Rozwiązania konstrukcji wałów przeciwpowodziowych

Przykłady rozwiązań przeciwpowodziowych zmodernizowanych na górnej Wiśle i jej dopływach oraz na górnej Odrze. Przestawiono zrealizowane przykłady dobrych i wątpliwych  rozwiązań modernizacji wałów przeciwpowodziowch, uszkodzonych podczas podwozi w latach 1997-2004 na górnej Wiśle jej dopływach. Ich przydatność zweryfikowana podczas następnych powodzi, które wystąpiły o podobnym natężeniu na tych samych odcinkach rzek. Wytypowano rozwiązania dobre, które  powinny być szerzej rozpowszechnione. Przeprowadzono analizę rozwiązań modernizacyjnych wałów, które w jakimś zakresie nie sprawdziły się w praktyce. Zasugerowano sposoby poprawienia niektórych z nich dla uzyskania lepszych efektów. Opisano rozwiązania zdecydowani wadliwe, które nie powinny być  w ogóle stosowane, uzasadniając  przyczyny ich nieprzydatności  do celów którymi mają służyć.


1.Wstęp
W artykule przestawiono rozwiązania modernizacyjne wałów przeciwpowodziowych uszkodzonych podczas powodzi w 1997 r na górnej Wiśle i jej dopływach, dla przebudowy których autor niniejszego artykułu, opracował projekty i nadzorował ich wykonanie. Zrealizowana przebudowa została zweryfikowana pozytywnie przez następne powodzie, które wystąpiły z podobną intensywnością na tych samych odcinkach rzek. Opisano również zaprojektowane przez autora na podobnych zasadach, rozwiązania budowy nowych wałów przeciwpowodziowych na górnej Odrze, które oczekują realizacji.

Przestawiono wyniki analiz przeprowadzonych w Ekspertyzie przyczyn powstania przecieków wałów przeciwpowodziowych rzeki Wisły i jej dopływach, opracowanej 2004 r przez Firmę: Hrabowski, Ekspertyzy i Projektowanie w Warszawie (Z.J. Ambrożewski, A. Balcerzak, W. Hrabowski i inni). W omawianej Ekspertyzie przeanalizowano prace modernizacyjne wałów przeciwpowodziowych wykonane po powodzi 2001 r, które zostały zaprojektowane przez innych i wykonane przez różnych wykonawców. Modernizacje te poddane weryfikacji przez powódź w lipcu 2004, w większym lub mniejszym stopniu nie przyniosły zakładanych efektów, wykazując na szeregu odcinkach przecieki. Wziąwszy to pod uwagę, dla części rozwiązań modernizacyjnych zaproponowano sposoby ich ulepszenia, a inne w ogóle odrzucono, uzasadniając przyczyny przyjęcia takiego stanowiska.
W artykule opisano również,  wadliwe rozwiązania przebudowy wałów z którymi autor mógł zapoznać się podczas wizji lokalnej także na górnej Wiśle.
We wnioskach sformułowano zasady, którymi, zdaniem autora, powinni kierować się projektanci i wykonawcy realizując modernizację obwałowań, aby ustrzec się przed powtarzaniem błędów poprzedników.

2. Ilość i jakość wałów przeciwpowodziowych w Polsce
Według Raportu o stanie bezpieczeństwa budowli piętrzących wodę w Polsce opracowanego przez Główny Urząd Nadzoru Budowlanego w Warszawie z czerwca 2005 r w którym przedstawiono dane na koniec 2004 r, istnieje w Polsce 8464 km wałów przeciwpowodziowych chroniących obszary o powierzchni 1065  tys. ha. Według aktualnie obowiązującej klasyfikacji (Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z 1996 r- Dz. U. Nr 21/97 poz.111): 497 km (6%) z nich to obwałowania I klasy technicznej, 2570 km (30%) II klasy, 2100 km (25%) III klasy, 3035 km (36%) IV klasy i 262 km (3%) to wały pozaklasowe. Procentowy udział wieku obwałowań w ich ogólnej długości wynosi: 13% ma mniej niż 25 lat, 27% jest w wieku 25-50 lat, 43% ma 51-75 lat, 8% ma 76-100 lat i 9% jest w wieku ponad 101 lat.

Podobne dane, ale zestawione na koniec 2001 r, prezentuje Raport o ilościowym i jakościowym stanie wałów przeciwpowodziowych oraz zakresie i metodach prowadzenia okresowych ocen stanu technicznego, w ujęciu regionalnym i ogólno - krajowym na podstawie danych do roku 2002, opracowany na zlecenie Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi przez Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach (doc. dr inż. Magdalena Borys- 2002 r) oraz dwa artykuły na ten temat w Gospodarce Wodnej z 2003 r Nr 8 (Borys M.) i Nr 9 (Borys M. Mosiej K.). Według tych ostatnich danych w 2001 r, 33,5% (2835 km) długości obwałowań wymagało modernizacji, 27% (2007 km) było w niezadowalającym stanie technicznym, z których 23,5% (1938 km) mogło zagrozić bezpieczeństwu chronionych terenów.

Ilość modernizowanych obwałowań w latach 1999- 2001 wyniosła ogółem 615 km (w tym w roku 2001- 151,5 km). Zgłaszane potrzeby w tym zakresie są zaspakajane w mniej niż 10%. Większość prac modernizacyjnych wykonano z kredytów zagranicznych (BURE, EIB) i budżetu państwa (532,6 km), nieznaczną tylko część (82,4 km) z budżetów terenowych.

Powyższy przegląd pozwala na zorientowanie się w ogólnej ilości obwałowań, podziale na klasy i ich stanie technicznym, a także w  zakresie potrzeb modernizacyjnych i w rzeczywistych ilościach przebudowywanych corocznie obwałowań. Wprawdzie zakres dotychczasowych modernizacji pokrywa potrzeby tylko w nieznacznym procencie, modernizuje się jednak około 200 km obwałowań rocznie. Konieczne jest w tej sytuacji takie wykonywanie wszystkich podjętych prac, zarówno od strony projektowej jak i wykonawczej, aby przyniosły największe efekty. Tymczasem poza realizacjami ewidentnie dobrymi i przeciętnymi, zdarzają się również rozwiązania które po ich wykonaniu nie przynoszą pozytywnych efektów, lub wręcz powodują pogorszenie się stanu wałów z przed modernizacji. Przedstawione niżej przykłady wykonania dobrej i nie zawsze właściwej modernizacji obwałowań, dla których weryfikacją były następne powodzie, pozwolą na wytypowanie metod prowadzenia tego rodzaju prac które, zdaniem autora, są godne polecenia, te które przynoszą pewne efekty i wreszcie takie które powinny się bezwzględnie odrzucone.

3. Przykłady rozwiązań modernizacyjnych, które przyniosły pozytywne efekty
3.1 Wały bez uszczelnień
Ze względów technicznych, a także ekonomicznych nie jest zwykle konieczne uszczelnianie podłoża pod wałem. Ciągła warstwa gruntów nieprzepuszczalnych znajduje się bowiem zwykle kilkanaście metrów pod podstawą wałów i doprowadzenia uszczelnienia do tego poziomu na pewno jest nieuzasadnione. W tej sytuacji nie jest również potrzebne uszczelnianie samego wału. Wody powodziowe o maksymalnej rzędnej piętrzenia dopuszczalnej dla dane klasy wału, trwają zwykle kilka dni. W tym czasie następuje powolna filtracja tych wód, głównie przez podłoże oraz znacznie mniej przez sam wał. Po kilku dniach na terenie chronionym pojawiają się przesiąki powodujące podnoszenie się wód na zawalu, które jednak zawsze będą się kształtowały znacznie poniżej poziomów wód w rzece. Aby w taki sposób przebiegał ten proces niezbędne jest zapewnienie pełnej stabilności wału przy założonym poziomie wód. Powinno się wtedy zapewnić zarówno stateczność wału jak  i doprowadzić do takiego przebiegu krzywej depresji wód przez korpus obwałowania, aby nie przecinała ona jego skarpy odpowietrznej.  Można to osiągnąć poprzez odpowiednie powiększenie szerokości wału w przekroju poprzecznym oraz wykonanie u jego podstawy od strony odlądowej, drenaży odprowadzających wody filtracyjne z korpusu wału do rowów przywałowych, a następnie do pobliskich rowów melioracyjnych i pompowni odwadniających zawale. Najkorzystniejsze jest dosypanie od strony odpowietrznej ławki z gruntów przepuszczalnych z koroną o takiej szerokości aby mogła się na niej zmieścić droga jednopasmowa, która będzie dostępna przy każdym poziomie wody w międzywalu. Przy czym dosypana część obwałowania powinna mieć stopień zagęszczenia nieco większy niż istniejący wał  (Id > o 0,2- 0,25 od Id wału).

Przy projektowaniu przebudowy wału, poza czynnościami wspomnianymi wyżej, należy przeprowadzić również analizę wysokości wału i ewentualnie odpowiednio go podwyższyć. Większości obwałowań w Polsce, bo 91% ich ogólnej długości, zaliczana jest do  II-IV klasy technicznej (II klasy- 30%, III klasy- 25% i  IV klasy- 36%). Przewyższenie rządnej korony ponad poziom wód miarodajnych (Projekt rozporządzenia Ministra Środowiska z 2005 r w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie), o przepływie z prawdopodobieństwem występowania odpowiednio Q1%, Q2%  i Q3% nie powinno być mniejsze niż 1 m, 0,7 m i 0,5 m. Wykonana zgodnie z powyższym opisem modernizacja wałów na górnej Wiśle w latach 1998-1999, zdała pozytywnie egzamin podczas następnych powodzi.

Według tych samych zasad zaprojektowano, czekający na realizację, nowy wał na górnej Odrze.


Zmodernizowane obwałowanie: 1- krzywa depresji, 2- podwyższona i poszerzona ławka odlądowa obwałowania, 3- drenaż pionowy, 4- drenaż poziomy

3.2 Uszczelnienie korpusu wału i  podłoża pod wałem
Występują przypadki gdy  nadmierna filtracja przez korpus wału i jego podłoże doprowadza do znacznego rozgęszczenia ziemnych konstrukcji wału i podłoża,  szczególnie na styku z przepustami wałowymi. W takiej sytuacji rozbierane są zwykle odcinki obwałowań przyległe do przepustów i same przepusty, budowane są  w tym miejscu nowe przepusty wałowe i nowe obwałowania o wymaganych projektem parametrach. Rozwiązanie to poza  wysokimi kosztami może być wykonywane tylko w okresach niskich stanów wody w rzece, lub pod osłoną grodzy, której korona powinna być położona na takim samym poziomie jak korona obwałowanie. Konieczne jest również w tym przypadku  odwodnienie miejsca robót w czasie gdy poziomy wody w rzece tego wymagają. Zamiast rozbierać i budować nowe odcinki obwałowań można  przewidzieć wykonanie jednorzędowej pionowej przesłony przeciwfiltracyjnej cementowo-bentonitowej, wykonanej z korony obwałowania po obu stronach przepustu wałowego (biegnącej prostopadle do osi przepustu), na przykład na głębokość 12,5 m, z otworami o rozstawie 1 m. Rozwiązanie to pozwala dodatkowo uszczelnić sam żelbetowy przepust wałowy, który źle wykonany (ułożony często z klawiszujacych się prefabrykatów) nawadnia sąsiadujące z nim odcinki wału. Według tych zasad wykonano prace na szeregu odcinkach obwałowań w latach 1998-1999 na górnej Wiśle, wdrażając oryginalną technologię realizacji omawianych uszczelnień. Sprawdzono również doświadczalnie efekty wykonanych prac uszczelniających (laboratoryjne badania gruntów przed i po uszczelnieniu i działania wałów podczas następnych powodzi). Przy zastosowaniu tego rodzaju uszczelnień  należy tak dobrać parametry zaczynu iniekcyjnego (wytrzymałość, czas wiązania, sedymentacja, odporność na czynnik PH wód gruntowych i współczynnik filtracji mniejszy co najmniej o jeden rząd wielkości od współczynnika filtracji przed uszczelnieniem), aby po wykonaniu przesłona była dostosowana do istniejących warunków. Tą samą metodą można również uszczelnić wał i podłoże pod nim na odcinkach nie przyległych do przepustów wałowych. Na przykład gdy istnieje konieczność zapewnienia szczelności wału i podłoża pod wałem dla ochrony ważnych budowli znajdujących się na zawalu, przy możliwości dojścia do płytko zalegającej warstwy nieprzepuszczalnej i przejścia wału przez starorzecze. W każdym jednak przypadku powinno się dążyć do poszerzenia korpusu wału i do wykonania drenażu na styku skarpy odpowietrznej wału z terenem.

Uszkodzenie obwałowania spowodowane niewłaściwym ułożeniem elementów prefabrykowanego przepustu: 1-stare obwałowanie, 2-dobudowane obwałowanie w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych , 3- stary przepust wałowy, 4- dobudowany sklawiszowany przepust wałowy, 5- wycieki na skarpie.

Uszczelnienie wału przesłoną iniekcyjną w rejonie przepustu wałowego:
1-korpus wału, 2 - przesłona iniekcyjna, 3- przepust wałowy, 4- odwodnienie zawala

Istnieje czasami konieczność uszczelnienia korpusu obwałowania, szczególnie wałów nowych, lub na odcinkach gdzie wał był rozmyty lub nadmiernie zniszczony i wymagał kompletnej odbudowy. W takim przypadku należy odbudować wał zgodnie z ogólnie obowiązującymi zasadami, zwracając szczególną uwagę na połączenie nowego wału z wałem starym. Ten ostatni powinno się przebudować w takim zakresie i na takim odcinku, aby zminimalizować możliwość uszkodzenie omawianego styku podczas następnych powodzi. Przekrój poprzeczny nowego wału powinien zasadzie odpowiadać przekrojowi wału zmodernizowanego, a więc z ławką od strony odpowietrznej z drogą na jej koronie oraz drenażem na styku skarpy z terenem od strony odlądowej (o czym wyżej). Należy się również liczyć z  niezbyt dokładnym wykonaniem nowego odcinka wału, szczególnie w zakresie zastosowanych do przebudowy nie zawsze odpowiednich gruntów, jak i niedostatecznym ich zagęszczeniem. W tym celu powinno się przewidzieć uszczelnienie skarpy odwodnej warstwą glin grubości 50 cm, bentomatą, lub folią PCV o grubości 1-2 mm z arkuszami układanym na zakład i łączonymi w sposób trwały (klejenie, spawanie, wulkanizowanie). Uszczelnienie takie może być również zastosowane na modernizowanych odcinkach wału wymagających szczelności. Uszczelnienie folią pełni również dodatkową rolę, stanowiąc pewne zabezpieczenie nasypu wału przed penetracja przez bobry.


źródło: http://ambrozewski.bloog.pl/

https://www.facebook.com/wolamielecka/