Zabezpieczenie wykopu z wykorzystaniem ściany segmentowej

Zabezpieczenie wykopu jest kluczowe dla sprawnej, bezpiecznej i optymalnej kosztowo realizacji inwestycji infrastrukturalnej. Dotyczy to przede wszystkim złożonych projektów liniowych, których długość przekracza często kilkadziesiąt kilometrów. Na jakie aspekty należy zwrócić uwagę przy zabezpieczeniu wykopu?

Zabezpieczenie wykopu - przepisy

Planując, projektując i wykonując głębokie wykopy należy przede wszystkim zwrócić uwagę na zapewnienie ich bezpieczeństwa. Cały proces warto jednak rozpocząć od znajomości przepisów. Pod względem prawnym proces budowy i projektowania wykopów regulują zarówno wielokrotnie modyfikowane Prawo budowlane, jak i Ustawa o gospodarce nieruchomościami. Dokumentem, z którym należy się zapoznać, jest również Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej ws. ustalania geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych. Zgodnie z przedstawionymi tam definicjami, wszystkie obiekty budowlane są zaliczane do pierwszej, drugiej lub trzeciej kategorii geotechnicznej – w zależności od warunków gruntowych i złożoności konstrukcji.

• Pierwsza kategoria geotechniczna obejmuje posadawianie niewielkich obiektów o statycznie wyznaczalnym schemacie obliczeniowym. W tej kategorii możliwe jest zapewnienie minimalnych wymagań na podstawie doświadczeń i jakościowych badań geotechnicznych gruntu.
• W ramach drugiej kategorii realizowane są obiekty posadawiane w prostych i złożonych warunkach gruntowych, które wymagają ilościowej i jakościowej oceny danych geotechnicznych oraz ich analizy.
• Z kolei trzecia kategoria obejmuje skomplikowane warunki gruntowe oraz obiekty nietypowe.

Oczywiście zabezpieczenie wykopów występuje we wszystkich trzech kategoriach geotechnicznych. Dla wykopów nieprzekraczających 6 m głębokości stosuje się przeważnie systemowe zabezpieczenia, jeśli wykopy te zakwalifikowane są do pierwszej lub drugiej kategorii geotechnicznej. Składają się one z płyt o różnych rozmiarach i konfiguracji, a także dopasowanych do nich rozpór.

W większości przypadków dla takich systemów nie wykonuje się dodatkowych obliczeń, za wyjątkiem wyznaczenia parcia gruntu. Obliczenia te mają potwierdzić, czy w danych warunkach geologicznych nie są przekroczone wartości graniczne podawane przez producenta. Najczęściej są to wartości nieprzekraczające 55 kN/m².

Kolejnym istotnym aspektem stosowania systemów deskowania jest oczywiście występowanie wody gruntowej, która musi zostać obniżona do rzędnej poniżej dna wykopu. Przeważnie przyjmuje się obniżenie zwierciadła wody gruntowej o około 0,5 m p.p.t. Często odwadnianie wykopów wspomagane jest poprzez wykonanie drenaży i zastosowanie pomp zatapialnych. Prawidłowo wykonane obliczenia mają przede wszystkim zagwarantować dobrze dobrany system, który zapewni bezpieczeństwo pracujących w wykopie ludzi.

Zabezpieczenie wykopu obiektów liniowych

W tym kontekście warto zwrócić uwagę na szczególny przypadek obiektów liniowych, takich jak sieci gazociągowe, wodociągowe, kanalizacyjne czy ciepłownicze. Doskonałym przykładem jest realizowana obecnie w Polsce infrastruktura gazowa, będąca kręgosłupem bezpieczeństwa energetycznego kraju i całego regionu.

W ciągu najbliższych kilku lat w naszym kraju ma powstać około kilkuset kilometrów sieci gazowej. Tego rodzaju obiekty – o długościach przekraczających często kilkadziesiąt kilometrów – wymagają rozległych badań geologicznych i hydrogeologicznych. Inwestycje liniowe są często prowadzone na terenach o zróżnicowanej budowie geologicznej i hydrologicznej, nierzadko także kolidują z wieloma elementami istniejącej infrastruktury. Znalezienie odpowiedniego sposobu zabezpieczenia wykopu wymaga również prawidłowego wyznaczenia parametrów wytrzymałościowych gruntu, które pozwolą na wybranie optymalnego rozwiązania pod względem technicznym i ekonomicznym. Wybór odpowiedniej technologii zabezpieczenia wykopów jest zatem wyzwaniem, m.in. ze względu na skalę realizowanych projektów, brak wystarczających danych geologicznych oraz konieczność prowadzenia dodatkowych badań przy ambitnym harmonogramie prac wykonawczych.

Zmienność warunków na trasie realizowanego obiektu rodzi także wiele wyzwań formalnych, związanych z dokumentacją inwestorską. Niestety, doskonale wiemy z praktyki, że w przygotowaniu procesu inwestycyjnego nie zawsze wystarcza czasu na wykonanie odpowiedniej ilości i jakości analiz geotechnicznych. Poprawne przeprowadzenie badań rozkłada się w czasie i tym samym rzutuje na koszt oraz terminowość realizacji całego przedsięwzięcia. Aspekt ekonomiczny i czasowy staje się dla wykonawców robót budowlanych równie istotny jak ten związany z bezpieczeństwem. To z kolei otwiera pole dla innowacji, które w naszym kraju ogniskują się wokół możliwości zabezpieczenia wykopów tzw. ścianką segmentową. System oparty jest o sondowania statyczne lub dynamiczne oraz dedykowany kalkulator (nomogram). Prace w tym obszarze prowadzone są przez Ośrodek Badawczy DIM Construction w Dąbrowie Górniczej. Obejmują one kilka poligonów, uwzględniających wszystkie rodzaje warstw geotechnicznych występujących w Polsce. Cały projekt zyskał niedawno wsparcie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Wyzwanie polega na stworzeniu formuły matematycznej, będącej podstawą nomogramów, oraz aplikacji, która pozwoli w uproszczony i szybki sposób wybrać odpowiedni rodzaj zabezpieczenia wykopu dla danych warunków fizycznych. Właściwe ściany segmentowe będą dobierane na podstawie badania SCPTU lub innego rodzaju sondowania terenowego. Dane dotyczące długości elementu, rodzaju profilu, głębokości zakotwienia oraz rozstawu w planie przesyłane będą do operatora maszyny wiertniczej oraz pogrążającej słupy. W ten sposób możliwe będzie skrócenie realizacji o każdorazową akceptację dokumentacji projektowej przez nadzór autorski i inwestorski, zgodnie z przepisami Prawa Budowlanego. Pozwoli to także na lepsze zabezpieczenie istniejącej infrastruktury, zmniejszenie obciążeń dynamicznych i hałasu, a przede wszystkim dużo szybszą i bardziej efektywną kosztowo realizację robót budowlanych, nawet przy zmiennych warunkach geologicznych.

 Pamiętajmy, że w zróżnicowanych warunkach geotechnicznych to właśnie wybór właściwego zabezpieczenia wykopu determinuje bezpieczeństwo i terminowość realizacji inwestycji. Warto zatem w większym stopniu analizować ten temat, tym bardziej że przed całą naszą branżą rysują się niezwykle ciekawe lata pod względem skali i złożoności planowanych w naszym kraju projektów infrastrukturalnych.