Drukuj

Badania stateczności nasypu komunikacyjnego stabilizowanego ścianą gabionowąŚciany skonstruowane z gabionów, bazujące na atrakcyjnej technologii konstrukcji segmentowych, stanowią życzliwy naturalnemu środowisku sposób zabezpieczenia komunikacyjnych budowli ziemnych (np. nasypów) przed utratą stateczności. Rozwiązania te są w literaturze (np. [6, 13, 14]) zaliczane do innowacyjnych. Charakteryzują się racjonalnym ukształtowaniem i są perfekcyjnie wkomponowane w otoczenie.



Oporowe ściany gabionowe rozwiązaniem przyjaznym środowisku

Kosze siatkowe, nazywane szańcowymi - „gabionami”, należą do szczególnej odmiany kaszyc [6]. Kosze są wypełniane materiałem kamiennym (kamień polny, bloki skalne, tłuczeń albo sortowany gruz budowlany). Odmianą gabionów są materace, wypełniane również materiałem kamiennym, lecz mają one formę elementów płytowych. Oba prostopadlościenne elementy konstrukcyjne mogą być stosowane oddzielnie lub łącznie, jako części składowe kompleksowej ochrony budowli ziemnych. Kosze i materace niekiedy uzupełnia się specjalnymi siatkami przeciwerozyjnymi oraz elementami gruntu zbrojonego. Jeżeli istnieje zagrożenie wypłukania ziaren gruntu, wtedy styk gabionu z podłożem lub zasypką gruntową zabezpiecza się odpowiednio dobranym kruszywem, matą geotekstylną (geowłókniną) lub innymi materiałami.

Zalety konstrukcji z kaszyc siatkowych, takie jak: elastyczność (podatność na deformacje bez zniszczenia), trwałość, wytrzymałość, wodoprzepuszczalność, ekologiczność, łatwość kształtowania konstrukcji z koszy, pozwalają na szerokie  stosowanie tego systemu w celach tworzenia [3, 4, 6, 13, 15, 20 ]:


W Polsce w latach 90. XX wieku [6, 13, 20] rozpoczęto stosowanie na szerszą skalę gabionowego systemu ochrony i wzmacniania budowli ziemnych. W związku z dynamicznym rozwojem zastosowań przedmiotowych konstrukcji, zwłaszcza w budownictwie komunikacyjnym, wymagane jest od konstruktora zachowanie szczególnej ostrożności w procesie projektowania, a więc użycie właściwej, niezawodnej i jednocześnie ekonomicznej metody obliczeniowej. Ponieważ istniejąca procedura wymiarowania poszczególnych typów ścian gabionowych (klasyczne, Terramesh, Green Terramesh) zawiera znaczne uproszczenia i jest oparta w dużej mierze na intuicji, ocena funkcjonowania budowli ziemnych wzmacnianych tymi konstrukcjami wymaga pogłębionej analizy, w tym weryfikacji numerycznej i doświadczalnej (np. [5, 6, 14, 15]). Niewiele publikacji uwzględnia sytuacje kryzysowe, na przykład napór wody powodziowej [16, 17, 18]. To właśnie motywuje podjęcie tematyki, a więc próbę opracowania modelu odwzorowującego zachowanie się gabionowej konstrukcji oporowej, w funkcji parametrów dotyczących obciążenia eksploatacyjnego i struktury budowli [7-12].

 

Przedmiot badań

Przedstawiono analizę (głównie w aspekcie stateczności) zachowania się nasypu ze skarpą zabudowaną jednostronnie ścianą gabionową. Założono działanie obciążenia równomiernie rozłożonego na koronie o stałej intensywności oraz przypadek naporu wody w sytuacji wystąpienia powodzi. Piętrzenie wody występuje na skarpie niezabudowanej ścianą gabionową.

W pierwszej fazie rozpatrywany jest nasyp bez obciążenia na koronie. Przyjmując przypadek piętrzenia wody powodziowej opracowano: dyskretyzację obszaru filtracji, rozkład prędkości i siatkę hydrodynamiczną oraz powierzchnie poślizgu. Obliczono także wartości współczynników stateczności i parametry geometryczne wyznaczonych powierzchni poślizgu. Parametrem zmiennym jest konfiguracja ściany.

W drugiej fazie skarpa nasypu nie jest poddana naporowi wody lecz występuje obciążenie eksploatacyjne na koronie. Powierzchnie poślizgu wyznaczono dla najmniejszej wartości współczynnika stateczności obliczonego metodą Felleniusa i Bishopa. Zastosowano autorskie oprogramowanie [1, 2, 19]: program SZMFiB-Stateczność zboczy metodą Felleniusa i Bishopa oraz program FILTR-Filtracja ustalona w nasypach ziemnych piętrzących wodę.

 

Schematy obliczeniowe

* Stan przed zabudową ściany gabionowej (nasyp konwencjonalny jako model porównawczy). Ocenę stateczności skarpy komunikacyjnej budowli ziemnej wykonano na przykładzie jednorodnego nasypu, zlokalizowanego na podłożu odkształcalnym o parametrach identycznych jak nasyp [19]. Wysokość nasypu wynosi H = 5 m, nachylenie skarp 1:1,5, ciężar objętościowy gruntu γ = 17,0 kN/m3.

* Stan po zabudowie ściany gabionowej. Rozpatrzono trzy warianty ściany gabionowej pokazane na rysunku 1 (gabiony ustawione na sobie, tworzą jeden pionowy rząd): wariant I – ściana złożona z dwóch warstw gabionów usytuowanych w odległości 5,5m od korony nasypu; II – ściana złożona z trzech warstw gabionów usytuowanych w odległości 4 m od korony nasypu; III – ściana złożona z czterech warstw gabionów usytuowanych w odległości 2,5 m od korony nasypu. Tak usytuowane konstrukcje złożone z gabionów o wymiarach 1 m*1 m mają górny lewy narożnik położony na krawędzi skarpy nasypu konwencjonalnego o nachyleniu skarpy 1:1.5.

Dla opisanych schematów obliczeniowych przeprowadzono ocenę ogólnej stateczności konstrukcji gabionowej. Wyniki obliczeń w postaci przebiegu powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności przedstawiono w opracowaniu [19]. Natomiast wartości otrzymanych współczynników stateczności i parametrów geometrycznych wyznaczonych powierzchni zestawiono w tabelach 1 i 2. Dla porównania, w pierwszym wierszu obu tabel podano odpowiednie dane dla nasypu konwencjonalnego (wzorca). Wartości współczynników wskazują, że wszystkie analizowane konstrukcje mają zapewnioną stateczność ogólną przy obciążeniu ciężarem własnym. Stwierdzono także prawie jednakowy przebieg powierzchni cylindrycznych wyznaczonych metodą Felleniusa i Bishopa [19].

a) dwie warstwy gabionów b) trzy c) cztery

Rys. 1. Skarpa nasypu zabudowana ścianą gabionową

Tabela 1. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Felleniusa (FF), dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową Tabela 2. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Bishopa (FB), dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową

 


Nasyp ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową, piętrzący wodę

Aplikując program FILTR [2] wyznaczono pole filtracji w nasypie przy piętrzeniu wody na poziomie równym wysokości nasypu. Dyskretyzację obszaru filtracji, rozkład prędkości i siatkę hydrodynamiczną przy maksymalnym poziomie piętrzenia w nasypie Hg = 10,0 m  dla schematu stanowiącego wariant I pokazano na rysunkach 2, 3 i 4. Powierzchnie poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności wyznaczone metodą Felleniusa i Bishopa dla ściany oporowej złożonej z dwóch, trzech i czterech warstw gabionów znajdują się w opracowaniu [19]. Natomiast w tabelach 3 i 4 zestawiono wartości współczynników stateczności i parametry geometryczne wyznaczonych powierzchni poślizgu dla wszystkich trzech wariantów konstrukcji ściany gabionowej. W pierwszych wierszach tablic podano w celu porównania wyniki dla nasypu konwencjonalnego przy maksymalnym piętrzeniu wody.

Dla wszystkich wyznaczonych powierzchni poślizgu wartości współczynników stateczności są większe od wartości dopuszczalnych, co wskazuje, że stateczność ogólna analizowanych konstrukcji ścian gabionowych przy maksymalnym piętrzeniu wody jest zapewniona.

Rys. 2. Dyskretyzacja obszaru filtracji przy maksymalnym poziomie piętrzenia w nasypie ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową złożoną z dwóch warstw  Rys. 3. Rozkład prędkości przy maksymalnym poziomie piętrzenia w nasypie ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową złożoną z dwóch warstw  Rys. 4. Siatka hydrodynamiczna przy maksymalnym poziomie piętrzenia w nasypie ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową złożoną z dwóch warstw
Tabela 3. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Felleniusa, dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową, przy maksymalnym piętrzeniu wody  Tabela 4. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Bishopa, dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową, przy maksymalnym piętrzeniu wody


Nasyp ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową, obciążony na koronie

Schematy konstrukcji gabionowych stanowiących wariant I II i III obciążono na koronie w sposób równomiernie rozłożony o intensywności q=100kPa. Zadanie polega na oszacowaniu zmian wartości współczynnika stateczności w zależności od konfiguracji ściany.
Szczegółowe wyniki finalne analizy stateczności w postaci szacowania powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku podano w raporcie [19]. Są one efektem przeprowadzonego cyklu obliczeń kilkuset powierzchni o różnym położeniu punku początkowego, końcowego oraz promienia krzywizny. Prezentację graficzną powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym obiema metodami, w nasypie zabudowanym ścianą gabionową złożoną z dwóch (wariant I), trzech (wariant II) i czterech  warstw (wariant III) zawiera także opracowanie [19].

W tabelach 5 i 6 zestawiono wartości współczynników stateczności oraz parametry geometryczne wyznaczonych powierzchni poślizgu. W pierwszych wierszach tych tablic podano w celu porównania analogiczne wyniki dla nasypu konwencjonalnego (bez ściany oporowej). Gdyby skarpa nasypu konwencjonalnego została uznana za stateczną (FF = 1.159 > FFdop = 1.1÷1.3 i FB = 1.299 ≈  FBdop = 1.3÷1.5), to konstrukcje ścian gabionowych nie spełniają tych warunków czyli ich stateczność ogólna nie jest zapewniona.

Tabela 5. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Felleniusa (FF), dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową przy obciążeniu rozłożonym o intensywności 100 kPa  Tabela 6. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Bishopa (FB), dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową przy obciążeniu rozłożonym o intensywności 100 kPa

 

Podsumowanie

Potwierdzono przydatność autorskiego programu numerycznego FILTR [2] do wyznaczenia pola filtracji w nasypie przy piętrzeniu wody na poziomie równym wysokości nasypu. Analiza stateczności ma charakter porównawczy: wartości współczynników stateczności obliczonych metodą Felleniusa i Bishopa oraz parametry geometryczne wyznaczonych powierzchni poślizgu porównywano z wielkościami analogicznie obliczanymi dla nasypu konwencjonalnego (bez ściany oporowej) przy maksymalnym piętrzeniu wody. Na podstawie zbiorczego zestawienia rezultatów obliczeń stwierdzono we wszystkich typach nasypu ze ścianą gabionową spełnienie stateczności ogólnej przy maksymalnym piętrzeniu wody.

Odnośnie nasypu ze ścianą gabionową obciążonego  w koronie, z tablic 5 i 6 wynika, że stateczność ogólna nie jest zapewniona. 

W analizowanych przypadkach nasypu ze skarpą stabilizowaną ścianą gabionową, piętrzącego wodę oraz obciążonego eksploatacyjnie, wartości współczynników stateczności zależą od konfiguracji ściany gabionowej.

dr hab. inż. Andrzej Surowiecki, prof. UP
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Katedra Budownictwa i Infrastruktury
dr inż. Wojciech Kozłowski
Politechnika Opolska
Katedra Dróg i Mostów
dr inż. Adam Balawejder
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Zakład Mechaniki i Konstrukcji Inżynierskich

Referat był publikowany w materiałach  Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej „Ochrona środowiska i estetyka a rozwój infrastruktury drogowej” – Kazimierz Dolny, 7-9 października 2009 r.



Literatura

 

 

Summary

Resarch of stability of communications embankment with the slope strengthened with gabion retaining wall
In the article were presented stabilization of communications earthen structures by using light retaining walls. Were analysed the functioning of embankment with the slope strengthened with gabion retaining wall, by establish uniform distributed load at the top and the case one-sided water pressure in flood situation. Were presented the final results of stability calculation, executed with Fellenius and Bishop methods in form of slip surface with minimal value coefficient. Next were elaborated: digitization of filtration zone, velocity distribution, hydrodynamic net and slip surfaces. As the variable parameter were established the wall configuration.

 

Ściany skonstruowane z gabionów, bazujące na atrakcyjnej technologii konstrukcji segmentowych, stanowią życzliwy naturalnemu środowisku sposób zabezpieczenia komunikacyjnych budowli ziemnych (np. nasypów) przed utratą stateczności. Rozwiązania te są w literaturze (np. [6, 13, 14]) zaliczane do innowacyjnych. Charakteryzują się racjonalnym ukształtowaniem i są perfekcyjnie wkomponowane w otoczenie.

 

Oporowe ściany gabionowe rozwiązaniem przyjaznym środowisku

 

Kosze siatkowe, nazywane szańcowymi - „gabionami”, należą do szczególnej odmiany kaszyc [6]. Kosze są wypełniane materiałem kamiennym (kamień polny, bloki skalne, tłuczeń albo sortowany gruz budowlany). Odmianą gabionów są materace, wypełniane również materiałem kamiennym, lecz mają one formę elementów płytowych. Oba prostopadlościenne elementy konstrukcyjne mogą być stosowane oddzielnie lub łącznie, jako części składowe kompleksowej ochrony budowli ziemnych. Kosze i materace niekiedy uzupełnia się specjalnymi siatkami przeciwerozyjnymi oraz elementami gruntu zbrojonego. Jeżeli istnieje zagrożenie wypłukania ziaren gruntu, wtedy styk gabionu z podłożem lub zasypką gruntową zabezpiecza się odpowiednio dobranym kruszywem, matą geotekstylną (geowłókniną) lub innymi materiałami.

 

Zalety konstrukcji z kaszyc siatkowych, takie jak: elastyczność (podatność na deformacje bez zniszczenia), trwałość, wytrzymałość, wodoprzepuszczalność, ekologiczność, łatwość kształtowania konstrukcji z koszy, pozwalają na szerokie stosowanie tego systemu w celach tworzenia [3, 4, 6, 13, 15, 20 ]:

- konstrukcji typu oporowego (przeciwdziałających osuwiskom), podtrzymujących niestabilne skarpy i urwiska,

- tymczasowych podpór obiektów mostowych, w tym także przyczółków,

- obudowy wzmacniającej skarpy nasypów i przekopów kolejowych oraz drogowych,

- budowli skarpowych w formie materacy, rozpraszających energię nabiegających fal (przeciwdziałanie fali powodziowej).

 

W Polsce w latach 90. XX wieku [6, 13, 20] rozpoczęto stosowanie na szerszą skalę gabionowego systemu ochrony i wzmacniania budowli ziemnych. W związku z dynamicznym rozwojem zastosowań przedmiotowych konstrukcji, zwłaszcza w budownictwie komunikacyjnym, wymagane jest od konstruktora zachowanie szczególnej ostrożności w procesie projektowania, a więc użycie właściwej, niezawodnej i jednocześnie ekonomicznej metody obliczeniowej. Ponieważ istniejąca procedura wymiarowania poszczególnych typów ścian gabionowych (klasyczne, Terramesh, Green Terramesh) zawiera znaczne uproszczenia i jest oparta w dużej mierze na intuicji, ocena funkcjonowania budowli ziemnych wzmacnianych tymi konstrukcjami wymaga pogłębionej analizy, w tym weryfikacji numerycznej i doświadczalnej (np. [5, 6, 14, 15]). Niewiele publikacji uwzględnia sytuacje kryzysowe, na przykład napór wody powodziowej [16, 17, 18]. To właśnie motywuje podjęcie tematyki, a więc próbę opracowania modelu odwzorowującego zachowanie się gabionowej konstrukcji oporowej, w funkcji parametrów dotyczących obciążenia eksploatacyjnego i struktury budowli [7-12].

 

Przedmiot badań

 

Przedstawiono analizę (głównie w aspekcie stateczności) zachowania się nasypu ze skarpą zabudowaną jednostronnie ścianą gabionową. Założono działanie obciążenia równomiernie rozłożonego na koronie o stałej intensywności oraz przypadek naporu wody w sytuacji wystąpienia powodzi. Piętrzenie wody występuje na skarpie niezabudowanej ścianą gabionową.

 

W pierwszej fazie rozpatrywany jest nasyp bez obciążenia na koronie. Przyjmując przypadek piętrzenia wody powodziowej opracowano: dyskretyzację obszaru filtracji, rozkład prędkości i siatkę hydrodynamiczną oraz powierzchnie poślizgu. Obliczono także wartości współczynników stateczności i parametry geometryczne wyznaczonych powierzchni poślizgu. Parametrem zmiennym jest konfiguracja ściany.

 

W drugiej fazie skarpa nasypu nie jest poddana naporowi wody lecz występuje obciążenie eksploatacyjne na koronie. Powierzchnie poślizgu wyznaczono dla najmniejszej wartości współczynnika stateczności obliczonego metodą Felleniusa i Bishopa. Zastosowano autorskie oprogramowanie [1, 2, 19]: program SZMFiB-Stateczność zboczy metodą Felleniusa i Bishopa oraz program FILTR-Filtracja ustalona w nasypach ziemnych piętrzących wodę.

 

Schematy obliczeniowe

 

* Stan przed zabudową ściany gabionowej (nasyp konwencjonalny jako model porównawczy). Ocenę stateczności skarpy komunikacyjnej budowli ziemnej wykonano na przykładzie jednorodnego nasypu, zlokalizowanego na podłożu odkształcalnym o parametrach identycznych jak nasyp [19]. Wysokość nasypu wynosi H = 5 m, nachylenie skarp 1:1,5, ciężar objętościowy gruntu γ = 17,0 kN/m3.

 

* Stan po zabudowie ściany gabionowej. Rozpatrzono trzy warianty ściany gabionowej pokazane na rysunku 1 (gabiony ustawione na sobie, tworzą jeden pionowy rząd): wariant I – ściana złożona z dwóch warstw gabionów usytuowanych w odległości 5,5m od korony nasypu; II – ściana złożona z trzech warstw gabionów usytuowanych w odległości 4 m od korony nasypu; III – ściana złożona z czterech warstw gabionów usytuowanych w odległości 2,5 m od korony nasypu. Tak usytuowane konstrukcje złożone z gabionów o wymiarach 1 m*1 m mają górny lewy narożnik położony na krawędzi skarpy nasypu konwencjonalnego o nachyleniu skarpy 1:1.5.

 

Dla opisanych schematów obliczeniowych przeprowadzono ocenę ogólnej stateczności konstrukcji gabionowej. Wyniki obliczeń w postaci przebiegu powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności przedstawiono w opracowaniu [19]. Natomiast wartości otrzymanych współczynników stateczności i parametrów geometrycznych wyznaczonych powierzchni zestawiono w tabelach 1 i 2. Dla porównania, w pierwszym wierszu obu tabel podano odpowiednie dane dla nasypu konwencjonalnego (wzorca). Wartości współczynników wskazują, że wszystkie analizowane konstrukcje mają zapewnioną stateczność ogólną przy obciążeniu ciężarem własnym. Stwierdzono także prawie jednakowy przebieg powierzchni cylindrycznych wyznaczonych metodą Felleniusa i Bishopa [19].

 

 

a)

 

b)

 

 

 

 

c)

 

Rys. 1. Skarpa nasypu zabudowana ścianą gabionową: a) dwie warstwy gabionów, b) trzy, c) cztery

 

 

Tabela 1. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Felleniusa (FF), dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową

Liczba gabionów ustawionych na sobie

Współczynnik

stateczności

FF

Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu

Promień

powierzchni

poślizgu

R [m]

Początek

Koniec

Środek

Xp[m]

Yp[m]

Xk[m]

Yk[m]

Xo[m]

Yo[m]

0

2.020

11.1

10.0

20.0

5.0

18.459

12.689

7.832

2

1.855

11.6

10.0

18.3

5.0

17.606

11.069

6.099

3

1.676

11.6

10.0

18.1

5.0

16.773

10.010

5.173

4

1.587

10.5

10.0

17.7

5.0

15.836

10.010

5.336

 

Tabela 2. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Bishopa (FB), dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową

Liczba gabionów ustawionych na sobie

Współczynnik

stateczności

FB

Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu

Promień

powierzchni

poślizgu

R [m]

Początek

Koniec

Środek

Xp[m]

Yp[m]

Xk[m]

Yk[m]

Xo[m]

Yo[m]

0

2.129

11.0

10.0

20.0

5.0

19.078

13.950

8.987

2

1.971

11.1

10.0

18.7

5.0

17.811

11.934

6.981

3

1.803

11.6

10.0

18.1

5.0

16.773

10.010

5.173

4

1.717

10.4

10.0

17.4

5.0

15.686

10.010

5.286

 

Nasyp ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową, piętrzący wodę

 

Aplikując program FILTR [2] wyznaczono pole filtracji w nasypie przy piętrzeniu wody na poziomie równym wysokości nasypu. Dyskretyzację obszaru filtracji, rozkład prędkości i siatkę hydrodynamiczną przy maksymalnym poziomie piętrzenia w nasypie Hg = 10,0 m dla schematu stanowiącego wariant I pokazano na rysunkach 2, 3 i 4. Powierzchnie poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności wyznaczone metodą Felleniusa i Bishopa dla ściany oporowej złożonej z dwóch, trzech i czterech warstw gabionów znajdują się w opracowaniu [19]. Natomiast w tabelach 3 i 4 zestawiono wartości współczynników stateczności i parametry geometryczne wyznaczonych powierzchni poślizgu dla wszystkich trzech wariantów konstrukcji ściany gabionowej. W pierwszych wierszach tablic podano w celu porównania wyniki dla nasypu konwencjonalnego przy maksymalnym piętrzeniu wody.

 

Dla wszystkich wyznaczonych powierzchni poślizgu wartości współczynników stateczności są większe od wartości dopuszczalnych, co wskazuje, że stateczność ogólna analizowanych konstrukcji ścian gabionowych przy maksymalnym piętrzeniu wody jest zapewniona.

 

Rys. 2. Dyskretyzacja obszaru filtracji przy maksymalnym poziomie piętrzenia w nasypie

ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową złożoną z dwóch warstw

 

 

 

 

Rys. 3. Rozkład prędkości przy maksymalnym poziomie piętrzenia w nasypie ze skarpą

zabudowaną ścianą gabionową złożoną z dwóch warstw

 

Rys. 4. Siatka hydrodynamiczna przy maksymalnym poziomie piętrzenia w nasypie

ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową złożoną z dwóch warstw

 

Tabela 3. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Felleniusa, dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową, przy maksymalnym piętrzeniu wody

Liczba gabionów ustawionych na sobie

Współczynnik

stateczności

FF

Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu

Promień

powierzchni

poślizgu

R [m]

Początek

Koniec

Środek

Xp[m]

Yp[m]

Xk[m]

Yk[m]

Xo[m]

Yo[m]

0

1.564

10.9

10.0

20.9

5.0

17.823

11.356

7.052

2

1.634

11.0

10.0

21.0

5.0

17.250

10.010

6.250

3

1.543

11.3

10.0

18.4

5.0

16.611

10.010

5.311

4

1.459

10.5

10.0

17.7

5.0

15.836

10.010

5.336

 

Tabela 4. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Bishopa, dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową, przy maksymalnym piętrzeniu wody

Liczba gabionów ustawionych na sobie

Współczynnik

stateczności

FB

Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu

Promień

powierzchni

poślizgu

R [m]

Początek

Koniec

Środek

Xp[m]

Yp[m]

Xk[m]

Yk[m]

Xo[m]

Yo[m]

0

1.605

10.9

10.0

20.1

5.0

18.137

12.361

7.609

2

1.686

10.6

10.0

18.2

5.0

17.525

12.260

7.281

3

1.609

11.0

10.0

17.7

5.0

16.580

10.498

5.601

4

1.522

10.3

10.0

17.1

5.0

15.538

10.010

5.238

 

Nasyp ze skarpą zabudowaną ścianą gabionową, obciążony na koronie

 

Schematy konstrukcji gabionowych stanowiących wariant I II i III obciążono na koronie w sposób równomiernie rozłożony o intensywności q=100kPa. Zadanie polega na oszacowaniu zmian wartości współczynnika stateczności w zależności od konfiguracji ściany.

 

Szczegółowe wyniki finalne analizy stateczności w postaci szacowania powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku podano w raporcie [19]. Są one efektem przeprowadzonego cyklu obliczeń kilkuset powierzchni o różnym położeniu punku początkowego, końcowego oraz promienia krzywizny. Prezentację graficzną powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym obiema metodami, w nasypie zabudowanym ścianą gabionową złożoną z dwóch (wariant I), trzech (wariant II) i czterech warstw (wariant III) zawiera także opracowanie [19].

 

W tabelach 5 i 6 zestawiono wartości współczynników stateczności oraz parametry geometryczne wyznaczonych powierzchni poślizgu. W pierwszych wierszach tych tablic podano w celu porównania analogiczne wyniki dla nasypu konwencjonalnego (bez ściany oporowej). Gdyby skarpa nasypu konwencjonalnego została uznana za stateczną (FF = 1.159 > FFdop = 1.1÷1.3 i FB = 1.299 FBdop = 1.3÷1.5), to konstrukcje ścian gabionowych nie spełniają tych warunków czyli ich stateczność ogólna nie jest zapewniona.

 

Tabela 5. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Felleniusa (FF), dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową przy obciążeniu rozłożonym o intensywności 100 kPa

Liczba gabionów ustawionych na sobie

Współczynnik

stateczności

FF

Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu

Promień

powierzchni

poślizgu

R [m]

Początek

Koniec

Środek

Xp[m]

Yp[m]

Xk[m]

Yk[m]

Xo[m]

Yo[m]

0

1.159

10.2

10.0

20.0

5.0

18.083

13.356

8.563

2

1.075

10.6

10.0

18.2

5.0

17.525

12.260

7.281

3

1.007

10.4

10.0

18.0

5.0

16.730

11.355

6.471

4

0.952

10.5

10.0

17.7

5.0

15.836

10.010

5.336

 

Tabela 6. Zestawienie parametrów dotyczących powierzchni poślizgu o najmniejszym współczynniku stateczności obliczonym metodą Bishopa (FB), dla skarpy nasypu zabudowanej ścianą gabionową przy obciążeniu rozłożonym o intensywności 100 kPa

Liczba gabionów ustawionych na sobie

Współczynnik

stateczności

FB

Współrzędne punktów charakterystycznych kołowych powierzchni poślizgu

Promień

powierzchni

poślizgu

R [m]

Początek

Koniec

Środek

Xp[m]

Yp[m]

Xk[m]

Yk[m]

Xo[m]

Yo[m]

0

1.299

10.0

10.0

20.0

5.0

19.430

16.371

11.375

2

1.232

9.9

10.0

18.2

5.0

17.499

13.236

8.255

3

1.175

9.8

10.0

18.0

5.0

16.713

12.124

7.229

4

1.129

9.9

10.0

17.0

5.0

15.486

10.401

5.599

 

Podsumowanie

 

Potwierdzono przydatność autorskiego programu numerycznego FILTR [2] do wyznaczenia pola filtracji w nasypie przy piętrzeniu wody na poziomie równym wysokości nasypu. Analiza stateczności ma charakter porównawczy: wartości współczynników stateczności obliczonych metodą Felleniusa i Bishopa oraz parametry geometryczne wyznaczonych powierzchni poślizgu porównywano z wielkościami analogicznie obliczanymi dla nasypu konwencjonalnego (bez ściany oporowej) przy maksymalnym piętrzeniu wody. Na podstawie zbiorczego zestawienia rezultatów obliczeń stwierdzono we wszystkich typach nasypu ze ścianą gabionową spełnienie stateczności ogólnej przy maksymalnym piętrzeniu wody.

 

Odnośnie nasypu ze ścianą gabionową obciążonego w koronie, z tablic 5 i 6 wynika, że stateczność ogólna nie jest zapewniona.

 

W analizowanych przypadkach nasypu ze skarpą stabilizowaną ścianą gabionową, piętrzącego wodę oraz obciążonego eksploatacyjnie, wartości współczynników stateczności zależą od konfiguracji ściany gabionowej.

 

dr hab. inż. Andrzej Surowiecki, prof. UP

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Katedra Budownictwa i Infrastruktury

dr inż. Wojciech Kozłowski

Politechnika Opolska

Katedra Dróg i Mostów

dr inż. Adam Balawejder

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Zakład Mechaniki i Konstrukcji Inżynierskich

Referat był publikowany w materiałach Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej „Ochrona środowiska i estetyka a rozwój infrastruktury drogowej” – Kazimierz Dolny, 7-9 października 2009 r.

 

 

Zamknąć w PDF

Literatura:

[1] Balawejder A.: Program SZMFiB-Stateczność zboczy metodą Felleniusa i Bishopa. Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Inżynierii Środowiska, Wrocław 2007

[2] Balawejder A.: Program FILTR-Filtracja ustalona w nasypach ziemnych piętrzących wodę. Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław 2008

[3] Gabiony MACCAFERRI, S.P.A. Polibeton Sp.z o.o., ul. Jagiellońska 79, Warszawa 2003

[4] Gabiony TABOSS. Taboss Sp. z o.o. http://www.taboss.com.pl/gabiony.html

[5] GGU Gabion. Calculation of Gabion Walls. Geotechnical Computation. Civilserve DP for Civil Engineering, Braunschweig, Germany, August 2001

[6] Jarominiak A.: Lekkie konstrukcje oporowe, WKiŁ, Warszawa 2003

[7] Kozłowski W.: Analiza zachowania się oporowych ścian gabionowych i ich elementów pod wpływem obciążenia statycznego. Rap. PRE nr 3/2007, Pr. dokt. P.Wr., Wrocław 2007

[8] Kozłowski W.: Experimental and numerical analysis of deformation of gabion retaining wall element. Proc. of the Int. Scientific Conf. SLOVAK TRANSPORT SOCIETY MOSATT 2005- Modern Safety technologies in Transportation, 27-28.09.2005, Kosice, s. 261-265.

[9] Kozłowski W.: Modelowanie odkształceń segmentu ściany oporowej w programie ROBOT MILLENIUM. Mat. Konf. Nauk. „Zastosowanie informatyki w dydaktyce szkoły wyższej”, Akademia Rolnicza we Wrocławiu, Wrocław, 24.06.2003 r.

[10] Kozłowski W., Surowiecki A.: Application program Robot Millenium to modelling deformations of gabion`s retaining wall. Proc. Int. Scientific Conf. “Krizovy management”, Brno, 23-24.06.2004, s. 293-302

[11] Kozłowski W., Surowiecki A.: Laboratory test of deformation of retaining wall gabion-element. Proc. Int. Scientific Conf. TRANSCOM 2005, Zilina, 27-29.06.2005, s. 61-66

[12] Kozłowski W., Surowiecki A.: Numerical simulation of deformations of gabion-retaining wall segment. Proc. Int. Scientific Conf. “Riesenie krizovych situacii v specifickom prostredi”. Zilinska Univerzita v Ziline, 23-24 juna 2004, s.573-579

[13] Kuc M.; Wybrane przykłady zastosowania konstrukcji gabionowych. Inżynieria i Budownictwo, nr 11, 1996, s. 634-637

[14] Simac M. R., Bathurst R. J., Fennessey T. W.: Case study of a hybrid gabion basket geosynthetic reinforced soil wall. Ground Improvement, 1, 1997, p. 9-17

[15] Stephenson D.: The stability of gabion weirs. Water Power & Dam Construction. April 1990, p. 24-28

[16] Strzelecki T.: Proces przepływu filtracyjnego przez ośrodki niejednorodne. DWE, Wrocław 1996

[17] Strzelecki T., Kostecki S.: Analiza rozwiązania analitycznego przepływu przez groblę ziemną. Sympozjum Hydrotechnika VIII, Wyd. NOT FSNT, Katowice, 9-11.05.2005

[18] Strzelecki T., Kostecki S., Żak S.: Modelowanie przepływów przez ośrodki porowate. DWE, Wrocław 2008

[19] Surowiecki A., Balawejder A., Kozłowski W.: Badanie możliwości wzmacniania nasypów kolejowych przy zastosowaniu zbrojenia gruntu, lekkich konstrukcji oporowych i maty komórkowej. Projekt bad. MNiI nr 5 T07E 06024, P.Wr., Wrocław 2006

[20] Surowiecki A.: O projektowaniu konstrukcji gabionowych w budownictwie komunikacyjnym. Drogownictwo, SITK, Rok LVI, Nr 3, 2001, s. 81-86