drenażowej oraz nawierzchni nieprzepuszczalnej przedstawiono na poniższym zdjęciu:

Rys. 2 Zmniejszenie efektu akwaplanacji na nawierzchni drenażowej (Chriszwolle)

PA zawiera w sobie około 17-25% wolnych przestrzeni. Do wykonania tej mieszanki należy stosować kruszywo o bardzo dobrej jakości. Zalecane jest stosowanie wysokiej klasy kruszywa łamanego, które jest odporne na ścieranie, polerowanie itp.

Otwarta struktura nawierzchni porowatych pozytywnie wpływa na odporność na deformacje trwałe lepko-plastyczne, ale jednocześnie przyczynia się do skrócenia trwałości (odmywanie lepiszcza, ubytek ziaren, szybsze starzenie lepiszcza). Aby zachować trwałość konstrukcji należy zamiast asfaltu drogowego, stosować lepiszcze modyfikowane. Autorzy wymagań technicznych WT2 [2] zalecają asfalty: PMB 45/80-55, PMB 45/80-65 lub PMB 65/105-60 w ilości około 5,5 – 6,5% mieszanki mineralno asfaltowej. Asfalt modyfikowany również pozytywnie oddziałuje na odporność na deformacje trwałe - w wyższych temperaturach polimer usztywnia nawierzchnie, w niższych poprawia ich elastyczność.

Pomiędzy warstwą z asfaltu porowatego i warstwą wiążącą należy wykonać warstwę wodoszczelną, która uniemożliwi przedostaniu się wody do niższych warstw konstrukcji. Jako warstwę hydroizolacyjną stosuje się przykładowo membranę natryskową Flexigum HP. Bardziej klasycznym rozwiązaniem jest stosowanie emulsji asfaltowej bądź asfaltu modyfikowanego w ilości 1,5-2,2 kg/m², który kolejno jest posypany kruszywem łamanym. Szczelna warstwa podobnie jak powierzchnia nawierzchni z asfaltu porowatego musi mieć większy spadek poprzeczny (min. 2,5%), by przyspieszyć spływ wody na pobocze. Działanie nawierzchni drenażowych przedstawiono na poniższym rysunku:

Rys. 3 Odprowadzenie wody opadowej z nawierzchni drenażowej

Produkcja mieszanki PA nie różni się w istocie od produkcji innych mieszanek mineralno-asfaltowych. Temperatura wytwarzania jest uzależniona od rodzaju stosowanego asfaltu. Temperatury asfaltów stosowanych do mieszanek drenażowych mieszczą się w zakresie od 180°C do 220°C (temperatury technologiczne podane są w [2]).

Temperatura wbudowania nawierzchni powinna oscylować w granicach od 130°C do 160°C. Zagęszczanie warstw porowatych należy wykonywać przy pomocy walców w sposób tylko i wyłącznie statyczny. Zaleca się układanie mieszanki od razu na całej szerokości jezdni i ograniczanie szwów technologicznych. Ruch na wykonanej drodze można puścić nie wcześniej niż 24 godziny po zakończeniu prac. Budowę innych obiektów takich jak kładki dla pieszych należy zaplanować przed układaniem nawierzchni porowatej. Ruch budowlany na gotowej nawierzchni powoduje zanieczyszczenie porów nawierzchni drenażowej, dlatego ułożenie i zagęszczenie warstwy z asfaltu porowatego  powinny być ostatnimi krokami realizacji projektu.

Wady oraz ograniczenia stosowania nawierzchni drenażowych

Nawierzchnie porowate mają zarówno zalety, jak również wady i ograniczenia. Otwarta struktura przyczynia się do słabszej odporności warstwy z PA na działanie sił ścinających. W efekcie nie należy budować nawierzchni asfaltowych w okolicach skrzyżowań, rond, na krętych drogach oraz na drogach o większych pochyleniach podłużnych (niektóre źródła podają maksymalny spadek 5% [4]).

Eksploatowane nawierzchnie drenażowe sprawiają więcej kłopotów zarządcom dróg, niż nawierzchnie tradycyjne. Konieczne jest oczyszczanie tego typu nawierzchni przynajmniejraz do roku w okresie wiosennym. W tym celu wykorzystywane są pojazdy z odpowiednimi urządzeniami płuczącymi pory pod ciśnieniem oraz ssącymi wypłukane części. Nie należy stosować pojazdów z zamontowanymi szczotkami z przodu, ponieważ wciskają one pył drogowy w pory oraz mogą się przyczynić do uszkodzeń powierzchniowych nawierzchni. Oczyszczanie zapewnia nam dobry odpływ wody. Wg [1] istnieje możliwość częściowego samooczyszczania się jezdni. Służą temu większy ruch samochodowy, większe prędkości pojazdów oraz obciążenia od poruszających się pojazdów ciężarowych.

Ze względu na możliwość zabrudzenia otwartej struktury mieszanki porowatej nie należy jej stosować w miejscach, gdzie zwiększony jest udział ruchu pojazdów przemysłowych, maszyn rolniczych oraz budowlanych. Wg [1] przy niższej prędkości niż 55 km/h w przypadku samochodów osobowych oraz niższej niż 70 km/h w przypadku samochodów ciężarowych nie jest generowany hałas na styku nawierzchnia-opona, dlatego nawierzchnie porowate należy wykonywać na drogach z wyższym limitem prędkości.

Wykonanie oraz utrzymanie nawierzchni porowatych jest droższe niż w przypadku nawierzchni z klasycznej mieszanki mineralno-asfaltowej [1]. Wysokie koszty są spowodowane koniecznością stosowania bardzo wysokiej jakości kruszywa oraz asfaltów modyfikowanych. Wyższe koszty utrzymania spowodowane są możliwością zatykania się porów w PA oraz kosztami związanymi w utrzymaniem zimowym dróg. Zimą nie można stosować środków mogących zatkać pory występujące w nawierzchni drenażowej - zamiast piasku wykorzystywana jest solanka o podwyższonej zawartości soli.

Zalety nawierzchni drenażowych

  

Otwarta struktura PA ma działanie absorbujące hałas. Zmniejszenie hałasu nawierzchni porowatej w stosunku do tradycyjnych nawierzchni wynosi od 3 do 5 dB [1], a  w przypadku nawierzchni drenażowych dwuwarstwowych mówi się nawet o 8 dB. Zmniejszenie hałasu o 3 dB daje efekt taki, jakby natężenie ruchu drogowego zostało zmniejszone dwukrotnie. Dzieje się tak, ponieważ ludzkie ucho nie działa „liniowo”, tylko „logarytmicznie”. Dwukrotny wzrost natężenia dźwięku nie oznacza, że dźwięk jest przez organizm ludzki odbierany jako dwukrotnie głośniejszy. Można to przedstawić przy pomocy wzoru na poziom natężenia dźwięku, wyrażany w decybelach [dB]:

β=10∙log(I/I₀)

β - poziom natężenia dźwięku [dB]

I - natężenie fali dźwiękowej [W/m²] 

I₀ - natężenie progu słyszalności, I₀ = 10^-12 W/m²

Dla natężenia dźwięku równego I = 10^-5 W/m² poziom natężenia dźwięku jest równy 70 dB. Zmniejszając natężenie dwukrotnie (I = 0,5∙10^-5 W/m²) poziom natężenia dźwięku β jest równy o 3 dB mniejszy, czyli 67 dB. 

Nawierzchnie porowate w Polsce dopiero od kilku lat są akceptowane przez środowisko drogowe [3]. Naukowcy początkowo przewidywali, że tego typu nawierzchnie nie będą w stanie wytrzymać ostrych zim, jakie panują w naszym kraju. Tłumaczono to tym, że woda przenikająca w pory po zamarznięciu miałaby mieć negatywny wpływ na trwałość warstwy ścieralnej wykonanej z asfaltu porowatego. Podobnym tokiem myślenia wykazywali się Niemcy - jednak po kalkulacji doszli do wniosku, że bardziej opłacalne jest wykonanie nawierzchni porowatej o krótszej trwałości, ale za to zmniejszającej hałas komunikacyjny. Pozwala to zaoszczędzić środki pieniężne na drogich i często nieestetycznych ekranach akustycznych. 

Kolejną zaletą nawierzchni asfaltowych jest brak zjawiska akwaplanacji – nie dochodzi do utraty przyczepności opony podczas jazdy po mokrej nawierzchni. Poprawiona jest również widoczność  - woda zostaje odprowadzona przez system drenujący, dzięki czemu nie dochodzi do rozpryskiwania się jej pod kołami pojazdów.

Dzięki odpowiedniemu rodzajowi mieszanki mineralnej oraz zastosowaniu asfaltów modyfikowanych nawierzchnia jest odporna na powstanie deformacji lepkoplastycznych (kolein).  

W dużej mierze można zapobiec wadom nawierzchni porowatych. Wydłużenie trwałości - przez dobre zaprojektowanie składu mieszanki mineralnej oraz stosowanie asfaltu modyfikowanego. Regularne oczyszczanie zatkanych porów wydłuża okres eksploatacji zachowując przy tym właściwości nawierzchni (obniżenie poziomu hałasu oraz zapobieganie rozpryskiwaniu się wody pod kołami). Coraz więcej firm w Polsce ma dostęp do odpowiedniego sprzętu oczyszczającego nawierzchnie z asfaltu porowatego. Stosowanie PA na drogach o większym limicie prędkości przyczynia się do redukcji kosztów eksploatacji dzięki samooczyszczaniu się nawierzchni porowatych. Odpowiednie reagowanie przy zimowym utrzymaniu eliminuje problemy z zatykaniem porów zimą przez lód i powstaniem gołoledzi na drodze.

inż. Łukasz Dutka

Literatura:

1. J. Piłat, P. Radziszewski: "Nawierzchnie asfaltowe", Wydawnictwa Komunikacji Łączności, Warszawa 2004.

2. "Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych. WT-2 2010. Mieszanki mineralno-asfaltowe. Wymagania techniczne", Załącznik nr 2 do zarządzenia nr 102 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 19 listopada 2010 r. 

3. A. Serbeńska: "Drogi ciche, bo porowate" w: edroga.pl

4. J. Olszacki: "Przegląd doświadczeń projektowania i wykonywania nawierzchni porowatych" w Nawierzchnie Asfaltowe 4/2006.

Postępowanie poprzedzające rozpoczęcie robót budowlanych - o specustawie drogowej - cz. I

Nim dojdzie do realizacji inwestycji drogowej musi zostać spełniony szereg formalności. Przygotowanie inwestycji polega między innymi na złożeniu wniosków o pozwolenie na budowę czy nabyciu nieruchomości pod budowaną drogę. Plany budowy, remontu czy przebudowy drogi zawsze budzą wśród ludzi dużo emocji, ponieważ finansowane są z pieniędzy podatników. 

Ustawa traktująca o przepisach dotyczących przygotowania i realizacji inwestycji w zakresie dróg publicznych została wprowadzona w 2003 roku. W tak zwanej specustawie drogowej były wprowadzane późniejsze zmiany, w tym ostatnia w roku 2012.

Ustawa z dnia 10 kwietnia 2003 r. o szczególnych zasadach przygotowania i realizacji inwestycji w zakresie dróg publicznych (Dz. U. nr 80, poz. 721) składa się z 5 rozdziałów:

• Rozdział 1   – Przepisy ogólne
• Rozdział 2a – Postępowanie poprzedzające rozpoczęcie robót budowlanych
• Rozdział 3   – Nabywanie nieruchomości pod drogi
• Rozdział 4   – Realizacja inwestycji drogowej
• Rozdział 5   – Zmiany w przepisach obowiązujących

W artykule pierwszym rozdziału pierwszego opisano czemu ma służyć wyżej wymieniona ustawa. Cytując:

„Ustawa określa zasady i warunki przygotowania inwestycji w zakresie dróg publicznych […], a także organy właściwe w tych sprawach”. 

Organami właściwymi w sprawach przygotowania inwestycji w zakresie dróg publicznych są Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad w przypadku dróg zarządzanych przez ten organ lub odpowiedni zarządca drogi w przypadku dróg niezarządzanych przez GDDKiA.

Zanim dojdzie do realizacji inwestycji należy złożyć wniosek o pozwolenie. Wniosek składa zarządca drogi, natomiast pozwolenie wydaje wojewoda lub starosta. Wg art. 11a. wojewoda wydaje zezwolenie na budowę dróg krajowych i wojewódzkich, starosta – dróg powiatowych oraz gminnych. 

Kim jest zarządca dróg? Odpowiedź na to pytanie dostajemy w ustawie o drogach publicznych. Podział jest następujący:

• drogi krajowe – GDDKiA,
• drogi wojewódzkie – zarząd województwa,
• drogi powiatowe – zarząd powiatowy,
• drogi gminne – prezydent miasta, wójt, burmistrz

Należy zwrócić uwagę na zasady wydawania pozwolenia w przypadku, kiedy droga ma być realizowana na obszarze kilku województw. Nie jest konieczne składanie wniosku o pozwolenie na budowę do kilku wojewodów. Art. 11a. punkt 2:

„W przypadku inwestycji drogi realizowanej na obszarze dwóch lub więcej województw, decyzję o zezwoleniu realizację inwestycji drogowej wydaje wojewoda, na którego obszarze właściwości znajduje się największa część nieruchomości przeznaczonych na realizację inwestycji drogowej.”

Nieruchomości – w przypadku specustawy drogowej są to nieruchomości gruntowe. Cytując art. 46 z kodeksu cywilnego:

„nieruchomościami są części powierzchni ziemskiej stanowiące odrębny przedmiot własności (grunty)”.

Wojewoda lub starosta jest zobowiązany do wysłania zawiadomienia o wszczęciu postępowania w sprawie decyzji o zezwoleniu na realizację inwestycji drogowej do właścicieli lub użytkowników wieczystych nieruchomości objętych tym wnioskiem. W przypadku, gdy trasa drogi przebiega przez kilka województw wojewoda (z zastrzeżeniem art. 11a pkt 2) musi wysłać zawiadomienia do marszałków województw odpowiedzialnych za tereny, na których droga będzie miała swój przebieg. Wynika to z art. 11d punktu 5 ustawy.

Decyzję o zezwoleniu na realizację inwestycji drogowej wydaje się w terminie 90 dni od dnia złożenia wniosku.

Wniosek składany przez zarządcę dróg powinien zawierać (art. 11d. ustawy):

„1. Mapę w skali co najmniej 1:5 000 przedstawiającą proponowany przebieg drogi, z zaznaczeniem terenu niezbędnego dla obiektów budowlanych, oraz istniejące uzbrojenie terenu;

2. Analizę powiązania drogi z innymi drogami publicznymi;

3. Mapy zawierające projekty podziału nieruchomości, sporządzone zgodnie z odrębnymi przepisami;

4. Określenie zmian w dotychczasowej infrastrukturze zagospodarowania terenu;

5. Cztery egzemplarze projektu budowlanego wraz z zaświadczeniem[…], aktualnym na dzień opracowania projektu”;

Zaświadczenie dołączone do egzemplarzy projektu budowlanego jest dokumentem potwierdzającym wpis na listę członków właściwej izby samorządu zawodowego – popularniej zwane „uprawnieniami budowlanymi”.

„6. Pozwolenie, o którym mowa w art. 23 i 23a ustawy z dnia 21 marca 1991 r. o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej […], jeżeli jest ono wymagane;

7. W przypadku obiektów zakładów górniczych oraz obiektów usytuowanych na terenach zamkniętych i terenach, o których mowa w art. 82 ust. 3 pkt 1 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r.– Prawo budowlane, postanowienie o uzgodnieniu z organem administracji architektoniczno-budowlanej, o którym mowa w art. 82 ust. 2 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane, projektowanych rozwiązań w zakresie:

1. linii zabudowy oraz elewacji obiektów budowlanych projektowanych od strony dróg, ulic, placów i innych miejsc publicznych
2. przebiegu i charakterystyki technicznej dróg, linii komunikacyjnych oraz sieci i uzbrojenia terenu, wyprowadzonych poza granice terenu zamkniętego, portów morskich i przystani morskich, a także podłączeń tych obiektów do użytku publicznego.

7a. W przypadku transeuropejskiej sieci drogowej:

1. wynik audytu bezpieczeństwa ruchu drogowego, o którym mowa w art. 241 ust. 1 ustawy z dnia 21 marca 1985 r. o drogach publicznych,
2. uzasadnienia zarządcy drogi, o którym mowa w art. 241 ust. 4 ustawy z dnia 21 marca 1985 r. o drogach publicznych;

8. Opinie:

1. ministra właściwego do spraw zdrowia – w odniesieniu do inwestycji lokalizowanych w miejscowościach uzdrowiskowych […],
2. dyrektora właściwego urzędu morskiego – w odniesieniu do obszarów pasa technicznego, pasa ochronnego, morskich portów i przystani,
3. właściwego organu nadzoru górniczego – w odniesieniu do terenów górniczych,
4. dyrektora właściwego regionalnego zarządu gospodarki wodnej – w odniesieniu do inwestycji obejmujących wykonanie urządzeń wodnych oraz w odniesieniu do wykonania obiektów budowlanych  lub robót na obszarach bezpośredniego zagrożenia powodzią,
5. dyrektora właściwego regionalnej dyrekcji Lasów Państwowych – w odniesieniu do gruntów leśnych stanowiących własność Skarbu Państwa, będących w zarządzie Lasów Państwowych,
6. właściwego wojewódzkiego konserwatora zabytków […],
7. właściwego zarządcy infrastruktury kolejowej […],
8. innych organów wymaganych przepisami szczególnymi;”.

Opinie właściwych organów (pkt 8) wydawane są w terminie nie dłuższym niż 30 dni od złożenia wniosku przez zarządcę drogi. Niewydanie opinii jest równoważne braku zastrzeżeń do wniosku.

Pozwolenie wodno prawne wydaje marszałek województwa lub starosta. Termin wydania decyzji podobnie jak wyżej – do 30 dni od złożenia wniosku o jej wydanie.

Wojewoda lub starosta w decyzji o zezwoleniu na realizację inwestycji drogowej powinien zawrzeć:

„1) wymagania dotyczące powiązania drogi z innymi drogami publicznymi, z określeniem ich kategorii;

2) określenie linii rozgraniczających teren;

3) warunki wynikające z potrzeb ochrony środowiska, ochrony zabytków i dóbr kultury współczesnej oraz potrzeb obronności państwa;

4) wymagania dotyczące ochrony uzasadnionych interesów osób trzecich;

5) zatwierdzenie podziału nieruchomości, o którym mowa w art. 12 ust. 1;

6) oznaczenie nieruchomości lub ich części, według katastru nieruchomości, które stają się własnością Skarbu Państwa lub właściwej jednostki samorządu terytorialnego;

7) zatwierdzenie projektu budowlanego;

8) w razie potrzeby inne ustalenia dotyczące:

a) określenia szczególnych warunków zabezpieczenia terenu budowy i prowadzenia robót budowlanych,

b) określenia czasu użytkowania tymczasowych obiektów budowlanych,

c) określenia terminów rozbiórki istniejących obiektów budowlanych nie-przewidzianych do dalszego użytkowania oraz tymczasowych obiektów budowlanych,

d) określenia szczegółowych wymagań dotyczących nadzoru na budowie,

e) obowiązku dokonania przebudowy istniejącej sieci uzbrojenia terenu,

f) obowiązku przebudowy dróg innych kategorii,

g) określenia ograniczeń w korzystaniu z nieruchomości dla realizacji obowiązków, o których mowa w lit. e i f,

h) zezwolenia na wykonanie obowiązków, o których mowa w lit. e i f”.

Kolejnym krokiem przed rozpoczęciem realizacji inwestycji drogowej jest nabywanie nieruchomości pod drogi. Rozdział ten zostanie opisany w kolejnym artykule.

inż. Łukasz Dutka

Wzmacnianie podłoża gruntowego przy pomocy kolumn DSM

Fot. by WSDOT

Zmniejszenie kosztów nowo budowanych dróg czy też drogowych obiektów inżynierskich wymaga wykorzystania gruntów dostępnych na miejscu. Z drugiej strony przepisy wymagają odpowiedniej nośności podłoża. W przypadku słabych gruntów takich jak namuły czy torfy, pomocną i aktualnie bardzo popularną metodą jest mieszanie wgłębne, czyli  tak zwany DSM (ang. Deep Soil Mixing).

Dz. U. nr 43, poz. 430 określa warunki gruntowe dla drogowych budowli ziemnych:

„Drogowa budowla ziemna powinna być zaprojektowana tak, aby jej odkształcenia nie spowodowały utraty przydatności użytkowej konstrukcji nawierzchni drogi oraz innych urządzeń zlokalizowanych  w pobliżu. Dopuszczalne wartości osiadań eksploatacyjnych s_k korpusu i podłoża budowli ziemnej nie powinny przekraczać 10 cm”.

Gdy te wymagania nie są spełnione jedną z opcji jest wymiana lub wzmocnienie podłoża gruntowego w celu poprawienia właściwości.

Mieszanie wgłębne zostało spopularyzowane w Polsce przez firmę Keller pod koniec lat dziewięćdziesiątych XX w. Początkowo tę metodę wykorzystywano do wzmacniania podłoży pod nasypy drogowe oraz fundamenty obiektów kubaturowych. W roku 2002 wykorzystano metodę DSM pod fundamenty obiektów mostowych na budowanej autostradzie A2. Polska jako pierwszy kraj w Europie wykorzystała tę metodę w budownictwie mostowym.

Technologia ta polega na wytworzeniu w podłożu gruntowym siatki kolumn, przy czym wykorzystuje się miejscowy grunt, który należy wymieszać ze spoiwem (najczęściej stosowany jest cement). Kolumny formowane są przy pomocy specjalnego mieszadła. Możliwe jest mieszanie zarówno ręczne jak i wspomagane komputerowo. Na rynku znane są mieszadła pojedyncze oraz podwójne. Zaletą mieszadeł podwójnych oprócz wydajności mieszania, jest eliminacja zjawiska „obracanego korka”, spotykanego często w przypadku stosowania mieszadła pojedynczego lub w przypadku mieszania gruntów bardzo spoistych.

Mieszadło DSM, fot. by USACE HQ

Pojedyncze mieszadło DSM, fot by SDOT Photos

Typowa długość uformowanych kolumn wynosi od 10-12 m, jednak często spotykane są kolumny o długości nawet powyżej 20 m. Na wielkość średnicy kolumny wpływ mają technologia, w której kolumny są wykonywane oraz rodzaj gruntu słabonośnego. DSM można wykonać w technologii na mokro i na sucho. W technologii na sucho typowe średnice wynoszą od 0,6 do 1,0  m – najczęściej 0,6 i 0,8 m, w przypadku technologii na mokro najczęściej od 0,8 do 1,5 m.

Mieszanie na sucho uzależnione jest od występowania poziomu wody gruntowej. Wilgotność gruntu musi wynosić minimum 60%. Zestaw do mieszania obejmuje stację do składowania i podawania spoiwa oraz maszynę wiertniczą. Najczęściej używa się wapna niegaszonego lub cementu z wapnem w przypadku glin i iłów oraz mieszanek z udziałem żużli wielkopiecowych w przypadku gruntów organicznych. Stabilizacja daje poprawę wytrzymałości na ścinanie – uzyskuje się wyniki na poziomie od 100 do 150 kPa. Zaletami metody na sucho są:

- możliwość pracy w niższej temperaturze

-duża wydajność

-możliwość stabilizacji bardzo słabych gruntów.

Zestaw do mieszania na mokro należy uzupełnić o zbiornik na wodę oraz mieszalnik. Wg [2] wytrzymałość na ściskanie kolumn cementowo-wapiennych wykonanych w tej metodzie, osiąga  wyniki od 1 do 10 MPa. Największą wytrzymałością cechują się kolumny, w których zastosowano mieszankę cementu i granulowanego żużla wielkopiecowego.

Zalety i ograniczenia stosowania kolumn DSM zestawiono poniżej:

Kolumny DSM zastosowano do wzmocnienia podłoża gruntowego pod nasypy na drodze S7 od węzła Elbląg do miejscowości Kalsk. Słabe grunty (torfy, namuły) występujące na miejscu budowy wymagały poprawy właściwości. Na całej długości odcinka sformowano ponad 146 000 kolumn DSM o średnicy 60 cm, których łączna długość przekroczyła 679 000 m.b. Przed wykonaniem kolumn wykonano pilotażowe badania laboratoryjne oraz pilotażowe badania polowe. W trakcie prac kontrolowano jakość wykonania kolumn. W przypadku każdej kolumny monitorowano między innymi datę wykonania, zagłębienie kolumny poniżej poziomu roboczego, ilość zużytego spoiwa oraz prędkość obrotową mieszadła.

inż. Łukasz Dutka

Literatura:

• M. Topolnicki: „Wzmacnianie i uszczelnianie gruntu metodą wgłębnego mieszania na mokro (DSM)”
• B. Gajewska, B. Kłosiński: „Wzmacnianie słabego podłoża kolumnami w budownictwie drogowym”, NBI Lipiec-Sierpień 2012
• www.keller.com.pl
• A. Leśniewska: „Wzmocnienie podłoża pod nasypy drogi krajowej S7 na odcinku od węzła Elbląg do Kalska za pomocą kolumn DSM-d”, NBI Listopad-Grudzień 2011