Projekt i wykonanie ścian szczelinowych dla budynku biurowego w Warszawie

Transkrypt

1 Geoinżynieria GEOINŻYNIERIA Projekt i wykonanie ścian szczelinowych dla budynku biurowego w Warszawie Urszula Tomczak, Przemysław Gzyra, Hubert Tomczak SOLETANCHE POLSKA sp. z o.o. Warszawa Rozwój miast wraz z infrastrukturą i zwiększającą się coraz bardziej liczbą fi rm otwierających swoje oddziały w Polsce, a w szczególności w Warszawie, wymusza budowę obiektów czy to mieszkalnych, czy to biurowych w nowych, ciekawych, jak i skomplikowanych wykonawczo lokalizacjach. Konieczność zapewnienia odpowiedniej ilości miejsc parkingowych powoduje projektowanie części podziemnych budynków o znacznie większej liczbie kondygnacji podziemnych. Ścisła zabudowa miast wymusza także zabudowę terenów o złożonej budowie geologicznej i nie tylko, wcześniej będących poza zainteresowaniem inwestorów. Dla bezpieczeństwa budowli obiekty takie są fundamentowane pośrednio przy użyciu technologii pali i ścian szczelinowych W artykule omówiony został projekt, jak i technologia realizacji ścian szczelinowych z wykorzystaniem systemu ciągłego złącza wodoszczelnego CWS dla budynku biurowo-usługowego przy ul. Senatorskiej w Warszawie, mającego zaprojektowane trzy kondygnacje podziemne w bezpośrednim sąsiedztwie tunelu WZ (tunel pod Starym Miastem w Warszawie), a sam budynek zostanie nadbudowany nad tunel przy wykorzystaniu technologii sprężania żelbetu. Warunki geologiczno-hydrologiczne Działka, na której realizowany jest budynek, znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie Skarpy Warszawskiej w obrębie równiny wodnolodowcowej. Przypowierzchniową warstwę tworzą grunty antropogeniczne zbudowane z materiału niejednorodnego o miąższości od 1,8 do 4,1 m. Poniżej występują osady zlodowacenia Warty w postaci piasków wodnolodowcowych i zastoiskowych oraz gruntów morenowych (glin piaszczystych i piasków gliniastych), a także lokalnie spoistych gruntów zastoiskowych (pyły, gliny pylaste). Utwory morenowe zalegają na podłożu trzeciorzędowym (iły plioceńskie), miejscowo oddzielone są od niego warstwą osadów akumulacji rzecznej (piaski i mułki). W obrębie analizowanego obszaru nawiercono dwie warstwy wodonośne: pierwsza o zwierciadle swobodnym, nieciągła, stabilizuje się na rzędnej 18,8 20,0 m n. 0 Wisły; druga o zwierciadle napiętym, nawiercona na głębokości 12,4 18,2 m p.p.t., stabilizuje się na głębokości 9,0 9,5 m p.p.t., czyli na rzędnej 18,4 20,7 m n. 0 Wisły. Ze względu na lokalizację podziemia budynku w rejonie Skarpy Warszawskiej i możliwość przecięcia drogi cieków wodnych ścianami szczelinowymi, co może spowodować zmianę warunków wodnych w danym rejonie (podpiętrzanie wód po jednej stronie budynku i obniżenie poziomu wody gruntowej po stronie przeciwległej), zastosowano tzw. okna. Metoda ta polega na wykonaniu fragmentu sekcji ściany szczelinowej o szerokości 280 cm, krótszej od pozostałej części (w tym przypadku o 4,45 m), tak aby woda mogła swobodnie przepłynąć na drugą stronę, gdzie również pozostawiono odpowiednie okno (rys. 1). Budowa tunelu WZ historia Pierwszą powojenną dużą inwestycją komunikacyjną w zrujnowanej Warszawie była trasa WZ, łącząca obie strony miasta i stanowiąca drogę tranzytową. Początkowo planowano odbudo- Fot. 1. Budowa tunelu trasy WZ, rok 1947 Fot. 2. Wylot tunelu trasy WZ, rok 1949 Fot. z archiwum fotopolska.eu Fot. z archiwum fotopolska.eu 42 kwiecień - czerwiec 2 / 2014 [47]

2 GEOINŻYNIERIA Geoinżynieria wę wiaduktu Pancera i skierowanie ruchu na Plac Zamkowy. Jednakże po analizie wybrano wariant droższy wykonawczo, ale bardziej opłacalny i pozwalający na znacznie większą przepustowość ruchu. Polegał on na wybudowaniu tunelu pod Placem Zamkowym. Sama trasa powstała w latach , a jednym z głównych projektantów tunelu był prof. Henryk Stamatello. Budowa tunelu wymagała niestety wyburzenia zachowanego od wojennych zniszczeń Pałacu Treppera przy ul. Miodowej 7, którego ominięcie wydłużałoby trasę i dodatkowo podnosiłoby koszty inwestycji. Wybudowano go metodą odkrywkową, co widać na fot. 1. Po wykonaniu konstrukcji obiektu na zewnątrz układano drenaż i całość zasypywano gruntem. W kolejnych latach odbudowano poszczególne kamienice znajdujące się bezpośrednio nad nim przy ul. Senatorskiej i Podwale razem z całym Starym Miastem. W czasie budowy tunelu trasy WZ, po usunięciu mas ziemnych, Skarpa Warszawska zaczęła się osuwać i zagrażać bezpieczeństwu konstrukcji kościoła św. Anny, powodując pęknięcia murów. Budynek ten odpowiednio zabezpieczono, tak aby dalszy postęp prac nie doprowadził do katastrofy. Technologia wykonania ścian szczelinowych z systemem CWS Obudowa wykopu głębokiego (wysokość odsłonięcia maksymalnego powyżej 3 m), wykonana w technologii ściany szczelinowej, służy jako tymczasowa obudowa wykopu oraz jako docelowa ściana podziemia. Warunkiem takiego jej przeznaczenia jest zapewnienie skutecznej ochrony przed przedostawaniem się wód gruntowych bądź opadowych przez przegrodę pionową, jaką stanowi ściana szczelinowa oraz umiejętne przeniesienie parcia gruntu oraz obciążeń od obiektów przyległych na wewnętrzną konstrukcję obiektu. Ściana szczelinowa betonowana na mokro powstaje w wyniku wypełnienia betonem wąskoprzestrzennego wykopu, w którym uprzednio umieszczono zbrojenie. Ścianę drąży się odcinkami od 280 cm do 900 cm przy pomocy specjalistycznego sprzętu (najczęściej są to chwytaki linowe lub hydrauliczne). Górna część wykopu (do głębokości 1,0 m) jest zabezpieczona murkami prowadzącymi. W trakcie głębienia w szczelinę wlewana jest zawiesina bentonitowa, stabilizująca prowadzony wykop. Następnie, po zakończeniu wykopu, zawiesina jest odpiaszczana, w szczelinę opuszczane jest zbrojenie i elementy rozdzielcze oraz odbywa się betonowanie metodą contractor czyli metodą betonowania podwodnego. Znacznym udoskonaleniem tradycyjnej metody wykonania ścian szczelinowych było wprowadzenie do wykonawstwa przez firmy Soletanche i Bachy we Francji w latach 80. XX w. systemu ciągłego złącza wodoszczelnego CWS (continuous water-stop) jako własnego rozwiązania patentowego. Rozwiązanie to polega na wprowadzeniu uszczelki CWS między sąsiadujące sekcje ścian i przecięciu drogi filtracji wody przez najsłabsze pod tym względem miejsce ściany szczelinowej: złącze (styk) sąsiadujących sekcji. Barety ze słupami tymczasowymi Barety fundamentowe są to pojedyncze zbiory ścian szczelinowych o długości 280 cm, czyli takiej, jak wymiar chwytaka (lub do 7,0 m jak sekcje ścian szczelinowych). Wykonywane są w takiej samej technologii jak ściany szczelinowe. Szerokość baret zależy od indywidualnego projektu i może zawierać się w przedziale od 50 cm do 120 cm. Różnica polega na tym, Fot. 3. Widoczny w dolnym prawym rogu element rozdzielczy z uszczelką CWS (Soletanche Polska) że najczęściej barety są betonowane do poziomu spodu płyty fundamentowej przyszłego obiektu wraz z jednoczesnym osadzeniem w nich kształtowników stalowych, jeżeli obiekt jest wykonywany metodą półstropową, jak w omawianym przypadku. Zamiennie kształtowniki stalowe mogą być osadzane w palach CFA o średnicy najczęściej 80 lub 60 cm. Projekt zabezpieczenia stateczności ścian głębokiego wykopu Jako zabezpieczenie stateczności ścian wykopu w fazie budowy części podziemnej budynku oraz docelowe ściany podziemia, a także fundament przenoszący siły pionowe z konstrukcji budynku, zastosowano ściany szczelinowe o grubości 80 cm z fragmentem o grubości 60 cm. Lokalizacja budynku nad tunelem trasy WZ wymusiła podział podziemia na dwie części część z dwu- i trzykondygnacyjnym parkingiem podziemnym, oddzieloną tunelem od części mniejszej, będącej jedynie fundamentem dla budynku i oparciem sprężanych belek żelbetowych (rys. 1). Zastosowanie belek odizolowanych od konstrukcji tunelu pozwoliło na zaprojektowanie budynku niepowodującego dodatkowego obciążenia na tunel (rys. 2). Budynek przy ul. Podwale 1, znajdujący się na części działki, zostanie wyburzony z pozostawieniem części ściany frontowej od strony ul. Podwale, ściany sąsiadującej z kamienicą Podwale 3 i części ściany od strony nieistniejącego już parkingu. Odległość zabezpieczonej konstrukcją wsporczą ściany budynku od lica ściany szczelinowej wynosi jedynie 55 cm. Projektowany obiekt znajduje się w rejonie gęstej zabudowy staromiejskiej i stąd jako zabezpieczenie stateczności ściany szczelinowej od strony najbliżej zlokalizowanych budynków: Podwale 3, ściana budynku Podwale 1 oraz tunel trasy WZ, zastosowano metodę stropową (zgodnie z zaleceniami [2]). kwiecień - czerwiec 2 / 2014 [47] 43

3 Geoinżynieria GEOINŻYNIERIA Rys. 1. Rys. 2. Rys. 3. Rys. 1. Rzut ścian szczelinowych Rys. 2. Przekrój z rejonie tunelu trasy WZ Rys. 3. Przekrój w rejonie ściany budynku Podwale 1 Dla rozparcia środkowej części podziemia zaprojektowano tymczasowe stalowe rozpory w poziomie stropów oraz oczepu ściany szczelinowej, demontowane z dopasowaniem do harmonogramu prac na budowie. Dodatkowo w części ściany przylegającej do rampy garażu podziemnego zaprojektowano sekcje ścian teowych o zwiększonej sztywności w miejscu mniej sztywnego podparcia dla fazy docelowej pracy. Zastosowanie metody stropowej pozwala na ograniczenie przemieszczeń obudowy wykopu i zminimalizowanie wpływu budowy na sąsiadujące obiekty, w naszym przypadku wrażliwe obiekty. W pierwszej kolejności należy wykonać ścianę szczelinową wraz z oczepem żelbetowym oraz barety/pale z zamontowaniem tymczasowych słupów stalowych. Następnie po wykonaniu wykopu wstępnego i montażu tymczasowych rozpór stalowych w poziomie oczepu zostanie wylany na gruncie pierwszy strop rozpierający. Do czasu wykonania płyty fundamentowej i konstrukcji wewnętrznej podziemia stropy będą opierać się na słupach tymczasowych, zlokalizowanych w pewnej odległości od słupów docelowych, tak aby umożliwić ich deskowanie. Po osiągnięciu przez strop odpowiedniej wytrzymałości należy zamontować rozpory stalowe w poziomie stropu oraz wykonać wykop do poziomu spodu kolejnego stropu rozpierającego. Analogicznie należy postąpić z kolejnym stropem po osiągnięciu wymaganej wytrzymałości założyć rozpory stalowe i wykonać wykop do rzędnej docelowej. Po zabetonowaniu płyty fundamentowej trzeba sukcesywnie uzupełniać brakujące środkowe fragmenty stropów, demontując kolejne rozpory. Realizacja ścian szczelinowych i baret/pali Biurowca Senatorska w Warszawie Soletanche Polska zaprojektowało i jest w trakcie (na dzień pisania artykułu) wykonywania na budowie Biurowca Senatorska przy ul. Senatorskiej w Warszawie: ścian szczelinowych o grubości 80 cm i powierzchni 2680 m 2 oraz o grubości 60 cm i powierzchni 160 m 2, zabezpieczających wykop o głębokości 8,45 m z przegłębieniami pod szachty windowe; wieńca żelbetowego o wysokości od 60 do 198 cm; baret fundamentowych i pali ze słupami tymczasowymi z kształtowników HEB 300 (ilość: 10 szt.); stalowych rozpór tymczasowych utrzymujących stateczność ścian w fazie realizacji (19 szt.). Słupy tymczasowe podpierać będą dwa stropy pośrednie: w części sąsiadującej z tunelem trasy WZ nad kondygnacjami -2 i -3; w części sąsiadującej z kamienicą Podwale 3 nad kondygnacjami -1 i -2. Ściany szczelinowe oraz barety wykonane będą przy użyciu dźwigu kopiącego typu Liebherr HS 843 HD z chwytakami linowymi o szerokości 0,6 m i 0,8 m 2,80 m. Natomiast pale o średnicy 0,8 m ze słupami tymczasowymi zostaną wykonane przy użyciu wiertnicy Bauer BG 20. Obecnie realizowana jest ściana szczelinowa w części parkingowej biurowca oraz oczep na północnej ścianie szczelinowej. Podstawowymi problemami, z którymi przyszło się zmagać w trakcie realizacji, są: zalegające pod powierzchnią grunty antropogeniczne (gruz) o miąższości od 1,5 do 3,5 m; bardzo mała powierzchnia placu budowy podzielona na dwie części poprzez znajdujący się pod poziomem terenu tunel trasy WZ; trudności logistyczne spowodowane miejscem lokalizacji inwestycji; ograniczony dzienny czas pracy do 16 godz.; olbrzymia ilość infrastruktury podziemnej (sieci energetyczne, teletechniczne, kanalizacyjne i ciepłownicze), kolidującej z realizowanym obiektem; prace rozbiórkowe kamienicy Podwale kwiecień - czerwiec 2 / 2014 [47]

4 GEOINŻYNIERIA Geoinżynieria Fot. 4. Fot. 5. Zalegające pod powierzchnią grunty antropogeniczne Fot. 6. Miąższość utworów antropogenicznych pod powierzchnią terenu waha się od 1,5 do 3,5 m. Ze względu na małą konsolidację i dużą porowatość grunty te sprawiają wiele problemów w trakcie drążenia ścian szczelinowych. Płuczka bentonitowa, która w fazie ciekłej posiada właściwości zbliżone do wody, ma tendencję do wypełniania porów/przestrzeni pomiędzy gruzem. Może to powodować gwałtowne niekontrolowane spadki poziomów płuczki, a to może być przyczynkiem do mniejszych obwałów lub, co gorsza, stanowić zagrożenie dla stateczności całej drążonej szczeliny. Soletanche Polska poradziła sobie z tym problemem wymieniając częściowo zalegający gruz oraz dostosowując odpowiednio parametry płuczki bentonitowej. Z dużą obawą rozpoczęto głębienie ścian szczelinowych przylegających bezpośrednio do tunelu trasy WZ. Mimo napotkania nasypów (gruzowiska) o dużej miąższości, dzięki umiejętnościom operatorów udało się wygłębić ściany szczelinowe o standardowej długości sekcji bez szkody dla tunelu. W czasie głębienia ww. sekcji nie zaobserwowano żadnych przecieków bentonitu czy innych szkodliwych wpływów głębienia na tunel trasy WZ. Bardzo mała powierzchnia placu budowy Ze względu na niewielki plac budowy, dodatkowo ograniczony prowadzonymi równolegle pracami związanymi z przebudową infrastruktury podziemnej, oraz brak możliwości obciążania terenu nad tunelem trasy WZ, należało dostosować tempo dostaw materiałów do prowadzenia prac. Wynikiem takiej sytuacji są dostawy koszy zbrojeniowych do ścian szczelinowych prowadzone na bieżąco lub co najwyżej na dzień następny względem dnia dostawy. Jedynym wyjątkiem jest bentonit, który musiał być zgromadzony w większych ilościach na wypadek konieczności szybkiej produkcji płuczki bentonitowej (np. w sytuacji niekontrolowanej ucieczki płuczki w gruz). Ze względu na bardzo mały plac budowy nie można było zorganizować betonowania kolejnych sekcji ściany szczelinowej w tradycyjny sposób betonowanie bezpośrednio z betonowozów. Betonowania muszą być prowadzone Fot. 4. Gruz usunięty w czasie wykonywania wymiany gruntu (Soletanche Polska) Fot. 5. Bardzo mała ilość miejsca na placu budowy. Kontener magazynowy, szkielety zbrojeniowe i kontenery socjalne ze względu na małą masę umiejscowiono nad stropem tunelu trasy WZ (Soletanche Polska) Fot. 6. Wjazd w ul. Senatorską od strony ul. Miodowej główna droga dojazdu na plac budowy (Soletanche Polska) przy użyciu pompy do betonu. Sporym problemem było również umiejscowienie węzła do produkcji i przechowywania płuczki bentonitowej. Węzeł umiejscowiono w bezpośrednim sąsiedztwie wykonywanej ściany szczelinowej, co wymusiło wykonywanie ściany szczelinowej mniejszymi sekcjami oraz częściowe przenoszenie elementów węzła, by zachować bezpieczeństwo w trakcie realizacji prac. Trudności logistyczne Teren budowy zlokalizowany jest na Starym Mieście w odległości 80 m od Kolumny Zygmunta. Jedynym wjazdem na plac budowy jest brama zlokalizowana w ciągu ul. Senatorskiej, która to ulica na odcinku pomiędzy ul. Miodową i Podwale jest dość wąska i przystosowana tylko do ruchu w jednym kierunku. Komplikuje to bardzo poruszanie się samochodów wywożących urobek oraz betonowozów. Ograniczony czas pracy Ze względu na lokalizację placu budowy pomiędzy zamieszkanymi kamienicami Starego Miasta, praca możliwa jest tylko od godziny 6:00 do 22:00. Może się wydawać, że jest to wystarczająco dużo czasu, ale przeprowadzenie pełnego cyklu technologicznego: dostawa materiałów, odwóz urobku z dnia poprzedniego, wykonanie wykopu, oczyszczenie płuczki, montaż zbrojenia i betonowanie na tak ograniczonej przestrzeni wymaga wykonywania czynności jedna po drugiej. Nie ma możliwości nakładania na siebie poszczególnych prac. Prowadzi to do tego, że dostępny 16-godzinny okres jest wystarczający bez większego zapasu. kwiecień - czerwiec 2 / 2014 [47] 45

5 Geoinżynieria GEOINŻYNIERIA Fot. 7. Fot. 8. Fot. 9. Kolizje z infrastrukturą podziemną Pod całą powierzchnią terenu, który był wcześniej użytkowany jako parking, znajdowała się ogromna ilość sieci podziemnych, począwszy od ciepłociągu poprzez linie światłowodowe teletechniki, a na sieciach energetycznych niskiego i średniego napięcia oraz kanalizacji skończywszy. Generalny wykonawca przeprowadzał przebudowę istniejących sieci infrastruktury podziemnej częściowo w tym samym czasie, w którym Soletanche Polska prowadziła swoje roboty. Część przekładek została zaprojektowana i wykonywana tak blisko prowadzonych przez nas prac, że były one wykonywane wspólnie. Przykładem takich robót była przebudowa sieci średniego napięcia z wykonaniem tymczasowej trafostacji i murków prowadzących dla ścian szczelinowych, które to prace były prowadzone w jednym wykopie. Rozbiórka kamienicy Podwale 1 Działania rozbiórkowe zawsze wiążą się ze sporym niebezpieczeństwem. Ważnym elementem jest zatem właściwe fazowanie prac, by umożliwić jednoczesne wykonywanie ścian szczelinowych i prac rozbiórkowych z zachowaniem obowiązujących przepisów BHP. Generalny wykonawca zdecydował się na wykonywanie rozbiórki najwyższego piętra kamienicy w sposób ręczny przy użyciu młotków pneumatycznych. Umożliwiło to przerywanie prac rozbiórkowych w momentach, kiedy nasze prace musiały być prowadzone w bezpośrednim sąsiedztwie wyburzanej kamienicy w rejonie zagrożonym upadkiem przedmiotów z wysokości. Pozostałe do wykonania prace, takie jak ściany szczelinowe na części fundamentowej oraz w obszarze, w którym znajduje się kamienica Podwale 1, montaż słupów i rozpór tymczasowych, będą również sporym wyzwaniem inżynieryjno-logistycznym. Podsumowanie Z uwagi na bardzo trudne i skomplikowane warunki gruntowe jako obudowę wykopu oraz posadowienie obiektu wybrano technologię ścian szczelinowych. Technologia ta idealnie sprawdza się w miastach, ścisłej ich zabudowie, trudnych warunkach gruntowych i głębokich wykopach. Duży wachlarz możliwości zabezpieczenia stateczności obudowy wykopu, możliwość łączenia metod, pozwala na dobór jak najlepszego pod względem zarówno bezpieczeństwa, jak i ekonomii rozwiązania. Metody monitoringu ścian szczelinowych i otaczających obiektów umożliwiają bieżącą kontrolę przemieszczeń i osiadań otaczającego terenu wraz z zabudowaniami. Wielkim problemem prowadzenia prac w zwięzłej tkance miejskiej jest logistyka i brak placów składowych oraz wszechobecne kolizje z infrastrukturą podziemną. Fot. 7. Fot. 8. Fot. 9. Olbrzymia ilość infrastruktury podziemnej (Soletanche Polska) Bezpośrednie sąsiedztwo przekładanych sieci i murków prowadzących ścian szczelinowych (Soletanche Polska) Prace rozbiórkowe w rejonie wykonanych wcześniej murków prowadzących (Soletanche Polska) Literatura [1] Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla ustalenia geotechnicznych warunków posadowienia budynku biurowo- -usługowego przy ul. Senatorskiej, Miodowej i Podwale w Warszawie, GEOTEKO Projekty i Konsultacje Geotechniczne sp. z o.o., Warszawa, sierpień [2] Ekspertyza wpływu planowanej inwestycji Senatorska na bezpieczeństwo konstrukcji tunelu trasy WZ i sąsiadujących budynków, Wojciech Grodecki TUNEL, Warszawa, październik listopad [3] Projekt architektoniczno-budowlany, Ove Arup&Partners International Limited sp. z o.o., Warszawa, październik 2011 [4] Projekt wykonawczy ścian szczelinowych dla budynku biurowo-usługowego przy ul. Senatorskiej w Warszawie, Soletanche Polska sp. z o.o., Warszawa, grudzień kwiecień - czerwiec 2 / 2014 [47]

6 GEOINŻYNIERIA Geoinżynieria kwiecień - czerwiec 2 / 2014 [47] 47