Zmiana przeznaczenia działki – plan B – TRENCHMIX

Proces zmiany wiąże się często z dodatkowymi kosztami, wydłużonym czasem na projektowanie czy wykonawstwo. Naszym zadaniem jako wykonawców jest optymalizacja przez zastosowane rozwiązania, które ma na celu maksymalne skrócenie czasu samej realizacji z jednoczesnym zachowaniem jakości. Przykładem może być działka, która została odsprzedana po wykonaniu fundamentowania specjalistycznego pod zaprojektowaną inwestycję. Nowy właściciel postanowił zmienić jej przeznaczenie z obiektu biurowego na mieszkaniowy. Jakie wyzwania stoją przed firmą geotechniczną w tak nietypowym scenariuszu?

Niespodzianki to chleb powszedni geotechników

Prace geotechniczne wykonywane są zazwyczaj na samym początku procesu budowlanego, kiedy pewne założenia dotyczące obiektu mogą ulec zmianie. Często w czasie projektowania fundamentów pośrednich czy wzmocnienia gruntu okazuje się, że zwiększeniu uległy obciążenia na przykład w związku ze zmianą przyszłego najemcy lokalu. W tym przypadku sytuacja jest komfortowa, ponieważ wystarczy zmodyfikować projekt i, co za tym idzie, zmienić wycenę prac firmy geotechnicznej. W dużo trudniejszej sytuacji znajdujemy się, jeśli zmiany następują w czasie wykonywania prac i w tym wypadku często wiążą się z doprojektowaniem dodatkowych elementów pomiędzy już wykonanymi, na przykład dogęszczenie pali lub kolumn. Na etapie projektowym wystarczające byłoby może zwiększenie średnicy lub długości, co pociągnęłoby za sobą dodatkowe elementy. Jednak w najgorszej sytuacji znajdujemy się, gdy prace geotechniczne zostały już zakończone, a projekt ulega zmianie czasem wręcz diametralnej. Taka sytuacja miała miejsce w 2017 roku, kiedy to na działce przeznaczonej wcześniej na inny obiekt nowy inwestor postanowił wybudować osiedle mieszkaniowe. Aby zrozumieć wyzwania, jakie czekały na firmę geotechniczną podczas tej realizacji, cofnijmy się do roku 2007.

Powrót do przeszłości

W tym roku w ramach wykonywania dokumentacji geologiczno-inżynierskiej wywiercono 3 otwory badawcze do maksymalnie 38 m oraz pogłębiono 8 otworów archiwalnych do głębokości 18–38 m. Zostały także wykorzystane archiwalne sondowania sondą SL. Na podstawie aktualnych i archiwalnych danych stwierdzono występowanie w warstwie przypowierzchniowej gruntów organicznych o niewielkiej miąższości maksymalnie 1,0 m. Poniżej zlokalizowane są utwory niespoiste w postaci rzecznych piasków średnich i grubych o stopniu zagęszczenia ID = 0,5. Kolejno występują głębiej od 1,90 do 7,0 m zastoiskowe grunty spoiste, takie jak gliny, gliny pylaste, pyły i piaski gliniaste (IL od 0,2 do 0,4) z namułami. Przykrywają one strop piasków średnich, grubych i drobnych, lokalnie pospółek o zmiennym stopniu zagęszczenia wzrastającym z głębokością od 0,4 do 0,75. Kolejna warstwa na głębokości od 15,5 do 32,5 m jest nieciągła i składa się z morenowych glin piaszczystych i piasków gliniastych  twardoplastycznych i półzwartych. Poniżej nawiercono strop gruntów trzeciorzędowych wykształconych w postaci glin pylastych i pyłów twardoplastycznych oraz półzwartych, nieprzewierconych do głębokości rozpoznania, czyli maksymalnie 38 m.

Rys. 1 Przykładowy przekrój geologiczny

Wodę gruntową nawiercono dosyć wysoko na głębokości 3,0–3,2 m poniżej powierzchni terenu. Przewarstwienia gruntów spoistych napinały zwierciadło wody, które stabilizuje się w każdym przypadku na poziomie swobodnego zwierciadła. Ze względu na głębokość wykopu należy obniżyć zwierciadło wody wewnątrz ścian o od 12,5 do 13 m. Dopływ wody do wykopu został ograniczony poprzez zagłębienie spodu ścian szczelinowych min. 1 m w warstwie słaboprzepuszczalnych glin i iłów.

Rok później na podstawie badań geologicznych zostały zaprojektowane, a następnie wykonane przez Soletanche Polska ściany szczelinowe o grubości 80 cm i głębokości od około 24 do 37,2 m. Zabezpieczały one wykop pod trzy nietypowe wysokie kondygnacje podziemne, co dawało w sumie rzędną spodu wykopu 15,45 m. Jako rozparcie zastosowano pierścienie z 2 stropów rozporowych podpartych na 96 słupach tymczasowych HEB360 opartych w baretach, o wymiarach 2,8 x 0,6 m i długości 3,5 m. Obiekt został przystosowany do wykorzystania na studia telewizyjne. Po wykonaniu prac fundamentowych budowa została wstrzymana, a działka sprzedana.

9 lat później – zmiana poziomu posadowienia z –15,45 na –4,0 m

Prace po raz kolejny zostały rozpoczęte dopiero w 2017 roku. Nowy właściciel całkowicie zmienił projekt zarówno nadziemnej, jak i podziemnej części obiektu, a także jego przeznaczenie. Obecnie jest to budynek mieszkalny z usługami, mający 4–5 kondygnacji nadziemnych oraz tylko jedną kondygnacją podziemną. Zmiana poziomu posadowienia z –15,45 na –4,0 m spowodowała lokalizacje spodu płyty fundamentowej w zupełnie innych warunkach gruntowych. Grunt wewnątrz wykopu otoczony ścianami szczelinowymi, znacząco utrudniającymi przepływ wody gruntowej, spowodował duże zmiany w przypowierzchniowych warstwach gruntu. Dodatkowo wykonanie 96 baret z poziomem wierzchu na –15,45 m znacząco rozluźniło grunt. Spowodowało to niemożliwość posadowienia bezpośredniego płyty fundamentowej. W tym przypadku niezbędne było wzmocnienie podłoża do określonej rzędnej. W celu określenia poziomu występowania piasków średnio zagęszczonych oraz zagęszczonych wykonano dodatkowe sondowania CPT pozwalające na wrysowanie warstwic stropu poszczególnych gruntów.

Zadanie projektowo-wykonawcze dla Soletanche Polska – wzmocnienie podłoża

Wzmocnienie podłoża było wykonane w technologii TRENCHMIX^®. Założono, że panele z cementogruntu będą przekazywały obciążenie z płyty fundamentowej na grunty niżej zalegające – piaski średnio-zagęszczone oraz zagęszczone. Panele miały szerokość około 40 cm oraz rozstaw około 3,2 m.

Rys. 2 Porównanie przekrojów z obu projektów

Fazowanie robót

• Przygotowanie terenu (usunięcie przeszkód, wykarczowanie krzewów, itp.).
• Usunięcie humusu na odpowiednią głębokość zgodnie z lokalnymi warunkami.
• Wykonanie warstwy platformy roboczej.
• Wykonanie paneli TrenchMix.
• Przygotowanie korony paneli TrenchMix.
• Roboty zasadnicze związane z konstrukcją płyty fundamentowej (betonowanie płyty po czasie minimum 7 dni od wykonania paneli).

Rys. 3 Rzut paneli Trenchmix^® z warstwicami stropu utworów nośnych

Wyzwania

• Zmiana funkcji przeznaczenia budynku.
• Zmiana sposobu posadowienia.
• Konieczność dostosowania paneli liniowych do nieregularnego kształtu działki.
• Ominięcie kolizji wykonanych baret oraz słupów tymczasowych.
• Wykonanie robót z obniżonej platformy roboczej.

Zalety technologii

• Wysokie tempo produkcji.
• Układ paneli lepiej współpracuje przy posadowieniu płyty.
• Homogenizacja gruntobetonu na całej wysokości profilu.
• Brak wstrząsów.
• Brak rozpychania gruntu.
• Możliwość sprowadzenia maszyny 4 m poniżej istniejącego poziomu terenu.
• Brak urobku, co znacznie obniża koszty realizacyjne.
• Niemal natychmiastowa możliwość wprowadzenia kolejnej fazy robót (minimum 7 dni po wykonaniu paneli). Sprawne następowanie po sobie kolejnych faz budowy. Możliwość symultanicznej pracy z generalnym wykonawcą.

Wybór technologii podyktował czas realizacji oraz ograniczony budżet inwestora

Wybór technologii był podyktowany koniecznością szybkiego fazowania prac oraz oddania placu budowy nowemu inwestorowi. Ze względu na istniejące głębokie fundamentowanie, jakie pozostało po poprzednim projekcie. zdecydowano, że panele TRENCHMIX^® będą najlepszą technologią, która nie tylko zapewni bezpieczne, a co za tym idzie równomierne rozłożenie obciążeń przyszłej konstrukcji, ale również pozwoli na szybkie i atrakcyjne budżetowo wykonanie prac. Dzięki temu, że jest to technologia liniowa, najwięcej pracy zajęło odpowiednie zaprojektowanie i zaplanowanie realizacji. Dodatkowym wyzwaniem, ale również przewagą konkurencyjną w procesie przetargowym był fakt, że jako wykonawca głębokiego fundamentowania dla poprzedniego właściciela projektanci mieli bardzo dobre rozpoznanie gruntu. To pozwoliło na skuteczne zaprojektowanie paneli w taki sposób, aby ominęły wykonane przy okazji poprzedniej realizacji barety oraz słupy tymczasowe. Sama faza realizacyjna przebiegała dzięki temu sprawnie. Dodatkowo na korzyść wykonawcy działał fakt, że jest to technologia bezurobkowa. Wywożenie urobku to dość znaczący koszt w kosztorysie prac wykonawczych. Dzięki temu udało się zaoszczędzić czas i koszt, jaki trzeba byłoby poświęcić na to zadanie.

TRENCHMIX^® odpowiedzią na potrzeby klienta

Projektanci geotechniczni oraz wykonawcy specjalistycznych prac geotechnicznych stają coraz częściej przed trudniejszymi zadaniami nie tylko wykorzystania na cele budowlane działek o trudnej, skomplikowanej geologii i złożonych warunkach wodnych, ale także elastycznego dopasowania się do zmian projektu. W tym przypadku warto zastosować technologie pozwalające na wiele zastosowań i dające duże możliwości projektowe. TRENCHMIX^® możemy zastosować jako zabezpieczenie wykopu przed dopływem wody gruntowej, ściankę oporową z dodatkowym zbrojeniem, a także wzmocnienie gruntu pozwalające na przeniesienie znacznych sił z konstrukcji budynku na nośne, głębiej położone podłoże.

TRENCHMIX^® okiem projektanta

Technologia polega na zniszczeniu istniejącej struktury gruntu za pomocą frezów skrawająco-mieszających, przytwierdzonych do łańcucha poruszającego się wzdłuż miecza trenchera, i jednoczesnym mieszaniu go ze spoiwem hydraulicznym podawanym w formie zawiesiny. Znaczna moc silników hydraulicznych trenchera oraz wysoka prędkość przesuwu łańcucha (powyżej 4,0 m/s) zapewniają bardzo dobre wymieszanie gruntu ze spoiwem, prowadząc do całkowitej unifikacji w profilu pionowym. W wyniku tego procesu powstaje jednorodny w całym profilu panel z cementogruntu o zmodyfikowanych, w zamierzony i kontrolowany sposób, parametrach wytrzymałościowych i filtracyjnych.

Ideą zastosowania paneli TRENCHMIX^® jest stworzenie w ramach rodzimego ośrodka gruntowego paneli z cementogruntu o zwiększonych parametrach wytrzymałościowych i odkształceniowych, które pozawalają uzyskać redukcję osiadań całkowitych jak i różnicujących, czy zwiększenie nośności ośrodka gruntowego, jak również ukierunkowanie i ograniczenie filtracji.

Jakość wykonanego panelu i uzyskanie jego wysokich parametrów zapewnione są przez dostosowanie prędkości mieszania, ilości podawanego spoiwa jak i jego specjalnie dobieranych ilościowo i jakościowo komponentów, oraz prędkości poruszania się maszyny w stosunku do warunków gruntowych. Spoiwami hydraulicznymi stosowanymi w technologii TRENCHMIX^® są: cement lub gotowe mieszanki na bazie cementu, bentonitu, popiołów lub żużli oraz dodatków i domieszek (plastyfikatorów i opóźniaczy).

Monitoring. Sam proces produkcji wspomagany jest komputerowo, rejestrując w czasie rzeczywistym m.in. takie parametry, jak prędkość przemieszczania się trenchera, prędkość obrotu łańcucha, ilość tłoczonego zaczynu, opory na głowicach hydraulicznych, głębokość panelu.

Projektowanie. Niewątpliwą zaletą wzmocnienia gruntu z pomocą technologii TRENCHMIX^® jest m.in. ciągła struktura o stosunkowo małej zmienności parametrów fizycznych, korzystny charakter pracy w aspekcie przenoszenia obciążeń poziomych, ograniczenie miejsc koncentracji naprężeń w podstawie paneli oraz w warstwie transmisyjnej, łatwość projektowania z użyciem MES na modelu analizy 2D zamiast 3D.

TRENCHMIX^® – jedna technologia multirozwiązań

Ze względu na liniowy charakter robót oraz prędkość wykonywania technologia ta jest optymalnym rozwiązaniem w przypadku: wzmacniania podłoża gruntowego pod wielkopowierzchniowymi obiektami handlowymi czy przemysłowymi. Może być stosowana również jako posadowienie fundamentów liniowych, wzmocnienie liniowych obiektów komunikacyjnych (linie kolejowe, nasypy drogowe itp.). Ze względu na wysokie właściwości przeciwfiltracyjne świetnie sprawdza się jako przesłona na wałach przeciwpowodziowych. Można zastosować panele TRENCHMIX^® również jako tymczasowa obudowa wykopu w realizacjach kubaturowych.

Uważam, że warto rozważyć zastosowanie technologii TRENCHMIX^®, jeśli podstawowym kryterium jest szybkie wykonanie prac, a warunki gruntowe oraz założenia projektowe konstrukcji naziemnej pozwalają na takie rozwiązanie. Świetnie sprawdzi się też w kwestii optymalizacji kosztów. Jej zastosowanie jest bardzo szerokie. W przypadku realizacji kubaturowych warunkiem jest zapewnienie dużego frontu robót oraz nieograniczonego dostępu w kontekście istniejącej zabudowy. Nie jest to dobre rozwiązanie, jeśli plac budowy znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie innych budynków.
W przypadku wzmacniania podłoża metoda jest już opłacalna przy długości pojedynczych paneli ok. 60–80 mb, czego przykładem może być realizacja posadowienia płyty fundamentowej podziemia budynków mieszkalnych w opisywanym wyżej studium przypadku budynku mieszkalnego przy ul. Augustówka w Warszawie. Pod względem zabezpieczenia średniej głębokości wykopów z jednoczesnym odcięciem wody, zastosowanie zbrojonej przesłony TRENCHMIX^® jest już niemal bezkonkurencyjne. Obecnie optymalizacja kosztów jest jedną z głównych potrzeb inwestora, a zastosowanie opisanej w tym artykule technologii pozwala na uzyskanie znacznych oszczędności w budżecie zamawiającego.

komentarz ekspercki

mgr inż. Urszula Tomczak

Mgr inż. Urszula Tomczak

Absolwentka Politechniki Warszawskiej Wydziału Inżynieria Lądowa, specjalność mosty i budowle podziemne oraz studium podyplomowego z zakresu ochrony i kształtowania środowiska na Wydziale Geologii Uniwersytetu Warszawskiego. Od roku 1998 aktywna zawodowo. Tworzyła projekty w ramach takich firm, jak Warcent S.A., Biuro Projektów Geotechnicznych GEOKONSTRUKCJA Sp. z o.o., Bouygues Polska. Wykładowca Politechniki Warszawskiej. Główny ekspert Soletanche Polska. Z firmą związana od 2004 roku. Przykłady realizowanych projektów: suchy wykop dla Muzeum II Wojny Światowej w Gdańsku – kotwione ściany szczelinowe, betonowy korek, mikropale kotwiące; Warsaw Spire w Warszawie – kotwione ściany szczelinowe; trasa WZ w Łodzi – ściany szczelinowe jako mury oporowe i podpory dla linii tramwajowej; KTW w Katowicach – kotwione ściany szczelinowe oraz barety jako posadowienie pośrednie części wysokiej budynku; zespół zabudowy KONESER.

Soletanche Sp. z o.o.

ul. Powązkowska 44C

01-797 Warszawa

www.soletanche.pl

warszawa@soletanche.pl

gdansk@soletanche.pl

krakow@soletanche.pl

wroclaw@soletanche.pl