Zabezpieczenie stateczności skarp za pomocą mechanicznych kotew gruntowych i prefabrykowanych drenaży

Opublikowano 19.08.2025

Są szeroko stosowane w różnorodnych zastosowaniach geotechnicznych, na przykład przy stabilizacji skarp i osuwisk, zabezpieczaniu głębokich wykopów budowlanych lub kotwieniu ścian oporowych. Konwencjonalnie do tych celów stosuje się gwoździe gruntowe, sworznie, prętowe lub splotowe iniektowane kotwy skalne. Alternatywę w tym zakresie stanowią mechaniczne kotwy gruntowe.

Mechaniczne kotwy gruntowe Platipus

Mechaniczne kotwy gruntowe są instalowane poprzez dynamiczne wbijanie w grunt bez konieczności wiercenia i iniektowania. Taki sposób upraszcza i przyspiesza montaż, co przyczynia się do zwiększenia efektywności procesów budowlanych, zwłaszcza w projektach czasowo krytycznych i wymagających.

Konstrukcyjnie mechaniczna kotwa gruntowa, podobnie jak kotwa skalna, składa się z długości swobodnej (cięgna), która umożliwia sprężenie kotwy, głowicy kotwy oraz jej korzenia.

Podstawowe elementy konstrukcyjne mechanicznej kotwy gruntowej

Korzeń kotwy jest głównym elementem różnicującym. W przypadku kotew skalnych część korzeniowa jest zakotwiona w gruncie rodzimym za pomocą iniektowania. W mechanicznych kotwach gruntowych korzeń tworzony jest przez specyficzny kształt metalowego elementu, a jego opór w środowisku gruntowym mobilizowany jest wyłącznie mechanicznie. Aktywacja korzenia w środowisku gruntowym jest możliwa dzięki przegubowemu połączeniu korzenia i cięgna.

Aktywacja korzenia kotwy gruntowej

Dobór materiału wykonania w naturalny sposób determinuje trwałość kotew, która w ramach dostępnych materiałów waha się od 5 do 120 lat i jest jednym z pierwszych kryteriów decyzyjnych na etapie projektowania. W typowych zastosowaniach jako surowiec wejściowy stosuje się żeliwo sferoidalne ocynkowane.

Prefabrykowane drenaże Platidrain

W wielu zastosowaniach geotechnicznych wskazane jest uzupełnienie mechanicznych kotew gruntowych o prefabrykowane geosyntetyczne drenaże odwadniające, które skutecznie gromadzą wodę w środowisku gruntowym, a następnie w kontrolowany sposób odprowadzają ją z konstrukcji.

Prefabrykowane drenaże Platidrain

Drenaże stanowią wariantowe rozwiązanie w miejscach, gdzie konieczne jest wyeliminowanie negatywnego oddziaływania wód gruntowych, takich jak podwyższone ciśnienie hydrostatyczne lub erozja, które mogą zagrażać stabilności i trwałości obiektów. Do instalacji często wykorzystuje się wiercenia subhoryzontalne, które umożliwiają umieszczenie drenaży pod kątem, co zapewnia skuteczne odwodnienie nawet w trudno dostępnych lub specyficznych warunkach geotechnicznych
warunkach.

Instalacja kotew gruntowych

Instalacja kotew gruntowych odbywa się przy użyciu regulowanych prętów stalowych. Pierwszy element jest osadzany w otworze w korzeniu kotwy i wbija system kotwiący w grunt. Do wbijania stosuje się
narzędzia obsługiwane ręcznie o charakterze młota wyburzeniowego z napędem pneumatycznym, elektrycznym lub hydraulicznym, natomiast masywniejsze kotwy wymagają instalacji mechanicznej przy użyciu maszyn o masie od 2 do 8 ton.

Instalacja udarowa – ręczna, mechaniczna

Korzeń kotwy podczas fazy instalacji jest ustawiony wzdłużnie i zachowuje się jak dłuto. Po osiągnięciu projektowanej głębokości kotwy pręt instalacyjny jest usuwany, a kotwę można natychmiast aktywować. W tym celu stosuje się hydrauliczne urządzenie naciągowe, do którego mocowane jest cięgno kotwy.

Hydrauliczne urządzenie naciągowe

Pierwsza faza aktywacji jest najważniejsza dla prawidłowego funkcjonowania kotwy, ponieważ w jej trakcie dochodzi do zaklinowania korzenia w gruncie. W drugiej fazie następuje zagęszczanie gruntu i stopniowa mobilizacja jego wytrzymałości na ścinanie. Zespół montażowy składający się z dwóch do trzech pracowników jest w stanie, w zależności od warunków na budowie, wykonać jedną kotwę w czasie do 30 minut, a czas ten skraca się wraz ze wzrostem doświadczenia.

Projektowanie kotew gruntowych i zasady konstrukcyjne

Przy projektowaniu długości i rozstawu kotew gruntowych należy przestrzegać zasad konstrukcyjnych. Korzenie kotew nie mogą wzajemnie na siebie oddziaływać, a ich odległość osiowa musi w tym celu wynosić co najmniej dwukrotność mniejszego z wymiarów korzenia kotwy. W praktyce można przyjąć minimalną odległość osiową 1,2 m oraz układ trójkątny. Drugą zasadą jest strefa oddziaływania korzenia kotwy, która nie może przecinać się z krytyczną powierzchnią poślizgu, przy czym zasięg strefy oddziaływania (w kierunku cięgna) jest w tym przypadku równoważny dwukrotności mniejszego z wymiarów korzenia kotwy.

Podczas aktywacji kotwy dochodzi do jej wysunięcia nawet do trzykrotności większego z wymiarów korzenia kotwy w gruntach drobnoziarnistych, względnie o wartość większego z wymiarów korzenia kotwy w gruntach gruboziarnistych. Do samej aktywacji należy ponadto przewidzieć ok. 1 m cięgna ponad poziom powierzchni konstrukcji. Kotwami można uzyskać charakterystyczny opór do 200 kN, jednak typowe są wartości rzędu kilkudziesięciu kN i z tą świadomością należy również rozważać ich ewentualne zastosowanie w projekcie.

Zakończenie

Mechaniczne kotwy gruntowe znajdują zastosowanie w szerokim spektrum warunków geotechnicznych, zwłaszcza tam, gdzie konwencjonalne metody kotwienia byłyby zbyt kosztowne, technicznie skomplikowane lub całkowicie niewykonalne, szczególnie w miejscach o ograniczonym dostępie lub na trudno dostępnych zboczach. Z takimi problemami inwestor zmagał się w ramach projektu rozbudowy drogi III/48414 (Pržno–Lubno), który stał się projektem pilotażowym technologii kotew gruntowych Platipus w Republice Czeskiej.

Pierwotny wariant żelbetowej ściany był ze względu na koszty praktycznie niewykonalny dla inwestora. Z tego powodu ściana oporowa została zastąpiona mechanicznymi kotwami gruntowymi. Technologia ta kilkukrotnie obniżyła koszty całego rozwiązania technicznego zabezpieczenia skarpy i w efekcie umożliwiła realizację zamierzenia budowy kanalizacji oraz rozbudowy drogi. Realizacja inwestycji rozpoczęła się wiosną 2024 roku na odcinku 290 m o nachyleniu skarpy 45–60° i wysokości 3–6 m. Wykonawca zoptymalizował instalację podczas prób weryfikacyjnych z udziałem inwestora, projektanta, producenta oraz dostawcy.

Końcowe wykończenie powierzchni stanowi stalowa siatka o podwójnym skręcie z przeciwerozyjną geomatą oraz późniejszym obsadzeniem roślinami okrywowymi, dzięki czemu cała konstrukcja naturalnie wpisuje się w krajobraz podgórza Morawsko-Śląskich Beskidów.

Lubno 2024, skarpa wykopowa stabilizowana wbijanymi udarowo kotwami gruntowymi

Więcej informacji o kotwach gruntowych znajdziesz tutaj.