Rozwiązanie szyte na miarę – zabezpieczenie głębokich wykopów w zabudowie miejskiej

Znikoma liczba miejsc parkingowych to znany problem, z którym musi poradzić sobie każde większe miasto. Coraz częściej wymusza to na inwestorach budowę obiektów wyposażonych w wielopoziomowe parkingi podziemne. Nierzadko dochodzą do tego utrudnienia w postaci ścisłej zabudowy, takiej jak zabytkowe budynki sąsiednie, podziemna infrastruktura techniczna czy mocno zróżnicowane, nawet w obrębie jednej inwestycji, warunki gruntowe. W takich sytuacjach przydaje się doświadczenie geotechniczne firmy Keller Polska.. Wspólnie z inwestorem i generalnym wykonawcą szukamy optymalnego, szytego na miarę rozwiązania, które będzie dedykowane danej inwestycji i uwzględni wszystkie, także poza geotechniczne, aspekty.

Dwie prezentowane przez nas, na pozór podobne realizacje – dwukondygnacyjne garaże podziemne, różni bardzo wiele.

Warunki gruntowe na nich panujące są odmienne, a co za tym idzie możliwości ograniczenia napływu wód gruntowych do wykopu również się różnią . Inny jest sposób zabezpieczenia stateczności ścian szczelinowych, który wynikał nie tylko z rachunku ekonomicznego, ale także z uwarunkowań technicznych realizacji robót w głębokim wykopie. Finalnie, odmienne jest także sąsiedztwo tych dwóch inwestycji.
Mimo różnic pomiędzy tymi realizacjami, dla obu jako zabezpieczenie głębokiego wybrano technologię ścian szczelinowych.

Zrezygnowano z zastosowania tymczasowej obudowy wykopu ze względu na małą odległość od granicy działki inwestycji. Realizując ściany szczelinowe (które mogą stanowić docelową ścianę kondygnacji podziemnej) praktycznie w ostrej granicy działki zyskujemy dodatkową powierzchnię parkingową w garażu podziemnym.

Technologia ścian szczelinowych, sprawdza się również w praktycznie każdych warunkach gruntowych. Oprócz ograniczenia dopływu wody gruntowej do wykopu, dzięki swojej sztywności redukuje przemieszczenia naziomu oraz osiadania obiektów sąsiednich w fazie tymczasowej pracy konstrukcji obudowy.

Aby stateczność ścian szczelinowych była zachowana oraz by odpowiednio zredukować jej przemieszczenia, należy zapewnić odpowiednie podparcie.

W zależności od możliwości placu budowy, obecności i rodzaju zabudowy sąsiedniej, warunków technicznych oraz wymagań zamawiającego, firma geotechniczna może zaoferować kilka rozwiązań zapewnienia stateczności ścian szczelinowych:
• tymczasowa stalowa konstrukcja rozparcia (pozioma, o płytę fundamentową / o strop wykonane w części centralnej wykopu),
• metoda podstropowa (fragment stropu opartego na słupach tymczasowych
w postaci opaski wzdłuż ściany szczelinowej)
• kotwy gruntowe (tymczasowe lub trwałe)
• zastosowanie sekcji teowych.

W wielu przypadkach, jeżeli wykop jest głębszy niż 1 kondygnacja podziemna, inwestor jest dodatkowo zmuszony do zmierzenia się z problemem odwodnienia wykopu. Gdy zasięg leja depresji spowodowanego odwodnieniem może sięga poza granice działki inwestycji, zachodzi konieczność uzyskania pozwoleń wodno-prawnych. Skłania to uczestników procesu budowlanego do poszukiwania rozwiązań, które skutecznie ograniczą napływ wody do wykopu, oraz pozwolą prowadzić prace budowlane bez ingerencji w stosunki wodne.

W przedstawionych realizacjach, zastosowano różne sposoby ograniczenia dopływu wody gruntowej do wykopu. Wybór konkretnego rozwiązania zależy w głównej mierze od panujących warunków gruntowych (występowanie ciągłych warstw gruntów słabo przepuszczalnych), ale także od ekonomicznej analizy kosztów odwodnienia przy wybranym wariancie realizacji.

Poniżej prezentujemy dwie warszawskie realizacje Keller Polska, na których technologię ścian szczelinowych wspierały również inne technologie: przesłona przeciwfiltracyjna Soilcrete® (jet grouting), mikropale oraz kotwy gruntowe. Wszystkie rozwiązania geotechniczne zostały dobrane indywidualnie dla każdej z inwestycji. Przy wyborze finalnego wariantu, uwzględniono zarówno panujące warunki gruntowe, możliwości odwodnienia wykopu, aspekty realizacyjne głębokiego wykopu, docelową pracę konstrukcji, a także wymogi oraz harmonogram inwestora i generalnego wykonawcy.

Pierwszą z inwestycji wykonaną przy zastosowaniu pakietu kilku wybranych technologii Keller Polska jest inwestycja Horyzont Praga, przy ul. Rodziewiczówny w Warszawie, stanowiąca wielorodzinny budynek mieszkalny którego inwestorem jest firma Cordia, a generalnym wykonawcą jest firma Kalter. Prace geotechniczne dla tego obiektu realizowane były na przełomie 2019 i 2020 roku.

W bliskim sąsiedztwie istniejących budynków powstał wielorodzinny budynek mieszkalny o dwóch kondygnacjach podziemnych. Wykop wykonano w obudowie ze ścian szczelinowych grubości 60 cm, które docelowo stanowią ścianę zewnętrzną podziemnych kondygnacji budynku.



Warunki gruntowe panujące w obrębie działki inwestora były złożone. Poziom wód gruntowych był wysoki, a w przeważającej większości w podłożu występowały grunty niespoiste. W związku z tym, nie było możliwości „wykorzystania” gruntów spoistych w celu ograniczenia napływu wody gruntowej do wykopu.

W tym przypadku niezawodnym pakietem proponowanym przez firmę Keller Polska było rozwiązanie ściana szczelinowa + pozioma przesłona przeciwfiltracyjna Soilcrete® (jet grouting), które stanowiły barierę dla napływającej wody gruntowej.

W zależności od warunków, które napotkamy na danej inwestycji, istnieje kilka rozwiązań technicznych wykonania powyższych prac. Pozioma przesłona w technologii jet grouting może być grawitacyjna. Wykorzystujemy równowagę sił pomiędzy oddziaływaniem wyporu wody gruntowej a ciężarem przesłony oraz gruntu w przestrzeni pomiędzy samą przesłoną a dnem wykopu. Jeśli równowaga ta nie jest spełniona lub położenie takiej grawitacyjnej przesłony staje się nieekonomiczne, sięgamy po rozwiązania większego kalibru – przesłonę kotwioną na przykład za pomocą mikropali.

W omawianym przypadku, na głębokości około 16 metrów zaprojektowano grawitacyjną poziomą przesłonę przeciwfiltracyjna Soilcrete® (jet grouting). Pozioma przesłona wraz ze ścianami szczelinowymi skutecznie ograniczyła napływ wody gruntowej do wykopu.

W rejonach patio, gdzie nie projektowano kondygnacji nadziemnych, wypór wody gruntowej przewyższał docelowy ciężar konstrukcji części podziemnej budynku. W tych obszarach zaprojektowano mikropale kotwiące płytę fundamentową.


Stateczność ścian szczelinowych dla tej inwestycji zapewniała tymczasowa stalowa konstrukcja rozparcia w jednym poziomie. Lokalnie, w miejscu blisko posadowionych budynków sąsiednich, w celu dodatkowego zminimalizowania ewentualnych przemieszczeń ściany szczelinowej (a co za tym idzie osiadania budynków sąsiednich), zaprojektowano dwa poziomy tymczasowej stalowej konstrukcji rozparcia. Dla najdłuższych rozpór zaprojektowano konstrukcje wsporcze, zmniejszające ich długość wyboczeniową.

Zastosowanie tymczasowej stalowej konstrukcji rozparcia było możliwe ze względu na wielkość i kształt budynku oraz stan techniczny budynków sąsiednich. Są to obiekty stosunkowo nowe, w bardzo dobrym stanie technicznym, o konstrukcji żelbetowej – bardziej odpornej na ewentualne osiadanie niż np. konstrukcje murowe czy prefabrykowane.

W trakcie realizacji zadania nie napotkano na jakiekolwiek trudności wykonawcze. Jedyną zmianą wprowadzoną w trakcie prowadzenia robót geotechnicznych była zmiana rzędnej platformy roboczej, z jakiej wykonywano mikropale. Początkowo zakładano ich wykonywanie z dna wykopu. Na prośbę generalnego wykonawcy, w celu przyspieszenia prac konstrukcyjnych, zdecydowano się jednak na ich wcześniejszą realizację z wyżej położonej platformy roboczej.

Realizacja części podziemnej budynku z wykorzystaniem kilku technologii, okazała się być budową bezproblemową, a zakładany termin realizacji został dotrzymany.

Kolejny przykład to budowa Budynku dydaktycznego Uniwersytetu Warszawskiego przy ul. Dobrej 55 w Warszawie.

Pierwszy etap inwestycji realizowany był w latach 2011-2012 przez firmę Warbud. Latem 2019 roku rozpoczęła się realizacja kolejnego etapu, którego generalnym wykonawcą została firma HOCHTIEF Polska.
Realizacja inwestycji pozwoli na stworzenie nowoczesnej przestrzeni do pracy dla studentów i kadry naukowo-dydaktycznej wydziałów Neofilologii oraz Lingwistyki Stosowanej, a także innych jednostek.

Budowa znajduje się na warszawskim Powiślu, w bliskim sąsiedztwie Wisły. Ze względu na historyczny charakter tego obszaru, realizację prac zasadniczych poprzedzało wykonaniem badań archeologicznych.

Dwukondygnacyjny garaż podziemny został wykonany w technologii ścian szczelinowych o grubości 60 cm. Ze względu na sąsiedztwo pierwszego etapu inwestycji, ściany szczelinowe zostały wykonane wyłącznie z trzech stron działki inwestora – od ulic Wiślanej, Lipowej i Browarnej. Od strony pierwszego etapu jako obudowę wykopu wykorzystano istniejącą już ścianę szczelinową.

Pomimo iż poziom wody gruntowej znajdował się powyżej projektowanego dna wykopu to zalegające na głębokości od około 6 do 15 metrów poniżej poziomu terenu grunty spoiste (iły) o dużej miąższości stanowiły odpowiednią barierę utrudniającą filtrację wody gruntowej. W tym przypadku ściany szczelinowe zostały zagłębione w warstwy iłów i wraz z podłożem gruntowym ograniczyły napływ wody gruntowej do wykopu.


Sposób zapewnienia stateczności ścian szczelinowych na etapie wykopu budowlanego został niejako narzucony przez technologię wykonania całego budynku. Z uwagi na przewidziane w jego projekcie pompy ciepła, których wiercenie musiało odbyć w wolnym od przeszkód wykopie, zastosowanie tymczasowej stalowej konstrukcji rozparcia na znacznym obszarze wykopu okazało się w tym przypadku niemożliwe. Jej zakres został mocno ograniczony – wyłącznie do dwóch narożników. Na większości zakresu wykonano natomiast tymczasowe kotwy gruntowe.

Dodatkowym aspektem, mającym wpływ na projekt zabezpieczenia stateczności ścian szczelinowych, był fakt, iż w bezpośrednim sąsiedztwie ścian szczelinowych przebiega zabytkowa kanalizacja z czasów carskich. W związku z tym, należało dostosować projekt kotew do warunków panujących w terenie i zminimalizować wpływ kotwienia na historyczny obiekt. Bardzo pomocne okazały się tu analizy położenia kanalizacji otrzymane od autorów Projektu Budowlanego, firmy JAKPOL.


Rys 1. Fragment projektu wykonawczego Keller Polska dla Inwestycji w Warszawie przy ul. Dobrej – przekrój przez ścianę kotwioną ze schematycznie wrysowaną zabytkową kanalizacją.
Wymogiem generalnego wykonawcy było zastosowanie kotew gruntowych demontowalnych typu PR.

Rozwiązanie tego typu pozwala na późniejszy demontaż długości wolnej kotwy (fragmentu cięgien poza obszarem buławy). Jest to możliwe dzięki lokalnej redukcji nośności cięgna (czyli splotu odpowiedniej ilości drutów) poprzez nacięcie jednego z elementów splotu na odcinku pomiędzy tzw. długością wolną a obszarem buławy. Uwzględniając powyższe założenia, parametry wytrzymałościowe całej kotwy dobrane są w taki sposób aby został spełniony warunek nośności określony w projekcie wykonawczym.

Realizacja głębokiego wykopu przebiegła bez zakłóceń, a otwarty wykop pozwolił generalnemu wykonawcy na wykonanie odwiertów pod pompy ciepła zgodnie z założeniami. Obecnie trwają prace przy realizacji części nadziemnej budynku, przy jednoczesnym demontażu cięgien kotew gruntowych prowadzonym w podziemiach.


Podsumowanie

Przedstawione realizacje pokazują, że mimo podobieństw, zawsze konieczne jest indywidualne podejście do każdego projektu w celu stworzenia rozwiązania „szytego na miarę”. Musi ono uwzględniać warunki gruntowe i wodne, zapewniać bezpieczeństwo otoczenia inwestycji, a zarazem spełniać oczekiwania i być atrakcyjnym dla inwestora i generalnego wykonawcy. Keller Polska służy wsparciem, fachową wiedzą oraz wieloletnim doświadczeniem przy rozwiązywaniu złożonych zagadnień geotechnicznych, spełniających wszystkie powyższe aspekty.

Wykorzystanie pakietu zaledwie kilku technologii spośród szerokiego wachlarza usług oferowanych przez Keller Polska pozwala na sprawną i bezpieczną realizację „na sucho” głębokiego wykopu w skomplikowanych warunkach gruntowych oraz przy ograniczeniach spowodowanych np. istniejącą infrastruktura podziemną czy sąsiednią zabudową. Odpowiedni dobór technologii i potrzebnego sprzętu pozwala na ograniczenie wpływu wykonywanych prac geotechnicznych na otoczenie budowy oraz optymalizację kosztów całego przedsięwzięcia.

Autorzy: Dorota Jonczyk, Joanna Figiel, Joanna Wędołowska – Keller Polska

Zdjęcia: Keller Polska