Zanieczyszczenia gruntu i przenikanie chemikaliów do wód gruntowych czy pobliskich akwenów wodnych, wysoki stan wód w rzekach spowodowany nadmiernymi opadami lub roztopami wiosennymi to najczęstsze zagrożenia środowiskowe wskazywane przez samorządowców. Soletanche proponuje zastosowanie technologii TRENCHMIX ze względu na jej właściwości przeciwfiltracyjne oraz oszczędność czasu i budżetu. W tekście opisujemy zaangażowanie Soletanche Polska we wzmocnienie wałów przeciwpowodziowych na Wiśle oraz rozbrojenie biologicznej bomby, jaką jest staw Kalina w Świętochłowicach.

W artykule przedstawiono przykłady realizacji przegród pionowych metodą wgłębnego mieszania gruntu na mokro TRENCHMIX oraz wykopu szczelinowego stabilizowanego zawiesiną twardniejącą (ang. slurry trench).

Czas na modernizacje wałów przeciwpowodziowych – szykujemy się na wielką wodę

Zmiany klimatu serwują nam susze przerywane ulewnymi deszczami, które powodują wezbrania w dorzeczach największych rzek w kraju. Podczas powodzi w 2010 r. trzeba było ewakuować 30 tys. osób. Pod wodą znalazło się ponad 550 tys. ha użytków, a straty oszacowano na prawie 12 mld zł. Czy możemy przewidzieć, kiedy dotknie nas powódź? Możemy prognozować zwiększoną amplitudę opadów, jednak anomalia klimatyczne są obecnie zbyt duże, aby móc przygotować prognozy, które będą cechowały się wysoką dozą prawdopodobieństwa. Dlatego tak ważne jest skuteczne przygotowanie się na wielką wodę w jak najkrótszym czasie.

Tradycyjne metody naprawy obwałowań polegające na rozległych pracach ziemnych i dogęszczaniu są bardzo kosztowne, czasochłonne, a przede wszystkim stosowane samodzielnie nie zapewniają właściwego uszczelnienia podłoża obwałowań. Bardzo efektywnym sposobem poprawy stanu obwałowań jest zastosowanie ekranów przeciwfiltracyjnych zarówno w korpusie, jak i w ich podłożu. Aby skrócić czas realizacji i wykonać zabezpieczenie o wysokich właściwościach przeciwfiltracyjnych Soletanche proponuje wykorzystanie technologii TRENCHMIX.

Odległość stacji mieszania od miejsca wykonywania przegrody w technologii DMM może wynosić nawet powyżej 2 km.

Soletanche ma bogate doświadczenie we wzmacnianiu wałów za pomocą przesłon TRENCHMIX. Przykład realizacji przegrody przeciwfiltracyjnej to odbudowa zapory bocznej Jeziora Zegrzyńskiego na odcinku od rzeki Prut do Pułtuska oraz Odbudowa zapory bocznej Jeziora Zegrzyńskiego na odcinku Łacha–Kania Soletanche Polska wykonała około 134 000 m2 przegród. Obiekty te, o głębokości 10 i 8 m oraz grubości 40 cm, były wykonywane z górnej powierzchni obwałowania. W trakcie produkcji uzyskano bardzo wysokie średnie tempo produkcji wynoszące około 1000 m2 w ciągu ośmiogodzinnej zmiany. Obecnie firma wykonuje wzmocnienie i zabezpieczenie wału w okolicach Warszawy. Przedmiotem umowy jest wykonanie przegrody przeciwfiltracyjnej TRENCHMIX CDMM, o powierzchni 21 504 m2, głębokość przegrody 4 i 6 m. Zadanie jest wykonywane w ramach projektu „Przebudowa wału przeciwpowodziowego kl. II w km 23+040-35+500 prawobrzeżnej doliny Wisły na odcinku Bączki–Antoniówka Świerżowska gm. Maciejowice, pow. garwoliński – etap II w km 26+900 ÷ 30+900”. Kontrakt został zawarty z Ekokanwod Nowy Korczyn, który występuje w roli generalnego wykonawcy zadania. Zamawiającym jest Państwowe Gospodarstwo Wodne Wody Polskie.

Zwracamy zanieczyszczony przez lata akwen mieszkańcom Świętochłowic

Jedną z najważniejszych realizacji wspierających poprawę środowiska naturalnego w jakiej Soletanche Polska bierze udział jest „Poprawa jakości środowiska miejskiego Gminy Świętochłowice – remediacja terenów zdegradowanych i zanieczyszczonych w rejonie stawu Kalina wraz z przywróceniem jego biologicznej aktywności”. Soletanche wspiera w tym zadaniu generalnego wykonawcę, konsorcjum firm Menard sp. z o.o., REMEA sp. z o.o. oraz REMEA société par actions simplifiée a associé unique – tym samym zapewniając zamawiającemu, gminie Świętochłowice, kompleksową ofertę z ramienia grupy VINCI Construction.

Jakie substancje zawiera hałda?

Według przekazów historycznych, do lat 50. ubiegłego wieku w stawie znajdowała się czysta woda. Można było tu spotkać wędkarzy oraz amatorów kąpieli. Sytuacja zmieniła się, kiedy do stawu zaczęły przedostawać się substancje, które zniszczyły życie biologiczne i zamieniły akwen w ekologiczną bombę. Obecnie staw skażony jest fenolami oraz węglowodorami aromatycznymi, które zalegają w gruncie oraz osadzie jeziora. Substancje przypominają w konsystencji smołę. Chorzowskie zakłady „Hajduki” były popularnym producentem farb i lakierów. Powstały w 1888 r. jako mała destylarnia smoły koksowniczej. Zdolność przerobowa fabryki w 1913 r. wynosiła 150 ton smoły i 75 ton olejów na dobę, natomiast produkcja osiągnęła wartość 30 ton benzolu motorowego, 3 tony fenolu, 5 ton krezoli i 2 tony toulenu na dobę. W efekcie staw Kalina stał się jednym z najbardziej zanieczyszczonych akwenów w Polsce.

Szczelna przesłona zabezpieczy staw

Generalny wykonawca powierzył Soletanche odcięcie dopływu zanieczyszczeń do stawu Kalina oraz zabezpieczenie wpływu na sąsiednie grunty hałdy zawierającej chemikalia składowane na tym terenie przez zakłady chemiczne „Hajduki”. Wykonanie przesłony ma na celu zatrzymanie infiltracji wód podziemnych z hałdy do stawu. Przesłonę posadawiamy na głębokość 0,5 m w glinie, tworząc „szczelną kubaturę” w obrębie hałdy.

Dobór spoiwa jest kluczowy

W realizacji przegród przeciwfiltracyjnych metodami wgłębnego mieszania gruntu na mokro DMM (ang. Deep Mixing Method) stosowane są materiały oparte na wodnych zawiesinach cementu portlandzkiego i żużlowego, aktywnym mielonym żużlu hutniczym, popiołach i bentonicie oraz, w razie wystąpienia takiej potrzeby, dodatkach umożliwiających wiązanie w środowisku zanieczyszczonym. Materiał dostarczany jest na budowę cementowozami w formie suchej, następnie przepompowywany jest do silosów. Ich dobór jakościowy i ilościowy zależy od pożądanych parametrów gruntobetonu. Czynnikami takimi są fizykochemiczne własności gruntu – uziarnienie, mineralogia, zawartość wody i materii organicznej, pH i inne. Np. grunty spoiste ilaste i pylaste znacznie trudniej niż sypkie ulegają wymieszaniu z zawiesiną wiążącą i w znacznym stopniu hamują proces wiązania. Zawartość dużej ilości materii organicznej może to wiązanie całkowicie zatrzymać. Następnie w polowych stacjach mieszania na jego bazie produkowana jest zawiesina transportowana do trenchera rurociągami. Odległość stacji mieszania od miejsca wykonywania przegrody może wynosić nawet powyżej 2 km.

Dozowanie oraz skład spoiwa dla poszczególnych technologii dobrane zostały przez firmę Remea i na podstawie wytycznych projektantów. Przed rozpoczęciem robót wykonano próbne zaroby zawiesiny z próbkami zanieczyszczonego gruntu. W trakcie wykonywania robót zaobserwować można było wyraźny przyrost wytrzymałości „cementogruntu” na odcinkach już wykonanych, pomimo występujących w profilu zanieczyszczeń, co świadczy o wysokich właściwościach przeciwfiltracyjnych wykonywanych przesłon. Tym samym można stwierdzić, że jest to skuteczna zapora przed napływem zanieczyszczeń z istniejącej hałdy do stawu Kalina.

Etapy prac zakontraktowanych przez Soletanche i wybrane technologie

Etap I – wykonanie przesłony w technologii slurry trench (przesłona kopana chwytakiem):

obmiar: 3384 m2 – odcinek 304 m o zmiennej głębokości od 8 do 15 m, głównie wzdłuż brzegu stawu Kalina.

Wykop szczelinowy stabilizowany zawiesiną twardniejącą (ang. slurry trench). Cechą wyróżniającą przegrody wykonane metodą wykopu szczelinowego jest całkowite zastąpienie gruntu rodzimego materiałem tworzącym przegrodę. Możliwość wykonywania głębokich wykopów szczelinowych, stabilizowanych zawiesinami koloidalnymi, opiera się na zasadzie równoważenia gradientu ciśnienia złożowego przez ciśnienie hydrostatyczne słupa płuczki. W normalnych warunkach ciśnienie płuczki wyższe o 0,025 g/cm3 od złożowego stabilizuje wykop i zapobiega erupcji płynów złożowych oraz zasypaniu wykopu.

Kolejnym czynnikiem stabilizującym wykop i zapobiegającym nadmiernej filtracji zawiesiny do gruntu jest osad filtracyjny (ang. filtration cake) z cząsteczek iłowych powstający na ścianach wykopu. Czynniki te pozwalają na wykonywanie głębokich wykopów szczelinowych w utworach sypkich poniżej poziomu wód gruntowych. Zawiesiny twardniejące w trakcie realizacji wykopów szczelinowych pełnią podwójną rolę. W czasie prowadzenia wykopu szczelina jest stabilizowana przez zawiesinę, która następnie twardniejąc, powoduje powstanie ekranu wodoszczelnego.
Wykop może być prowadzony przy użyciu tradycyjnych koparek jednonaczyniowych, melioracyjnych koparek wielonaczyniowych (metoda pośrednia pomiędzy wykopem szczelinowym i CDMM) lub sprzętu stosowanego do wykonywania żelbetowych ścian szczelinowych: głębiarek chwytakowych i hydrofrezów. W tej technologii uzyskuje się ekran wodoszczelny o głębokości do ponad 100 m i grubości od 40 cm do 2 m. Z uwagi na bardzo wysoką szczelność przegród wykonanych tą metodą (wiążącą się z całkowitym zastąpieniem gruntu rodzimego przez zawiesinę twardniejącą, możliwością kontroli rodzaju gruntu, w którym przegroda jest zakotwiona, oraz możliwością usuwania przeszkód metodą dłutowania) stosuje się je nie tylko do wykonywania przegród mających na celu ograniczenie filtracji, lecz również do całkowitego zamknięcia filtracji w hydrotechnicznych budowlach piętrzących i izolacji odcieków w składowiskach niebezpiecznych odpadów.

Wykop szczelinowy wykonywany chwytakiem nazywany jest często metodą krokową. Polega ona na wykopaniu w linii przegrody wytyczonej murkami lub rowkiem niepołączonych z sobą paneli pierwotnych, a po częściowym związaniu zawiesiny, łączących je paneli wtórnych. Taka kolejność wykopu wiąże się z koniecznością zapewnienia stabilności szczeliny oraz zapobiega ewentualnym odchyleniom wykopu od pionu. W czasie drążenia szczeliny do wykopu dostarczana jest zawiesina twardniejąca, całkowicie wypełniająca wykop, co zapobiega powstaniu obrywów gruntu rodzimego.

Etap II – wykonanie przesłony w technologii TRENCHMIX (z wykorzystaniem trenchera):

obmiar: 7225 m2 - odcinek 834 m o zmiennej głębokości od 5 do 12 m.

TRENCHMIX – CDMM (ang. Continuous Deep Mixing Method) należy do metod wgłębnego mieszania gruntów in situ, w uproszczeniu polegających na zniszczeniu istniejącej struktury gruntu, a następnie wymieszaniu jej z mokrym (spoiwo hydrauliczne) lub suchym (mieszanka wapna z cementem) materiałem wiążącym. Materiał powstający w wyniku takiego procesu (gruntobeton) charakteryzuje się korzystniejszymi parametrami (wytrzymałość, nieprzepuszczalność) od gruntu wyjściowego. W efekcie powstaje jednorodny panel.

W początkowym etapie w linii przebiegu przegrody wykonywany jest rowek prowadzący o głębokości ok. 0,5–0,7 m i szerokości nieznacznie przekraczającej rozstaw noży frezu. Jego celem jest nie tylko wytyczenie przebiegu przegrody, ale również zapobieganie rozlewaniu się gruntobetonu na platformę roboczą. W kolejnym etapie nad rowkiem ustawiany jest trencher, który pogrąża frez do projektowej głębokości. Przytwierdzone do łańcucha ostrza niszczą istniejącą strukturę gruntu, a następnie mieszają go ze spoiwem hydraulicznym dostarczanym rurociągami ze stacji mieszania. Sprzęt stosowany przez Soletanche Polska sp. z o.o. pozwala na wykonywanie przegród przeciwfiltracyjnych metodą bezspoinową o grubości 40 cm (okazjonalnie 60 cm) i głębokości do 12 m. Znaczna moc silnika hydraulicznego i duża prędkość przesuwu łańcucha skrawająco-mieszającego (4,8 m/s) zapewniają zarówno wysokie tempo produkcji (800–1200 m²/12 godz.), wysoką jakość mieszania gruntu i powstałego gruntobetonu. Trenchery wyposażone są również w komputerowe systemy sterująco-rejestrujące Jean Lutz. Właściwą jakość uzyskiwanego gruntobetonu zapewnia elektroniczna kontrola dostosowania tempa poruszania się trenchera, prędkości przesuwu i ilości dostarczanego materiału wiążącego.

Kolejnym zadaniem, którym zajmie się firma Remea, jest usunięcie i zneutralizowanie osadów zalegających na dnie stawu, co umożliwi przywrócenie biologicznej aktywności w jego wodach. Zanieczyszczony osad z dna stawu Kalina nie zostanie wywieziony, a oczyszczony na miejscu.

Etapy remediacji:

– neutralizacja osadów – ten proces jest realizowany w tym samym czasie, co przesłona w technologii TRENCHMIX. Za pomocą refulera wydobywane są zanieczyszczone osady, które następnie poddawane są odwodnieniu.

Obecnie osady leżą na dnie stawu Kalina – to warstwa od 0 do 50 cm osadów w różnych częściach stawu. Te zanieczyszczenia osiadły na dnie, sama woda w stawie Kalina nie jest aż tak zanieczyszczona. Dolna część zbiornika – osady denne – są zanieczyszczone w taki sposób, że wręcz nie ma tam żadnego życia biologicznego. W pierwszym etapie prac, za pomocą pogłębiarki ssącej, wyciągniemy te osady i przepompujemy je do urządzeń, które będą je odwadniały, by ich nawodnienie spadło do około 30%, co pozwoli na to, by zanieczyszczonych materiałów było jak najmniej – wyjaśnia Piotr Surma, dyrektor kontraktu, przedstawiciel generalnego wykonawcy.

– oczyszczanie osadów – za pomocą technologii termicznej desorpcji. Z odwodnionych osadów w formie stałej formowana jest pryzma, która będzie powierzchniowo zabezpieczona warstwą betonu i wełny mineralnej, która ma zahamować odpływ temperatury. Pod wpływem wysokiej temperatury zanieczyszczenia w pryzmie będą rozkładane do związków prostych, takich jak dwutlenek węgla i para wodna. Podczas realizacji tego procesu będzie prowadzony stały monitoring jakości powietrza.

– przywrócenie biologicznej aktywności na stawie Kalina – do części stawu wpuszczone zostaną wyselekcjonowane z niego wcześniej bakterie. Na wydzielonych częściach stawu rozpocznie się proces namnażania bakterii. Te bakterie żywią się zanieczyszczeniami, które mogłyby jeszcze pozostać w stawie. Po zakończeniu pracy refulera bakterie zostaną wpuszczone na całą powierzchnię stawu – to działanie zaplanowano na wiosnę przyszłego roku.

Po zakończeniu prac w ramach docelowego zagospodarowania terenu utworzone zostanie miejsce rekreacji ze ścieżkami spacerowymi, a także plac zabaw oraz boisko ze sztuczną nawierzchnią. Dodatkowo teren wokół stawu o powierzchni ponad pięciu ha zostanie wyposażony w małą architekturę krajobrazu, taką jak ławki, stoliki, kosze na śmieci i latarnie.

Technologie polegające na wgłębnym mieszaniu gruntu to rozwiązania, które mają wiele zalet. Przede wszystkim skuteczność w zakresie działań przeciwfiltracyjnych, ale także szybkość wykonania. Zastosowanie technologii TRENCHMIX jest bardzo szerokie, jednak wszystko tak naprawdę zależy od charakterystyki inwestycji. Najlepiej sprawdzi się w realizacji obiektów liniowych, takich jak wały przeciwpowodziowe, wzmocnienia gruntów pod inwestycje infrastrukturalne, tj. linie kolejowe i nasypy drogowe. Można ją zastosować również jako metodę wzmacniania gruntów pod obiekty kubaturowe, takie jak: duże hale przemysłowe, budynki mieszkalne czy inne obiekty użyteczności publicznej. Jak pokazuje doświadczenie Soletanche Polska, ta technologia ma coraz częstsze zastosowanie w realizacji zabezpieczeń ekosystemów i poprawie środowiska naturalnego.