Modernizacja śluzy na stopniu wodnym Januszkowice – betonowanie obiektów

Śluza Januszkowice. Fot. archiwum autorów

Śluza wodna to rodzaj budowli hydrotechnicznej (rys. 1) wznoszonej na kanałach żeglownych, rzekach (jako fragment jazu) oraz pomiędzy jeziorami, realizowanej w celu umożliwienia podczas żeglugi pokonywania różnic poziomu wody przez jednostki pływające. Idea działania śluzy polega na tym, że jednostka pływająca wpływa do komory przez jedną przegrodę otwartą, przy drugiej przegrodzie zamkniętej. Po wyrównaniu się poziomów w komorze i kanale wylotowym otwarte zostają wrota i jednostka wypływa z komory [1].

Rys. 1. Schemat typowego stopnia wodnego [4]

Rys. 2. Śluza Januszkowice. Przekrój poprzeczny przez komorę śluzy pociągowej (rysunek archiwalny) [6]

Rys. 3. Śluza Januszkowice. Przekrój poprzeczny przez głowę dolną śluzy pociągowej (rysunek archiwalny) [6]

Rys. 4. Śluza Januszkowice. Przekrój poprzeczny przez głowę górną śluzy pociągowej (rysunek archiwalny) [6]

Program Rozwoju Odrzańskiej Drogi Wodnej dostosowujący rzekę do IV klasy żeglowności opracowany został w Ministerstwie Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej. Jednym z wariantów rozwoju, ostatecznie wybranym do realizacji, jest zmiana poziomu piętrzenia wody na śluzie w Januszkowicach [2]. Zakres przedsięwzięcia pozwoli na zapewnienie ciągłości żeglugi śródlądowej na Odrzańskiej Drodze Wodnej. Planowana inwestycja dodatkowo polepszy warunki korzystania z wód i przeprowadzania wód powodziowych, a wraz z wykonaniem opaski brzegowej poprawi bezpieczeństwo powodziowe obszaru w kontekście rozwoju rolnictwa [3].

Stopień wodny w Januszkowicach jest jednym z 16 stopni piętrzących na odcinku Odry skanalizowanej, rozpoczynającej się w Kędzierzynie-Koźlu na początku górnego kanału żeglugowego śluzy Koźle, a kończącej się na śluzie w Brzegu. Długość Odry skanalizowanej na terenie województwa opolskiego wynosi 111 km. Łącznie na Odrze i Kanale Gliwickim położone są 23 śluzy mające po 2 równoległe komory, zaś w Polsce obecnie znajduje się 109 czynnych śluz [1, 4].

Śluza pociągowa na stopniu wodnym Januszkowice została oddana do eksploatacji w 1911 r. Jej budowę rozpoczęto w 1891 r. w ramach prac związanych z regulacją rzeki Odry. Jest to jednokomorowa śluza, zamykana wrotami wspornymi umieszczonymi w górnej i dolnej głowie. Długość użytkowa śluzy wynosi 187,03 m, szerokość użytkowa – 9,60 m. Napełnianie i opróżnianie śluzy odbywa się przez kanały obiegowe zamykane zasuwami rolkowymi. Przekrój poprzeczny komory ma kształt trapezowy (rys. 2–4).

Komora (rys. 2) posadowiona jest na odcinku 58,40 m na fundamencie betonowym o wysokości 1,00 m, natomiast na pozostałym odcinku (120,10 m) na fundamencie betonowym o wysokości 0,50 m. Od strony prawego peronu znajduje się pionowa ściana betonowa olicowana cegłą klinkierową, która ma żelbetowe zwieńczenie korony ze stalowym okuciem na krawędzi.

Głowa dolna konstrukcji (rys. 3) posadowiona jest na masywnej płycie betonowej wysokości 2,00 m. W latach 1991–1993 wykonano remont głowy dolnej, podwyższając jej koronę.

Głowa górna konstrukcji (rys. 4) posadowiona jest na masywnej płycie betonowej, a narożniki wzmocnione są ciosami granitowymi. Lewa strona korony oraz jej ściana pionowa od strony peronu pokryte są betonem.

>>> Śluza Przegalina po modernizacji

>>> Specjalistyczne uszczelnienia budowli hydrotechnicznych – przykłady realizacji

>>> Restauracja na wodzie w Giżycku – relacja z budowy

>>> Stopień wodny Krapkowice – modernizacja śluzy i sterowni

Śluza Januszkowice – opis inwestycji

Okresowe kontrole stanu technicznego obiektów w Januszkowicach, w tym śluzy pociągowej i śluzy małej na stopniu wodnym, wykazały, że są one w średnim stanie technicznym i estetycznym, stwierdzono stopniowe postępowanie degradacji infrastruktury, a w niektórych przypadkach uznano, że stan elementów stwarza zagrożenie [3]. Na zlecenie inwestora, tj. Państwowego Gospodarstwa Wodnego Wody Polskie, Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Gliwicach, firma PBW INŻYNIERIA Sp. z o.o. podjęła się opracowania dokumentacji projektowej. Zakończenie prac koncepcyjno-projektowych nastąpiło w 2020 r. W 2021 r. generalny wykonawca – PORR S.A. przejął teren budowy i przystąpił do realizacji inwestycji [5].

Inwestycja obejmuje przedsięwzięcie budowlane (hydrotechniczne) na stopniu wodnym w km 105,600 rzeki Odry, wykonywane w ramach projektu pn. „Modernizacja śluzy oraz sterowni na stopniu wodnym Januszkowice wraz z przebudową awanportów”. Przedmiotem tego projektu są śluzy wraz z infrastrukturą i obiektami towarzyszącymi na stopniu wodnym Januszkowice (fot. 1) w powiecie kędzierzyńsko-kozielskim i częściowo w powiecie krapkowickim w województwie opolskim [6, 7].

Fot. 1. Śluza Januszkowice. Wrota i sterownia śluzy od strony wody górnej. Fot. Salbert/RZGW Gliwice [5]

Zakres inwestycji obejmuje przebudowę komory pociągowej z zachowaniem dotychczasowych parametrów oraz komory małej poprzez jej częściową rozbiórkę i budowę w jej miejscu komory o długości użytkowej 190 m i szerokości użytkowej 12 m, wraz z infrastrukturą oraz obiektami towarzyszącymi, tj. z wyposażeniem technicznym, mechanicznym i hydraulicznym, w tym awanportu górnego i dolnego, a także relokację i budowę nowej sterowni, placu do składowania zamknięć remontowych, miejsca postojowego dla dużych jednostek pływających oczekujących na śluzowanie, kładki technologicznej, budynku socjalno-magazynowego, zbiornika bezodpływowego, drogi dojazdowej, sieci uzbrojenia technicznego. Planowany do realizacji zakres przedsięwzięcia pozwoli na zapewnienie ciągłości żeglugi śródlądowej na Odrzańskiej Drodze Wodnej w przypadku ewentualnej awarii którejkolwiek ze śluz na stopniu wodnym Januszkowice. Ponadto inwestycja wpłynie na polepszenie walorów estetycznych oraz poprawę stanu technicznego obiektów [3, 5, 7].

W ramach przedsięwzięcia wyodrębniono 3 zadania [7]:

• główne pn. „Przebudowa śluz wraz z infrastrukturą i obiektami towarzyszącymi na stopniu wodnym Januszkowice”;
• 1A pn. „Regulacja prawego brzegu rzeki Odry poniżej jazu i wylotu z MEW na stopniu wodnym Januszkowice i przebudowa tamy rozdzielczej od wody dolnej, w celu poprawy warunków korzystania z wód i przeprowadzania wód powodziowych, wraz z wykonaniem opaski brzegowej”;
• 1B pn. „Budowa kładki od jazu do lewego brzegu oraz budowa placu składowego na zamknięcia remontowe na stopniu wodnym Januszkowice”.

Całkowita wartość przedsięwzięcia wynosi 171,52 mln zł, a projekt uzyskał dofinansowanie z Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko 2014–2020. Rozpoczęcie inwestycji miało miejsce w styczniu 2021 r., przy czym prace monolityczne rozpoczęły się w styczniu 2022 r. (rozpoczęcie dostaw betonu przez Górażdże Beton Sp. z o.o.). Zakończenie robót zaplanowano na IV kwartał 2023 r.

Betonowanie obiektów hydrotechnicznych

Zasadnicze konstrukcje śluz wykonane są z betonu z elementami stalowymi (wyposażenie, wrota śluzy), a ich forma wynika ściśle z założonej funkcjonalności. Obiekty mają charakter hydrotechniczny. Charakterystyczną cechą wszystkich projektowanych konstrukcji hydrotechnicznych jest ich zagłębienie w gruncie, względnie pod wodą, wskutek czego widoczne są głównie ich górne powierzchnie, górne fragmenty ścian bocznych śluzy od strony wody i powierzchnie swobodne [6].

Definicja „betonu hydrotechnicznego” nie jest podana w dokumentach normalizacyjnych, w literaturze zaś funkcjonuje wiele definicji o różnym stopniu złożoności. W opracowaniu [8] beton hydrotechniczny zdefiniowano jako „beton specjalny przeznaczony do wykonywania konstrukcji i elementów betonowych oraz żelbetowych związanych z gospodarką wodną i narażonych, co najmniej jednostronnie, na stałe lub okresowe obciążenie wodą stojącą lub płynącą, o projektowanym okresie trwałości przekraczającym 50 lat przy jednoczesnej całkowitej lub częściowej ekspozycji na czynniki zewnętrzne, takie jak: ciśnienie wody, naprzemienne zamarzanie–rozmarzanie, ścieranie lub kawitacja oraz obciążenia chemiczne”, co w sposób syntetyczny uwzględnia jego przeznaczanie i właściwości. Ponadto autorzy [8, 9] wskazują, że w większości przypadków beton hydrotechniczny to beton masywny, wymagający zastosowania cementu o niskim cieple hydratacji, a także kruszyw grubszych frakcji niż stosowane tradycyjnie w betonie zwykłym. Zaznaczyć należy, że beton hydrotechniczny wyróżnia się przede wszystkim ciągłym kontaktem ze środowiskiem wodnym, stąd wymagana jest jego wysoka wodoszczelność [9].

>>> Domieszki do betonów podwodnych

>>> Osuwiska – zagrożenie dla budowli hydrotechnicznych

>>> Beton hydrotechniczny – projektowanie i wykonawstwo

>>> Budowle hydrotechniczne – kontrola uszczelnień

Zdefiniowane powyżej założenia znalazły odzwierciedlenie w Szczegółowej Specyfikacji Technicznej Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych dla Branży Hydrotechnicznej i Konstrukcyjno-Budowlanej, SST-01-H [10], która podaje następujące wymagania dla betonu w obiektach hydrotechnicznych:

• beton projektowy według PN-EN 206:2014;
• trwałość konstrukcji do 100 lat;
• klasa betonu C30/37 według PN-EN 206+A1:2016-12 po 90 dniach dojrzewania;
• klasa ekspozycji XC4, XF3, XM2 według PN-EN 206+A1:2016-12;
• wymagania szczegółowe:

– temperatura betonu nie powinna być niższa niż +5^oC;

– maksymalny wskaźnik woda/cement lub woda/spoiwo wynosi 0,50 (dopuszcza się stosowanie dodatków typu II – popiołu lotnego zgodnie z PN-EN 450-1:2012 klasy A);

– głębokość penetracji wody pod ciśnieniem mniejsza niż 30 mm według PN-EN 12390-8/deklarowany stopień wodoszczelności W;

– minimalna ilość cementu to 320 kg/m³, należy stosować cement hutniczy, CEM III/A 32,5N-LH/HSR/NA o cieple hydratacji w warunkach izotermicznych w temperaturze 20^oC, Q7 ≤ 260 J/g lub inny, o niskim cieple hydratacji (LH);

– klasa konsystencji S3/S4, według PN-EN 206+A1:2016-12;

– napowietrzenie betonu, zawartość powietrza zgodna z wymaganiami Załącznika F do PN-EN 206+A1:2016-12, nie mniej niż 4,5%;

– stopień mrozoodporności betonu po 90 dniach dojrzewania dla elementów narażonych na działanie wody oraz cykliczne zamrażanie i rozmrażanie powinien wynosić F200.

Do wykonania betonów należy stosować kruszywa naturalne pochodzenia mineralnego, które poddane są tylko obróbce mechanicznej, a ich właściwości spełniają wymagania określone w normie PN-EN 12620 oraz dodatkowo wyspecyfikowano wymagania dla kruszyw zgodne z WWIORB M-13.01.00 Beton Konstrukcyjny w Drogowych Obiektach Inżynierskich.

Fot. 2. Betonowanie elementów śluzy Januszkowice, 2022 r. Fot. archiwum autorów

Obliczona na podstawie projektu budowlanego [6] przewidywana ilość betonu wynosi 23 000 m³. Łącznie wykonanych zostało 16 płyt dennych o objętości 700–800 m³ każda, etap prac realizowano w okresie 21.03–13.09.2022 r. Betonowanie płyt prowadzono w sposób ciągły. Mieszanka dostarczana była mieszalnikami samochodowymi z wytwórni zlokalizowanej w odległości ok. 30 km, na miejscu zabudowy podawana była pompami, a następnie zagęszczana metodą wibrowania wgłębnego (fot. 2). W pierwszym kwartale 2023 r. w analogicznej technologii (do podawania mieszanki betonowej w wybranych miejscach stosowano również kosze zasypowe) realizowano etap betonowania ścian śluz. Pojedyncza ściana, zależnie od umiejscowienia w konstrukcji, miała objętość 60–200 m³.

Fot. 3. Śluza Januszkowice. Stan realizacji inwestycji, kwiecień 2023 r. Fot. archiwum autorów

W połowie kwietnia 2023 r. odbyły się odbiory wykonanych konstrukcji żelbetowych (fot. 3) oraz wizja poprzedzająca próbę szczelności komory śluzy. Na początku maja komora śluzy została napełniona wodą, próbnie zwodowano barki. Pozostałe, towarzyszące prace monolityczne, w tym wykonanie nawierzchni betonowej o objętości 1800 m³, mają zakończyć się do grudnia 2023 r.

Tab. 1. Receptura betonu – skład laboratoryjny mieszanki betonowej na 1 m³

Na zlecenie Górażdże Beton Sp. z o.o., głównego dostawcy betonu na potrzeby przedmiotowej inwestycji, zespół Centrum Technologicznego Betotech Sp. z o.o. opra- cował recepturę betonu (tab. 1).

>>> Technologia betonów o podwyższonej szczelności

>>> Beton hydrotechniczny – projektowanie i wykonawstwo

>>> Domieszki chemiczne do betonów

Rys. 5. Wytrzymałość na ściskanie betonu w MPa

Tab. 2. Mrozoodporność betonu

Tab. 3. Wodoszczelność betonu

Realizowane dostawy mieszanki betonowej podlegały kontroli w zakresie konsystencji i zawartości powietrza bezpośrednio po wymieszaniu w wytwórni oraz przed zabudową na placu budowy. Dodatkowo, zgodnie z systemem ZKP oraz wymaganiami opisanymi w specyfikacji technicznej [10], dla odpowiednich objętości wyprodukowanego i dostarczonego betonu pobierano próbki mieszanki do badań wytrzymałości na ściskanie oraz mrozoodporności i wodoszczelności. Wyniki (wartości średnie wyników uzyskanych w okresie betonowania płyt dennych śluzy w terminie marzec–wrzesień 2022 r.) pokazano na rys. 5 oraz w tab. 2 i 3. Rys. 5 przedstawia zestawienie wyników oznaczenia wytrzymałości na ściskanie po 7, 28, 56 i 90 dniach, zgodnie z normą PN-EN 12390-3 Badania betonu – Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań. Wyniki zestawione w tab. 2 i 3 dotyczą oznaczenia cech trwałościowych betonu, tj. odpowiednio w tab. 2 – mrozoodporności, zgodnie z PN-B-06265 Beton – Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność – Krajowe uzupełnienie PN-EN 206+A2:2021-08, załącznik N, oraz w tab. 3 – wodoszczelności, zgodnie z normą PN-B 06250:1988 Beton zwykły, w czasie równoważnym, po 90 dniach dojrzewania. Dodatkowo wykonano oznaczenie głębokości penetracji wody pod ciśnieniem według PN-EN 12390-8 Badania betonu – Część 8: Głębokość penetracji wody pod ciśnieniem, którego wyniki uzupełniająco podano w tab. 3. Gęstość betonu stwardniałego, będąca parametrem kontrolnym, przy oznaczeniu wytrzymałości na ściskanie wyniosła średnio 2491,67 kg/m³.

Podsumowanie

Realizacja projektu modernizacji śluzy na stopniu wodnym w Januszkowicach jest w fazie końcowej. Kluczowe elementy konstrukcyjne zostały zmodernizowane i do końca 2023 roku planowane jest zakończenie inwestycji. Dotychczasowa realizacja przebiegała zgodnie z harmonogramem, bez nieoczekiwanych przestojów, pomimo że betonowania masywnych płyt dennych wykonywano w większości w okresie podwyższonych temperatur (marzec–wrzesień 2022 r.). Odpowiednio dobrany skład mieszanki betonowej oraz prawidłowo prowadzony proces zabudowy i pielęgnacji betonu w konstrukcji umożliwiły osiągnięcie założonych właściwości betonu. Prowadzona bieżąca kontrola właściwości mieszanki betonowej i betonu stwardniałego wykazała, że beton osiągnął projektowaną klasę wytrzymałości oraz założony poziom trwałości (mrozoodporność F200 i wodoszczelność W8).

dr inż. Katarzyna Synowiec
nr ORCID: 0000-0002-8355-808X

dr inż. Michał Tałaj
nr ORCID: 0000-0002-2101-0983

dr inż. Artur Golda

mgr inż. Marcin Saferna

Artykuł opracowano na podstawie referatu, który zostanie wygłoszony na XX Międzynarodowej Konferencji Technicznej Kontroli Zapór „Bezpieczeństwo obiektów hydrotechnicznych”.

Literatura

1. pl.wikipedia.org/wiki/%C5%9Aluza_wodna (dostęp: 20.04.2023 r.).
2. www.gov.pl/web/infrastruktura/program-rozwoju-odra02 (dostęp: 20.04.2023 r.).
3. mapadotacji.gov.pl/projekty/1225786/ (dostęp:20.04.2023 r.).
4. Urząd Marszałkowski Województwa Opolskiego, Szklakiem Odry, ISBN 978-83-65642-09-7, Studio 4 Andrzej Nowak, Opole 2019.
5. W. Kwinta, Wkrótce modernizacja śluzy na stopniu wodnym Januszkowice, inzynieria.com (dostęp: 20.04.2023 r.).
6. PBW INŻYNIERIA Sp. z o.o., Projekt budowlany dla przebudowy śluz wraz z infrastrukturą i obiektami towarzyszącymi na stopniu wodnym Januszkowice, Wrocław 2020.
7. PBW INŻYNIERIA Sp. z o.o., Specyfikacja Techniczna Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych ST-00 Wymagania Ogólne, Wrocław 2019.
8. W. Jawański, M. Wiśniewski, Projektowanie i wykonawstwo betonu hydrotechnicznego w Polsce – obecne tendencje i ich wpływ na trwałość betonu [w:] Monitoring i Bezpieczeństwo Budowli Hydrotechnicznych, Wyd. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Państwowy Instytut Badawczy, s. 291–303, Warszawa 2019.
9. Z. Kledyński, Betony hydrotechniczne, „Budownictwo Technologie Architektura” 3(35)/2006, s. 36–38.
10. PBW INŻYNIERIA Sp. z o.o., Szczegółowa Specyfikacja Techniczna Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych dla Branży Hydrotechnicznej i Konstrukcyjno-Budowlanej, SST-01-H, Wrocław 2019.