Jednym z zadań powierzonych firmie Soletanche Polska przez generalnego wykonawcę Mostostal Warszawa S.A. było zaprojektowanie i wykonanie obudowy głębokiego, szerokoprzestrzennego wykopu w technologii ścian szczelinowych wraz z tymczasowym rozparciem dla budynku mieszkalnego wielorodzinnego z usługami oraz garażem podziemnym przy ulicy Jana Kazimierza na warszawskiej Woli.
Realizację całej inwestycji podzielono na dwa etapy. Najpierw wykonanie ścian szczelinowych po obwodzie pierwszego etapu, następnie w drugim etapie wykonanie ścian szczelinowych z trzech stron wzdłuż granicy działki, a jako domykającą obwód wykorzystanie ściany zrealizowanej w pierwszym etapie. Budynek zaprojektowano z dwoma kondygnacjami podziemnymi przeznaczonymi na garaż oraz siedmioma kondygnacjami nadziemnymi w konstrukcji mieszanej słupowo-ścianowej. Wymiary kondygnacji podziemnej w rzucie to w przybliżeniu prostokąt o bokach 65 x 45 m.
Fot. 1 Rozpory stalowe pomiędzy oczepem a stropem -1
Działka, na której zaprojektowano obiekt, znajduje się na terenie „rynny żoliborsko-szczęśliwickiej”. Przypowierzchniową warstwę gruntu tworzą nasypy niebudowlane do głębokości maksymalnie 1,6 m. Poniżej zlokalizowane są zastoiskowe pyły piaszczyste i lokalnie piaski gliniaste twardoplastyczne oraz plastyczne. Jeszcze niższą warstwę stanowią piaski drobne i lokalnie średnie średniozagęszczone, które są poprzedzielane plastycznymi pyłami piaszczystymi oraz glinami pylastymi. Utwory plastyczne zalegają do głębokości 10-13 m poniżej poziomu terenu. Dodatkowo na danym terenie występują grunty organiczne w postaci torfów, namułów i gytii. Najniższą warstwę gruntową do głębokości rozpoznania C20 m poniżej poziomu terenu) stanowią utwory piaszczyste przedzielone pyłami pylastymi, których stopień plastyczności maleje wraz z głębokością. Na opisywanym terenie nawiercono 2 poziomy wodonośne:
1. o zwierciadle swobodnym na głębokości 2,0- 3,05 m poniżej poziomu terenu;
2. o zwierciadle napiętym na rzędnej 10,0-15,7 m poniżej poziomu terenu, a stabilizującym się na głębokości 8,55-9,00 m poniżej poziomu terenu.
Zaprojektowano ściany szczelinowe o grubości 50 i 60 cm rozpierane tymczasowymi rozporami stalowymi w zależności od przekroju narożnymi lub zastrzałowymi o płytę fundamentową i strop. Od strony kolejnego etapu inwestycji wykonano wstępny skarpowany rozkop do głębokości ponad 5 m, co pozwoliło na zmniejszenie wysokości ściany szczelinowej i zmianę jej grubości do 50 cm, wpływając znacząco na obniżenie kosztów całej realizacji. Pełny rozkop nie był możliwy ze względu na występowanie wody gruntowej powyżej poziomu posadowienia.
Występowanie gruntów organicznych i spoistych plastycznych w poziomie posadowienia wymogło konieczność wykonania wzmocnienia podłoża poniżej płyty fundamentowej (kolumny betonowe zaprojektowane i wykonane przez Menard Polska Sp. z o.o.). Ograniczyło również możliwości zabezpieczenia stateczności ścian szczelinowych. Tymczasowe kotwy gruntowe od razu zostały wykluczone ze względu na znikomą nośność przy typowych długościach [buławy znajdowałyby się w gruntach organicznych i spoistych plastycznych) lub konieczność zastosowania bardzo długich cięgien. Przy metodzie stropowej pewnym utrudnieniem jest grunt nienośny w poziomie szalowania stropu oraz konieczność wykonania dodatkowych podparć. W wyniku analizy zarówno wykonalności, jak i opłacalności wybrano tymczasowe rozpory stalowe. Ze względu na duże odległości pomiędzy przeciwległymi ścianami budynku typowe rozpory wymagałyby dodatkowych podparć w środku rozpiętości, jak również utrudnieniem był zróżnicowany poziom wierzchu oczepu ścian. Z tego względu zdecydowano się na rozwiązanie polegające na zastosowaniu tymczasowych rozpór stalowych pracujących w różnych schematach:
– rozparte o oczepy ścian w narożnikach budynku;
– rozparte pomiędzy oczepem ściany a płytą fundamentową dla ściany obniżonej w rejonie kolejnego etapu budowy;
– rozparte pomiędzy oczepem ściany szczelinowej a uprzednio wykonanym stropem -1.
Rys. 1 Rzut ścian szczelinowych z lokalizacją systemu rozparcia
Zastosowanie rozparcia przy wykorzystaniu wykonanej w późniejszym czasie konstrukcji, takiej jak płyta fundamentowa czy strop, wymaga pozostawienia odpowiedniej wielkości skarpy ziemnej przy ścianie. Ciężar skarpy musi zapewnić podparcie ściany i ograniczyć jej przemieszczenia do dopuszczalnych w danym przekroju. Z uwagi na problemy na sąsiedniej budowie, pewne obawy budziło wykonanie skarp w gruntach organicznych i słabonośnych. Z jednej strony wymiary skarpy musiałyby być odpowiednio duże w związku z małym ciężarem tego typu gruntów, a z drugiej strony bardzo ważnym zadaniem na budowie było zapewnienie stateczności skarpy Z uwagi na wpływ warunków atmosferycznych i wrażliwość występujących gruntów na wodę, wykonawca był zobligowany do zabezpieczenia skarp powierzchniowo w celu ograniczenia ich rozmywania. Brak przestrzegania tego warunku groził zmniejszeniem odporu dla ściany szczelinowej i, co za tym idzie, jej zwiększonym przemieszczeniem, powstaniem rys, a nawet w sytuacji całkowitej utraty stateczności przez skarpę – złamaniem ściany Obliczenia pojedynczych ścian jako ścian oporowych wykonano w specjalistycznym oprogramowaniu do obliczania tego typu zagadnień Paroi 2009 (własność Soletanche Polska) oraz GEO5. Programy PAROI 85 i Paroi 2009, opracowane przez przedsiębiorstwo SIF-BACHY, modelują grunt jako półprzestrzeń, której zachowanie określone jest warunkami Winklera. Każda z następujących po sobie faz obliczeniowych bierze pod uwagę jako stan początkowy stan odkształceń i naprężeń z fazy poprzedniej. Wykonano także obliczenia statyczne dla poszczególnych przekrojów obliczeniowych przy użyciu geotechnicznego programu GEO5 Ściana analiza. Program ten służy do analizy obudów głębokich wykopów [ścian kotwionych, rozpieranych i wspornikowych) z zastosowaniem metody parć zależnych. W metodzie tej wartość poziomego odporu sprężystego gruntu w rozpatrywanym punkcie jest wprost proporcjonalna do poziomych przemieszczeń ściany w tym punkcie. Obecne rozwiązanie wykorzystuje metodę elementów skończonych (MES), dzięki czemu możliwe jest dokładne modelowanie zachowania konstrukcji w kolejnych fazach budowy, wyznaczenie przemieszczeń i sił wewnętrznych w ścianie oraz w elementach rozparcia.
Rys. 2 Typowy przekrój obliczeniowy
Z uwagi na skomplikowane warunki geotechniczne zalecono wykonanie pomiarów geodezyjnych przemieszczeń ściany szczelinowej w dwóch poziomach. Na podstawie analizy obliczeniowej określono wartości progowe przemieszczeń. W przypadku osiągnięcia progu wartości ostrzegawczych zobligowano kierownika budowy do poinformowania projektanta ścian szczelinowych i inspektora nadzoru inwestorskiego oraz zwiększenia częstotliwości pomiarów. W przypadku osiągnięcia progu wartości alarmowych należało niezwłocznie poinformować projektanta ścian szczelinowych i inspektora nadzoru inwestorskiego, zwiększyć częstotliwość pomiarów do 2 dziennie oraz przedsięwziąć dodatkowe środki zabezpieczające stateczność ściany, np. montaż dodatkowego systemu rozparcia ściany szczelinowej w miejscu zwiększonych przemieszczeń.
Poza dwoma reperami geodezyjnymi pomiary wykazały przemieszczenia poniżej poziomu zawiadomienia. Dwa punkty nieznacznie przekroczyły poziom ostrzegawczy, co było wynikiem ustawienia pompy do betonowania i usytuowania drogi technologicznej dla betonowozów w innym miejscu, niż pierwotnie zakładał projekt, przekraczając założone obciążenie naziomu.
Pomimo dużego skomplikowania prac, związanego z kilkoma typami rozparcia i koniecznością koordynacji z robotami ziemnymi oraz pracami związanymi ze wzmocnieniem gruntu pod płytą fundamentową, projekt został zrealizowany bez przeszkód. Wykorzystywanie działek o coraz trudniejszych warunkach geotechnicznych jest możliwe i coraz bardziej atrakcyjne ekonomicznie dzięki stosowaniu zaawansowanych technologii oraz doświadczenia firm specjalistycznych.
mgr inż. Urszula Tomczak
mgr inż. Michał Zorzycki
Soletanche Polska sp. z o.o.
ul. Jana Kochanowskiego 49A
01-864 Warszawa
tel. (+48 22) 639 74 11
