Budowle wodne wzmocnione komórkowym systemem ograniczającym
mgr inż. Adam Kessler*
mgr inż. Zdzisław Szczepaniak**
Jedną z nowych technologii z zastosowaniem geosyntetyków, stosowaną w kraju z dużym po-..,:.,. wodzeniem, są komórkowe systemy ograniczające. Umożliwiają one tworzenie stabilnych, wypełnionych gruntem konstrukcji, takich jak: ściany oporowe, wolno stojące bariery i przegrody, obwałowania ochronne i przeciwpowodziowe grodzę oraz umocnienia rowów, koryt rzek, kanałów itp. Służą też do formowania powierzchni licowych ścian oporowych i skarp z gruntu zbrojonego.
Zewnętrzne komórki sekcji mogą być wypełniane glebą (w celu utrzymania roślinności) albo innym materiałem odpowiednio dobranym do wymagań użytkowych i estetycznych. Na skarpach o dużym nachyleniu oraz wszędzie tam, gdzie występują tendencje do obsuwania się i poślizgu, systemy te z powodzeniem stosuje się do ochrony przypowierzchniowej warstwy gruntu, usztywnienia przykrycia geo-membran na zboczach i skarpach oraz do wzmacniania niestabilnych powierzchni gruntowych. Budowle wykonane w tym systemie tworzą zwartą, stabilizującą różne materiały, stałą, elastyczną nawierzchnię ochronną skarp i zboczy ubezpieczeń brzegowych i innych budowli geo- i hydrotechnicznych (rysunki 1 i 2).
W skład kompletnego .komórkowego systemu ograniczającego, obok sekcji, wchodzą (w zależności od warunków i potrzeb) następujące ele-
Rys. 1. Konstrukcja skarp brzegowych i umocnienie den cieków wodnych (schemat): 1- komórkowy system ograniczający
1 ZUWGiŚ WODEKO * STRUCTUM Sp. z o.o.
Rys. 2. Geokompozytowe ubezpieczenie nabrzeża: 1 - komórkowy system ograniczający; 2 - geowłóknina; 3 -wzmocnienie geosyntetyczne; 4 - rury drenażowe
menty: linki kotwowe o wysokiej wytrzymałości; kotwy i stalowe zszywki; geowłókniny i geomembrany; geo-kompozytowe materiały drenażowe; geosiatki i geotekstylia zbrojące grunt; materiały wypełniające (zasypowe).
Te nowe w inżynierii wodnej materiały mogą (w zależności od warunków) spełniać różne funkcje, np. przenoszenia parcia gruntu i obciążeń hydraulicznych, deskowania konstrukcji, zbrojenia i dylatowania elementów itp.
Do projektowania ubezpieczeń konieczne jest określenie maksymalnego przewidywanego przepływu wody oraz związanych z tym naprężeń hydraulicznych, na które będzie narażona konstrukcja. Ponadto projekt musi uwzględniać odwodnienie podłoża gruntowego oraz potencjalne (długookresowe i sezonowe) deformacje budowli. Kryteria projektowe obejmują również szorstkość powierzchni (np. sprawność hydrauliczną systemu ubezpieczającego) oraz czynności związane z eksploatacją i konserwacją obiektu (usuwanie osadu, zanieczyszczeń itp.). Zabudowa i ubezpieczenia koryt cieków wodnych muszą być także dopasowane do środowiska naturalnego z uwzględnieniem lokalnych wymagań ekologicznych i estetycznych.
Wśród stosowanych typów ubezpieczeń ochronnych, takich jak:
• obudowy naturalne lub biologiczne (roślinne, w tym trawiaste);
• twarde, elastyczne okładziny (narzut kamienny, gabiony, bloki i płyty prefabrykowane, geosyntetyczne systemy komórkowe i inne);
• sztywne okładziny ochronne (np. lany beton),
geokomórkowe systemy ograniczające należą do ubezpieczeń przyjaznych środowisku przyrodniczemu. Świadczą o tym ostatnio zrealizowane w Polsce m.in. przez firmę STRUCTUM obiekty (hydrotechniczne, wodno-melioracyjne i inżynierii krajobrazowej), na których zastosowano geosiatki komórkowe GEOWEB firmy WODEKO.
Przewał zbiornika na rzece Czechówce
Jednym z założeń renaturyzacji terenów nad rzeką Czechówką w Skansenie Lublin było odtworzenie pierwotnych stosunków wodnych (w czasach dawnych były tu zlokalizowane liczne zbiorniki młyńskie, stawy, progi piętrzące itd.). Wymagania konserwatora zabytków skłoniły inwestora do poszukiwania rozwiązań właściwych dla terenów muzealnych.
Zaprojektowano wykonanie zbiornika zaporowego ok. 1 ha (fotografia 1), unikając ciężkiej, żelbetowej budowli typu jaz czy wieża przelewowa. Przewidziano przepuszczenie znacznej części wielkich wód powodziowych przez specjalnie wybudowany przewal skonstruowany z geosiatek komórkowych, ułożonych na macie uszczelniającej BENTOMAT. Ze względu na lokalizację stawu w obrębie oddziaływania ujęcia wód podziemnych dla Lublina, uszczelniono również cały zbiornik. Ko-
Fot. 1. Budowa przewału zbiornika na rzece Czechówce

Erozja w ciekach i zbiornikach wodnych — TEMAT WYDANIA
mórki geosiatki zalano betonem hydrotechnicznym, w który - w celu maskowania - wtopiono tłucznie i drobne kamienie. Prace wykonano w ciągu kilku dni, oszczędzając znaczne środki finansowe w stosunku do rozwiązania tradycyjnego. Uzyskano efekt bystrza kamiennego, przez które obecnie stale przepływa woda (fotografia 2). Praca bystrza nie jest zagrożona przez przebicia hydrauliczne ze względu na zastosowanie uszczelnień nie tylko na poszu-rze, lecz pod całą budowlą.
Dzięki zamuleniu oraz wystąpieniu (już po roku) mchów i innych produktów procesów korytotwórczych przewał doskonale wpisał się w chroniony przez konserwatora zabytków krajobraz skansenu. Postronny obserwator ma obecnie duże trudności w zauważeniu, że całkowicie zamaskowana w gruncie, zieleni, wiklinie i kamieniach budowla to ważny obiekt hydrotechniczny.
Wał przeciwpowodziowy w Sandomierzu
Po katastrofalnej powodzi w 1997 r. i stwierdzeniu dużego zagrożenia dla zabudowy miasta, zaliczonego do zabytków klasy O, wał w Sandomierzu przy ul. Krakowskiej zdecydowano podwyższyć o ok. 2 m. Uwarunkowania terenowe (droga krajowa i istniejąca wzdłuż niej zabytkowa zabudowa miejska z jednej strony oraz starorze-cze Wisły będące pod pieczą konserwatorów przyrody i zabytków - z drugiej) uniemożliwiały wykonanie standardowej rozbudowy z zachowaniem trapezowego kształtu przekroju poprzecznego, 2. odpowiednimi nachyleniami skarp, wymaganą szerokością korony itp. Rozpatrywano wykonanie podparcia nasypu od strony Wisły stalową ścianką szczelną Larssena, lecz jej koszt, ze względu na rozmiar inwestycji (blisko 1 km długości) i fatalne warunki gruntowo-wodne, okazał się zbyt wysoki dla inwestora. Poszukiwano zatem rozwiązania tańszego i bardziej przyjaznego środowisku, spełniającego specjalne wymagania krajobrazu. Łacha Wiślana, zasiedlona pływającymi grążelami, intensywnie wykorzystywana przez wędkarzy i dobrze wpisana w krajobraz Sandomierza, musiała zostać nietknięta. Oczekiwany efekt uzyskano dzięki zastosowaniu komórkowego systemu ograni-
czającego GEOWEB oraz samona-prawialnych uszczelnień bentonito-wych. Wykonano nasyp o nienormo-wym przekroju poprzecznym (nachylenie skarpy odwodnej 1:1, szerokość korony 2 m), ze specjalną podbudową w strefie styku z wodą w Wiśle (fotografia 3). W rejonie fundamentów, od strony Łachy Wiślanej, utworzono wzmocnienie w formie niewysokiej pryzmy materacowej GEOWEB z warstw wysokości po 20 cm, dodatkowo służącej za „półkę" dla wędkarzy. Cała powierzchnia nasypu (skarpa odwodna, korona i skarpa odpowietrzna) zostały wzmocnione geosiatką komórkową (fotografia 4) z systemem lin wzmacniających i prętów kotwiących. Geosyntetyczny materac został przysypany ziemią i obsiany trawą. Lokalnie, zwłaszcza w strefie kilku śluz wałowych przecinających wał, wykonano doszczelnienia stosując maty bentonitowe VOLTEX oraz taśmy WATERSTOP.
Tak podwyższony i wzmocniony wał już po kilku miesiącach został obciążony wielkimi wodami. W 2000 r. ponownie przeszedł próbę obciążenia wodą powodziową o rzędnej zwierciadła wody jeszcze wyższej niż w 1997 r.; wbudowane repery ani w pierwszym, ani w drugim przypadku nie wykazały nawet najmniejszych ruchów konstrukcji ziemnych. Stan taki trwa do dziś.
Business Park Zabierzów
Na trudnym geotechnicznie terenie (kilkumetrowa warstwa torfu) wykonano 2 sztuczne stawy o łącznej powierzchni ok. 2800 m2. Stawy przedzielono wodospadem wysokości ok. 2,8 m i długości 60 m. Podstawowym elementem konstrukcjnym jest komórkowy system ograniczający oraz geomembrana uszczelniająca, geowłóknina i kruszywo.
W celu wykonania budowli odpowiednio obniżono zwierciadło wody za pomocą studni odwadniających. Następnie wybrano część osadów torfowych i wykonano ścianę oporową z geosiatek komórkowych GWA8-X (długość 60 m i wysokość 3 m), konstruując jednocześnie nasyp i czaszę stawu górnego. Niecka stawu dolnego została uszczelniona geomembrana z PEHD grubości 2 mm chronioną geowłóknina. Następnie zainstalowano komórkowy system ograniczający
GWLC A4 wysokości 100 mm stabilizowany za pomocą linek poliestrowych i wypełniony kamykami rzecznymi 8/32. Ściana oporowa z gruntu zbrojonego stanowiła system nośny dla płyt z piaskowca wykorzystanych w konstrukcji wodospadu. Napełnianie stawów jest realizowane z pobliskiego rowu. System pracuje w obiegu zamkniętym przy wykorzystaniu przepompowni i systemu filtrów. Inwestycję zrealizowano w ciągu zaledwie 8 tygodni mimo trudnych warunków terenowych (dostęp tylko z jednej strony, istniejąca instalacja gazowa i elektryczna). Dzięki zastosowanej technologii i dobrej organizacji pracy budowla kosztowała o 40% taniej niż w technologii pierwotnie projektowanej. Pozytywny efekt krajobrazowy widoczny jest na fotografi 5.
Wiszące ogrody pod Krakowem
Zagrożone zjawiskami osuwiskowymi zbocze (posesja prywatna) zostało zabezpieczone ścianą oporową wykonaną w technologii komórkowego systemu GEOWEB. Ściana długości kilkunastu metrów i wysokości ponad 8 m (!) stanowi jednocześnie konstrukcję nośną kamiennych schodów, wodospadu i wiszącego ogrodu (fotografia 6). Możliwość dowolnego obsadzenia roślinami poszczególnych komórek, indywidualizacja rodzaju gleby i systemu nawadniania, pozwala na tworzenie dowolnych, barwnych kompozycji roślinnych. W konstrukcję wbudowano ok. 400 m2 geosiatek komórkowych koloru piaskowobrązowego o ściankach komórek teksturowanych i perforowanych.
Remonty stopni korekcyjnych na małych rzekach
Wieloletnie zaniedbania konserwacyjne, a wcześniej często niepoprawne (hydraulika budowli) rozwiązania konstrukcyjne budowli wodno-melioracyj-nych spowodowały liczne uszkodzenia stopni korekcyjnych i progów (fotografia 7) na wielu rzekach i rowach. W kraju tak uszkodzonych budowli jest prawdopodobnie co najmniej kilka tysięcy. Uszkodzenia powodują znaczną erozję denną, oprowadzenia koryt bokiem, dewastację terenów rolniczych oraz niekorzystne zmiany w krajobrazie.
3 '2004 (nr 384)

TEMAT WYDANIA — Erozja w ciekach i zbiornikach wód;
Szczególnie niebezpieczna jest wsteczna erozja koryt, powodująca przegłębienia w górnych stanowiskach budowli oraz przesuszenie terenów użytków zielonych i gruntów ornych.
Zabezpieczenia i remonty takich budowli stały się więc nakazem chwili i są obecnie realizowane przez służby melioracyjne (WZMiUW). Rozwiązanie remontu uszkodzonych stopni, o spadzie rzędu 1,5 m, wg pomysłu autorów artykułu, przewiduje wykonanie swoistej nakładki (w postaci materaca z geosiatek komórkowych - fotografia 8) na pozostałości konstrukcji istniejącej (po wyrównaniu podłoża do linii bystrza i usunięciu uszkodzonych fragmentów budowli znajdujących się ponad tą linią). Przy tak niewielkim spadzie zabezpieczenie przeciwfiltracyjne gwarantuje wykonanie pod całą budowlą uszczelnienia (np. z Bentomatu). Uzyskane w ten sposób wydłużenie filtracji bocznej (bez realizacji nowej ścianki szczelnej) skutecznie zabezpiecza nakładkę przed przebiciem hydraulicznym w całej strefie założonego materaca. Materac ten, dostosowany do kształtu budowli, może mieć zmienny spadek i instalowany jest w taki sposób, aby poprawiać hydraulikę budowli (rozpraszać energię wody). Stosując opisaną technologię remontów można również uzyskać, poza naprawą totalnych zniszczeń w otoczeniu (fotografia 9), znaczną poprawę estetyki krajobrazu przez wtopienie materiałów kamiennych w beton wypełniający komórki bystrza. Geosiatka komórkowa spełnia rolę zbrojenia konstrukcji. Wzdłuż każdej z komórek samoistnie powstają dy-latacje, nie ma zatem potrzeby ich specjalnego konstruowania. Podczas remontu budowli na większych rzekach, przy znacznych przepływach wód niskich, w podłożu budowli dodatkowo stosuje się warstwę chudego betonu.
Realizacja progów wg opisanej technologii jest bardzo szybka i znacznie tańsza od rozwiązań standardowych (np. od stopni korekcyjnych typu St), ale wymaga bardzo starannego wykonania; w szczególności dokładnego zagęszczenia gruntów w strefie skarp budowli (na całej jej długości), mającego zapobiec nadmiernej filtracji bocznej. W celu spełnienia tego warunku konieczne jest czasem wykonanie dodatkowych wrzynek w brzegi naturalne, doszczelnionych bentonitami.
Fot. 2. Bystrze na rzece Czechówce
Fot. 3. „Podparcie" od strony wody wału przeciwpowodziowego w Sandomierzu
Fot. 4. Geoweb w konstrukcji skarpy wału - Sandomierz
Fot. 5. Sztuczne stawy przedzielone wodospadem - Zabierzów
Oszczędności wynikają głównie z krótkiego okresu wykonania. W niektórych przypadkach wykonanie robót trwało od kilku do kilkunastu dni. Ważne jest też dostosowanie nowej konstrukcji do pozostałości budowli uszkodzonej oraz wykorzystanie pierwotnie wbudowanego materiału, w szczególności pozostawionej ścianki szczelnej.
Fot. 6. Wiszące ogrody pod Krakowem
Fot. 7. Dewastacja terenów przyległych wskutek uszkodzenia progu wodnego
Fot. 8. Remont progu wodnego - montaż materaca z geosiatek komórkowych
Fot. 9. Wyremontowane bystrze; zbrojenie konstrukcji stanowi geosiatka komórkowa
JUDOlUMiiE 8 '2004 (nr 384)

Erozja w ciekach i zbiornikach wodnych — TEMAT WYDANIA
Budowa otwartych zbiorników wody
W latach 2000 - 2001 na terenie Kopalni Soli „Góra", należącej do Inowrocławskich Kopalń Soli SOLINO, przebudowano dwa istniejące otwarte zbiorniki do magazynowania wody przemysłowej. Konieczność przebudowy związana była ze złym stanem technicznym zbiorników wybudowanych ponad 20 lat temu oraz z potrzebą zwiększenia ich pojemności. Do realizacji wybrano technologię z zastosowaniem geosyn-tetycznych systemów ograniczających.
Dwa zbiorniki retencyjne o pojemności ok. 10 000 m3 każdy zostały zaprojektowane jako konstrukcje ziemne o długości boków mierzonych po koronie obwałowania 59 x 48 m i 62 x 47 m, głębokości 5,5 m i nachyleniu skarp brzegowych ok. 1:1,5.
Konstrukcję ubezpieczenia zbiorników (fotografia 10) stanowi geomem-brana rozłożona na warstwie piasku zabezpieczona od góry geowłókniną i przykryta geosiatkami komórkowymi wypełnionymi betonem. Uzyskano szczelne ubezpieczenie o zredukowanej grubości obudowy betonowej do 5 cm, odporne na deformacje podłoża, oddziaływanie falowania i lodu. Wykorzystanie geosiatek komórkowych jako szalunku dla betonu wyeliminowało dodatkowe połączenia dylatacyjne i zapewniło odporność konstrukcji na uszkodzenia mechaniczne. Do kotwienia i zbrojenia geosiatek zastosowano linki z tworzyw sztucznych ze specjalnymi klipsami oporowymi oraz system kotwienia grzbietowego z prętów zbrojeniowych. Do budowy użyto geosiatki typu GW A2-30P o wymiarach komórek 244 x 203 mm i grubości 5,0 cm, z taśmami teksturowanymi i perforowanymi. Łącznie w ubezpieczenia obu zbiorników wbudowano ok. 7000 m2 geosiatki. Kolejność prac związanych z instalacją geosiatek była następująca: przygotowywanie geosiatek w odpowiednio zwymiarowane pasy, transport na miejsce instalacji, rozkładanie do wymaganych pozycji i wymiarów wraz z kotwieniem na grzbiecie skarp, naciąganie linek, łączenie z wcześniej wbudowanymi geosiatkami oraz wylewanie i formowanie betonu. Łączny czas instalacji geosiatek wraz z wylewaniem betonu wyniósł dla każdego ze zbiorników po ok. 5 tygodni.
Fot. 10. Budowa zbiorników wód przemysłowych - Kopalnia Soli „Góra"
Nadbudowa korony osadnika przemysłowego w kopalni siarki
Mimo zakończenia prac wydobywczych, w Kopalni Siarki Tarnobrzeg zachodzi konieczność odbioru (przez kilka najbliższych lat) kolejnych partii pulpy i odcieku wód nadosadowych. W chwili podjęcia prac związanych z nadbudową istniejący osadnik (10 ha, piętrzenie do 8 m) był już praktycznie wypełniony, a budowa nowego nie wchodziła w grę ze względów ekonomicznych i wymagań środowiskowych.
Po wielu analizach zdecydowano się na nadbudowę samej korony osadnika z zastosowaniem geosiatki komórkowej, a wymagane dodatkowe zabezpieczenia przeciwfiltracyjne zrealizowano również tylko w obrębie korony (ekran pionowy), przyduszając krzywą filtracji w nasypie. Wykonano pionową nadbudowę grobli o 1 m, z oparciem nowych mas ziemnych o dwie pryzmy utworzone z kilku materacy siatkowych zlokalizowanych na krawędziach korony, od strony wody górnej i od strony odpowie-trznej. Uzyskany efekt techniczny (dodatkowa warstwa retencyjna o pojemności rzędu 100000 m3) łączy się z efektem krajobrazowym (fotografia 11). Uniknięto realizacji nowej inwestycji i dewastacji kilkunastu hektarów terenu. Zapewniono też przewidy-
Fot. 11. Nadbudowana korona osadnika przemysłowego - Tarnobrzeg
waną już za kilka lat likwidację osadnika w sposób szybki i bezpieczny dla środowiska.
Podsumowanie
Geosyntetyczne komórkowe systemy ograniczające są technicznie i ekonomicznie konkurencyjne do tradycyjnych rozwiązań konstrukcyjnych w budownictwie hydrotechnicznym. Krótki czas i znaczna obniżka kosztów realizacji inwestycji, doskonała odporność na działanie czynników chemicznych, łatwy montaż (nawet w bardzo trudno dostępnych rejonach) bez konieczności użycia ciężkiego sprzętu budowlanego oraz możliwość łączenia tej technologii z metodami tradycyjnymi czynią ją bardzo atrakcyjną, szczególnie wówczas, gdy zastosowanie powszechnych rozwiązań jest trudne lub wręcz niemożliwe.
Należy podkreślić, że w przypadku projektowania konstrukcji gruntowych z wykorzystaniem geosyntetycznych systemów ograniczających należy bezwzględnie przestrzegać reżimów materiałowych. Projektant powinien być szczególnie wyczulony na wszelkie propozycje zastąpienia oryginalnych, gwarantowanych, systemów geosyntetycznych, wymaganych projektem, na „podobne" w celu uzyskania „oszczędności" przez wykonawców robót.

STRUCTUM - TECHNOLOGIE JUTRA - DZISIAJ
tel/fax: (O81) 747OO14, 4442828, 4442829