Publikacje

Grodzice winylowe na przestrzeni ostatnich lat zdobywają coraz większe zainteresowanie inżynierów lądowych jako alternatywa dla grodzic stalowych. Technologia grodzic winylowych, kojarzona głównie z „lekką” inżynierią lądową, została już zastosowana wiele razy w dużych i skomplikowanych projektach. W niniejszym artykule przedstawiamy case study z tego typu przedsięwzięć, które pokazują, jak dzięki odpowiedniemu przygotowaniu, zarówno na etapie planowania, projektowania, jak i montażu, firmom wykonawczym udało się pokonać wyzwania związane z  montażem grodzic winylowych w trudnych warunkach gruntowych.

Jedną z największych wątpliwości co do zastosowania grodzic winylowych, z jaką przychodzi nam się mierzyć jest związana z możliwością skutecznego montażu w trudnych, wymagających warunkach gruntowych. Z naszej perspektywy, czyli okiem jednego z największych na świecie producentów grodzic winylowych, posiadającego niema 30-letnie doświadczenie, powyższa wątpliwość wynika zazwyczaj z dwóch czynników:

Stereotypowego podejścia do grodzic winylowych, czyli przeświadczenia, że technologia ta nadaje się do stosowania jedynie w łatwych gruntach, na niedużych głębokościach. Jest to spowodowane tym, że kiedyś grodzice winylowe były instalowane bez użycia stalowej prowadnicy, która niweluje ryzyko uszkodzenia grodzicy winylowej podczas montażu, nawet na głębokościach przekraczających 10m. Bez stosowania prowadnicy, rzeczywiście grodzice są narażone na pękanie i wyginanie, szczególnie w gruntach, które stanowią duży opór.

Nieaktualnej wiedzy, że do instalacji grodzic winylowych można wykorzystywać wiele rodzaju sprzętu i akcesoriów, których odpowiednia konfiguracja zapewni bezproblemowy montaż, nawet w najtwardszych gruntach.

Zacznijmy od podstaw

Do montażu grodzic winylowych wykorzystuje się następujące maszyny: koparki, dźwigi oraz palownice. Każda z nich, ma możliwość podłączenia do wibromłota, który montuje grodzice wraz z prowadnicą. Jeśli chodzi o prowadnicę, to do zdecydowanej większości projektów z grodzicami winylowymi Grupa

Pietrucha zaleca użycie prowadnicy, które działa jak ostrze przecinające grunt i ochrania grodzicę przed uszkodzeniem. Prowadnica, produkowana również przez naszą firmę ma formę idealnie dopasowaną do produkowanych przez nas profili, więc tutaj należy zwrócić uwagę na istotny fakt, że każdy profil będzie wymagał użycia innej prowadnicy, dostosowanej do tego profilu.

Jeśli w jednym projekcie używamy jednego profilu o różnych długościach, posiadamy rozwiązanie, które umożliwia wykorzystanie tylko jednej prowadnicy. Nazywamy to akcesorium – Suwak, który jest montowany tymczasowo na prowadnicę na odpowiedniej wysokości aby, górna część grodzicy dolegała do niego i nie miała możliwości przesuwania się w górę prowadnicy podczas pogrążania ich w grunt. Dzięki temu, w praktyce, jeśli mamy profil grodzicy o maksymalnej długości 12m, możemy na tej samej prowadnicy montować również grodzice o długościach mniejszych niż 12m.

Górna część prowadnicy, nazywana głową to najbardziej masywny element tego akcesorium. Składa się z blach o grubości co najmniej 30mm, które są ze sobą zespawane w odpowiednich miejscach, tak aby siła pochodząca z maszyny pogrążającej, była jak najbardziej efektywnie przekazywana na nóż prowadnicy, który z kolei montuje grodzice. Co ważne, głowa prowadnicy (jej wymiary i kształt) jest również dostosowywana do sprzętu, który posiada wykonawca, w zależności od rodzaju wibromłota.

Zdecydowana większość projektów, dla których dostarczamy grodzice winylowe o długości 8m wymaga użycia podstawowego sprzętu, tj. koparki np. klasy CAT 320 i wibromłota o wadze od 0,5T do 1,5T. Ale co w przypadku, gdy w gruntach zalegają grunty spoiste o niskiej plastyczności lub piaski o wysokim zagęszczeniu, zawartości żwiru, a same grodzice, które trzeba zainstalować mają długość większą niż 8m? W tej części naszego artykułu, przeanalizujemy właśnie ten pierwszy wariant i spróbujemy rozwiać wątpliwości związane z montażem grodzic w gruntach spoistych.

Grunty spoiste

Grunty spoiste o niskiej plastyczności stanowią nie lada wyzwanie zarówno przy montażu grodzic stalowych, pali ale również grodzic winylowych. Wynika to głównie z ich bardzo dużej gęstości objętościowej i zawartości drobnych cząsteczek, to sprawia, że są one mało podatne na deformacje, również ze względu na działanie kohezji. Wprowadzając „ciało obce” takie jak grodzica, w grunt twardoplastyczny nie doświadczymy efektu przesuwania się cząsteczek gruntu, tak aby zrobić miejsce mu miejsce. Najłatwiejszym sposobem na ten problem to zdecydowanie technika podwiercania, która polega na wykorzystaniu wiertła ślimakowego w miejscu przyszłego montażu grodzicy. Technologia oparta na podwiercaniu jest powszechnie znana i wykorzystywana przy montażu grodzic stalowych, jednakże nie każdy wie, że równie skutecznie można ją stosować przy instalacji grodzic winylowych. Należy jednak pamiętać, że metoda ta może zmienić lokalne warunki gruntowo-wodne, które mogą mieć wpływ na zachowanie ściany oporowej, przeciwfiltracyjnej lub konstrukcji w pobliżu.

Metoda podwiercania świetnie sprawdza się również w przypadku geologii mieszanej, gdzie na przemian zalegają grunty spoiste twardoplastyczne oraz zagęszczone grunty piaszczyste. Pozwala to rozwiązać problem różnych gruntów, do których trzeba stosować różne podejście montażowe- tutaj wykorzystujemy jedną i niezawodną metodę. Ten sposób świetnie sprawdza się również w przypadku zalegania w gruncie frakcji ziarnistych o większym uziarnieniu, takich jak kamienie.

Jeśli chodzi o nasze doświadczenia w przypadku gruntów spoistych, to możemy powiedzieć o kilku projektach, które udowodniły, że przy odpowiednim sprzęcie i podejściu, jest możliwość instalacji grodzic w najbardziej wymagających warunkach gruntowych. Omówmy tutaj kilka przykładów.

Zbiornik odpadów poflotacyjnych w Kazachstanie

W tym projekcie, grodzice winylowe o profilu GW-610/7.2 i GW-610/9 (czyli grubości ścianki odpowiednio 7.2 i 9mm) były pogrążane całkowicie w ziemi na obwodzie zbiornika, który wynosi w przybliżeniu 9 kilometrów. Długość grodzic wahała się od 6 do 11m. Wszystko po to, aby utworzyć szczelną przesłonę przeciwfiltracyjną w gruncie przeciwko filtracji toksycznych odpadów składowanych w zbiorniku. Filtracja mogła by się odbyć w warstwie gruntu przepuszczalnego, który jest utworzony z warstwy piasku pylastego. Rozwiązanie problemu polegało na wbiciu grodzic winylowych z uszczelką na 1m w głąb zalegającej głębiej warstwy iłu twardoplastycznego. Zadanie zostało zrealizowane bez większych problemów, dzięki kilku czynnikom:

1. Sprzęt do instalacji: do montażu grodzic wykorzystano potężną palownicę, do której zamocowano wibromłot o wadze wynoszącej około 4 tony.
2. Specjalnie zaprojektowana, podwójna, wzmocniona stalowa prowadnica: inżynierowie grupy Pietrucha po dokładnym zapoznaniu się z warunkami gruntowymi doszli do wniosku, że zwykła prowadnica może w tym przypadku okazać się niewystarczająca. Specjalnie do tego projektu, zaproponowaliśmy nową prowadnicę, która obecnie jest u nas standardem wykorzystywanym w najbardziej wymagających projektach. Rozwiązanie polega na skonstruowaniu prowadnicy, która posiada dwa noże. Jeden nóż, ma za zadanie wstępne zrobienie ścieżki/rozluźnienie gruntu dla grodzicy, która będzie pogrążana w kolejnej operacji. Natomiast drugi nóż ochrania i montuje grodzice, tak jak zwykła prowadnica.

Kolejną cechą nowej prowadnicy jest to, że jest ona wykonana ze stali o znacznie większej wytrzymałości, dzięki czemu jest sztywniejsza i mniej się odkształca podczas montażu, do którego przecież wykorzystywane są ogromne siły pochodzące z palownicy i wibromłota.

Szczególnie ten drugi fakt wpłynął na to, że montaż w tak ciężkich warunkach gruntowych odbył się bez problemu. Co ciekawe, próbę wbicia grodzic stalowych przeprowadziła w tym miejscu inna firma. Grodzice stalowe o grubości ścianki 7mm okazały się niemożliwe do wbicia w tych warunkach gruntowych, gdyż stepowy piasek pylasty i ił twardoplastyczny stanowiły zbyt duży opór podczas wbijania tych stosunkowo cienkich profili. Prawdopodobnie byłoby możliwe pogrążenie grodzic stalowych o grubości 12-13mm, jednakże koszty takiego rozwiązania kilkukrotnie przekroczyłyby budżet inwestora. Natomiast wzmocniona prowadnica wykonana z wysokowytrzymałej stali umożliwiła montaż grodzic winylowych bez problemów.

W celu weryfikacji, czy grodzice winylowe nie zostały uszkodzone podczas montażu co mogłoby prowadzić do nieszczelności bariery, poddawano je próbie szczelności. Wyznaczone odcinki ściany były odkopywane z dwóch stron i zalewane wodą z barwnikiem z jednej strony. Przecieków nie stwierdzono, co świadczy o tym, że grodzice nie były w żaden sposób uszkodzone podczas montażu.

Doszczelnienie wału przeciwpowodziowego w Holandii

W tym projekcie grodzice winylowe o długości maksymalnie 11,5m również zostały pogrążone w gruncie całkowicie a ich zadaniem jest przeciwdziałanie efektowi przebicia hydraulicznego, który mógłby pojawić się w wale przeciwpowodziowym podczas wezbrania wody w rzece Waal. Największym wyzwaniem z punktu widzenia instalacji grodzic winylowych były tym razem bardzo zmienne warunki geologiczne. Należy wiedzieć, że wały przeciwpowodziowe w tym miejscu były wzniesione kilkadziesiąt lat temu, z każdego materiału gruntowego, który był dostępny. Stanowiły więc mieszaninę warstw spoistych, piaszczystych, kamiennych i nierzadko też materiału antropogenicznego. Zmienność geologii została wykazana dzięki sondowaniom CPT, które pokazały, że opór na stożku Qc wynosił na niektórych głębokościach ponad 40MPa, żeby za chwile spaść do wartości mniejszej niż 5MPa. Właśnie dlatego, wał przeciwpowodziowy mimo swojej masywnej budowy był narażony na uszkodzenie, pod wpływem działania wody i tworzenia ścieżek filtracji. Rozwiązaniem na to było wykorzystanie metody podwiercania wiertłem ślimakowym w celu wstępnego rozluźnienia gruntu, a następnie montaż grodzic winylowych, również z wykorzystaniem podwójnej, wzmocnionej prowadnicy. Montaż był wykonywany z wykorzystaniem dźwigu i wibromłota o wadze 3 tony.

Grunty niespoiste

Grunty piaszczyste, żwirowe mogą tak samo sprawić problemy w instalacji grodzic. W tym przypadku wynika to z tego, że posiadają zazwyczaj wysoki kąt tarcia wewnętrznego i mają zdolność do zagęszczania pod wpływem działania sił takich jak wibracje, pochodzące z wibromłota. Jednakże z takimi wyzwaniami możemy poradzić sobie również na kilka sposobów. Z naszego doświadczenia wynika, że bardzo dużą role odgrywa tutaj sprzęt użyty do instalacji- najczęściej polecamy palownicę wraz z masywnym młotem wibracyjnym.

Równie ważnym aspektem gwarantującym skuteczny montaż są umiejętności operatora, gdyż w przypadku tego rodzaju gruntu, lepiej używać wyższych amplitud i niższych częstotliwości drgania wibromłota.

Warto zaznaczyć, że w przypadku gruntów niespoistych metoda podwiercania nie zawszę się sprawdzi, gdyż właśnie ze względu na tendencję do zagęszczania pod wpływem wibracji, ta technika może nie przynieść oczekiwanych skutków. Należy również pamiętać, że podwiercanie w przypadku gruntów niespoistych, może diametralnie zmienić warunki geotechniczne i umożliwić wodzie łatwiejszą filtrację wokół grodzicy.

Sposobem na poradzenie sobie z zagęszczonym gruntem niespoistym, w którym dla dodatkowego utrudnienia zalegają frakcje żwirowe, lub nawet większe, może być technologia używana przy grodzicach stalowych, mianowicie Water Jetting. Polega ona na pogrążaniu grodzic z użyciem strumieni wodnych, które wypłukują frakcje piaszczyste i żwirowe spod grodzicy, robiąc dla niej miejsce. W przypadku grodzic stalowych, dysze wodne przyspawane są do każdej grodzic. W przypadku grodzic winylowych, dysze dospawane są do stalowej prowadnicy. Tutaj pojawia się kolejna korzyść na stronę grodzic winylowych, gdyż znacznie oszczędza to czas i koszty na budowie, gdyż jedna prowadnica może wystarczyć na pogrążenie kilkuset grodzic winylowych. W przypadku grodzic stalowych, do każdego profilu trzeba dospawać pojedynczą dyszę.

Grodzice winylowe instalowane w piasku o parametrze nSPT 45, czyli najbardziej wymagający montaż w historii firmy. 

Opisywany przykład to próba terenowa stanowiąca część projektu badawczego, sprawdzająca funkcjonalność grodzic hybrydowych w projektach konstrukcji oporowych. Próba terenowa polegała na instalacji 4-8metrowych grodzic hybrydowych w grunt piaszczysty, a następnie odkopywanie formowanie z nich konstrukcji oporowej, która była opomiarowana na różne sposoby aby sprawdzić zachowanie tego materiału pod wpływem obciążenia. Montaż został przeprowadzony w gruncie piaszczystym, który składał się z bardzo zagęszczonych piasków średnio i drobno ziarnistych. Jak pokazało potem sondowanie, w najbardziej zagęszczonym miejscu sonda odczytała 55 uderzeń młota DPSH, które w przypadku tego typu gruntu przekłada się na około 45 uderzeń sondą SPT.

Dzięki naszemu doświadczeniu, wiedzieliśmy, że najlepszy sprzęt do montażu to również będzie palownica oraz masywny wibromłot. Prowadnica do montażu była oczywiście wykonana ze wzmocnionej stali. Taka konfiguracja umożliwiła montaż grodzic do wymaganej rzędnej, chociaż trzeba przyznać, że tempo instalacji był znacznie wolniejszy niż w większości projektów.

Podsumowanie

W świetle przedstawionych studiów przypadków i szczegółowych analiz technologicznych, nasz artykuł rzuca nowe światło na potencjał i elastyczność zastosowania grodzic winylowych w trudnych warunkach gruntowych. Przełamując mit o ograniczonym zastosowaniu tej technologii tylko w łatwych gruntach, pokazaliśmy, że odpowiednia konfiguracja sprzętu, innowacyjne podejście do instalacji oraz specjalistyczne akcesoria, takie jak prowadnice i suwaki, otwierają nowe możliwości w inżynierii lądowej.

Zastosowanie wzmocnionych prowadnic, technik takich jak podwiercanie i Water Jetting, a także wykorzystanie sprzętu dostosowanego do specyfiki gruntu, jak pokazano w projektach w Kazachstanie czy Holandii, dowodzi, że grodzice winylowe mogą być skutecznie i bezpiecznie instalowane nawet w najbardziej wymagających warunkach. Dodatkowo, przypadki te podkreślają znaczenie doświadczenia i wiedzy technicznej w realizacji skomplikowanych projektów.