Budownictwo nie tylko lądowe

Źródło: www.patriot24.net

Źródło: www.patriot24.net

Zgodnie definicją budownictwo kojarzy się z obiektami wznoszonymi na powierzchni ziemi. Zazwyczaj słysząc to słowo myślimy o domach jednorodzinnych, blokach, halach stalowych, drogach, mostach, liniach kolejowych albo o lotniskach. Ale czy ktoś wyobraża sobie budowle znajdujące się w wodzie lub do niej przylegające, które przede wszystkim służą ochronie ludzi? Z pewnością ten temat jest odległy każdemu z nas i warto byłoby go bardziej przybliżyć naszej wyobraźni.

Najstarszym i podstawowym środkiem ochrony przed powodzią dolin na obszarach nizinnych jest wał przeciwpowodziowy. Wał jest sztucznym usypiskiem w kształcie pryzmy najczęściej o trapezowym przekroju poprzecznym. Wznoszony wzdłuż rzeki w pewnym oddaleniu od jej koryta, które otaczając tereny zalewowe wzdłuż rzeki (międzywale) tworzy większe koryto dla przewidywanych wód powodziowych, przeciwdziałając jednocześnie rozlaniu się tych wód na chronione w ten sposób tereny sąsiednie. Jego zaletą jest prosta konstrukcja, stosunkowo niski koszt wykonania, bezpośrednia skuteczność (ograniczona wysokością wału i jego szczelnością) oraz łatwość włączenia go do kompleksu urządzeń wodno – gospodarczych.

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie (Dz.U. nr 86, poz.579) wały przeciwpowodziowe zalicza się do budowli hydrotechnicznych. Dawniej ich projektowaniem zajmowali się głównie hydrotechnicy. Obecnie, gdy dana specjalizacja nie istnieje już na polskich uczelniach projektowaniem wałów przeciwpowodziowych zajmować się mogą projektanci budownictwa posiadający uprawnienia do projektowania budowli wodnych.

Wał przeciwpowodziowy składa się z takich elementów jak:

  • skarpa odwodna, która jest stromą ścianą, ukształtowaną w sposób sztuczny, umacniana jest zazwyczaj szczelnymi płytami żelbetowymi;
  • skarpa odpowietrzna, która również jest stromą ścianą, ukształtowaną w sposób sztuczny, w przeciwieństwie do skarpy odwodnej umacniana jest zazwyczaj siatką z mas plastycznych i obsiewem traw, skarpą odpowietrzną są tereny zalewowe;
  • korona wału, która jest górną płaszczyzną jego korpusu, musi być wzniesiona na odpowiednią wysokość, tak aby zabezpieczyć wał przed przelaniem się wody;
  • ekran szczelny, który jest warstwą uszczelniającą wał, zazwyczaj jest on zrobiony z geomembrany lub masy bentonitowej (rodzaj iłu);
  • rdzeń szczelny, który umieszczony jest w osi wału, ma za zadanie zapobiegnięciu nadmiernej szkodliwej filtracji, obecnie wykonywany jest z geomembrany, bentonitu lub mieszanki bentonitu z cementem;
  • warstwa uszczelniająca podłoże;
  • drenaż, który jest rurą znajdującą się przy stopie skarpy odpowietrznej i odprowadzającą wodę rowem odwadniającym, jeżeli takiego drenażu nie ma albo przestaje funkcjonować, wówczas występuje wysączanie się wody, co grozi wyparciem filtracyjnym gruntu, a tym samym osunięciem się skarpy;
  • rów odwadniający, który wykonany jest prostopadle do strumienia wody w celu jego przechwycenia i odprowadzenia wody poza teren skarpy odpowietrznej.

Poniżej przedstawiono schemat budowy wału przeciwpowodziowego.

wał przekrój

Dla wałów przeciwpowodziowych wyróżnia się 4 klasy ważności, które zależą od powierzchni obszaru chronionego. Do klasy 1 należą wały, które chronią powierzchnie większą od 300 km2. Klasa 2 to wały, które zabezpieczają teren o powierzchni (150; 300] km2. Klasa 3 osłania obszar (10; 150] km2. Natomiast do klasy 4 należą wały, które chronią powierzchnię mniejszą niż 10 km2.

Ponadto wały projektowane są na 8 rodzajów występujących wód. Są to wody:

  • 0,2% – wody występujące raz na 500 lat,
  • 0,5% – wody występujące raz na 200 lat,
  • 1% – wody występujące raz na 100 lat,
  • 2% – wody występujące raz na 50 lat,
  • 5% – wody występujące raz na 20 lat,
  • 10% – wody występujące raz na 10 lat,
  • 20% – wody występujące raz na 5 lat,
  • 50% – wody występujące co 2 lata.

Przy czym rzędne wody 0,2% są najwyższe, a rzędne wody 50% najniższe. Najczęściej wały projektuje się na wodę stuletnią p=1%.

Projekt budowlany wału przeciwpowodziowego rozpoczyna się od sprawdzenia jego wpływu na środowisko przyrodnicze. Konieczność wydobycia i przewiezienia dużej ilości materiałów do jego budowy, wycięcie drzew w pobliżu budowy (likwidacja zagrożenia stwarzanego przez korzenie), wykorzystywanie ciężkiego sprzętu budowlanego, który trzeba przewieźć na plac budowy w znacznym stopniu ingerują w środowisko naturalne. Dlatego wcześniej należy sprawdzić, czy rozpatrywany teren objęty inwestycją nie jest terenem o szczególnych wartościach przyrodniczych, czy nie występują na nim skupiska roślin o znaczącej wartości przyrodniczej, czy teren nie jest terenem masowych lęgów ptactwa lub występowania skupisk gatunków ochronnych roślin i zwierząt. Wymogi ochrony środowiska i krajobrazu mają wpływ na utrudnienia w pracach budowlanych oraz znacząco zwiększają koszty procesu budowlanego.

Budowa wału polega na lokalnym gromadzeniu dużej ilości materiału. Materiałem tym mogą być grunty spoiste lub średnio spoiste, takie jak: iły, gliny piaszczyste, czy piasek gliniasty. Jednak materiały te wymagają odpowiedniego zagęszczenia oraz stabilizacji, których brak prowadzić mógłby do przesiąków wału, a także jego erozji i dalszego niszczenia. Przy odpowiednim zagęszczeniu warstwy glebotwórczej i zastosowaniu zabezpieczenia przeciwerozyjnego ryzyko wystąpienia zsuwu powierzchniowego materiału jest nieznaczne.

Ponieważ grunty spoiste są gruntami plastycznymi należy je poddawać uzdatnianiu i stabilizacji wapnem. W procesie uzdatniania i stabilizacji gruntów plastycznych powszechnie wykorzystuje się tlenek wapnia CaO, znany w handlu pod nazwą wapna palonego. Wapno to ma dużą zdolność do łączenia się z wodą. Wynikiem jest powstanie wodorotlenku wapnia Ca(OH)2. Reakcja ta powoduje przejście gruntu plastycznego w stan quasi piaskowy dający się łatwo zagęszczać.

Następnie, aby zapobiec nadmiernej szkodliwej filtracji, obwałowania powinny stanowić szczelną zaporę dla wody, dlatego uszczelnienie wału można osiągnąć na co najmniej dwa sposoby. Jednym z nich jest ekran położony w płaszczyźnie skarpy odwodnej. Drugim – szczelny rdzeń umieszczony w osi wału. Ponieważ filtracja przebiega nie tylko przez korpus wału, ale i przez podłoże – również ono powinno zostać uszczelnione. Najlepiej, gdy uszczelnienie to stanowi przedłużenie uszczelnienia ekranu lub rdzenia. Jeżeli warstwa nieprzepuszczalna w podłożu znajduje się niezbyt głęboko, to przesłona szczelna powinna sięgać tej warstwy.

Najlepszymi materiałami do konstrukcji rdzeni wałów są wszelkiego rodzaju gliny, gdyż charakteryzuje je najmniejszy współczynnik filtracji wody, który wynosi ok. 10-6 – 10-7 m/s. Korpus wału powinien być zbudowany natomiast z materiału jednorodnego. Zaleca się stosowanie gruntów niespoistych ze względu na czas i możliwości realizacji robót. Popularną metodą wykonywania przesłon w korpusie wału jest technologia DSM – Deep Soil Mixing (wgłębne mieszanie gruntu). Technologia ta polega na pogrążaniu w grunt mieszadła, które podczas opuszczania oraz podciągania miesza grunt z podawanym zaczynem cementowo – bentonitowym. W efekcie powstaje rdzeń cementowo – bentonitowo – gruntowy o głębokości do 12 m oraz minimalnej grubości 35 cm.

Natomiast uszczelnienie skarpy odwodnej należy stosować, gdy w podłożu budowli występuje warstwa gruntu nieprzepuszczalnego lub słabo przepuszczalnego. Materiałem izolacyjnym stosowanym powszechnie do tego typu prac są maty bentonitowe. Ważny jest również fakt, że dopuszczalne nachylenie skarp wału zależy od rodzaju gruntu, z którego są one zbudowane.

Nie można również zapomnieć o wykonaniu dróg dojazdowych do wału, które należy wcześniej dostosować do rodzaju środków transportu umożliwiających przewóz niezbędnego sprzętu i materiałów. Drogi powinny być budowane wzdłuż obwałowań po stronie odpowietrznej lub na ich koronie i posiadać połączenia z drogami publicznymi nie rzadziej niż co 4 km.

Należy podkreślić, że wał przeciwpowodziowy jest jednym z najłatwiejszych, lecz również jednym z najdroższych sposobów ochrony przeciwpowodziowej. Zazwyczaj Wojewódzkie Zarządy Melioracji i Urządzeń Wodnych chcą pominąć ten sposób ochrony w miejscach, gdzie wały można zastąpić innymi obiektami. Jest to właśnie związane z kwestiami finansowymi, ponieważ koszt kilku kilometrów wału wyraża się w milionach złotych. Za jego łatwością przemawia natomiast fakt, że dla biur hydrologicznych łatwiej jest zaprojektować wał wysokości kilku metrów, który może pomieścić każdą ilość wody, niż szukać innych sposobów mających za zadanie chronić obszar zagrożony powodzią, co nie zawsze jest łatwe.

Napisała: Ewelina Nowak