Metody zabezpieczania skarp i nasypów

Skarpy i nasypy są integralną częścią wielu prac budowlanych. Powstają m.in. w czasie wykonywania dróg, zarówno tych ekspresowych, jak i lokalnych. Tworzone są także m.in. w przypadku wyrównywania działek na terenach górzystych. Jednak niezależnie od przyczyn powstawania, formy tego typu wymagają specjalistycznego zabezpieczenia. Jakie metody warto zastosować? Które z nich są najbardziej efektywne? Na te i inne pytania odpowiada nasz artykuł.  

 

 

Odpowiednie zabezpieczenia - dlaczego tak ważne?

Zabezpieczenie skarp i nasypów jest konieczne jeśli ich nachylenie wynosi więcej niż 1:1,5. Dlaczego? Przede wszystkim dlatego, że brak odpowiedniego zabezpieczenia może w krótkim czasie doprowadzić do zniszczenia struktury nasypu, osunięcia się ziemi, a w dalszej perspektywie do zapadnięcia się i całkowitego zniszczenia nie tylko skarpy, ale także terenu wokół niej. Erozja i inne czynniki ryzyka należy brać pod uwagę nawet jeśli ukształtowanie terenu wydaje się stabilne i solidne. Negatywne procesy często nie dają o sobie znać z wyprzedzeniem, a gdy stają się widoczne, jest za późno na naszą reakcję.  

Należy podkreślić, że wszystkie - zarówno naturalne, jak i sztuczne - zbocza są poddane ciągłemu procesowi niszczenia. Wymagają więc naszej uwagi i ochrony, nawet gdy zostały stworzone niedawno lub wydają się nienaruszone przez okres wielu lat. Co istotne, w dzisiejszych czasach zabezpieczenie skarp i nasypów nie jest już problemem. Dzięki nowoczesnym rozwiązaniom każda sytuacja może znaleźć swoje indywidualne rozwiązanie i doskonałą ochronę.  

Jak planować działania?

Jak dobrać rozwiązanie, które sprawdzi się w danej sytuacji? Bardzo ważnym czynnikiem jest ustalenie początkowej stateczności terenu i dokonanie obliczeń, które pokażą, jaka metoda powinna zostać zastosowana. Rozwiązanie, które wykorzystamy, musi być zależne także od warunków geologicznych, wodnych, a także od grupy aktywności, wysokości zbocza i możliwości dopływu wód różnego pochodzenia. W czasie planowania należy wziąć pod uwagę wszystkie możliwe zagrożenia, takie jak występowanie ekstremalnych warunków pogodowych. Warto przy tym podkreślić, że jednym z najbardziej nieprzewidywalnych, a jednocześnie niszczycielskich czynników jest woda, która ma bezpośredni wpływ na osuwanie się i niszczenie gruntów. Powoduje to konieczność zastosowania dodatkowych rozwiązań. 

Jak ocenić wymagania danej powierzchni? Podstawową metodą jest oczywiście ocena wizualna. Jednak może to nie wystarczyć. Zarówno na etapie planowania, jak i w czasie dalszego użytkowania wykorzystywany jest monitoring powierzchniowy i wgłębny, który pozwala na ocenę dynamiki procesów osuwiskowych i który wspiera lokalizację powierzchni poślizgu, co jest kluczowe dla projektowania zabezpieczeń.  

Eliminacja zagrożenia

Bardzo ważnym czynnikiem w zabezpieczaniu skarp i nasypów jest eliminacja zagrożenia już na wstępny etapie działań. Jak już wspomnieliśmy, jednym z głównych niebezpieczeństw jest woda. Właśnie dlatego podstawową zasadą powinno być uporządkowanie warunków wodnych z uwzględnieniem niekorzystnych zmian, jakie mogą wystąpić w przyszłości.

Jakie metod warto zastosować? Jedną z podstawowych jest wymiana gruntów, która sprawdza się jeśli skarpa stworzona jest z gruntów słabych, obszar osuwiska jest niewielki, a ilość występujących na tym obszarze wód - mała. Słabe podłoże, które może ulegać szybkiej erozji, możemy zastąpić np. kamieniem łamanym lub pospółką, czyli materiałami o lepszych cechach mechanicznych, z wyższym współczynnikiem kąta tarcia. W przypadku niewielkiego oddziaływania różnego rodzaju wód wykorzystywane są także starannie opracowane odwodnienia. Innowacyjną propozycją są m.in. drenaże poziome wiercone oraz wgłębne galerie odwodnieniowe i drenażowe. Buduje się je w przypadku konieczność ciągłego obniżania poziomu wody gruntowej w skarpie przy jej dużym dopływie.

Innym praktycznym sposobem osuszenia gruntu w skarpie lub nasypie jest wykonanie specjalnych otworów, w których montowane są filtry rurowe z perforowanego tworzywa sztucznego (nachylenie otworów większe niż 5%). Innowacyjnym rozwiązaniem jest także zastosowanie ostróg drenujących lub przypór filtracyjnych. Opcja ta stosowana jest poniżej warstwy wodonośnej i powierzchni poślizgu, co w połączeniu z materiałem kamiennym pozwala uzyskać wysoką stabilność terenu. Należy pamiętać, że w czasie stosowania każdej metody konieczne jest sprawdzenie, czy dane rozwiązanie nie powoduje spiętrzania wody gruntowej obecnej w korpusie drogowym.

Metody naturalne

W czasie zabezpieczania skarp i nasypów stosowane są także metody naturalne. Należy do nich m.in. konstruowanie tarasów, czyli znane od wieków rozwiązanie, które zapobiega erozji, a także lawinom błotnym i śnieżnym. Innym sposobem jest zmiana kształtu zbocza na bardziej stateczne, co osiągane jest dzięki podsypywaniu dolnej, podtrzymującej części nasypu.

Coraz większą popularność zyskuje także tworzenie tzw. zabudowy biologicznej. Metoda ta polega na starannym przygotowaniu podłoża, odpowiednim dobraniu roślin, wysianiu ich, a następnie pielęgnowaniu - zwłaszcza na początkowym etapie. Rozwiązanie to, obejmujące m.in. darnowanie i darnowanie w kratę, jest stosowane do ochrony zbocza bardzo podatnego na erozję natychmiast po jego ukształtowaniu. Inne metody z grupy naturalnych to nasadzenie gniazdowe, a także zastosowanie mat biologicznych, bawełnianych, słomianych i kokosowych z nasionami. 

Geosyntetyki - jak wykorzystywane?

W przypadku skarp i nasypów szeroko wykorzystywane są zabezpieczenia tworzone z geosyntetyków. Rozwiązania te bazują na tekstyliach technicznych i innych produktach wykonanych z polimerów lub będących kompozytami złożonymi z tworzyw sztucznych i innych materiałów. Dzięki swoim właściwościom nadają się do:

• poprawy parametrów fizykochemicznych gruntów, 
• wzmocnienia konstrukcyjnych skarp i nasypów,
• zmiany wartości współczynnika filtracji wody, 
• zapobiegania erozji,
• wytwarzania barier wodoszczelnych. 

Dzięki wykorzystaniu geosyntetyków możliwe jest wykonanie zbrojenia gruntów. Proces ten polega na wprowadzeniu w grunt siatek, rusztów czy cięgien geosyntetycznych, które zwiększają stabilność, wzmacniają, uszczelniają i zapobiegają przemieszczaniu się terenu. 

Do zalet geosyntetyków należy m.in.:

• innowacyjna budowa, 
• wyjątkowo wysokie parametry wytrzymałościowe,
• doskonałe wzmacnianie korpusów nasypów,
• szeroka ochrona przed erozją,
• wysoka odporność na środki chemiczne,
• wysoka odporność na uszkodzenia mechaniczne,
• wysoka odporność na powstawanie nawisów śniegowych,
• wysoka odporność na wymywanie przez wody opadowe,
• budowa umożliwiająca swobodne przerośnięcie i mocne ukorzenienie się traw, jako dodatkowej formy ochrony.  

Geosyntetyki świetnie nadają się do zastosowania w przypadku nasypów drogowych i kolejowych, wałów przeciwpowodziowych, brzegów kanałów, rowów technologicznych i melioracyjnych, zboczy, hałd, a nawet składowisk odpadów.

Starannie zaprojektowane konstrukcje

Zabezpieczenie skarp i nasypów obejmuje wiele szeroko zakrojonych działań. Planowanie jest potrzebne szczególnie w sytuacji, gdy konieczna jest zmiana geometrii skarpy, czyli zmniejszenie jej pochylenia i zmiana ukształtowanie poziomych półek na skarpie. Jakie rozwiązania są stosowane w tym celu?

Jedną z najczęściej stosowanych metod jest podparcie skarpy, czy nasypu przyporą zbudowaną z narzutu kamiennego, żwiru lub pospółki. Należy jednak pamiętać, że zastosowany materiał powinien wykazywać doskonałe właściwości filtracyjne. Stosowane są także różnego typu konstrukcje, takie jak mury kamienne, betonowe, żelbetowe, a także te wykonane z cegły i gabionów. Rozwiązania te przybierają m.in. formę konstrukcji ażurowych, czyli tzw. kaszyc. Do ich zalet należy łatwość kształtowania, a także wykorzystanie "miejscowego materiału". Inną opcją jest tworzenie specjalnego rodzaju konstrukcji ażurowych, czyli palościanek, które są wykorzystywane do umacniania podziemnej części osuwiska i powierzchni poślizgu. Warto jednak pamiętać, że chociaż rozwiązania te mają wiele zalet, to mogą być stosowane jedynie w sytuacji, gdy powierzchnia poślizgu nie przechodzi między nimi. 

Na szczególną uwagę zasługują konstrukcje gabionowe, które wykazują możliwość łatwego kształtowania, a jednocześnie są wodoprzepuszczalne, trwałe i łatwe w montażu.

Kolejna grupa zabezpieczeń konstrukcyjnych to ruszty, siatki i przypory wykonane w wielu przypadkach ze stali, która jest wytrzymała i doskonale dopasowana do rodzaju podłoża. Propozycje te znajdują zastosowanie na silnie nachylonych powierzchniach, na których trudno jest utrzymywać glebę. 

Do innych rozwiązań należą:

• konstrukcje walcowe - kolumny, 
• konstrukcje płaskie - ściany, 
• konstrukcje z bloków zeskalonego gruntu, 
• palisady, 
• różnego rodzaju przegrody, płyty, sklepienia,
• konstrukcje quasi-skrzyniowe.