Firma Aarsleff Sp. z o.o., na zlecenie głównego wykonawcy fundamentów Stadionu Narodowego firmy P.R.I. „Pol-aqua” S.A., w okresie od 20.10.2008 do 9.03.2009, w ciągu 109 dni roboczych zainstalowała 8803 sztuki żelbetowych, wbijanych pali prefabrykowanych o przekroju 400×400 mm i długościach od 6 do 27 m. Wszystkie pale wykonane zostały z betonu min. C40/50 (B50) zbrojonego stalą o granicy plastyczności fy = 500MPa.
Pale prefabrykowane zostały wybrane jako podstawowa technologia fundamentowania po testach różnych technologii, przeprowadzonych w maju 2008 r., ze względu na wiele zalet, z których do najważniejszych dla omawianego kontraktu można zaliczyć:
– wysoką wydajność – instalowano do 2000 mb pali dziennie (rys. 4),
– dużą nośność pali przy małych osiadaniach,
– wysoką jakość instalowanych prefabrykatów,
– kontrolę uzyskiwanych nośności dla wszystkich pali,
– możliwość realizacji robót w okresie zimowym bez względu na temperaturę otoczenia,
– dogęszczenie nasypów i gruntów sypkich,
– bezurobkową technologię instalacji.
Ponadto wykorzystanie pali prefabrykowanych pozwoliło ograniczyć do minimum transport technologiczny w obrębie placu budowy oraz w zatłoczonej Warszawie.
W maju 2008 r. w ramach testów wykonano badania pali prefabrykowanych:
– 3 statyczne nośności poziomej na koronie stadionu,
– 8 statycznych nośności pionowej,
– 48 dynamicznych nośności przy wysokich naprężeniach.
Bogata baza wyników badań pozwoliła na pozytywną weryfikację technologii pali prefabrykowanych w warunkach budowy stadionu i stanowiła dobrą podstawę do zaprojektowania palowania zasadniczego.
Rys. 1. Typowe warunki gruntowe dla fundamentów na palach prefabrykowanych
Na typowy przekrój gruntowy (rys. 1) składają się warstwy nasypów o miąższości od 0,8 m (w rejonie płyty istniejącego stadionu) do 18 m (w rejonie korony stadionu), warstwa gruntów spoistych o IL = 0,37 lub piasków drobnych o ID = 0,35 o miąższości od 0 do 4 m oraz warstwy piasków średnich lub grubych o miąższości od 0 (3,5) do 6 m. Pod warstwami piasków średnich i grubych zalegają iły lub iły pylaste o stopniu plastyczności od 0,1 do 0. Lokalnie występują również soczewki piasków drobnych, zagęszczonych o różnej miąższości.
Stopy większości pali prefabrykowanych zlokalizowane zostały w warstwie piasków średnich lub grubych na głębokości ok. 5–7 m poniżej poziomu istniejącej płyty stadionu (rys. 1). Wyjątkowo, w strefie, gdzie warstwa piasków zanikała lub miała zbyt małą grubość, stopy lokalizowano w iłach. Stosunkowo duża liczba pali spowodowała dogęszczenie gruntów piaszczystych i pozwoliła na uzyskanie dodatkowych zapasów nośności. Projektowana nośność większości pali prefabrykowanych wynosiła od 1000 do 1200 kN. W obliczeniach nie uwzględniano nośności na odcinku przechodzącym przez nasypy, ze względu na ich dużą niejednorodność. W konsekwencji dla długich pali przechodzących przez nasypy uzyskiwano z reguły bardzo duże zapasy nośności, które z jednej strony wynikały z grubości warstw nasypów, a z drugiej – z ich znacznego dogęszczenia w trakcie wbijania.
Fundamenty Stadionu Narodowego pod względem funkcjonalnym można podzielić na trzy główne strefy: płytę, trybuny wraz z konstrukcjami towarzyszącymi i tzw. ring, podpierający konstrukcję zadaszenia. Zaprojektowano wzmocnienie gruntu kolumnami żwirowymi i żwirowo-betonowymi (6640 szt.) pod płytą stadionu. Pale umieszczono pod trybunami oraz pod „ringiem” (6965 szt. prefabrykowanych wbijanych i 898 szt. wierconych z komorami iniekcyjnymi). Największy obszar robót znajduje się pod trybunami, gdzie wykorzystano głównie żelbetowe pale prefabrykowane. Pale wiercone wielkośrednicowe wykorzystano głównie do posadowienia konstrukcji zadaszenia stadionu. Dla zwiększenia ich nośności bocznej zaprojektowano dozbrojone pale prefabrykowane, instalowane pod kątem od 5 do 15 stopni. W celu wyrównania osiadań sąsiadujących ze sobą fundamentów na palach prefabrykowanych i wierconych, pale wiercone, dla zwiększenia ich sztywności pionowej, zostały zaprojektowane oraz wykonane z komorami iniekcyjnymi. Roboty towarzyszące (ziemne oraz związane z instalacją tymczasowych traconych stalowych ścianek szczelnych wspornikowych i kotwionych) były sprawnie prowadzone przez głównego wykonawcę, firmę P.R.I. „Pol-aqua” S.A., co umożliwiło jednoczesną i bezkolizyjną pracę wielu jednostek sprzętowych na platformach/sekcjach (rys. 2), zlokalizowanych na różnych poziomach (rys. 3).
Rys. 2. Schemat podziału terenu robót na platformy robocze
Rys. 3. Typowy układ fundamentów na palach prefabrykowanych w przekroju trybun i „ringu” – przekrój przez sekcje 10, 20 i 29
Ze względu na specyficzne warunki (istniejące trybuny ziemne) oraz układ warstw podłoża (rys. 1), do wykonania fundamentów palowych wykorzystano pełen zakres długości prefabrykatów – od 6,0 (na poziomie płyty stadionu) do 27 m (na koronie) (rys. 3). Zastosowano pale pojedyncze (o dł. do 14 m) i łączone.
Pale zostały wyprodukowane w ciągu 90 dni w wytwórni prefabrykatów KPB Kutno. Wprowadzone przy realizacji tak dużego kontraktu zmiany organizacyjne i technologiczne zaowocowały zwiększeniem możliwości produkcyjnych wytwórni, m.in. poprzez uruchomienie robota do automatycznej produkcji koszy zbrojeniowych. Dla przyspieszenia realizacji robót, w trakcie ich prowadzenia zamieniono 462 szt. pali wierconych wielkośrednicowych na 1838 szt. pali prefabrykowanych.
Pale dostarczono na budowę 2050 samochodami. Przywóz pali, ich rozładunek w tymczasowym magazynie oraz transport na poszczególne sekcje (rys. 2) odbywał się w godzinach nocnych i nie utrudniał ruchu samochodowego w zwykle bardzo zatłoczonej w Warszawie.
Pale zainstalowano (rys. 4) przy jednoczesnym użyciu od 4 do 9 (ostatni miesiąc) kafarów z młotami o masie od 6 do 9 Mg. Odpowiedni dobór kafarów do zmiennych warunków robót pozwolił na spełnienie podstawowych wymogów narzuconych przez projektanta: oparcie stóp pali w warstwie gruntów rodzimych (poza warstwą nasypów) przy jednoczesnym osiągnięciu odpowiedniej nośności. Prace z użyciem prefabrykowanych pali wbijanych prowadzone były w godzinach 7–19, a okresowo 6–22, co pozwoliło uniknąć protestów mieszkańców okolic stadionu.
Rys. 4. Zestawienie wydajności dziennych instalowanych pali
W ramach kontroli wykonano łącznie 226 badań pali:
– 41 statycznych nośności na wciskanie,
– 182 dynamiczne nośności przy wysokich naprężeniach,
– 3 nośności poziomej.
Zakres badań pozwolił na uzyskanie pewności poprawnego zaprojektowania i wykonania fundamentów na palach prefabrykowanych.
Prawidłowo przyjęte założenia do projektowania i realizacji robót, w tym:
– opracowanie szczegółowego harmonogramu,
– podział placu budowy na sekcje robocze (rys. 2),
– wyznaczenie ścieżek krytycznych dla poszczególnych rodzajów robót,
– codzienna kontrola uzyskiwanych wydajności,
– cotygodniowa koordynacja kilkudziesięciu firm podwykonawczych,
– elastyczność przy wprowadzaniu zmian,
– doświadczony i kompetentny zespół pracowników
miały zasadniczy wpływ na sukces końcowy I etapu budowy Stadionu Narodowego w Warszawie. Skrócenie czasu realizacji kontraktu o blisko miesiąc możliwe było przede wszystkim dzięki prawidłowemu doborowi efektywnych technologii fundamentowania, głównie przez wykorzystanie żelbetowych wbijanych pali prefabrykowanych.
dr inż. Dariusz Sobala
