Terminal instalacyjny offshore w Świnoujściu – inżynieria dla największych obciążeń

Transformacja w kierunku odnawialnych źródeł oraz dążenie do zwiększenia niezależności energetycznej sprawiają, że energia wiatrowa staje się jednym z głównych filarów zrównoważonego rozwoju. Kluczową rolę w realizacji celów OZE odgrywają morskie farmy wiatrowe.

mgr inż. Tomasz Skóra
Keller Polska

Rozwój wielkoskalowych farm wiatrowych na Morzu Bałtyckim, o mocy liczonej w gigawatach, wymaga modernizacji istniejących portów lub budowy nowych. To właśnie infrastruktura portowa o ponadstandardowych parametrach nabrzeży, placów składowo-montażowych oraz ciągów komunikacyjnych stanowi podstawę sprawnej realizacji takich inwestycji. W niektórych przypadkach konieczne jest zalądowienie części obszaru wodnego i budowa nabrzeża o dużej nośności. Przykładem takich działań jest realizacja pierwszego polskiego terminalu instalacyjnego dla morskich farm wiatrowych w Świnoujściu.
Firma Keller Polska, jako doświadczony projektant i wykonawca, zaproponowała pakiet zaawansowanych rozwiązań geotechnicznych i hydrotechnicznych dla przedmiotowego zadania obejmującego zarówno przebudowywane, jak i nowo projektowane nabrzeże.

MODELOWANIE MES JAKO PODSTAWA PROJEKTU
Kluczowym etapem prac nad projektem było opracowanie kompleksowych modeli numerycznych w środowisku PLAXIS 2D/3D.
Analizy prowadzono metodą elementów skończonych dla reprezentatywnych przekrojów obliczeniowych, z uwzględnieniem faz budowy i eksploatacji konstrukcji. Modelowano nowe nabrzeże, a także istniejące konstrukcje wymagające wzmocnienia dla przeniesienia znacząco zwiększonych obciążeń (rys. 1 i 2).

Rys. 1. Model obliczeniowy Plaxis 3D nabrzeża o DOR do 500 kPa

KOLUMNY JET GROUTING – WSPARCIE DLA ISTNIEJĄCYCH KONSTRUKCJI
W obrębie nabrzeża zaprojektowano i zrealizowano kolumny jet grouting o średnicach od 800 do 1200 mm. Dla podparcia nadbudowy żelbetowej zastosowano pojedyncze kolumny o długościach sięgających 16 m. Wzmocnienie gruntów organicznych w strefie przejściowej za płytą nabrzeża wykonano w formie paneli/tarcz cementogruntowych uformowanych z nachodzących na siebie częściowo kolumn iniekcyjnych.
Elementy jet grouting tworzy się poprzez iniekcję wysokociśnieniową zaczynu cementowego (z udziałem sprężonego powietrza i opcjonalnie wody) do gruntu, co powoduje jego rozluźnienie, wymieszanie ze spoiwem i powstanie tzw. cementogruntu (fot. 1). Ostateczne parametry elementu, takie jak średnica czy wytrzymałość na ściskanie, zależą od rodzaju gruntu, ilości i składu zastosowanego spoiwa oraz precyzyjnej kontroli procesu wykonania.

Rys. 2. Elementy konstrukcji nabrzeża o DOR do 500 kPa: 1a – ścianka stalowa, 1b – pale wbijane, 1c – nadbudowa żelbetowa, 2 – projektowane tarcze z kolumn jet grouting, 3 – projektowane kolumny jet grouting, 4 – projektowana ścianka stalowa, 5 – projektowane pale CFA, 6 – projektowane tarcze z kolumn DSM,
7 – projektowana nadbudowa żelbetowa

NOWE NABRZEŻE TYPU CIĘŻKIEGO
Zasadniczym elementem nowo projektowanego nabrzeża jest ścianka stalowa z grodzic AZ40-700N, kotwiona za pomocą systemu kleszczy i ściągów do konstrukcji istniejącego nabrzeża, zwieńczona żelbetową nadbudową posadowioną pośrednio. W zależności od strefy terminalu zastosowano różne konfiguracje nadbudowy oraz wzmocnienia podłoża, pozwalające spełnić wymagania dla obciążeń roboczych od 5 do 500 kPa.
Kompleksowy projekt konstrukcji stalowej opracowany przez Keller Polska uwzględniał wymagany okres użytkowania nabrzeża wynoszący co najmniej 60 lat. Stąd w wymiarowaniu elementów stalowych uwzględniono oddziaływania charakterystyczne dla środowiska morskiego, a także odpowiednie naddatki materiału z uwagi na możliwą korozję – zgodne z wymaganiami norm europejskich. Jednocześnie konstrukcja została przygotowana na potencjalną dalszą rozbudowę wybranych części terminalu.

Fot. 1. Realizacja zagęszczania gruntu metodą wibroflotacji (po lewej) oraz formowanie kolumn jet grouting pod istniejącym nabrzeżem (po prawej)

WIBROFLOTACJA – PIERWSZY ETAP WZMOCNIENIA PODŁOŻA
Po przeprowadzeniu częściowej wymiany gruntów organicznych, instalacji i zakotwieniu obudowy stalowej, a następnie wykonaniu zasypów hydrotechnicznych (refulacji), kluczowym etapem było ich zagęszczenie metodą wibroflotacji. Proces ten zrealizowany został przy użyciu pary wibratorów wgłębnych, które pogrąża się do projektowanej rzędnej, a następnie przemieszcza ruchem posuwisto-zwrotnym z określonym postępem pionowym. W strefie oddziaływania wibratora następuje przegrupowanie ziaren gruntu prowadzące do wzrostu jego zagęszczenia (fot. 1).
Skuteczność zaproponowanego rozwiązania zweryfikowano za pomocą sondowań CPTu wykonywanych pomiędzy punktami wibroflotacji przed i po zagęszczaniu refulatu. Zaobserwowano kilkukrotny wzrost oporów na stożku sondy – od wartości rzędu 2–5 do 20–25 MPa. Uzyskane wyniki potwierdziły zatem znaczącą poprawę parametrów nośności i odkształcalności podłoża.

Fot. 2. Wykonanie pali wierconych typu CFA (na pierwszym planie) oraz formowanie tarcz z kolumn cementogruntowych DSM (po lewej)

PALE CFA – FUNDAMENT DLA STREF O NAJWYŻSZYCH OBCIĄŻENIACH
W strefach przewidzianych do pracy pod obciążeniami 250 i 500 kPa zastosowano pale wiercone CFA o średnicach 430 i 630 mm (fot. 2). Technologia została wybrana m.in. ze względu na możliwość prowadzenia robót w bezpośrednim sąsiedztwie konstrukcji istniejącego nabrzeża, bez generowania drgań i oddziaływań dynamicznych charakterystycznych dla technologii z zastosowaniem elementów prefabrykowanych.
Zaproponowane pale, posadowione w zagęszczonych piaskach (I_D ≥ 0,9), charakteryzowały się wysoką nośnością zewnętrzną (~4000 kN dla pali 630 mm, ~2200 kN dla pali 430 mm), przy jednoczesnym optymalnym wykorzystaniu nośności trzonu betonowego.

PANELE DSM – TARCZE ODCIĄŻAJĄCE
Drugim filarem systemu posadowienia pośredniego nabrzeża były zlokalizowane bezpośrednio za ścianą stalową panele z kolumn wykonywanych w technologii wgłębnego mieszania gruntu (DSM). Kolumny o średnicy 1200 mm i rozstawie 1,1 m formowano poprzez mieszanie gruntu rodzimego oraz refulatu z zaczynem cementowym, uzyskując elementy o kontrolowanej wytrzymałości i sztywności (fot. 2). Wykonane tarcze odciążające, składające się z 4–9 kolumn, ograniczają parcie przekazywane na konstrukcję ściany nabrzeża i współpracują z układem pali CFA w przenoszeniu obciążeń pionowych oraz poziomych.
Więcej informacji na temat zastosowania technologii DSM w konstrukcjach morskich zamieszczono w publikacji [1].

PODSUMOWANIE
Terminal instalacyjny w Świnoujściu jest przykładem nowoczesnej inżynierii geotechnicznej realizowanej na potrzeby sektora offshore. Połączenie technologii wibroflotacji, pali CFA, kolumn DSM, jet grouting oraz zaawansowanych konstrukcji stalowych pozwoliło Keller Polska stworzyć optymalne ekonomicznie rozwiązanie, dające możliwość przeniesienia jednych z najwyższych obciążeń użytkowych spotykanych obecnie w europejskich portach. Inwestycja stanowi ważny krok w budowie infrastruktury niezbędnej dla rozwoju morskiej energetyki wiatrowej na Bałtyku.
Zainteresowanych Czytelników odsyłamy do strony keller.com.pl, gdzie w zakładce: Czym się zajmujemy można znaleźć więcej szczegółów dotyczących wielu
nowoczesnych technologii geotechnicznych, w tym zastosowanych w omawianym projekcie.

Literatura
[1] Buca R., „Wgłębne mieszanie gruntu w akwenach morskich” w: Inżynier Budownictwa, nr 4, 2025, s. 60–62.