Omawiane osuwisko należy do rejonu położonego w Zgłobicach k. Tarnowa, wzdłuż drogi nr 4, w sąsiedztwie rzeki Dunajec.
Osuwisko G078 jest zlokalizowane w km: 497+050 – 497+095 po północnej stronie drogi krajowej nr 4 Kraków – Tarnów.
W rejonie osuwiska G078 droga biegnie nasypem o wysokości ok. 5,5 m, łączącym się z przyczółkiem mostu na rzece Dunajec. Nasyp był wykonany w dwóch etapach. W pierwszym etapie został wybudowany nasyp od strony północnej wraz z mostem. Następnie poszerzono jezdnie od strony południowej i budowano kolejny most obok mostu istniejącego. Z tego powodu nasyp od strony północnej jest wykonany z całkowicie innych gruntów niż nasyp od strony południowej.

Proces degradacji nasypu rozwijał się głównie w obrębie korpusu nasypu drogowego po stronie północnej, który jest zbudowany z gruntów spoistych. Był on związany z pogorszeniem właściwości wytrzymałościowych gruntów budujących tę część nasypu (spadek parametrów wytrzymałościowych: kąta tarcia wewnętrznego i kohezji).
Miało to miejsce wskutek przenikania do wnętrza nasypu wody ze względu na źle działające odwodnienie i spękanie nawierzchni. Innym niekorzystnym czynnikiem dla stateczności nasypu były rosnące w dolnej części skarpy drzewa, narażone na podmuchy wiatru w odsłoniętym terenie, które poprzez swoje korzenie działały rozluźniająco na korpus nasypu drogowego.

Do czasu rozpoczęcia prac budowlanych na terenie podlegającym ruchom osuwiskowym odbywał się wzmożony ruch pojazdów. W okresie poprzedzającym rozpoczęcie modernizacji drogi krajowej nastąpił znaczny wzrost liczby pojazdów, w tym ciężarowych.
Z tego powodu na istniejącym osuwisku postępowała degradacja nasypu. Dodatkowo uwidoczniły się nierówności i pęknięcia w warstwach nawierzchni drogi. Nastąpiły dalsze spękania i przemieszczenia gruntu. W szczeliny zaczęła migrować woda, która doprowadziła do pogorszenia parametrów gruntów, znajdujących się w nasypie. W tej sytuacji wskazane było wzmocnienie starej części nasypu.
Biorąc pod uwagę rozwijającą się sytuację, należało wykonać analizę stateczności istniejącego i projektowanego nasypu, a następnie wykonać odpowiednie zabezpieczenie osuwiska w przypadku, gdy stateczność nowo projektowanego nasypu nie odpowiadałaby założeniom projektowym.

Warunki geologiczno-inżynierskie

Zgodnie z dokumentacją opracowaną przez Polską Akademię Nauk w roku 2001, osuwisko jest zlokalizowane w km – nr G078 497+050 – 497+095 i obejmuje obszar o parametrach: długość – 20 m, szerokość – 45 m, powierzchnia – 950 m2 [1]. Podłoże trzeciorzędowe terenu badań stanowią warstwy chodenickie i grabowieckie.
Powyżej osadów mioceńskich zalegają czwartorzędowe osady akumulacji rzecznej o miąższości 1,0–6,2 m. Są to głównie warstwy żwirów i pospółek gliniastych z lokalnymi domieszkami gruntów spoistych – glin pylastych, glin pylastych zwięzłych, gdzieniegdzie z domieszką części organicznych.
Na terenie osuwiska G078 znajdują się nasypy o różnej jakości, które powstały w różnym czasie. Nasyp przy nowym moście (od strony południowej) zbudowany został w późniejszym okresie z gruntów niespoistych – pospółek [2]. Natomiast stara część nasypu (od strony północnej) zawiera głównie grunty spoiste – gliny, gliny pylaste zwięzłe z domieszką żwiru, ale też z domieszką części organicznych. Grunty te są wprawdzie w przeważającej części w stanie twardoplastycznym, ale wyodrębniono też warstwy w stanie plastycznym i miękkoplastycznym.
Zasięg osuwiska określony został na podstawie badań oraz wcześniejszych obserwacji lokalizacji spękań nawierzchni i gruntu.
Na podstawie sondowań stwierdzono występowanie w korpusie nasypu gruntów nasypowych luźnych w warstwie przypowierzchniowej, a poniżej występowanie gruntów spoistych w stanie plastycznym i miękkoplastycznym. Dodatkowo w celu ustalenia prawdopodobnych powierzchni poślizgu wykonano badania techniką georadarową systemu RAMAC/GPR.
Na podstawie badań przeprowadzonych techniką georadarową stwierdzono powstanie powierzchni poślizgu w dwóch obszarach. Pierwsza powierzchnia poślizgu została zlokalizowania w korpusie nasypu w górnej części i była spowodowana osłabieniem wytrzymałości gruntów w wyniku przenikania wody do wnętrza nasypu. Drugą powierzchnię usytuowano w dolnej części nasypu oraz u jego podstawy. Powierzchnia ta jest związana z występowaniem gruntów spoistych w stanie plastycznym z tendencją do pogarszania się ich właściwości wytrzymałościowych w czasie opadów.

Opis rozwiązania projektowego

Zabezpieczenie osuwiska na drodze wiązało się ze stabilizacją mas ziemnych, zalegających w istniejącym nasypie oraz osuszeniem gruntu zalegającego w nasypie.
Ze względu na występowanie w nasypie gruntów w stanie plastycznym i lokalnie miękkoplastycznym, zaprojektowano wykonane pod drogą kolumn żwirowych o średnicy ok. 60 cm w siatce 3,00 m x 2,00 m (rys. 2). Przyjęto długość kolumn żwirowych ok. 8,2 m, przy założeniu zagłębienia w podłoże kolumn na głębokość ok. 1,0 m w warstwy gruntu niespoistego, tj. żwirów lub pospółki.
Wykonanie kolumn pozwoli na zmniejszenie wilgotności warstw nasypu, a także poprawi nośność warstw słabonośnych.
W celu zmniejszenia nachylenia skarpy nasypu zaprojektowano także ścianę oporową o wysokości całkowitej do 2,4 m podpierającą skarpę . Pochylenie skarpy przed ścianą oporową przyjęto o nachyleniu 1:2 i dodatkowo wykonano powierzchniowe zabezpieczenie antyerozyjne.

Model numeryczny

W celu weryfikacji założeń projektowych wykonano obliczenia stateczności skarp nasypu drogowego, znajdującego się na terenie osuwiska G078.
Model numeryczny opracowano na podstawie przekrojów geologiczno-inżynierskich [1 i 2]. W obliczeniach uwzględniono:
- poszerzenie i podniesienie istniejącego nasypu;
- etapowanie robót;
- efekt projektowanego zabezpieczenia.

W obliczeniach do opisu gruntu zastosowano model sprężysto-plastyczny Druckera – Pragera w płaskim stanie odkształcenia. Do obliczeń zastosowano program MES Z_Soil [3].
Nasyp drogowy obciążony został obciążeniem użytkowym pochodzącym od taboru samochodowego. Poszczególne kroki obliczeniowe zostały dostosowane do etapów realizacji nowego nasypu. Parametry geotechniczne dla poszczególnych warstw gruntu przyjęto na podstawie [1 i 2].

Wyniki obliczeń numerycznych

Po przeprowadzeniu obliczeń nasypu istniejącego uzyskano współczynnik stateczności równy η = 1,0. Wartość otrzymana z obliczeń potwierdziła wyniki obserwacji nasypu, który znajduje się w stanie równowagi granicznej. Wody opadowe migrujące przez zniszczoną i źle odwodnioną powierzchnię drogi spowodowały zmiany wilgotności gruntu. Sytuacja ta doprowadziła do powstania początkowych spękań, które mogły się przekształcić, przy dalszym braku wykonania robót zabezpieczających, w czynną powierzchnię poślizgu, skutkując utratą stateczności nasypu drogowego.
 Z tego powodu, dla założeń projektowych opisanych w części opisującej rozwiązania projektowe, wykonano obliczenia uwzględniające elementy zabezpieczenia osuwiska.
Po wykonaniu obliczeń związanych z realizacją zabezpieczenia osuwiska uzyskano współczynnik stateczności równy η = 1,5. Wartość współczynnika uzyskana w obliczeniach jest wystarczająca dla obiektów drogowych i zabezpiecza przed uaktywnieniem się ruchów osuwiskowych na tym terenie.

Wykonanie wzmocnienia

Po wykonaniu remontu mostu po stronie południowej i poprowadzeniu ruchu drogowego jezdnią południową rozpoczęto prace, mające na celu wzmocnienie nasypu po stronie północnej. W pierwszej kolejności wykonano mur oporowy z systemu komórkowego. Mur posadowiono na wymienionej warstwie gruntu, zastępując przypowierzchniową warstwę spoistych glin na grunt niespoisty. Następnie wykonano zasyp, z gruntu niespoistego za murem oporowym, zmieniający nachylenie skarpy z 1:1,5 do nachylenia 1:2.
Po wykonaniu robót u podnóża nasypu przystąpiono do wykonania kolumn żwirowych. Dla zapewnienia lepszej penetracji wibratora w podłoże oraz ograniczenia wpływu oddziaływania kolumn na obiekty sąsiednie, tj. mur oporowy u podnóża skarpy i gotowe warstwy drogowe asfaltu w bezpośrednim sąsiedztwie kolumn, zostały wykonane poprzedzające odwierty ułatwiające formowanie kolumn.

Kolumny żwirowe wykonane są w technologii wibrowymiany, tj. za pomocą wibratora wgłębnego z wewnętrznym podawaniem materiału.
W pierwszej fazie wibrator wypełniał się kruszywem i pogrążał w podłoże przy udziale wibracji i docisku maszyny podstawowej. Po osiągnięciu przewidzianej głębokości następowało formowanie poszerzonej stopy żwirowej w gruncie nośnym. Przy formowaniu stopy żwirowej podłoże rodzime doznawało dodatkowo wzmocnienia na skutek zagęszczenia.
W drugiej fazie następowało formowanie trzonu kolumny w obrębie gruntów słabych. W tym celu do wibratora zostało wsypywane od góry, przez zamykaną śluzę, kruszywo o uziarnieniu z przedziału od 2 do 40 mm. W trakcie podciągania wibratora do góry kruszywo wypływało spod ostrza wibratora przy udziale sprężonego powietrza i wypełniało przestrzeń zajętą wcześniej przez wibrator. Ponowne opuszczenie wibratora powodowało rozepchnięcie kruszywa na boki i zwiększenie efektywnej średnicy kolumny. Posuwisto-zwrotny ruch wibratora był kontynuowany na całej wysokości kolumny żwirowej. Dodatkowym efektem towarzyszącym formowaniu trzonu kolumny żwirowej było poprawienie parametrów mechanicznych otaczającego gruntu.

Podsumowanie

Do stabilizacji osuwiska użyto materiałów „podatnych” bez konieczności wykonywania elementów betonowych, takich jak pale i ściany oporowe. Uzyskano w ten sposób możliwość dostosowania się elementów wzmacniających do rzeczywistego przebiegu warstw nośnych. Otrzymano szybsze odwodnienie nasypów poprzez kolumny żwirowe i mur oporowy, którego komórki wypełniono materiałem niespoistym.
Dodatkowo rozwiązanie umożliwiło zmianę kolejności robót bez szkody dla elementów już wykonanych, co przy robotach budowlanych, gdzie trudno przewidzieć dokładny czas wykonywanych robót, ich kolejność, przerwy technologiczne, przynosi dodatkowe korzyści.
W przypadku wzmacniania osuwisk należy zawsze dążyć do poprawienia warunków związanych z przepływem wód. Na istniejącej skarpie, ze względu na spękania asfaltu woda dostawała się do nasypu z gruntów spoistych, co wpływało na obniżenie parametrów mechanicznych gruntów zalegających w nasypie. Poprzez wykonanie kolumn żwirowych, skrócono drogę filtracji w warstwach nasypu, co w dłuższym okresie czasu poprawi parametry gruntów spoistych, znajdujących się w nasypie. Ograniczono także dopływ wody do wnętrza nasypu poprzez ułożenie odwodnienia liniowego i wykonanie nowej asfaltowej nawierzchni.
Elementy te w powiązaniu z korektą nachylenia skarpy i zastosowaniem niewysokiego muru oporowego z systemu komórkowego pozwoliły na użytkowanie drogi w bezpieczny sposób.

Literatura
[1] Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla zadania: „Wzmocnienie nawierzchni do 115 kN/oś na drodze krajowej nr 4 Kraków – Tarnów odc. II Targowisko – Tarnów, km: 454+797 – km: 500+243. Osuwisko nr ew. G078, PAN Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi I Energią w Krakowie, ul. Wybickiego 7, Kraków 2001.
[2] Uzupełniające badania geotechniczne dla osuwisk w Zgłobicach, P.U.G-L „CHEMKOP LABORGEO” sp. z o.o. w Krakowie ul. Wybickiego 7, Kraków 2005.
[3] Z_Soil v. 4.2, Soil and rock mechanics on microcomputers using plasticity theory. Manual.