Pale w orurowaniu – sposób na trudne warunki gruntowe

Przepływająca przez Wrocław Odra obdarzyła to miasto nie tylko ponad setką mostów, ale również kilkoma wyspami. Jedną z nich, położoną między Odrą Północną i Południową, jest Kępa Mieszczańska, nazywana dawnej Wyspą Młyńską. Miejsce to zlokalizowane w sąsiedztwie Starego Miasta już od przełomu XIV i XV wieku stanowiło ważny ośrodek przemysłowy Wrocławia – znajdowały się tu liczne młyny, magazyny, place przeładunkowe. Intensywny rozwój miasta powodował, że przez stulecia teren był wielokrotnie przebudowywany: pojawiały się nowe obiekty, modernizowano nabrzeża, budowano kolejne przeprawy mostowe. W 1945 roku Wrocław został doszczętnie zniszczony przez oblężenie Festung Breslau, które nie ominęło również Kępy Mieszczańskiej. Od lat 40. XX wieku aż po dziś dzień ten fragment miasta jest kształtowany niemal od nowa.



Jednym z obiektów powstałych na wschodnim krańcu Kępy Mieszczańskiej, nieopodal Mostów Pomorskich, jest budynek mieszkalny Bulwary Książęce. Inwestorem przedsięwzięcia jest deweloper BPI Real Estate, natomiast Generalne Wykonawstwo powierzono firmie CFE Polska.

W prace geotechniczne przy realizacji pierwszego etapu została zaangażowana firma Keller Polska.

Zadanie obejmowało wykonanie częściowego zabezpieczenia wykopu pod dwie kondygnacje podziemne, wzmocnienie podłoża oraz kotwienie płyty fundamentowej przeciw wyporowi wody. Warunki geotechniczne panujące na działce odzwierciedlały wielowiekową historię działalności człowieka w tym miejscu – miąższość nasypów antropogenicznych sięgała do ok. 8 m poniżej poziomu istniejącego terenu (lokalnie nawet do ~10 m). Poniżej zalegała warstwa nienośnych gruntów organicznych, pod którymi znajdowały się grunty rodzime w postaci żwirów i pospółek oraz glin piaszczystych.


Uwzględniając wszystkie aspekty związane z warunkami geotechnicznymi oraz wymagania projektowe, ostatecznie zadecydowano o zastosowaniu technologii pali wierconych w orurowaniu (CCFA – Cased Continous Flight Auger) dla zabezpieczenia ścian głębokiego wykopu. Technologia ta w literaturze branżowej nosi różne nazwy: VDW (Vor Der Wand), CFP (Cased Flight Auger Piles), SPGO (System Podwójnej Głowicy Obrotowej) lub CSP (Casing Secant Piles) [3]. Sposób wykonania pali CCFA polega na jednoczesnym pogrążeniu rury osłonowej i ciągłego świdra przy użyciu podwójnej głowicy. W czasie wiercenia wnętrze rury świdra wypełnia się betonem i utrzymuje jego niewielkie ciśnienie przeciwdziałając penetracji gruntu oraz wody do wnętrza świdra. Po osiągnięciu projektowanej głębokości następuje faza stopniowego podnoszenia świdra oraz rury i jednoczesnego betonowania trzonu pala pod ciśnieniem.

Po zakończeniu betonowania w pal zostaje wprowadzone zbrojenie, najczęściej przy użycia wibratora. Zastosowanie rury zakończonej koronką wiertniczą pozwala na dokładniejsze prowadzenie trzonu pala i przewiercanie się przez sąsiednie pale i przeszkody w podłożu.


Rozwiązanie projektowe dotyczące zabezpieczenia wykopu obejmowało:
-– palisadę zaprojektowaną w schemacie statycznym wspornikowym (od strony Odry Północnej)
–- palisadę zaprojektowaną w schemacie statycznym kotwionym (od strony ulicy Pomorskiej).

Zastosowano metodę palisady siecznej: w pierwszej kolejności realizowane są pale niezbrojone (wypełniające) a w kolejnym przejściu wykonywane są pale nośne, w których instalowane jest zbrojenie w postaci kosza stalowego. Kotwienie obudowy zrealizowano za pomocą sprężanych kotew linowych. Zdecydowano się zastosować tymczasowe kotwy cięgnowe z oczepem stalowym w celu zminimalizowania przemieszczeń obudowy. Zaletą zastosowania kotew linowych, gdzie każdy z elementów poddawany jest próbnemu obciążeniu podczas sprężania, jest 100% weryfikacja poprawności wykonania.


Wykonanie pali okazało się nie lada wyzwaniem ze względu na obecność licznych kolizji w podłożu gruntowym. Wschodni kraniec wyspy dawniej zabudowany był czterema młynami: Przedni, Nowy, Środkowy oraz Młyn na Kępie. Ostatni z obiektów został wyburzony na potrzeby realizacji Mostów Pomorskich. W trakcie prowadzenia prac okazało się, że nowy budynek powstanie częściowo na podziemnych pozostałościach dawnego Młyna na Kępie. Odkryte pozostałości fundamentów charakteryzowały się solidną konstrukcją, typową dla obiektów przemysłowych projektowanych do przenoszenia dużych obciążeń. Przewiercenie pozostałości po historycznych konstrukcjach możliwe było dzięki zastosowaniu podwójnej głowicy o dużej mocy oraz odpowiednich koronek wiertniczych.

Poza zabezpieczeniem wykopu palisada stanowiła element posadowienia zewnętrznych ścian budynku, w związku z czym należało zaprojektować ją jako rozwiązanie trwałe i dołożyć najwyższej staranności w celu osiągnięcia wymaganej dokładności projektowej położenia pali. Zastosowanie wiercenia świdrem w osłonie rury stabilizującej układ i zapewniającej większą precyzję, pozwoliło na uzyskanie wymagań projektowych w zakresie dokładności wykonania obudowy.


Kolejny etap polegał na wykonaniu wzmocnienia podłoża gruntowego oraz kotwienia płyty fundamentowej przeciwko możliwemu wyporowi wody. Pomimo, że prace palowe wykonywane były w dnie wykopu na siedmiu metrach, głębokość ta nie gwarantowała podłoża gruntowego wolnego od przeszkód. Oprócz pozostałości fundamentów ceglanych istniejącej tu dawniej budowli, natrafiono na liczne pale drewniane. Lokalizacja młynów blisko rzek wymagała właściwego zabezpieczenia podłoża gruntowego przed wymywaniem co tłumaczyło obecność falochronów oraz wzmocnień fundamentów.

Co ciekawe, pale zachowały się w bardzo dobrym stanie, co znacznie utrudniało prowadzenie prac. Jedynym sposobem (oprócz czasochłonnego i kosztownego wyciągania pali drewnianych) umożliwiającym prowadzenie prac w tak trudnych warunkach było wykorzystanie technologii CCFA. Przewiercanie pali drewnianych odbywało się przy znacząco zredukowanej wydajności, jednak było technicznie możliwe. Zastosowanie alternatywnych technologii wzmocnienia podłoża, sięgających na mniejszą głębokość i niewymagających przewiercania istniejących pali, nie znajdowało zastosowania ze względu na konieczność kotwienia płyty fundamentowej (wymagane wykonanie elementów o długości odpowiedniej dla przeniesienia sił wyciągających).


Istotnym elementem wszelkich prac geotechnicznych jest właściwa kontrola poprawności wykonania – zarówno dla zabezpieczenia wykopu, jak i wzmocnienia podłoża. Założenia projektowe i poprawność wykonania zabezpieczenia wykopu została potwierdzona monitoringiem geodezyjnym oraz próbnymi obciążeniami sprężanych kotew gruntowych. Odnotowane przemieszczenia obudowy nie przekroczyły wartości projektowych, co było istotne ze względu na ochronę sąsiedniej infrastruktury (sieci uzbrojenia podziemnego wzdłuż ulicy Pomorskiej). Poprawność wykonania pali pod płytą fundamentową sprawdzono poprzez wykonanie próbnych obciążeń statycznych z wykorzystaniem pali kotwiących (przeprowadzono testy zarówno na wciskanie jak i wyciąganie). Uzyskane rezultaty potwierdziły poprawność założeń projektowych i wymaganą jakość wykonania.


Dobór właściwej technologii prowadzenia prac geotechnicznych jest bardzo istotny z punktu widzenia prawidłowego wykonawstwa oraz oszczędności czasu i kosztów realizacji całości inwestycji. Prace geotechniczne na Bulwarach Książęcych, mimo bardzo trudnych warunków panujących w podłożu, udało się zrealizować z sukcesem głównie dzięki właściwemu doborowi technologii palowania. Badania archeologiczne przeprowadzone na terenie budowy pozwoliły na dokładną inwentaryzację i zachowanie części elementów budowli, które można podziwiać na specjalnie zorganizowanej wystawie znajdującej się na terenie powstałego budynku.

Faktem jest, że realizacja obiektów na terenach miejskich (zwłaszcza w rejonach o wielowiekowej historii) wiąże się z utrudnieniem w postaci pozostałości budowli wzniesionych przez poprzednie pokolenia. W tak trudnych warunkach najlepszą (jeśli nie jedyną) możliwą do zastosowania technologią geotechniczną są pale CCFA. Podwójna głowica wiercąca pozwala na wykonanie pali w murach ceglanych. Należy przy tym pamiętać, że wykonywanie prac w tak trudnych warunkach wiąże się z ograniczoną wydajnością oraz większym zużyciem sprzętu i materiałów eksploatacyjnych.

Fotografie: materiały Keller Polska

Wykorzystane materiały:
1. Młyny na Kępie Mieszczańskiej: https://polska-org.pl/7974336,foto.html?idEntity=534650, dodane przez: Tony, źródło: Aukcje Internetowe
2. Budowa Bulwarów Książęcych: https://fotopolska.eu/969516,foto.html?o=b210632, autor: Columba livia
3. Rychlewski P., Rurowane pale CFA, Inżynieria i Budownictwo 2012, https://inzynierbudownictwa.pl/rurowane-pale-cfa/
4. Plan śluzy: https://www.fotopolska.eu/70319,foto.html, dodane przez: wito, źródło: Atlas zur Zeitschrift für Bauwesen, hrsg. v. G. Erbkam, Jg. 30, 1880, Technische Universität Berlin
5. https://fotopolska.eu/969516,foto.html?o=b210632, autor: Columba livia
6. Krzywka Ł., Historyczna perspektywa planowania przestrzennego na przykładzie Kępy Mieszczańskiej, Quart nr 2/2006