Jakie mogą być przyczyny zarysowań płyty fundamentowej w wielopoziomowym garażu podziemnym? Studium przypadku.
Wykonanie wielopoziomowego garażu podziemnego wymaga zrealizowania rygorystycznego procesu technologicznego dla zabezpieczenia otoczenia [1], a także samych ścian zabezpieczających wykop w fazie ich eksploatacji [2]. Szczególnie trudnym zadaniem jest zabezpieczenie obiektu przed infiltracją wody gruntowej, zarówno tej wykazanej w dokumentacji geotechnicznej [3, 4], jak i – co trudniejsze – przed wodą gromadzącą się w otoczeniu obiektu po jego wybudowaniu [5, 6]. W jednym z miejskich parkingów podziemnych po kilku latach użytkowania pojawiły się na najniższym poziomie miejsca, w których nastąpiła infiltracja wody gruntowej. Zjawisko przebiegało powolnie, jednak obserwacje w cyklach miesięcznych wykazały konieczność ustalenia przyczyn tego przedawaryjnego stanu i wykonania prac zabezpieczających.
Fot. stock.adobe / naruecha
Analiza przyczyny zarysowania i zawilgoceń dolnej płyty i posadzki powstała na podstawie badań na obiekcie i opracowań naukowych przedstawiających rzeczywisty stan naprężeń w konstrukcji i procesy reologiczne.
Zobacz też: Systemy detekcji gazów w garażach podziemnych
Ogólny opis obiektu
Budynek, którego posadzka i płyta fundamentowa podlega ocenie technicznej, ma kilka kondygnacji naziemnych, przeznaczonych w większości na biura projektowe, i dwie podziemne z przeznaczeniem na garaże. Konstrukcja budynku jest słupowo-płytowa o rozstawie słupów w osiach 8,1 m i wymiarach przekroju poprzecznego 0,8 x 0,8 m x m. Stropy są monolityczne o grubości 0,4 i 0,5 m. Powierzchnia zabudowy części podziemnej wynosi ok. 4500 m2. Budynek jest posadowiony ponad 8 m poniżej poziomu terenu.
Inwestycja zaprojektowana została na planie litery „L” z charakterystycznym łukowatym wygięciem podkreślającym wejście główne do biurowca oraz skrzyżowanie głównych traktów komunikacyjnych. Jest to budynek nie tylko o nowoczesnej, ale i ponadczasowej architekturze, w którym inwestor zaplanował 300 miejsc parkingowych.
Awarii uległa posadzka betonowa o grubości 0,15 m na najniższym poziomie garażu podziemnego wykonana na płycie żelbetowej o zmiennej grubości od 0,80 do 1,30 m (fot. 1).
Fot. 1. Zarysowania płyty parkingowej o szerokości rys powyżej 0,6 mm
Ustalony na podstawie dziennika budowy odbiór zbrojenia płyty fundamentowej i zgoda na betonowanie miały miejsce w 2013 r. i od tego czasu można liczyć uformowanie płyty fundamentowej.
Warunki geotechniczne
Podłoże terenu badań budują czwartorzędowe grunty rodzime niespoiste, reprezentowane przez piaski drobne przewarstwione gliną, gliną piaszczystą, piaskiem gliniastym i pyłem, piaski średnie, piaski średnie ze żwirem, piaski średnie zaglinione, piaski średnie przewarstwiane gliną pospółki oraz pospółki gliniaste, grunty małospoiste w postaci pyłów piaszczystych, grunty spoiste reprezentowane przez gliny pylaste, gliny pylaste zwięzłe, gliny, gliny piaszczyste, iły pylaste oraz organiczne grunty spoiste w postaci namułów gliniastych. Przykryte są one od góry warstwą nasypów niekontrolowanych oraz miejscami gleby. Na terenie stwierdzono występowanie pierwszego czwartorzędowego poziomu wodonośnego. Zwierciadło wody podziemnej na głębokości od – 4,7 do – 6,8 m (poniżej poziomu terenu). Zwierciadło wód podziemnych ma charakter napięty i stabilizuje się na głębokości od – 3,9 do – 4,5 m. Warstwą napinającą są piaski drobne przewarstwiane gliną, gliną piaszczystą oraz pyłem (mady), które się charakteryzują zróżnicowaną przepuszczalnością. Ze względu na brak warstwy słabo przepuszczalnej izolującej poziom wodonośny od powierzchni terenu można się spodziewać wahania zwierciadła wód podziemnych w granicach ± 0,5 m. Ponadto we wszystkich otworach w obrębie piasków drobnych przewarstwianych gliną, gliną piaszczystą oraz pyłem (mady) stwierdzono sączenia wód podziemnych. Sączenia te występują na głębokości od – 5,2 do – 4,9 m.
Zobacz: Podłogi przemysłowe – ocena stanu technicznego
Płyta fundamentowa i betonowa posadzka
Płyta fundamentowa została wybudowana w tak zwanej technologii białej wanny (bezpowłokowa hydroizolacja kondygnacji podziemnych obiektu), ma kształt trapezu o wymiarach dwóch równoległych boków 65 m i 24 m i dłuższego prostopadłego o długości 116 m. Klasa betonu C30/37, wodoodporność W8, wskaźnik w/c < 0,45.
Grubość płyty jest zmienna, przeważnie poza obszarami słupów konstrukcyjnych ram budynku wynosi 0,80 m, pod słupami przeważnie 1,20 m, a w niektórych przypadkach 1,35 m. Otulina betonu płyty fundamentowej wynosi 40-50 mm; otulina ściany fundamentowej – 3,5 cm. Płyta jest na obwodzie umocowana w ścianie szczelinowej za pomocą połączenia dyblowego, grubość ściany szczelinowej wynosi 0,80 m. Połączenie ze ścianą szczelinową jest uszczelnione przez system rurek iniekcyjnych. Iniekcja przebiegała wielostopniowo w zależności od etapu budowy. Ściana szczelinowa jest w dolnej części zamocowana w nieprzepuszczalnej warstwie gruntu. Płyta fundamentowa jest obciążona słupami żelbetowymi oraz tarczami trzonów windowych, pomieszczeń gospodarczych itp.
Budynek posiada dylatację konstrukcyjną w odległości 50 m od zachodniej krawędzi płyty. Zaprojektowano wiele dylatacji i przerw roboczych płyty. Przeciętna odległość między dylatacjami wynosi 8 m. Uszczelnienie dylatacji w płytach i ścianach dokonano za pomocą taśm, blach i rur uszczelniających. Profile uszczelniające PVC zastosowano w celu ułatwienia tworzenia i izolowania dylatacji skurczowych i roboczych. Blachy trapezowe zamontowano wzdłuż osi przewidywanych dylatacji roboczych. Zbrojenie płyty fundamentowej (rys. 1) jest sprężysto zgodne z dużą ilością zbrojenia w pogrubionych partiach płyty w miejscu lokalizacji słupów żelbetowych.
Rys. 1. Zbrojenie płyty fundamentowej pod słupem żelbetowym
W środku rozpiętości między słupami zbrojenie statyczne i przeciwskurczowe łącznie w obu kierunkach dołem i górą (zbrojenie podwójne symetryczne i ortogonalne) ma średnicę 20 mm co 22 cm, co daje ρ1 = ρ2= As/Ac = 0,2%. Minimalne wymagane zbrojenie dla płyt żelbetowych wynosi 0,2%, a przeciwskurczowe według starych norm wynosi także 0,2%. Minimalne przypowierzchniowe zbrojenie przeciwskurczowe powstrzymujące proces zarysowania wynosi według obliczeń wykonanych zgodnie z [8] ρs min = 0,48-0,76%.
Z opisu [3] można wnioskować, że obliczone minimalne zbrojenie przeciwskurczowe dla wszystkich elementów wynosi 3,35 cm2/m i zaliczono je w zakresie zbrojenia głównego, tzn. pominięto zbrojenie przeciwskurczowe. Założono dopuszczalną szerokość rys konstrukcyjnych 0,3 mm. Zaznaczyć należy, że dopiero rysy o szerokości do 0,1 mm można uznać za samouszczelniające się. Według dokumentacji [3] w pracach betoniarskich nie przedłużano przerw w betonowaniu powyżej 20 minut, temperatura betonowania była w zakresie od -8 do 30oC.
Zobacz też: Antypoślizgowe posadzki przemysłowe – wymagania, klasyfikacja, użytkowanie
Pielęgnacja płyty fundamentowej polegała na przykryciu powierzchni płyty folią pielęgnacyjną, a następnie zalaniu wodą. Starano się, aby lustro wody na powierzchni płyty wynosiło nie mniej niż 2 cm. Uszczelnianie ściany szczelinowej przez iniekty styków w ścianie szczelinowej i pomiędzy płytą fundamentową i ścianą szczelinową wykonywano w 2014 r. Po każdej większej ulewie iniekowano rysy w ścianie. Ilość iniekowanych rys była coraz mniejsza.
Po ok. roku od czasu wylania płyty fundamentowej (wg dziennika budowy) wykonano posadzkę betonową o następujących warstwach:
- warstwa powierzchniowa o grubości 0,3 cm z poliuretanu;
- warstwa 0,14-0,16 m – wylewka betonowa C20/25 zbrojona włóknem kopolimerowym w ilości 1,5 kg/m3, dozbrojona siatką stalową o średnicy 6 co 0,15 m;
- warstwa sczepna – wykonana na płycie fundamentowej.
Warunki eksploatacji posadzki płyty fundamentowej
Po każdych większych opadach atmosferycznych obserwuje się przeciekanie wody gruntowej przez ścianę szczelinową. Wskazuje to na piętrzenie się i trudności z opływaniem wód gruntowych wokół budynku podczas opadów atmosferycznych oraz na nieszczelności w połączeniach poszczególnych segmentów ściany szczelinowej. Obserwuje się też miejscowe zawilgocenia w miejscach połączenia ścianek szczelinowych z płytą fundamentową (fot. 2).
Fot. 2. Zawilgocenia przy połączeniu ściany szczelinowej z płytą fundamentową
Oznacza to przenikanie wód gruntowych przez niektóre połączenia „dyblowe” płyty i ściany. Zaobserwowane przecieki na posadzce płyty fundamentowej pokazano na fot. 3. Wymaga to po każdych większych opadach atmosferycznych iniekowania w ramach doszczelnienia ścianek w miejscach przecieków.
Fot. 3. Zaobserwowane przecieki na posadzce płyty fundamentowej
Technologia białej wanny zakłada szczelność ścian szczelinowych, płyty fundamentowej oraz ich wzajemnych połączeń. Jak wynika z [3], ściana szczelinowa została w swojej podstawie umiejscowiona w gruntach spoistych, szczelnych, przez które zakładano, że nie przedostanie się woda gruntowa. Wybudowanie garaży podziemnych tworzących wannę o wysokości ponad 8 m poniżej poziomu gruntu i ok. 4 m poniżej poziomu wód gruntowych niesie ze sobą ryzyko spiętrzenia płynących podziemnych wód gruntowych. Dodatkowo położenie
ukośne (miejscami) kolejnych warstw przepuszczalnych i nieprzepuszczalnych może powodować przerwanie szczelności warstw gruntów spójnych i umożliwiać wpłynięcie wody gruntowej pod powierzchnię płyty fundamentowej. Klawiszowanie płyty fundamentowej w połączeniu ze ścianą szczelinową powinno być uszczelniane systemowymi rurkami iniekcyjnymi. Wycieki wody przez ściany szczelinowe i szczeliny w posadzce na płycie fundamentowej wskazują na penetrację wody gruntowej do przestrzeni garażu podziemnego w obszarze poniżej poziomu wody gruntowej, w miejscach styku fundamentu z gruntem.
Z obliczeń statyczno-wytrzymałościowych wynika, że nie istnieje niebezpieczeństwo podniesienia przez wody gruntowe płyty fundamentowej w części pod budynkiem oraz w części pod parkingiem. Napór wody gruntowej może wywołać napór ok. 40 kN/m2, nacisk pod budynkiem płyty fundamentowej wynosi ok. 143 kN/m2, a pod częścią poza budynkiem ok. 55 kN/m2.
Dodatkowo obserwuje się (według wywiadu przeprowadzonego z przedstawicielem użytkownika obiektu) stały proces propagacji rys – zwiększa się ich ilość, szerokość i rozwartość. Szacunkowo w miejscach silniej zarysowanych odstęp między rysami, których szerokość wynosi więcej niż około 0,1 mm, wynosi przeciętnie 0,40 m.
Uwaga: Artykuł ukazał się w monografii „Awarie budowlane 2019” i jest oparty na referacie przygotowanym na XXIX Międzynarodową Konferencję Naukowo-Techniczną „Awarie budowlane”.
Marek Maj, marek.maj@pwr.edu.pl. Wrocław University of Science and Technology
dr hab. inż. Andrzej Ubysz. Wrocław University of Science and Technology
prof. PhD, DSc. Ashot Tamrazyan. Moscow State Uniwersity of Civil Engineering
Zobacz: Produkty budowlane
