Rewaloryzacja przestrzeni płyty Starego Rynku to nie tylko remont nawierzchni. Wykonywana jest także przebudowa infrastruktury podziemnej oraz budowa nowego systemu odwodnienia z retencją wód opadowych. Przebieg prac projektowych, wybór technologii i realizację prac opisuje wykonawca prac geotechnicznych.
Poznański Stary Rynek zawsze stanowił serce miasta i chlubę dla jego mieszkańców. Za dnia jego liczne zabytki, w tym renesansowy Ratusz Miejski ze słynnymi koziołkami, przyciągają tłumy turystów. W nocy zaś puby i kluby, w których toczy się studenckie życie pękają w szwach. Brukowana płyta rynku była świadkiem wielu jarmarków, ślubów oraz imprez miejskich. Do lat 60 XX wieku odbywał się tu również ruch tramwajowy i samochodowy. Trudne warunki gruntowe w podłożu oraz długotrwała eksploatacja sprawiły, że nawierzchnia uległa silnemu pofałdowaniu, a w kamiennym bruku pojawiły się szerokie szczeliny, które obniżyły walory estetyczne rynku i jakość jego użytkowania. Potrzeba remontu każdego roku stawała się coraz bardziej pilna.
Fot. 1. Lokalizacja projektowanych zbiorników retencyjnych
Remont płyty poznańskiego Starego Rynku – podstawowe informacje
W 2021 roku Poznańskie Inwestycje Miejskie ogłosiły przetarg na „Rewaloryzację przestrzeni płyty Starego Rynku”. Zwycięzcą konkursu zostało konsorcjum Tormel Sp. z o.o. oraz WUPRINŻ S.A. W 2022 roku prace ruszyły pełną parą. W ramach tego zadania oprócz remontu samej nawierzchni, wykonywana jest przebudowa infrastruktury podziemnej oraz budowa nowego systemu odwodnienia z retencją wód opadowych. Dla potrzeb tej ostatniej pod płytą rynku wbudowane zostaną dwa zbiorniki retencyjne. Pierwszy o pojemności 424 m3 zlokalizowany zostanie przed budynkiem Wagi Miejskiej, na obszarze nieistniejącego już pruskiego ratusza. Drugi (większy) o pojemności 624 m3 przewidziany został od strony wschodniej wzdłuż Ratusza Miejskiego i Domków Budniczych. Projektowana głębokość posadowienia zbiorników oraz bliskość zabytkowej zabudowy klasy zerowej wymagały wykonania zabezpieczenia wykopu. To odpowiedzialne zadanie inżynierskie powierzono Keller Polska.
Rys. 1. Plan sytuacyjny Starego Rynku. Linia czerwona – zasięg bezpośredniego oddziaływania wykopu. Linia żółta – zasięg pośredniego oddziaływania wykopu
Historia i warunki geologiczne najstarszej części Poznania
Miasto Poznań założono w 1253 r., kiedy to na polecenie księcia piastowskiego Przemysła I zostało ono lokowane na prawie magdeburskim i wytyczone na lewym brzegu Warty. Od tego czasu jak większość miast w Polsce, Poznań przeżywał burzliwe dzieje, a jego wzloty i upadki przez setki lat były zapisywane w warstwach kulturowych podłoża. Jedną z takich warstw nasypów antropogenicznych stanowi tzw. „mierzwa”, która składa się głównie z gruntu mineralnego wymieszanego z zwierzęcymi odchodami i słomą. Powstała ona podczas codziennego użytkowania transportu konnego. W momencie gdy podłoże stawało się zbyt grząskie dla dalszej eksploatacji, układano na nim słomę i zasypywano piaskiem. Po kilkuset latach miąższość tej warstwy wynosi od 3 do 4 m. Jest to zatem grunt o właściwościach podobnych do organicznego. Charakteryzuje się jednak dużą zmiennością, a jego parametry fizyczne i mechaniczne są trudno oznaczalne. Warstwy te mają też inną istotną cechę, stanowią rezerwuar artefaktów historycznych co stanowiło bardzo istotny aspekt dla tej inwestycji.
Poniżej spodu warstw kulturowych budowa geologiczna jest niemniej złożona. Do głębokości ok. 6 m p.p.t są to utwory piaszczyste tj. piaski pylaste, piaski drobne, piaski średnie i pospółki, które występują w stanie od luźnych do bardzo zagęszczonych. Poniżej stwierdzono spoiste osady plejstoceńskie oraz osady zastoiskowe tj. gliny pylaste i piaski gliniaste w stanie twardoplastycznym oraz plastycznym. Ciągła warstwa tych osadów została nawiercona na głębokości 10,9 – 16,5 m p.p.t. W spodzie rozpoznania tj. do głębokości 22,5 m p.p.t. wykazano iły oraz iły pylaste przewarstwione gliną pylastą zwięzłą w stanie twardoplastycznym. Jednakże kilka otworów badawczych dodatkowo skomplikowało obraz profilu gruntowego, ponieważ nie wykazano w nich ciągłych warstw gruntów spoistych pomimo znacznych głębokości wierceń. Poziom zwierciadła gruntowego został określony na głębokości 3,1 – 5,5 m pod poziomem terenu.
Rys. 2. Przekrój podłużny przez projektowany wykop przed budynkiem Ratusza wraz z rozpoznaniem gruntowym
Fakt, że woda gruntowa znajduje się powyżej spodu projektowanego dna wykopu, a badania podłoża nie wykazały jednoznacznie rzędnej stropu gruntów spoistych mogących stanowić warstwę odcinającą miał istotne znaczenie dla projektu zabezpieczenia wykopu.
Technologia realizacji prac, czyli palisada CCFA
Od momentu gdy zapytanie ofertowe zamawiającego wpłynęło do oddziału Keller Polska w Poznaniu wiedzieliśmy, że przedsięwzięcie to będzie niezwykle odpowiedzialne. Już wstępna analiza warunków realizacji tego projektu zdeterminowała technologię wykonania zabezpieczenia wykopu. Bliskość sąsiedniej zabudowy, projektowana głębokość posadowienia zbiornika, poziom zwierciadła wody gruntowej oraz przeszkody w podłożu sprawiły, że bez wątpienia musiała to być technologia CCFA (Cased Contionous Flight Auger), nazywana również VDW (Vor der Wand). Pale CCFA są to pale wiercone wykonywane świdrem ciągłym, który prowadzony jest w rurze osłonowej. Podwójna głowica obrotowa umożliwia obrót świdra i rury w przeciwnych kierunkach i ich jednoczesne wprowadzenie w podłoże. System ten pozwala na wykonanie palisady siecznej, tj. sekwencji pali składających się na przemian z elementów zbrojonych i wypełniających kolumn betonowych. Technologia ta charakteryzuje się dużą precyzją wykonania i szczelnością technologiczną, co jest szczególnie istotne jeżeli zwierciadło wody gruntowej znajduje się ponad dnem wykopu. Bardzo ważnym aspektem było również bezpieczeństwo sąsiednich konstrukcji w trakcie realizacji prac. Wykonywanie palisady z pojedynczych elementów, w tym przypadku o średnicy 60 cm obarczone jest mniejszym ryzykiem wystąpienia osiadań technologicznych fundamentów niż ma to na przykład miejsce podczas wykonywania ścian szczelinowych, w których długość pojedynczej sekcji wynosi ok. 250-300 cm. Ponadto w trakcie wiercenia pala CCFA, rura obsadowa dodatkowo stabilizuje otwór i eliminuje ryzyko nadmiernego transportu urobku na świdrze co może mieć miejsce w zwykłych palach CFA.
Rys. 3. Schemat palisady siecznej CCFA
Jednak kluczowym warunkiem decydującym o wyborze tej technologii była znajomość historii miasta i wiedza, że zbiornik zaprojektowany przed budynkiem Wagi Miejskiej, znajduje się w obrysie fundamentów nieistniejącego już ratusza pruskiego. Ten przytłaczający budynek, wzniesiony w czasie zaborów miał zdominować przestrzeń Starego Rynku przysłonić poznański Ratusz – symbol etosu samorządu poznańskiego. Jak łatwo się domyślić budowla nie cieszyła się dużą popularnością wśród Poznaniaków. Po drugiej wojnie światowej uszkodzony obiekt postanowiono rozebrać, a w jego miejscu odbudować Wagę Miejską – budynek, który znajdował się tu pierwotnie do 1890 r. Jednakże mury pruskiego ratusza, pozostały ukryte pod płytą rynku. Projektowana palisada musiała zatem przeciąć tę przeszkodę. Pojawiła się też opcja wykonania jej w całości w ceglanych fundamentach. Technologia CCFA pozwalała ten problem rozwiązać, ponieważ rura obsadowa wyposażona w skrawające zęby doskonale sprawdza się podczas wiercenia w skale lub cegle, co wielokrotnie potwierdziły nasze dotychczasowe doświadczenia. Późniejsza realizacja pokazała, że również tym razem był to słuszny wybór.
Fot. 2. Rura obsadowa w osłonie fartucha zabezpieczającego przed niekontrolowanym upadkiem urobku technologicznego
Projekt technologiczny – szczegóły
Gdy decyzja o wyborze technologii zapadła, należało przystąpić do wykonania projektu technologicznego w tym obliczeń statycznych. Podczas prac wykonywanych przez Keller Polska bezpieczeństwo pracowników jak i osób postronnych znajdujących się w sąsiedztwie budowy stanowiło dla wykonawcy absolutny priorytet. Prowadzenie robót w centrum Starego Rynku przy stałej obecności turystów wiązało się ze szczególną odpowiedzialnością. Dlatego też ryzyka z tym związane należało zdefiniować już na etapie projektu, w którym określone zostały wygrodzone strefy zagrożenia oraz drogi technologiczne.
Ponadto przed przystąpieniem do właściwego projektowania konieczne było również zebranie dodatkowych danych o konstrukcjach obiektów znajdujących się w strefie oddziaływania wykopu tj. Ratusza Miejskiego, Wagi Miejskiej oraz Domków Budniczych. Dokumentacja sporządzona podczas pierwotnych prac prowadzonych w tych obiektach pozwalała na przybliżone określenie poziomów ich posadowienia.
Obliczenia statyczne wykonano za pomocą programu dedykowanego do wymiarowania palisad siecznych, a także za pomocą metody elementów skończonych w celu precyzyjnego określenia prognozowanych przemieszczeń. W wyniku obliczeń dla zabezpieczenia wykopu przy budynku Wagi Miejskiej o wymiarach 33 x 9 m i głębokości 5,5 m zaprojektowano 158 szt. pali o średnicy 610 mm i długości około 17 m. Tak znaczna głębokość palisady w tej lokacji była podyktowana koniecznością wprowadzenia jej w ciągłą warstwę odcinającą i tym samym zapewnienie szczelności technologicznej.
Rys. 4. Projektowany przekrój przez zabezpieczenie wykopu przy Ratuszu
Ze względu na odmienne warunki gruntowe w drugiej lokalizacji, przed budynkiem Ratusza, dla zabezpieczenia wykopu o wymiarach 30 x 12 m i głębokości 6,90 m, zaprojektowano 160 szt. pali o długości ok. 10–12 m. Tak jak wspomniano wcześniej rozpoznanie podłoża w tym miejscu nie gwarantowało możliwości wprowadzenia wszystkich pali w grunty spoiste o ciągłym uwarstwieniu. Dlatego też, na ok. 50% powierzchni wykopu zaprojektowano przesłonę poziomą w technologii jet grouting. Pozwoliło to na skrócenie długości pali oraz dodatkowo stanowiło tarczę usztywniającą palisadę poniżej spodu wykopu.
Rys .5. Wyniki analizy numerycznej w programie Plaxis – przemieszczenia
Stateczność obudowy w obydwu przypadkach została zapewniona za pomocą systemu rozparcia, którego rozstaw został dostosowany do wymiarów modułów elementów składowych zbiornika. Przed budynkiem Wagi przewidziano zastosowanie rur stalowych doprężanych siłownikiem, natomiast przed Ratuszem, w kolejnej rewizji projektu, zrezygnowano z tego rozwiązania i zastosowano belki żelbetowe. Odmienne podejście wynikało z przewidzianej kolejności prac ustalonej z archeologami i miejskim konserwatorem zabytków. Ze względu na ochronę terenu badań, prace archeologiczne musiały mieć pierwszeństwo przed wykonaniem kolumn jet grouting. Jednocześnie głębokość wykopu przewidziana na tym etapie sięgała ok. 4 m, co stanowiło o konieczności zastosowania rozpór już w tej fazie. Kolumny jet grouting ze względów technologicznych musiały zostać wykonane z poziomu terenu, co z kolei w przypadku zastosowania rur stalowych wiązałoby się z ryzykiem nadmiernego ugięcia rozpór lub ich uszkodzenia pod wpływem obciążenia ciężarem maszyny. Zastosowanie belek żelbetowych wyeliminowało to ryzyko i pozwoliło na sprawne wykonanie prac we wszystkich fazach głębienia i eksploatacji wykopu.
Fot. 3. Odsłonięte zabezpieczenie wykopu przed Ratuszem. Rozparcie w formie belek żelbetowych
Realizacja i niespodzianki podczas prac geotechnicznych na Starym Rynku w Poznaniu
Po skoordynowaniu projektu z pozostałymi branżami oraz zatwierdzeniu przez nadzór archeologiczny i konserwatora zabytków można było przystąpić do realizacji.
Znaczna długość pali i kolumn przewidziana w projekcie oraz wysokie prawdopodobieństwo wystąpienia przeszkód w podłożu oznaczała konieczność zaangażowania maszyny o dużym zakresie głębokości wiercenia oraz wyposażonej w głowicę o odpowiednim nacisku. Ciężar palownicy spełniającej te warunki wynosił ponad 100 ton, co stawiało wysokie wymagania dla jakości platformy roboczej. Ponadto lokalizacja placu budowy w obszarze działań wojennych II Wojny Światowej wymogło wykonanie rozpoznania saperskiego oraz badania podłoża georadarem. Duża świadomość generalnego wykonawcy na temat powyższych zagrożeń zaowocowała doskonałą współpracą, co miało swoje odbicie w wysokiej wydajności pracy.
Fot. 4. Wykonywanie pali CCFA przy budynku Wagi Miejskiej
Aby mieć stuprocentową pewność, że bezpieczeństwo sąsiednich konstrukcji w trakcie wykonywania prac nie jest zagrożone, w ich piwnicach zostały zamontowane czujniki do rejestracji drgań. Dostawca systemu do pomiarów – firma Geo-Instruments Polska, udostępniła e-platformę, na której odczyt można prowadzić w czasie rzeczywistym, a ewentualne powiadomienia o przekroczeniu dopuszczalnych wartości są wysyłane przez sms do właściwych osób. Przez cały czas trwania robót dopuszczalny poziom drgań nie został przekroczony.
Fot. 5. Wykonywanie pali CCFA przed budynkiem Ratusza Miejskiego
Tak jak przewidywano część pali została wykonana w murach nieistniejącego już budynku. Nie obyło się też bez niespodzianek. Choć rozpoznanie podłoża sugerowało brak gruntów spoistych w rejonie Ratusza, również przy budynku Wagi w trakcie wiercenia do projektowanej głębokości nie stwierdzono występowania takich warstw. Konieczne było zatem lokalne wydłużenie pali do ponad 20 m, co było możliwe dzięki zastosowaniu maszyny o odpowiednim zakresie głębokości wiercenia.
Fot. 6. Odsłonięte fundamenty rozebranego ratusza pruskiego. Na odsłoniętych palach widać wtrącenia z warstwy przewierconych cegieł
Podczas realizacji prac przy drugim zbiorniku natrafiono również na niemożliwą do przewiercenia przeszkodę. Zawsze trzeba się liczyć z tego typu problemami i warto mieć, w miarę możliwości, przygotowany plan B. W tym przypadku było to wykonanie iniekcji doszczelniającej jet grouting na etapie wykonywania przesłony poziomej. Minimalne zaangażowanie sprzętu odwadniającego w fazie eksploatacji wykopu budowlanego pokazuje, że wymagana szczelność technologiczna została osiągnięta.
Fot. 7. Widok z poziomu wykopu przed Ratuszem
Keller Polska jest zaangażowana w prace przy obiektach zabytkowych od początku swojej działalności na polskim rynku. Ze względu na specyficzne uwarunkowania takich inwestycji, jak te przedstawione w niniejszym artykule, są to zawsze realizacje o dużym stopniu skomplikowania. Z drugiej strony to właśnie takie wyzwania sprawiają, że projekty te są ciekawe, motywujące, a geotechnika jest naszą pasją. Gotowi na następne zadania czekamy na kolejną okazję aby móc zapisać się w historii.
Autor: Łukasz Wujek, Keller Polska
Zdjęcia: Keller Polska
