Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
XXIV
awariebudowlane
Dr inŜ. K
RZYSZTOF
S
TERNIK
,
krzysztof.sternik@polsl.pl
Politechnika Śląska, Gliwice
ZASTOSOWANIE KOTEW GRUNTOWYCH DO STABILIZACJI
NIESTATECZNYCH SKARP GŁ
Ę
BOKICH WYKOPÓW
APPLICATION OF GROUND ANCHORS TO STABILIZATION OF DEEP EXCAVATION SLOPES
Streszczenie
Skarpy głębokich wykopów są szczególnie naraŜone na utratę stateczności ze względu na odprę-
Ŝenie masywu gruntowego. Jedną z metod zabezpieczenia skarpy wykopu jest jej kotwienie. W referacie przed-
stawiono dwa przykłady awarii skarp głębokich wykopów, podając ich opis, przyczyny i przyjęte formy zabez-
pieczenia.
Abstract
Slopes of deep excavations are particularly exposed to instability due to rebound. One method of their
protection is ground anchoring. In the paper two examples of slope failures are given along with their description,
causes and protection solutions.
1. Przyczyny powstawania osuwisk i sposoby ich stabilizacji
Utrata stateczności skarpy następuje, gdy następuje spadek wytrzymałości gruntów na ści-
nanie lub wzrost napręŜeń stycznych w masywie dąŜącym do zachowania równowagi.
Przyczyny utraty stateczności omówione zostały szczegółowo w monografii [2].
Sposoby zabezpieczenia skarpy zaleŜą od warunków gruntowo-wodnych i przyczyn
powstania osuwiska. Czasem przed konsekwencjami ruchów mas ziemnych uchronić mogą
proste prace porządkowe. W przypadku przewidywanego zagroŜenia osuwiskiem lub w za-
istniałej sytuacji awaryjnej z pomocą przychodzą metody geoinŜynierii, jak wykonanie
tymczasowych przypór gruntowych stabilizujących skarpę, zbrojenie masywu gruntowego za
pomocą gwoździowania, kotwienia, palowania, podparcie masywu konstrukcjami oporowymi.
W dalszej części referatu przedstawiono przykłady dwu awarii skarp głębokich wykopów
wynikające z niekorzystnej budowy masywu gruntowego, w którym zostały wykonane oraz
degradującego wpływu filtrującej wody. Do stabilizacji skarp wykopów zastosowano zbroje-
nie kotwami gruntowymi (czynnymi i biernymi) z róŜnymi rozwiązaniami oparcia głowic
kotew na powierzchni skarp.
2. Awarie gł
ę
bokich wykopów
2.1. Wykop pod obiekt kubaturowy
W trakcie rozbudowy duŜego zakładu przemysłowego w marcu 2007 r. został wykonany
wykop szerokoprzestrzenny z poziomu terenu o rzędnej około 291,80 m n.p.m. do poziomu
XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna
SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009
Geotechnika
281,70 m n.p.m. Skarpa północna wykopu, granicząca z zabudowaniami indywidualnych wła-
ścicieli, ukształtowana została w sposób schodkowy. Jej wysokość przekroczyła 10 m. W jej
przekroju zaprojektowano dwie podparte półki – w dolnej części ścianką berlińską, a w górnej
ścianą z betonu narzutowego (torkretu). Obie miały wysokość 4,5m i były kotwione (rys. 1).
Projekt rozbudowy przewidywał wykonanie konstrukcji posadowionej bezpośrednio
w przegłębieniu o dodatkowe 9,38 m. W trakcie robót ziemnych dno wykopu w najniŜszym
punkcie znalazło się na poziomie 272,83 m n.p.m. Docelowo, przegłębienie miało być
wykonane do poziomu 272,32 m n.p.m.
Ściany przegłębienia nachylone były pod kątem ok. 70
°
. Wymiary dna przegłębienia wyno-
44,2 m. Całkowita wysokość zestopniowanej skarpy północnej od
poziomu 272,83 m n.p.m. do poziomu terenu przylegających do placu budowy posesji
wyniosła około 19 m (rys. 1).
ObniŜenie zwierciadła występujących na tym terenie wód gruntowych poniŜej docelowego
poziomu dna wykopu na czas wykonywania prac ziemnych i fundamentowych zrealizowano
za pomocą studni głębinowych rozmieszczonych obwodowo wokół wykopu. Przemieszczenia
skarpy północnej powyŜej poziomu 281,70 m n.p.m (dno wykopu szerokoprzestrzennego)
kontrolowane były za pomocą pomiarów inklinometrycznych.
´
Rys. 1. Widok na skarpę północną wykopu
Rys. 2. Stan awaryjny skarpy wykopu
PodłoŜe w omawianym rejonie zbudowane jest z osadów czwartorzędu i triasu. Utwory
czwartorzędowe występują w strefie przypowierzchniowej i reprezentowane są przez gliny
pylaste i piaszczyste. Trias występuje w formie fliszu. Są to naprzemianległe iłowce, mułowce
i piaskowce barwy ciemnoczerwonej, o spoiwie Ŝelazisto-ilastym, zapadające na południe pod
kątem ok. 20
°¸
°
0,8 m, nastąpił pierwszy obryw ściany północnej. Oberwaniu uległa ściana głębokiego
wykopu poniŜej tymczasowej ścianki berlińskiej. Odspojony materiał gruntowo-skalny częścio-
wo pozostał w postaci jednej wielkogabarytowej bryły przesuniętej ściany wykopu, a częściowo
uległ rozkruszeniu i zaległ na dnie wykopu w postaci rumowiska bloków skalnych (rys. 1).
W przeciągu kilku dni, po intensywnych opadach śniegu z deszczem, nastąpiła druga faza
utraty stateczności ściany północnej wykopu. Tym razem przesunięciom uległy masy skalne
na całej wysokości wykopu. Zniszczeniu uległa zarówno ścianka berlińska, jak i torkretowa.
Obsunięciu uległo ogrodzenie sąsiednich posesji (rys. 2). Strefa osuwiska miała szerokość
w poziomie ok. 35 m. W ciągu kolejnych kilku dni po drugiej fazie osuwiska obserwowano
jego rozwój w postaci przemieszczenia całego terenu powyŜej skarpy.
¸
314
siły w rzucie 54,0 m
. Są to skały miękkie, nie wykazujące oznak zmetamorfizowania, w strefie
stropowej o miąŜszości 2 m do 5 m (wyjątkowo 9 m), wyraźnie zwietrzałe, co przejawia się
zmniejszeniem ich wytrzymałości.
W trakcie drąŜenia przegłębienia, gdy do osiągnięcia projektowanego poziomu dna brakowa-
ło 0,2 m
25
Sternik K.: Zastosowanie kotew gruntowych do stabilizacji niestatecznych skarp gł
ę
bokich wykopów
2.2. Wykop drogowy
Na potrzeby budowy drogi ekspresowej na południu województwa śląskiego w 1999 r. po-
wstał wykop o zmiennej głębokości, dochodzącej do 17 m. Skarpa rozdzielona została ławką na
wysokości rzędnej około 610,50¸611,20 m n.p.m., tj. w około 1/3 wysokości całkowitej licząc
od dna wykopu. Od drogi ekspresowej wykonana została droga dojazdowa do posesji znajdują-
cych się na terenie sąsiadującym z wykopem (droga nr 6). Droga dojazdowa wznosi się równole-
gle do drogi ekspresowej w łuku pionowym po jej skarpie, aŜ do maksymalnej wysokości
w przekroju pokazanym na rys. 3, po czym opada na powrót do poziomu drogi ekspresowej.
Przekrój I-I’
6 m
18 m
droga nr 6
1
2
622,74 m n.p.m.
622,50 m n.p.m.
0,6
IIa
1,3
2,3
nB
SM (łi)
SM (łi)
// ST (pc)
2,8
4,4
SM (łi)
// ST (pc)
I
5,0
SM (łi)
14,2 m
IIc
8,0
3
I
iłołupek+łupek+piaskowiec,
611,14 m n.p.m.
w górnej części nasyp z rozkruszonego piaskowca + Ŝwir
droga ekspresowa
S69
nB
I
IIa ił [I =0,09]
L
ił [I <0]
L
skała miękka (łupek ilasty // piaskowiec)
1,1
1,2
2,2
1,8
IIb
IIb
608,30 m n.p.m.
SM (łi)
IIc
5,0
Rys. 3. Przekrój I-I’ przez skarpę wykopu drogowego w najwyŜszym przekroju
W kulminacyjnym punkcie niwelety droga dojazdowa łączy się prostopadle z biegnącą
w górę zbocza w płytkim wykopie (w głąb lasu) drogą boczną prowadzącą bezpośrednio do
posesji (rys. 4). Ukształtowanie tego połączenia stanowi istotny element przyczyniający się do
powstałego stanu awaryjnego skarpy.
droga boczna
Rys. 4. Plan sytuacyjny z zaznaczoną lokalizacją otworów badawczych i przekroju geotechnicznego I-I’
Zgodnie z dokumentacją geologiczno-inŜynierską, wykonaną na potrzeby budowy drogi
ekspresowej S69, teren, na którym znajduje się opisywany odcinek zbudowany jest z fliszu
karpackiego. Są to wzajemnie przewarstwiające się łupki z wkładkami piaskowców oraz łupki
pstre. Osady te zapadają stromo, monoklinalnie, w kierunku południowym (do wykopu),
skręcając ku południowemu-wschodowi, pod kątem 60°¸80° do poziomu.
315
Geotechnika
Grunty skaliste pokryte są warstwą zwietrzelin. Są to głównie iłołupki, z domieszką okru-
chów łupków i piaskowca. MiąŜszość tych utworów waha się od 0,3m do 3,5m. PowyŜej
zalegają utwory czwartorzędowe koluwialne. Są to utwory gliniasto kamieniste, wykształcone
w postaci glin pylastych, glin pylastych zwięzłych, glin i glin piaszczystych z domieszkami
okruchów, głównie piaskowcowych róŜnych frakcji. Po wykonaniu głębokiego wykopu dla
drogi ekspresowej, niewielkie ilości gruntów koluwialnych zalegają jeszcze w obrębie drogi
dojazdowej, tj. w koronie skarpy głębokiego wykopu. Największa miąŜszość warstw nieskali-
stych wykazana została w rejonie podłoŜa drogi dojazdowej. MiąŜszość utworów nieskali-
stych budujących skarpę maleje systematycznie w kierunku dna wykopu (rys. 3).
W trakcie rozpoznania podłoŜa stwierdzono w nim występowanie wód szczelinowych,
związanych na ogół z gruntami zwietrzelinowymi, kamienistymi. Wody gruntowe pojawiały
się na ogół w postaci sączeń, ale takŜe jako napięte, stabilizujące się około 1m powyŜej
głębokości nawiercenia.
Problemy ze statecznością skarpy występowały od początku jej powstania. Na czas prac
przy drodze ekspresowej drogą dojazdową nr 6 poprowadzono objazd. W wyniku intensyw-
nego ruchu kołowego nastąpiło zainicjowanie obsuwania się skarpy w obrębie podłoŜa drogi
dojazdowej nr 6. Wówczas, jako zabezpieczenie przed osuwiskiem wykonana została warstwa
wzmacniająca z grubookruchowego materiału miejscowego na powierzchni skarpy wykopu.
Rozwiązanie to okazało się skuteczne jedynie na krótki czas. Materiał wzmocnienia wraz
z pozostałością rodzimych utworów czwartorzędowych oraz podbudową drogi jest oznaczony
na rys. 3 jako warstwa I.
W okresie późniejszym ponownie podejmowano próby opanowania odnawiających się
zjawisk osuwiskowych na przedmiotowym terenie. Na potrzeby jednej z takich prac w 2004 r.
powstała dokumentacja z pomiarów georadarowych mających na celu rozpoznanie warunków
gruntowych oraz określenia zasięgu widocznych na powierzchni ruchów masowych.
Dokumentacja ta stwierdza występowanie płaszczyzn ścięć i stref rozluźnień w przypowierz-
chniowej strefie skarpy. Maksymalna miąŜszość strefy rozluźnionej stwierdzona badaniami
georadarowymi wynosi 4,5 m
¸
2 m
w dolnej części skarpy powyŜej ławki.
Rys. 5. Spękana nawierzchnia drogi dojazdowej
Rys. 6. Osunięta skarpa drogi dojazdowej
Degradacja podłoŜa drogi dojazdowej na skutek stopniowego osuwania się warstw grunto-
wo-skalnych skarpy uwidoczniła się w postaci licznych spękań nawierzchni drogi dojazdowej
(rys. 5) oraz lokalnych powierzchniowych zsuwów (rys. 6). Zjawiska te wystąpiły najinten-
sywniej w rejonie połączenia drogi dojazdowej z drogą boczną. Długość spękanego odcinka
nawierzchni drogi dojazdowej wyniosła w 2008 r. 120 m.
Zaistniała awaria w głównej mierze została spowodowana wadliwie funkcjonującym odwod-
nieniem powierzchniowym, niezdolnym do odprowadzenia strumienia wody opadowej, koncen-
316
5 m w rejonie podłoŜa drogi dojazdowej, gdzie łączy się ona
z drogą boczną prowadzącą do posesji. MiąŜszość strefy rozluźnionej maleje do 1,5 m
¸
Sternik K.: Zastosowanie kotew gruntowych do stabilizacji niestatecznych skarp gł
ę
bokich wykopów
trującego się w obrębie drogi bocznej, która charakteryzuje się znacznym pochyleniem i tworzy
koryto dla intensywnego przepływu. Płytki wykop, w którym poprowadzona została droga
boczna, przerywa rów stokowy wykonany w lesie powyŜej drogi dojazdowej. W drodze bocznej
nie wykonano odwodnienia powierzchniowego usytuowanego poprzecznie do osi drogi, przez
co stanowiła ona na całej swej szerokości koryto dla napływającej wody opadowej. Rowy,
których funkcją było odprowadzenie wód powierzchniowych wzdłuŜ drogi dojazdowej cecho-
wały się na odcinku szczytowym zbyt małym spadkiem. Dodatkowo, bujna roślinność porasta-
jąca nie umocnione skarpy rowów spowodowała niedroŜność rowów wzdłuŜ drogi dojazdowej.
Nie odprowadzana naleŜycie woda przedostawała się pod konstrukcją nawierzchni w podłoŜe
drogi i warstwy budujące skarpę, które ulegały coraz większemu rozluźnianiu.
Dodać naleŜy, Ŝe połączenie drogi dojazdowej z drogą boczną znajduje się w najwyŜszym
miejscu łuku pionowego drogi dojazdowej. Dlatego wody opadowe rozlewały się równieŜ po
nawierzchni drogi dojazdowej, a następnie przedostawały się na powierzchnię skarpy w rejo-
nach bardziej odległych od połączenia z drogą boczną. WzmoŜona niszczycielska działalność
opadów na powierzchni skarpy uwidoczniła się lokalnymi spływami powierzchniowymi
darniny i rozdarciami maty przeciwerozyjnej rozłoŜonej na skarpie.
3. Wspólne cechy niestateczno
ś
ci skarp gł
ę
bokich wykopów
Przytoczone przykłady utraty stateczności skarp głębokich wykopów róŜniących się w rzu-
cie wymiarami posiadają charakterystyczne cechy wspólne. W obu przypadkach do osunięcia
się skarp doszło w wyniku penetracji warstw masywów skalno-gruntowych przez wodę.
W przypadku wykopu pod konstrukcję na terenie zakładu przemysłowego poziom wód grunto-
wych w jego obrębie był wysoki i musiał być obniŜany za pomocą studni depresyjnych. Nie zapo-
biegło to jednak niewielkim sączeniom pojawiającym się na skarpach. Dodatkowym źródłem
wody były gospodarstwa domowe usytuowane w pobliŜu. Przesączające się w podłoŜe płynne
nieczystości ujawniły się po awarii w postaci ciemnych plam i smug na przełomach brył skalnych.
Dodatkowo, bezpośrednim czynnikiem przyczyniającym się ostatecznie do obrywu skarpy na całej
wysokości wykopu wraz ze zniszczeniem obu ścian oporowych (berlińskiej i torkretowej) były
opady śniegu z deszczem, które miały miejsce między pierwszym a drugim etapem awarii.
Osuwanie się skarpy wykopu drogowego nie miało tak gwałtownego charakteru. Degrada-
cja masywu budującego skarpę trwała kilka lat. Pomimo prób ratowania konstrukcji drogi
dojazdowej usytuowanej na skarpie prawdziwa okazała się i tym razem zasada, Ŝe „kropla
drąŜy skałę”. Niemniej, w ostatnim okresie przed wzmocnieniem (pomiędzy kwietniem
a wrześniem 2008 r.) obserwowane zniszczenia nawierzchni drogi dojazdowej na rozluźnia-
jącym się podłoŜu, na skutek intensywnych opadów w okresie letnim i znacznego wcześniej-
szego zerodowania przypowierzchniowej warstwy skarpy, znacznie się nasiliły.
Podkreślić naleŜy, Ŝe oprócz działania wody, decydujący wpływ na utratę stateczności
w warunkach duŜego odpręŜenia wykopem miała budowa masywów, w których wykonane
były oba wykopy. W obu przypadkach jest to podłoŜe fliszowe, a szczególne znaczenie dla
awarii miały przewarstwienia ilaste, które poddane działaniu wody stanowiły warstwy
poślizgowe dla zalegających wyŜej warstw skał i gruntów.
4. Analizy stateczno
ś
ci i zastosowane zabezpieczenia skarp
W obu przypadkach, w celu naprawy zaistniałych stanów awaryjnych skarp powołane zo-
stały odpowiednie zespoły badawczo-projektowe, w których uczestniczył autor niniejszego
referatu. Zespołom wywodzącym się z Wydziału Budownictwa Politechniki Śląskiej przewo-
317
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl hannaeva.xlx.pl
awariebudowlane
Dr inŜ. K
RZYSZTOF
S
TERNIK
,
krzysztof.sternik@polsl.pl
Politechnika Śląska, Gliwice
ZASTOSOWANIE KOTEW GRUNTOWYCH DO STABILIZACJI
NIESTATECZNYCH SKARP GŁ
Ę
BOKICH WYKOPÓW
APPLICATION OF GROUND ANCHORS TO STABILIZATION OF DEEP EXCAVATION SLOPES
Streszczenie
Skarpy głębokich wykopów są szczególnie naraŜone na utratę stateczności ze względu na odprę-
Ŝenie masywu gruntowego. Jedną z metod zabezpieczenia skarpy wykopu jest jej kotwienie. W referacie przed-
stawiono dwa przykłady awarii skarp głębokich wykopów, podając ich opis, przyczyny i przyjęte formy zabez-
pieczenia.
Abstract
Slopes of deep excavations are particularly exposed to instability due to rebound. One method of their
protection is ground anchoring. In the paper two examples of slope failures are given along with their description,
causes and protection solutions.
1. Przyczyny powstawania osuwisk i sposoby ich stabilizacji
Utrata stateczności skarpy następuje, gdy następuje spadek wytrzymałości gruntów na ści-
nanie lub wzrost napręŜeń stycznych w masywie dąŜącym do zachowania równowagi.
Przyczyny utraty stateczności omówione zostały szczegółowo w monografii [2].
Sposoby zabezpieczenia skarpy zaleŜą od warunków gruntowo-wodnych i przyczyn
powstania osuwiska. Czasem przed konsekwencjami ruchów mas ziemnych uchronić mogą
proste prace porządkowe. W przypadku przewidywanego zagroŜenia osuwiskiem lub w za-
istniałej sytuacji awaryjnej z pomocą przychodzą metody geoinŜynierii, jak wykonanie
tymczasowych przypór gruntowych stabilizujących skarpę, zbrojenie masywu gruntowego za
pomocą gwoździowania, kotwienia, palowania, podparcie masywu konstrukcjami oporowymi.
W dalszej części referatu przedstawiono przykłady dwu awarii skarp głębokich wykopów
wynikające z niekorzystnej budowy masywu gruntowego, w którym zostały wykonane oraz
degradującego wpływu filtrującej wody. Do stabilizacji skarp wykopów zastosowano zbroje-
nie kotwami gruntowymi (czynnymi i biernymi) z róŜnymi rozwiązaniami oparcia głowic
kotew na powierzchni skarp.
2. Awarie gł
ę
bokich wykopów
2.1. Wykop pod obiekt kubaturowy
W trakcie rozbudowy duŜego zakładu przemysłowego w marcu 2007 r. został wykonany
wykop szerokoprzestrzenny z poziomu terenu o rzędnej około 291,80 m n.p.m. do poziomu
XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna
SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009
Geotechnika
281,70 m n.p.m. Skarpa północna wykopu, granicząca z zabudowaniami indywidualnych wła-
ścicieli, ukształtowana została w sposób schodkowy. Jej wysokość przekroczyła 10 m. W jej
przekroju zaprojektowano dwie podparte półki – w dolnej części ścianką berlińską, a w górnej
ścianą z betonu narzutowego (torkretu). Obie miały wysokość 4,5m i były kotwione (rys. 1).
Projekt rozbudowy przewidywał wykonanie konstrukcji posadowionej bezpośrednio
w przegłębieniu o dodatkowe 9,38 m. W trakcie robót ziemnych dno wykopu w najniŜszym
punkcie znalazło się na poziomie 272,83 m n.p.m. Docelowo, przegłębienie miało być
wykonane do poziomu 272,32 m n.p.m.
Ściany przegłębienia nachylone były pod kątem ok. 70
°
. Wymiary dna przegłębienia wyno-
44,2 m. Całkowita wysokość zestopniowanej skarpy północnej od
poziomu 272,83 m n.p.m. do poziomu terenu przylegających do placu budowy posesji
wyniosła około 19 m (rys. 1).
ObniŜenie zwierciadła występujących na tym terenie wód gruntowych poniŜej docelowego
poziomu dna wykopu na czas wykonywania prac ziemnych i fundamentowych zrealizowano
za pomocą studni głębinowych rozmieszczonych obwodowo wokół wykopu. Przemieszczenia
skarpy północnej powyŜej poziomu 281,70 m n.p.m (dno wykopu szerokoprzestrzennego)
kontrolowane były za pomocą pomiarów inklinometrycznych.
´
Rys. 1. Widok na skarpę północną wykopu
Rys. 2. Stan awaryjny skarpy wykopu
PodłoŜe w omawianym rejonie zbudowane jest z osadów czwartorzędu i triasu. Utwory
czwartorzędowe występują w strefie przypowierzchniowej i reprezentowane są przez gliny
pylaste i piaszczyste. Trias występuje w formie fliszu. Są to naprzemianległe iłowce, mułowce
i piaskowce barwy ciemnoczerwonej, o spoiwie Ŝelazisto-ilastym, zapadające na południe pod
kątem ok. 20
°¸
°
0,8 m, nastąpił pierwszy obryw ściany północnej. Oberwaniu uległa ściana głębokiego
wykopu poniŜej tymczasowej ścianki berlińskiej. Odspojony materiał gruntowo-skalny częścio-
wo pozostał w postaci jednej wielkogabarytowej bryły przesuniętej ściany wykopu, a częściowo
uległ rozkruszeniu i zaległ na dnie wykopu w postaci rumowiska bloków skalnych (rys. 1).
W przeciągu kilku dni, po intensywnych opadach śniegu z deszczem, nastąpiła druga faza
utraty stateczności ściany północnej wykopu. Tym razem przesunięciom uległy masy skalne
na całej wysokości wykopu. Zniszczeniu uległa zarówno ścianka berlińska, jak i torkretowa.
Obsunięciu uległo ogrodzenie sąsiednich posesji (rys. 2). Strefa osuwiska miała szerokość
w poziomie ok. 35 m. W ciągu kolejnych kilku dni po drugiej fazie osuwiska obserwowano
jego rozwój w postaci przemieszczenia całego terenu powyŜej skarpy.
¸
314
siły w rzucie 54,0 m
. Są to skały miękkie, nie wykazujące oznak zmetamorfizowania, w strefie
stropowej o miąŜszości 2 m do 5 m (wyjątkowo 9 m), wyraźnie zwietrzałe, co przejawia się
zmniejszeniem ich wytrzymałości.
W trakcie drąŜenia przegłębienia, gdy do osiągnięcia projektowanego poziomu dna brakowa-
ło 0,2 m
25
Sternik K.: Zastosowanie kotew gruntowych do stabilizacji niestatecznych skarp gł
ę
bokich wykopów
2.2. Wykop drogowy
Na potrzeby budowy drogi ekspresowej na południu województwa śląskiego w 1999 r. po-
wstał wykop o zmiennej głębokości, dochodzącej do 17 m. Skarpa rozdzielona została ławką na
wysokości rzędnej około 610,50¸611,20 m n.p.m., tj. w około 1/3 wysokości całkowitej licząc
od dna wykopu. Od drogi ekspresowej wykonana została droga dojazdowa do posesji znajdują-
cych się na terenie sąsiadującym z wykopem (droga nr 6). Droga dojazdowa wznosi się równole-
gle do drogi ekspresowej w łuku pionowym po jej skarpie, aŜ do maksymalnej wysokości
w przekroju pokazanym na rys. 3, po czym opada na powrót do poziomu drogi ekspresowej.
Przekrój I-I’
6 m
18 m
droga nr 6
1
2
622,74 m n.p.m.
622,50 m n.p.m.
0,6
IIa
1,3
2,3
nB
SM (łi)
SM (łi)
// ST (pc)
2,8
4,4
SM (łi)
// ST (pc)
I
5,0
SM (łi)
14,2 m
IIc
8,0
3
I
iłołupek+łupek+piaskowiec,
611,14 m n.p.m.
w górnej części nasyp z rozkruszonego piaskowca + Ŝwir
droga ekspresowa
S69
nB
I
IIa ił [I =0,09]
L
ił [I <0]
L
skała miękka (łupek ilasty // piaskowiec)
1,1
1,2
2,2
1,8
IIb
IIb
608,30 m n.p.m.
SM (łi)
IIc
5,0
Rys. 3. Przekrój I-I’ przez skarpę wykopu drogowego w najwyŜszym przekroju
W kulminacyjnym punkcie niwelety droga dojazdowa łączy się prostopadle z biegnącą
w górę zbocza w płytkim wykopie (w głąb lasu) drogą boczną prowadzącą bezpośrednio do
posesji (rys. 4). Ukształtowanie tego połączenia stanowi istotny element przyczyniający się do
powstałego stanu awaryjnego skarpy.
droga boczna
Rys. 4. Plan sytuacyjny z zaznaczoną lokalizacją otworów badawczych i przekroju geotechnicznego I-I’
Zgodnie z dokumentacją geologiczno-inŜynierską, wykonaną na potrzeby budowy drogi
ekspresowej S69, teren, na którym znajduje się opisywany odcinek zbudowany jest z fliszu
karpackiego. Są to wzajemnie przewarstwiające się łupki z wkładkami piaskowców oraz łupki
pstre. Osady te zapadają stromo, monoklinalnie, w kierunku południowym (do wykopu),
skręcając ku południowemu-wschodowi, pod kątem 60°¸80° do poziomu.
315
Geotechnika
Grunty skaliste pokryte są warstwą zwietrzelin. Są to głównie iłołupki, z domieszką okru-
chów łupków i piaskowca. MiąŜszość tych utworów waha się od 0,3m do 3,5m. PowyŜej
zalegają utwory czwartorzędowe koluwialne. Są to utwory gliniasto kamieniste, wykształcone
w postaci glin pylastych, glin pylastych zwięzłych, glin i glin piaszczystych z domieszkami
okruchów, głównie piaskowcowych róŜnych frakcji. Po wykonaniu głębokiego wykopu dla
drogi ekspresowej, niewielkie ilości gruntów koluwialnych zalegają jeszcze w obrębie drogi
dojazdowej, tj. w koronie skarpy głębokiego wykopu. Największa miąŜszość warstw nieskali-
stych wykazana została w rejonie podłoŜa drogi dojazdowej. MiąŜszość utworów nieskali-
stych budujących skarpę maleje systematycznie w kierunku dna wykopu (rys. 3).
W trakcie rozpoznania podłoŜa stwierdzono w nim występowanie wód szczelinowych,
związanych na ogół z gruntami zwietrzelinowymi, kamienistymi. Wody gruntowe pojawiały
się na ogół w postaci sączeń, ale takŜe jako napięte, stabilizujące się około 1m powyŜej
głębokości nawiercenia.
Problemy ze statecznością skarpy występowały od początku jej powstania. Na czas prac
przy drodze ekspresowej drogą dojazdową nr 6 poprowadzono objazd. W wyniku intensyw-
nego ruchu kołowego nastąpiło zainicjowanie obsuwania się skarpy w obrębie podłoŜa drogi
dojazdowej nr 6. Wówczas, jako zabezpieczenie przed osuwiskiem wykonana została warstwa
wzmacniająca z grubookruchowego materiału miejscowego na powierzchni skarpy wykopu.
Rozwiązanie to okazało się skuteczne jedynie na krótki czas. Materiał wzmocnienia wraz
z pozostałością rodzimych utworów czwartorzędowych oraz podbudową drogi jest oznaczony
na rys. 3 jako warstwa I.
W okresie późniejszym ponownie podejmowano próby opanowania odnawiających się
zjawisk osuwiskowych na przedmiotowym terenie. Na potrzeby jednej z takich prac w 2004 r.
powstała dokumentacja z pomiarów georadarowych mających na celu rozpoznanie warunków
gruntowych oraz określenia zasięgu widocznych na powierzchni ruchów masowych.
Dokumentacja ta stwierdza występowanie płaszczyzn ścięć i stref rozluźnień w przypowierz-
chniowej strefie skarpy. Maksymalna miąŜszość strefy rozluźnionej stwierdzona badaniami
georadarowymi wynosi 4,5 m
¸
2 m
w dolnej części skarpy powyŜej ławki.
Rys. 5. Spękana nawierzchnia drogi dojazdowej
Rys. 6. Osunięta skarpa drogi dojazdowej
Degradacja podłoŜa drogi dojazdowej na skutek stopniowego osuwania się warstw grunto-
wo-skalnych skarpy uwidoczniła się w postaci licznych spękań nawierzchni drogi dojazdowej
(rys. 5) oraz lokalnych powierzchniowych zsuwów (rys. 6). Zjawiska te wystąpiły najinten-
sywniej w rejonie połączenia drogi dojazdowej z drogą boczną. Długość spękanego odcinka
nawierzchni drogi dojazdowej wyniosła w 2008 r. 120 m.
Zaistniała awaria w głównej mierze została spowodowana wadliwie funkcjonującym odwod-
nieniem powierzchniowym, niezdolnym do odprowadzenia strumienia wody opadowej, koncen-
316
5 m w rejonie podłoŜa drogi dojazdowej, gdzie łączy się ona
z drogą boczną prowadzącą do posesji. MiąŜszość strefy rozluźnionej maleje do 1,5 m
¸
Sternik K.: Zastosowanie kotew gruntowych do stabilizacji niestatecznych skarp gł
ę
bokich wykopów
trującego się w obrębie drogi bocznej, która charakteryzuje się znacznym pochyleniem i tworzy
koryto dla intensywnego przepływu. Płytki wykop, w którym poprowadzona została droga
boczna, przerywa rów stokowy wykonany w lesie powyŜej drogi dojazdowej. W drodze bocznej
nie wykonano odwodnienia powierzchniowego usytuowanego poprzecznie do osi drogi, przez
co stanowiła ona na całej swej szerokości koryto dla napływającej wody opadowej. Rowy,
których funkcją było odprowadzenie wód powierzchniowych wzdłuŜ drogi dojazdowej cecho-
wały się na odcinku szczytowym zbyt małym spadkiem. Dodatkowo, bujna roślinność porasta-
jąca nie umocnione skarpy rowów spowodowała niedroŜność rowów wzdłuŜ drogi dojazdowej.
Nie odprowadzana naleŜycie woda przedostawała się pod konstrukcją nawierzchni w podłoŜe
drogi i warstwy budujące skarpę, które ulegały coraz większemu rozluźnianiu.
Dodać naleŜy, Ŝe połączenie drogi dojazdowej z drogą boczną znajduje się w najwyŜszym
miejscu łuku pionowego drogi dojazdowej. Dlatego wody opadowe rozlewały się równieŜ po
nawierzchni drogi dojazdowej, a następnie przedostawały się na powierzchnię skarpy w rejo-
nach bardziej odległych od połączenia z drogą boczną. WzmoŜona niszczycielska działalność
opadów na powierzchni skarpy uwidoczniła się lokalnymi spływami powierzchniowymi
darniny i rozdarciami maty przeciwerozyjnej rozłoŜonej na skarpie.
3. Wspólne cechy niestateczno
ś
ci skarp gł
ę
bokich wykopów
Przytoczone przykłady utraty stateczności skarp głębokich wykopów róŜniących się w rzu-
cie wymiarami posiadają charakterystyczne cechy wspólne. W obu przypadkach do osunięcia
się skarp doszło w wyniku penetracji warstw masywów skalno-gruntowych przez wodę.
W przypadku wykopu pod konstrukcję na terenie zakładu przemysłowego poziom wód grunto-
wych w jego obrębie był wysoki i musiał być obniŜany za pomocą studni depresyjnych. Nie zapo-
biegło to jednak niewielkim sączeniom pojawiającym się na skarpach. Dodatkowym źródłem
wody były gospodarstwa domowe usytuowane w pobliŜu. Przesączające się w podłoŜe płynne
nieczystości ujawniły się po awarii w postaci ciemnych plam i smug na przełomach brył skalnych.
Dodatkowo, bezpośrednim czynnikiem przyczyniającym się ostatecznie do obrywu skarpy na całej
wysokości wykopu wraz ze zniszczeniem obu ścian oporowych (berlińskiej i torkretowej) były
opady śniegu z deszczem, które miały miejsce między pierwszym a drugim etapem awarii.
Osuwanie się skarpy wykopu drogowego nie miało tak gwałtownego charakteru. Degrada-
cja masywu budującego skarpę trwała kilka lat. Pomimo prób ratowania konstrukcji drogi
dojazdowej usytuowanej na skarpie prawdziwa okazała się i tym razem zasada, Ŝe „kropla
drąŜy skałę”. Niemniej, w ostatnim okresie przed wzmocnieniem (pomiędzy kwietniem
a wrześniem 2008 r.) obserwowane zniszczenia nawierzchni drogi dojazdowej na rozluźnia-
jącym się podłoŜu, na skutek intensywnych opadów w okresie letnim i znacznego wcześniej-
szego zerodowania przypowierzchniowej warstwy skarpy, znacznie się nasiliły.
Podkreślić naleŜy, Ŝe oprócz działania wody, decydujący wpływ na utratę stateczności
w warunkach duŜego odpręŜenia wykopem miała budowa masywów, w których wykonane
były oba wykopy. W obu przypadkach jest to podłoŜe fliszowe, a szczególne znaczenie dla
awarii miały przewarstwienia ilaste, które poddane działaniu wody stanowiły warstwy
poślizgowe dla zalegających wyŜej warstw skał i gruntów.
4. Analizy stateczno
ś
ci i zastosowane zabezpieczenia skarp
W obu przypadkach, w celu naprawy zaistniałych stanów awaryjnych skarp powołane zo-
stały odpowiednie zespoły badawczo-projektowe, w których uczestniczył autor niniejszego
referatu. Zespołom wywodzącym się z Wydziału Budownictwa Politechniki Śląskiej przewo-
317