Artykuł z czasopisma "Magazyn Autostrady" 4/2004

Zbigniew Bukowski

Stabilizacja podłoża lub podbudowy i co dalej?

Zastabilizowana warstwa gruntu to błogosławieństwo czy przekleństwo? 

Coraz popularniejsza stabilizacja gruntów w ramach budowy nowych nawierzchni nie­sie ze sobą pewne konsekwencje. Pozytywne, gdy jest zastosowana w sposób przemyśla­ny i właściwy lub negatywne, gdy jej zaprojektowanie i wykonanie nie w pełni zrealizowa­o w powiązaniu z przyjętą konstrukcją nawierzchni i najbliższym otoczeniem.

Niestety do dziś pokutuje jeszcze takie traktowanie wzmacniania istniejących grun­tów poprzez stabilizację spoiwami hydrau­licznymi. Opisy techniczne wykonania sta­bilizacji albo są enigmatycznie skąpe lub przeciwnie są rozbudowane aż do znudze­nia przez przepisywanie archaicznych norm. Ten drugi przypadek występuje najczęściej w opisach załączonych do projektów reali­zowanych w ramach zamówień publicznych np. programu SAPARD. Tworzone są kosz­towne stosy makulatury, której tak napraw­dę nikt nie czyta, nie przestrzega, wszyscy postępują według własnego uznania. Nie patrząc na zmienność gruntów na trasie dro­gi wykonawca stosuje do stabilizacji np. standardowo 6-8 % (wagowo) lub mniej ce­mentu i jest spokojny, bo ma podkładkę w postaci polskiej normy.

Wykonane badania nośności płytą VSS i ewentualne badania próbek w laborato­rium potwierdzają na ogół dobrze wyko­naną stabilizację. Oczywiście stan dobry na dzień odbioru robót (!). Nasuwa się wąt­pliwość czy taki stan będzie zachowany dłużej. Utworzona stosunkowo sztywna, cienka warstwa mieszanki gruntu i cemen­tu ulega skurczom i pęknięciom, także pod wpływem obciążeń na słabonośnym pod­łożu. Wpływ wody gruntowej czy opado­wej dopełnia destrukcji w krótkim czasie. Tymczasem wykonana stabilizacja w założeniu winna stanowić fundament dla pozostałych warstw konstrukcji drogi. Wielu projektantów zrozumiało już tę bezsensowną formę stabilizacji i promuje stosowanie stabilizacji gruntu spoiwami hydraulicznymi w war­stwach 25±35 cm cza­sem z użyciem dodat­ków chemicznych, wpływających na jej większą trwałość i od­porność na pęknięcia skurczowe. Można temu przyklasnąć, wszak dostępny sprzęt pozwala profesjonalnie wykonać stabilizację na głębokości 40 i więcej centymetrów. A to już ma sens.

Jednakże w tym przypadku najczęściej za­pomina się, że tak wykonana stabilizacja, oprócz właściwości trwałej, wysokiej nośności posiada cechę nieprzepuszczania wody. Tworzy prze­ponę tak dla wód niżej położonych, jak i znaj­dujących się nad warstwą. Stworzenie bariery dla kapilarnego podciągania wody to ochrona wyższych warstw konstrukcji nawierzchni przed wysadzinami w okresie zimowym. Natomiast brak odwodnienia warstwy ułożonej nad stabi­lizacją powoduje w zimie zamrożenie zalegają­cych tam wód i wysadziny górnych warstw na­wierzchni. Takie przypadki najczęściej spotyka się na placach parkingowych np. supermar­ketów, ale i na szerokich pasmach dróg. Wyko­nana prawidłowo 25±35 cm warstwa zastabilizowanego środkami hydrauliczny­mi (w przypadku gruntów wysadzinowych z dodatkiem che­micznym) podłoża gruntowego stanowi kapitalne oparcie dla po­zostałych warstw przyjętej konstrukcji nawierzchni. Jest ona błogosławieństwem na czas pro­wadzenia pozostałych robót, gdyż spełnia rolę dróg tymczasowych czy technologicznych pod­czas realizacji całego przedsię­wzięcia. Przy uzyskaniu modułu odkształcenia E₂>100-120 MPa pozwala, w wielu przypadkach, zre­zygnować z dodatkowych wzmoc­nień np. geokratami czy stosowania grubych warstw tłucznia, łupka lub innych materiałów sypkich stabili­zowanych mechanicznie. Tym sa­mym stanowi dużą korzyść także dla inwestora, który zadanie może zrealizować w krótszym czasie i przy angażowaniu mniejszych środków finansowych. Trzeba pamiętać, że zastabilizowane mechanicznie gru­be warstwy kruszywa czy piasku stanowią tylko czasowo zespolony materiał. Pod obciążeniem dyna­micznym ruchu drogowego lub wpływem wody opadowej czy gruntowej ele­menty kruszywa i ziarna piasku ulegają naj­pierw drobnym, a następnie coraz większym przesunięciom, aż efekt tego procesu pojawi się na górnej nawierzchni w postaci różnych niebezpiecznych odkształceń, powodując w końcu destrukcję nawierzchni. Im grubsze warstwy, tym większe prawdopodobieństwo takich zjawisk. Szczególnie, gdy użyty mate­riał nie jest najlepszej jakości.

Fot. 2.

Zmniejszenie grubości warstw podbudo­wy z materiałów sypkich na zastabilizowanej warstwie podłoża ogranicza przemiesz­czanie ich ziaren, a tym samym minimali­zuje ewentualne odkształcenie górnych warstw nawierzchni objawiające się w po­staci np. kolein. Czyż trzeba więcej dla przy­szłego użytkownika i zarządzającego drogą? Wszak takie rozwiązanie pozwoli wykorzy­stać pulę środków finansowych przeznaczonych na permanentne naprawy nawierzch­ni w tych samych często miejscach, na nowe inwestycje lub właściwą odbudowę więk­szej ilości dróg.

Nie zawsze jednak wykonana stabiliza­cja przynosi spodziewany efekt. Przytoczę przykład, gdzie zastosowana stabilizacja wy­wołała odwrotny od zamierzonego skutek. Duży parking przed obiektem handlowym został wybudowany na gruntach wysadzinowych. Aby uniknąć wymiany ogromnej ilo­ści gruntu podjęto decyzję o jego stabiliza­cji. Decyzja w dzisiejszej dobie słuszna z wielu względów. Stabilizacja była technicznie i technologicznie możliwa do wy­konania, a bezwzględnie uzasadniona i ko­rzystna ekonomicznie. Wykonano ją w mia­rę poprawnie, jednakże nie wzięto pod uwa­gę szczegółów i konsekwencji, jakie rym samym stworzono. Przewidziano, jak zawsze, odprowadzenie wód opadowych do wpu­stów ulicznych z górnych nawierzchni kost­ki drogowej i asfaltobetonu. Niestety zapo­mniano o tym, że wykonana warstwa stabi­lizacji stworzy dodatkowo nieprzepuszczal­ną przeponę dla wód, które znajdą się w podbudowie bezpośrednio pod ww. na­wierzchnią.

Fot. 3.

Krawężniki na ławie betonowej, ścianki wpustów ulicznych i studzienek czy fundamenty różnych murków stworzyły przegro­dy dla wody spływającej po powierzchni zastabilizowanej warstwy. Ponieważ nastał okres zimowy w którym uzewnętrzniają się wszelkie niedoskonałości i błędy rozwiązań konstrukcji nawierzchni drogowych, nie trzeba było długo czekać na skutki. Przez fugi kostki, szczeliny przy krawężnikach, miejsca połączeń pasm układanej nawierzchni mineralno-bitumicznej, odkryte grunty wokół zieleńców i drzew, wody opa­dowe przedostały się nad nieprzepuszczal­ną warstwę stabilizacji i nie mając możliwo­ści odprowadzenia do sączków lub kanali­zacji... zamarzły. Efekt był natychmiast wi­doczny (fot. 1. 2 i 3 ) w postaci wybrzuszeń, pęknięć, załamań nawierzchni.

Nie tylko brak rozwiązania odprowadze­nia wód znad warstwy zastabilizowanej był tu przyczyną odkształceń, ale także rutyno­we przyjęcie spadków zastabilizowanej war­stwy w granicach 0,5±2 % tak, jak górnej na­wierzchni oraz zbyt mała. w tym przypadku, grubość warstwy kruszywa czy piasku pod na­wierzchnią asfaltobetonową, które także były błędne. Wnikająca woda zamarzała w każdym miejscu pod górną nawierzchnią.

Fot. 4.

Na fotografii nr 4 widzimy przekrój na­wierzchni, gdzie wykonana z użyciem cementu i dodatku EN-1 stabilizacja gruntu glinia­stego o grubości warstwy 30±35 cm stanowi wyraźną barierę dla podciągania kapilarnego wody gruntowej. Natomiast zbyt mała warstwa tłucznia (6±7 cm!) pod warstwą asfaltobetonu nie stanowi właściwego odprowadzenia poja­wiającej się tam wody opadowej, która, na sku­tek wahań temperatury wokół 0°C w okresie zimowym, zamarzając spowodowała zniszcze­nie górnej warstwy nawierzchni.

Rys. 1.  Rozwiązanie grożące zniszczeniem nawierzchni na skutek zamrożenia wód

w miejscach nie mających zapewnionego odwodnienia.

Rys. 2.  Propozycja odwodnienia miejsc szczególnie narażonych na zamrożenie

wód pod nawierzchnią. 

Natomiast tam, gdzie warstwa asfaltobetonowa przylegała bezpośrednio do zastabilizowanej warstwy, woda się nie dostała nad stabilizację i nie wyrządziła szkód. Próbka z odwiertu potwierdziła ten fakt (fot. 5).

Fot. 5.

W opisanym przykładzie stabilizacja była przekleństwem dla inwestora, gdyż był on zmuszony wykonać konstrukcję parkingu od nowa. Czy to była wina stabilizacji? Nie. To była wina projektanta i wykonawcy robót, którzy dopuścili do takiej sytuacji. Z pewno­ścią czytelnicy znają wiele podobnych przypadków zniszczenia nowych nawierzchni par­kingów i dróg po okresie zimowym, dziś peł­nych łat i śladów napraw. Czy przynajmniej skutecznych?

Szkoda, że rutyna i brak wyobraźni za­zwyczaj skutkują problemami i dodatko­wymi kosztami.

A można pomyśleć wcześniej, z wyobraź­nią nie szablonowo i rutynowo. Zastanowić się co nastąpi, gdy woda dostanie się nad stabilizację i ulegnie zamrożeniu (rys. 1).

Tak więc należałoby, po pierwsze, dążyć do zwiększenia spadków powierzchni zastabilizowanej np. do 3±5 % i ułożenia na niej dodatkowo odpowiedniej geowłókniny aby jak najszybciej umożliwić odprowadzenie ewentualnie gromadzącej się wody.

Po drugie, w najniższych miejscach przewi­dywać sączki z rur drenarskich lub dreny z kru­szywa w połączeniu z geotekstyliami (rys. 2).

Po trzecie, w bocznych ścianach wpustów ulicznych i studzienek umieszczać otwory celem odprowadzenia wód bezpośrednio do kanalizacji deszczowej.

W krawężnikach czy fundamentach za­stosować szczeliny, rurki, drobne przepusty umożliwiające odpływ wody poza strefę przemarzania.

Można też decydować się na pokrycie emul­sją warstwy zastabilizowanego gruntu, a na­stępnie bezpośrednio warstwą wiążącą i ście­ralną z mas mineralno-bitumicznych. Nie zawsze jednak takie rozwiązanie można zasto­sować, ale jest ono możliwe i trwałe. W tym przypadku należy wykazać bardzo staranne działanie dla zapewnienia ścisłego połączenia poszczególnych warstw, aby nie do­puścić do wnikania wody.

Bardziej bezpiecznym rozwią­zaniem jest ułożenie na wykona­nej stabilizacji warstwy 20±30 cm np. z tłucznia, a następnie warstw górnej nawierzchni.

Wielu może zwrócić uwagę, że warstwę stabilizacji można wyko­nywać głębiej pod nawierzchnią. Racja, ale wtedy warstwy tłucznia będą grubsze i możliwość odkształ­ceń nawierzchni pod wpływem osiadań się zwiększa. Ot i problem do dyskusji.

Artykuł niniejszy z uwagi na ograniczone możliwości, nie pozwala przedstawić konkret­nych rozwiązań, których może być wiele w za­leżności od potrzeb i lokalnych uwarunkowań. Zamiarem moim jest zwrócenie uwagi na kon­sekwencje zastosowania warstwy zastabilizo­wanego gruntu pod kątem powiązania z od­wodnieniem podbudowy nawierzchni i ko­niecznością przedstawiania rozwiązań odwodnienia w szczególnych miejscach dotąd nie za­wsze uważanych za istotne. Zbagatelizowanie tego zagadnienia może skutkować budową od nowa całej nawierzchni, a w najlepszym przy­padku kosztowną i nie zawsze skuteczną na­prawą miejsc wciąż narażonych na destrukcyj­ne działanie zamarzającej wody.