Budynki głęboko posadowione wznosi się przede

Transkrypt

1 Budynki głęboko posadowione a przemieszczenia podłoża i zabudowy w sąsiedztwie Projektowanie i realizacja budynków z wielokondygnacyjnymi podziemiami w warunkach zwartej zabudowy miejskiej należy do najtrudniejszych zagadnień inżynierskich. Budynki głęboko posadowione wznosi się przede wszystkim w strefach śródmiejskich dużych miast. Podstawową przesłanką takich realizacji jest konieczność zapewnienia odpowiedniej liczby miejsc parkowania samochodów użytkowników tych budynków. Wiąże się to zazwyczaj z wykonaniem od do 5 kondygnacji podziemnych o funkcji garażowej (fot. 1). Z uwagi na wysokie koszty gruntów w centrach miast, rzuty części podziemnych budynków najczęściej odzwierciedlają rzut działki budowlanej, a nowo projektowany budynek wkomponowany w tkankę istniejącej zabudowy (fot. ) stanowi uzupełnienie pierzei ulicy. Projektowanie i realizacja budynków z wielokondygnacyjnymi podziemiami w warunkach zwartej zabudowy miejskiej należy do najtrudniejszych zagadnień inżynierskich. Wymaga rozszerzenia zakresu analiz i badań o istniejące obiekty (budynki, infrastrukturę techniczną) usytuowane w strefie spodziewanych oddziaływań (wpływu) wykonania nowego budynku. Ocena wpływu realizacji obiektu głęboko posadowionego na przemieszczenia podłoża gruntowego Wiadomości ogólne W trakcie wznoszenia budynku głęboko posadowionego występują odkształcenia podłoża gruntowego w bezpośrednim sąsiedztwie. Powstają one w poszczególnych fazach realizacji, a więc: wykonywania obudowy wykopu (ścian szczelinowych fot. 3, palisady, ścianki berlińskiej fot. 4, ścianki szczelnej); głębienia wykopu wraz z sukcesywnym podpieraniem jego ścian; obniżania zwierciadła wody gruntowej (dotyczy to szczególnych przypadków technologii realizacji i warunków hydrogeologicznych); wykonania konstrukcji części podziemnej budynku (por. fot. 4); wykonania konstrukcji nadziemia; rozpoczęcia eksploatacji budynku (działanie obciążenia użytkowego). Odkształcenia podłoża gruntowego są spowodowane przede wszystkim: zmianą stanu naprężenia i odkształcenia w gruncie związaną z przemieszczeniami obudowy wykopu; odkształceniami podłoża gruntowego wskutek jego odciążenia wykopem (odprężenia), a następnie obciążenia nowym budynkiem; osiadaniem powierzchni terenu spowodowanym obniżeniem zwierciadła wody gruntowej. Odkształcenia te mogą występować z większym nasileniem w wypadku zaistnienia nieprawidłowości bądź błędów w trak- Fot. 1. Wnętrze garażu podziemnego Fot.. Realizowany budynek o części podziemnej bezpośrednio przylegającej do istniejącej zabudowy Fot. 3. Ściany szczelinowe obudowy wykopu 66 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19)

2 cie projektowania i realizacji. Przypadki stanów przedawaryjnych bądź katastrof budowlanych obudów wykopów (rys. 5a i 5b) zostały scharakteryzowane i zdiagnozowane w pracach [18-1]. Zasięg oddziaływania wykopu na przemieszczenia powierzchni terenu w bezpośrednim sąsiedztwie Zasięg oddziaływania wykopu oraz wartości przemieszczeń pionowych powierzchni terenu i poziomych przemieszczeń obudowy wykopu wg literatury zależą od rodzaju zastosowanej obudowy, sposobu jej rozparcia, rodzaju gruntów kształtujących podłoże, obniżenia zwierciadła wody gruntowej itp. Jako zasięg oddziaływania wykopu definiuje się zazwyczaj obszar podłoża wokół wykopu, w którym na skutek jego wykonywania występują pionowe i poziome przemieszczenia gruntu. Zasięg ten oraz wartość przemieszczeń pionowych terenu i przemieszczeń poziomych obudowy wykopu są najczęściej wyrażane jako krotność głębokości wykopu h i według różnych badaczy, w zależności od rodzaju gruntów, wynoszą [9, 11, 1]: 4 h wg Clougha, O Rourkego oraz,5 h wg Symonsa i Cardera w przypadku iłów londyńskich i glin zwałowych; 3 h (ekstremalnie 5 h) wg Simpsona [17] w mocnych gruntach spoistych; 1,5 h wg Brema, Breymanna [] w gruntach niespoistych (piaski drobne, średnie i żwiry);,0 h w piaskach,,5 h w glinach, 3 4 h w iłach wg Wysokińskiego; Kotlickiego [5]; w przypadku niestosowania depresjonowania zwierciadła wody gruntowej, zasięg oddziaływania można wg [5] zmniejszyć o 0%. Z badań [5, 8] wynika, że największe przemieszczenia pionowe powierzchni terenu występują w strefie o szerokości od 0,5 do 0,75 h od krawędzi wykopu, a następnie zanikają w odległości h bądź, przy stosowaniu obniżenia zwierciadła wody gruntowej, 3 4 h od krawędzi wykopu (przy studniach depresyjnych usytuowanych poza obrysem wykopu). Ocenia się, że wartości przemieszczeń pionowych powierzchni terenu w bezpośrednim sąsiedztwie wykopów, w zależności od rodzaju gruntów, nie przekraczają [9, 11, 1]: wg Burlanda, Simpsona, St Johna [3]: 0,00 h w gruntach niespoistych w stanie zagęszczonym, 0,005 h w gruntach niespoistych w stanie luźnym, 0,0015 0,0 h w gruntach spoistych twardoplastycznych i półzwartych; wg Simpsona [17]: 0,01 0,0 h w gruntach spoistych; wg Longa []: 0,00 h (ekstremalnie 0,007 h) w gruntach niespoistych i spoistych; wg Smoltczyka [14]: 0,00 h w gruntach niespoistych i spoistych. Z literatury [5 9, 11] w omawianym zakresie i analiz porównawczych przemieszczeń poziomych U 0 obudowy wykopu i przemieszczeń pionowych terenu bezpośrednio za tą obudową V 0 wynika, że istnienie zależność V 0 = 0,5 0,75U 0. Przedstawiona zależność V 0 (U 0 ) wskazuje na konieczność dokonywania prognozy przemieszczeń poziomych obudów wykopów, szczególnie w sytuacji bezpośredniej bliskości istniejącej zabudowy. Ściany wykopów głębokich mogą stanowić: ścianka berlińska (por. fot. 4), ściana szczelinowa (por. fot., 3), palisada bądź ścianka szczelna. W zależności od projektowanej głębokości wykopu i wartości obciążenia, istnieje konieczność podparcia obudowy bądź w przypadku małych obciążeń i głębokości projektuje się obudowy wspornikowe. Fot. 4. Obudowa wykopu w postaci ścianki berlińskiej kotwionej Fot. 5a. Katastrofa budowlana ściany szczelinowej obudowy wykopuzawalona ściana Fot. 5b. Katastrofa budowlana ściany szczelinowej obudowy wykopuuszkodzona realizowana konstrukcja części podziemnej Fot. 6. Ściany szczelinowe obudowy wykopu podparte na wysokości rozporami stalowymi rurowymi GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19) 67

3 Obudowy wykopu mogą być podpierane w jednym bądź kilku poziomach: kotwiami iniekcyjnymi (por. fot. 4), rozporami (fot. 6) lub w przypadku zastosowania tzw. metody stropowej stropami kondygnacji podziemnych wznoszonego budynku (fot. 7a i 7b). Przemieszczenia poziome ścian obudowy wykopu mogą wynosić [9, 11, 1]: wg Burlanda, Simpsona, St Johna [3] mm; wg Symonsa i Cardera [17] 0,00 0,004 h; wg Breymanna [] 0,00 h; wg Smoltczyka [14] w przypadku ścian: wspornikowych 0,01 h; rozpartych, projektowanych z uwagi na obciążenie parciem czynnym gruntu, realizowanych w gruntach niespoistych i spoistych w stanie twardoplastycznym do zwartego około 0,001 h; wg Longa [6]: 0,0005 0,005 h (ekstremalnie 0,007 h) w przypadku ścian kotwionych, rozpartych, realizowanych metodą stropową; 0,001 0,0 h (średnio 0,003 h) w przypadku ścian wspornikowych; wg Wysokińskiego i Kotlickiego [5] 0,003 0,005 h; wg Siemińskiej-Lewandowskiej [16] 0,00 h w przypadku ścian szczelinowych kotwionych; wg Szulborskiego, Michalak, Pęskiego, Pyraka [8], w przypadku obudów ze ścianek berlińskich wspornikowych, kotwionych oraz palisad i ścian szczelinowych wspornikowych bądź kotwionych, zależność między przemieszczeniami poziomymi U 0 obudowy wykopu i pionowymi terenu bezpośrednio za obudową V 0 wynosi V 0 = 0,5 0,75U 0. W wyniku badań i analiz [7, 9 13, 18] dotyczących kilkudziesięciu budynków zrealizowanych w Warszawie oceniono, że z uwagi na rodzaj obudowy wykopu, największych przemieszczeń poziomych doznają ścianki berlińskie, a mniejszych ściany szczelinowe i palisady. Przedstawione dane literaturowe odnoszą się do oceny zasięgu wpływu wykonywania wykopu, natomiast nie obejmują przemieszczeń występujących w trakcie wznoszenia konstrukcji części podziemnej, a następnie nadziemnej budynku. Fot. 7a. Ściany szczelinowe obudowy wykopu podparte stropami kondygnacji podziemnych realizowanego budynku, tzw. metoda stropowa-widok ogólny Fot. 7b. Ściany szczelinowe obudowy wykopu podparte stropami kondygnacji podziemnych realizowanego budynku, tzw. metoda stropowa-widok od wnętrza wykopu Wpływ obniżenia poziomu zwierciadła wody gruntowej na osiadania podłoża gruntowego W przypadku usytuowania zwierciadła wody gruntowej powyżej projektowanego poziomu płyty dennej i spodziewanego znacznego napływu wody gruntowej do wykopu, istnieją różne możliwości wyboru technologii realizacji wykopu. Można je bardzo ogólnie scharakteryzować jako zastosowanie: obudowy szczelnej (najczęściej ściany szczelinowe bądź ścianki szczelne) zakotwionej w podłożu nieprzepuszczalnym (gruntach spoistych) w celu odcięcia dopływu wody gruntowej do wnętrza wykopu, obudowy nie zabezpieczającej przed napływem wody gruntowej (ściany szczelinowe nie zakotwione w gruncie nieprzepuszczalnym, ścianka berlińska, palisada itp.). W przypadku obudów określonych jako szczelne stosuje się lokalne odwodnienie podłoża w przestrzeni między obudową wykopu, natomiast stosując obudowy umożliwiające napływ wody gruntowej do wnętrza przez ściany wykopu (ścianka berlińska, palisady z pali nie zachodzących na siebie) bądź przez dno wykopu wprowadza się obniżenie zwierciadła wody gruntowej ze studni depresyjnych sytuowanych poza obrysem wykopu. Prowadzenie obniżenia zwierciadła wody gruntowej powoduje osiadanie podłoża w sąsiedztwie na skutek wyeliminowania wyporu wody. Wartość tego osiadania zależy przede wszystkim od rodzaju gruntu i wartości tego obniżenia. Można oszacować, że w gruntach morenowych wynosi ono około 1 mm na każdy 1 m obniżenia z.w.g. Z badań [5] wynika, że w gruntach o małej odkształcalności, wyrażonej E 0 40 MPa, można nie uwzględniać przyrostu przemieszczeń pionowych v w podłoża spowodowanych obniżeniem zwierciadła wody gruntowej. W przeciwnym przypadku maksymalną wartość przemieszczenia pionowego podłoża na zewnątrz obudowy można wyznaczyć z zależności [5]: ν w = θν (w max) gdzie: v (w,max) maksymalne przemieszczenie powierzchni terenu spowodowane obniżeniem zwierciadła wody gruntowej; L θ współczynnik określany ze wzoru θ =, przy czym L to R wymiar budynku (długość bądź szerokość) mierzony w kierunku prostopadłym do wykopu, a R zasięg leja depresji. Całkowity zasięg oddziaływania realizacji obiektu głęboko posadowionego na przemieszczenia pionowe powierzchni terenu Przemieszczenia pionowe terenu w strefie przylegającej do nowo wznoszonego budynku są wynikiem ich superpozycji z poszczególnych faz robót, obejmujących: wykonanie obu- 68 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19)

4 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19) 69

5 Fazy realizacji Zasięg strefy S0,75 S0,50 S0,5 S0 II 0,5h 0,7h 1,1h 1,7h piaski 5,4h iły III 0,5h 0,8h 1,3h,8h - piaski 5,4h iły Tab. 1. Zasięgi stref oddziaływania realizacji nowych budynków na przemieszczenia pionowe powierzchni terenu w sąsiedztwie [9] Rys. 1. Zasięg oddziaływania realizacji nowego budynku (faza III) posadowionego w piaskach [9]: Y krotność wartości przemieszczenia pionowego v 0 ; X odległość od krawędzi wykopu wyrażona jako krotność głębokości wykopu h dowy, głębienie wykopu i sukcesywne podpieranie jego obudowy, realizację części podziemnej budynku, a następnie całej konstrukcji i jej użytkowanie. W obiektach o częściach podziemnych wznoszonych metodą stropową (od poziomu stropu 0 ) por. fot. 7a i 7b, lub przy rozparciu wykopu (z zastosowaniem zaklinowania rozpór na oczepie bądź wstępnego sprężenia od poziomu 0 ) por. fot. 6, przemieszczenia poziome obudowy wykopu są nieznaczne w porównaniu z przemieszczeniami pionowymi tej obudowy. W przypadku tych technologii wykonania części podziemnych wyznaczono [9, 11, 1] strefy oddziaływania realizacji nowego budynku na przemieszczenia powierzchni terenu i zabudowy sąsiedniej na nim usytuowanej. W zasięgu oddziaływania nowego budynku wyodrębniono cztery strefy: S 0,75, S 0,50, S 0,5 i S 0 o zasięgu zależnym od wartości bezwzględnej przemieszczeń pionowych na krawędzi wykopu v 0 nie przekraczającej odpowiednio 0,75v 0, 0,50v 0, 0,5v 0 i 0 (zanik przemieszczeń). Podstawę badań stanowiły wyniki analiz numerycznych modeli układów podłoże gruntowe nowy budynek zabudowa istniejąca wyskalowane z uwzględnieniem rzeczywistych (pomierzonych) wartości przemieszczeń poziomych obudowy wykopu i pionowych reperów ustabilizowanych na zabudowie sąsiedniej. Analizy prowadzono w następujących fazach budowy: faza II odpowiadająca wykonaniu konstrukcji części podziemnej; faza III odpowiadająca wzniesieniu budynku i przyłożeniu pełnego obciążenia użytkowego. Wyodrębniono zasięg oddziaływania wykopu w odniesieniu do budynków, których podłoże kształtują grunty niejednorodne z utworami piaszczystymi bądź iłami zalegającymi poniżej poziomu płyty dennej (rys. 1, i tab. 1). Z przeprowadzonych analiz własnych [9], których podstawą były rzeczywiste (pomierzone) przemieszczenia poziome Rys.. Zasięg oddziaływania realizacji nowego budynku (faza III) posadowionego w iłach [9]: Y krotność wartości przemieszczenia pionowego v 0 ; X odległość od krawędzi wykopu wyrażona jako krotność głębokości wykopu h i pionowe badanych budynków, wynikają następujące wnioski w odniesieniu do zasięgu stref oddziaływania nowych budynków na przemieszczenia powierzchni terenu: największe przemieszczenia pionowe powierzchni terenu o wartości bezwzględnej do 0,75v 0 występują w odległości do 0,5 h w fazach budowy II i III; przemieszczenia pionowe powierzchni terenu o wartości bezwzględnej 0,75 0,50v 0 występują w odległości do 0,7 h w fazie II i 0,8 h w fazie III; przemieszczenia pionowe powierzchni terenu o wartości bezwzględnej 0,50 0,5v 0 występują w odległości do 1,1 h w fazie II i 1,3 h w fazie III; zanik przemieszczeń pionowych powierzchni terenu zależy od rodzaju podłoża gruntowego i następuje: w przypadku utworów piaszczystych w fazie II w odległości 1,7 h od krawędzi wykopu, a w fazie III w odległości,8 h od krawędzi wykopu; w przypadku podłoża wykształconego z iłów w obu fazach w odległości 5,4 h od krawędzi wykopu; zasięg strefy S 0,75 nie zależy od fazy realizacji budynku; poza strefą S 0,75 zauważa się w fazie III zwiększenie zasięgu poszczególnych stref w stosunku do fazy II. Proces przemieszczeń podłoża gruntowego nie kończy się w momencie wykonania wykopu. Ocenia się, że w podłożach piaszczystych praktycznie kończy się bezpośrednio po zakończeniu budowy, natomiast w gruntach spoistych trwa nawet do trzech lat od tego momentu. Przeciętnie można oszacować, że w podłożach niejednorodnych proces ten trwa około roku po zakończeniu budowy i pełnym obciążeniu nowej konstrukcji obciążeniem użytkowym. Funkcje przemieszczeń pionowych powierzchni terenu W przypadku obiektów o częściach podziemnych wznoszonych metodą stropową w ścianach szczelinowych podpartych rozporami wstępnie naprężonymi, w sytuacji podłoży grunto- 70 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19)

6 wych niejednorodnych ukształtowanych poniżej poziomu płyty dennej z piasków bądź iłów, są określone funkcje umożliwiające prognozowanie całkowitych (uwzględniających odciążenie podłoża gruntowego, a następnie jego obciążenie ciężarem nowego budynku) wartości przemieszczeń pionowych powierzchni terenu w sąsiedztwie tych budynków. Podstawę określenia tych zależności stanowiły analizy rzeczywistych (pomierzonych) wartości przemieszczeń pionowych uzyskane z pomiarów geodezyjnych i wartości przemieszczeń pionowych na krawędzi wykopu, obliczonych metodą odkształceń trójosiowych. Funkcję określającą przemieszczenia pionowe powierzchni terenu spowodowane realizacją budynków w podłożu gruntowym niejednorodnym ukształtowanym w strefie poniżej płyty z utworów piaszczystych można przyjąć w postaci [9] x V = y 0,00883 h x + 0,048 0,0655 h n * q Δωi B E i= 1 0i ( 1 υ ) gdzie: h głębokość wykopu, x odległość od krawędzi wykopu, n liczba warstw podłoża gruntowego, q* obciążenie równomierne od budynku, uwzględniające odciążenie wykopem (pod część podziemną), ν i współczynnik zależny od kształtu obciążonego obszaru (fundamentu), jego sztywności i miejsca położenia w stosunku do obciążonego obszaru, Δω i współczynnik Poissona warstwy podłoża gruntowego i, B szerokość fundamentu (wykopu), E 0i moduł pierwotnego odkształcenia i tej warstwy podłoża gruntowego. i W przypadku budynków, których podłoże gruntowe w strefie poniżej płyty dennej kształtują iły, funkcję przemieszczeń pionowych powierzchni terenu od realizacji budynku można zapisać w postaci [9] x V = 0,00614 h x 0, ,065 h n * q Δωi B E i= 1 0i ( 1 ν ) Funkcje te można stosować w praktyce inżynierskiej do szacowania całkowitych przemieszczeń pionowych terenu (odpowiadających zdefiniowanej w artykule fazie III budowy). Analiza wpływu odkształceń podłoża gruntowego na stan techniczny zabudowy Wymagania w zakresie ograniczenia przemieszczeń podłoża gruntowego i obudowy wykopu Z uwagi na fakt, że przemieszczenia poziome obudowy wykopu stanowią jeden z istotniejszych czynników generujących przemieszczenia poziome podłoża gruntowego w bezpośrednim sąsiedztwie, w przypadku inwestycji realizowanych w sąsiedztwie istniejącej zabudowy, jest niezbędne ograniczenie tych przemieszczeń. Z badań [8 13, 18 1] wynika, że ograniczenie przemieszczeń podłoża gruntowego uzyskuje się, realizując część podziemną budynków metodą stropową lub w ścianach szczelinowych, podpartych rozporami wstępnie sprężonymi. Z uwagi na konieczność ograniczenia poziomych przemieszczeń ścian szczelinowych, powinny one mieć odpowiednią sztywność, niezbędną głębokość zakotwienia poniżej poziomu płyty dennej oraz właściwe rozparcie. W zależności od głębokości wykopu, rozparcie powinno być stosowane i SOLETANCHE POLSKA BUILD ON US ul. Kochanowskiego 49A, Warszawa tel.: fax.: office@soletanche.pl Profesjonalny wykonawca specjalistycznych robót fundamentowych, takich jak: ściany szczelinowe pale przegrody przeciwfiltracyjne (przegrody wibracyjne, szczelinowe, wgłębnego mieszania CSM i Trenchmix) wzmacnianie gruntu (wibroflotacja, zagęszczanie dynamiczne, kolumny kamienne, cementowo-wapienne, kolumny DSM) kotwy gruntowe wielopoziomowe garaże podziemne Pełna lista realizacji na GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19) 71

7 w kilku poziomach, przy czym ograniczenie przemieszczeń poziomych tej obudowy jest najefektywniejsze, jeżeli następuje wraz z postępem robót ziemnych, rozpoczynając od poziomu 0 (poziom stropu nad najwyższą kondygnacją podziemną). Obudowy w postaci ścianek berlińskich szczelnych o schemacie statycznym wspornika bądź podparte kotwiami iniekcyjnymi powinny być stosowane w terenach niezabudowanych. Rodzaj konstrukcji sku skn Budynki murowane bez wieńców, ze stropami drewnianymi lub typu Kleina Budynki murowane ze stropami gęstożebrowymi lub żelbetowymi, budynki prefabrykowane Budynki o konstrukcji monolitycznej Tab.. Wartości granicznych przemieszczeń konstrukcji budynków, mm [5] Rys. 3. Schemat odkształceń budynku spowodowany nierównomiernym osiadaniem podłoża gruntowego Analiza wpływu odkształceń podłoża gruntowego na stan techniczny zabudowy Odkształcenia podłoża gruntowego w strefie posadowienia budynków mogą stać się przyczyną ich wypiętrzeń bądź osiadań. W zależności od rodzaju tych odkształceń mogą wystąpić osiadania równo- bądź nierównomierne skutkujące przechyleniem. W zależności od bieżącego stanu technicznego, rodzaju konstrukcji i jej rozwiązania materiałowego, przemieszczenia te mogą powodować uszkodzenia konstrukcji i elementów wyposażenia budynku. Istnieje związek między rodzajem i rozmiarami uszkodzeń budynków a rodzajem konstrukcji i przemieszczeniami podłoża w strefie posadowienia budynków, powstałymi podczas eksploatacji. Wartości graniczne (w ujęciu historycznym) przechyleń θ, promieni krzywizny ρ z oraz osiadań s dop, po których przekroczeniu mogą powstać uszkodzenia w elementach wyposażenia, bądź konstrukcji budynków ( rys. 3) zostały scharakteryzowane w pracach [9, 11, 1]. W badaniach ITB [5] określono w odniesieniu do budynków w dobrym i średnim stanie technicznym (nie wykazujących uszkodzenia konstrukcji) w zależności od rodzaju konstrukcji budynku, wartości przemieszczeń granicznych konstrukcji, które sygnalizują możliwość wystąpienia w budynku stanów granicznych (tab. ): użytkowalności s ku, nośności s kn. Na podstawie danych literaturowych [7, 11] a także badań [9] oceniono, że gdy przechylenie budowli osiągnie wartość: 1/600 1/500, tj. 1,66,00 mm/m powstają zarysowania elementów wyposażenia budynku (lekkie szkody architektoniczne); 1/500 1/300, tj.,00 3,33 mm/m powstają pęknięcia elementów wyposażenia budynku (średnie szkody architektoniczne); 1/300 1/150, tj. 3,33 6,67 mm/m mogą powstać rysy i pęknięcia elementów konstrukcji budynku; 1/00 1/150, tj. 5,0 6,67 mm/m powstają rysy i pęknięcia elementów konstrukcji (szkody konstrukcyjne lekkie i średnie); od 1/150 (większe od 6,67 mm/m) powstają pęknięcia elementów konstrukcji o znacznych rozwartościach (szkody konstrukcyjne ciężkie). Wymagania, które należy uwzględnić w projektowaniu, dotyczące granicznych wartości przemieszczeń i odkształceń budynków w fazie eksploatacji, są podane w normie PN- 81/B W tych wartościach należy uwzględnić odkształcenia podłoża gruntowego od obciążeń budynkiem istniejącym oraz spowodowane wznoszeniem nowego budynku. Zakres badań zabudowy istniejącej usytuowanej w strefie wpływu realizacji obiektu głęboko posadowionego Badania zabudowy istniejącej oraz ocena jej stanu technicznego powinny być przeprowadzone w fazie przygotowania inwestycji i stanowić element jej dokumentacji projektowej. Wyniki tych badań powinny pozwolić na określenie możliwości bądź jej braku do przeniesienia dodatkowych obciążeń, wynikających z przewidywanych nierównomiernych przemieszczeń pionowych podłoża w strefie posadowienia tych budynków, przez ich konstrukcję. W przypadku określenia stanu technicznego budynku w wyniku przeprowadzonej diagnostyki jako niedostatecznego do przeniesienia dodatkowych obciążeń, jest niezbędne zaprojektowanie odpowiednich wzmocnień elementów konstrukcji budynku, podłoża gruntowego bądź jednoczesne wzmocnienie konstrukcji i podłoża. W trakcie prac diagnostycznych budynku powinny podlegać rozpoznaniu przede wszystkim: układ nośny, rodzaj i głębokość posadowienia, konstrukcja i technologia wykonania stropów, konstrukcja i usytuowanie elementów zapewniających sztywność przestrzenną (piony komunikacyjne, szyby windowe, schody, zwieńczenia w poziomach stropów), konstrukcja przekrycia dachowego, rozwiązania materiałowe elementów konstrukcji, rok wzniesienia, okres eksploatacji budynku, projektowana funkcja użytkowa budynku oraz zgodność (bądź brak) sposobu użytkowania z projektowanym, czynniki losowe mające wpływ na zmianę stanu technicznego elementów konstrukcji (działania wojenne, pożary, powodzie, awarie sieci uzbrojenia podziemnego w sąsiedztwie, awarie instalacji stanowiących wyposażenie budynku itp.), istniejące uszkodzenia (rysy, pęknięcia) elementów konstrukcji i wyposażenia. Istniejące uszkodzenia budynku powinny zostać zinwentaryzowane, a wyniki inwentaryzacji opracowane w postaci dokumentacji fotograficznej, fotogrametrycznej bądź graficz- 7 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19)

8 Niech nadchodzące Święta Bożego Narodzenia niosą ze sobą wiele ciepła, radości i planów na Nowy Rok. W tych szczególnych dniach pragniemy Państwu życzyć spełnienia i sukcesów w podejmowanych wyzwaniach. Firma Gonar Systems International jest producentem systemów samowiercących iniekcyjnych kotew, mikropali i gwoździ gruntowych Wyroby firmy znajdują swoje zastosowanie: w geotechnice do zabezpieczania powstających osuwisk w budownictwie podziemnym jako obudowa wstępna i kotwiowa tuneli, wyrobisk korytarzowych i komorowych w przemyśle wydobywczym do wzmacniania górotworu oraz wiercenia otworów strzałowych, kotwiowych, technologicznych i innych w przemyśle komunikacyjnym do wzmacniania skarp nasypów i wykopów drogowych, autostradowych bądź kolejowych oraz posadowienia wyposażenia na mikropalach w budownictwie do zabezpieczania ścian wykopów oraz posadowienia i podchwytywania fundamentów za pomocą mikropali Posiadamy Aprobatę Techniczną IBDiM oraz Krajowy Certyfikat Zgodności w zakresie stosowania naszych systemów do rozwiązań tymczasowych oraz trwałych. GONAR Systems International sp. z o.o Katowice ul. Obroki 109 Sekretariat tel fax gsi@gonar.com.pl Dział Handlowy: tel fax GEOINŻYNIERIA drogi mariusz.maltazar@gonar-systems.com mosty tunele 04/008 (19) 73

9 nej (rysunkowej), z określeniem położenia, długości i rozwartości pęknięć bądź rys. W wyniku przeprowadzonej diagnostyki elementów konstrukcji oraz po przeprowadzeniu: analiz istniejącej dokumentacji technicznej, badań wytrzymałościowych materiałów i sprawdzających obliczeń statycznych elementów konstrukcji, powinna być dokonana ocena stanu technicznego budynku z uwzględnieniem jego zużycia naturalnego i technicznego. Wszystkie budynki usytuowane w strefie prognozowanego wpływu nowej realizacji powinny podlegać obserwacji wizualnej i geodezyjnej. Zakres tej obserwacji powinien być uzależniony od jej usytuowania i odległości od zewnętrznej krawędzi wznoszonego budynku. Na podstawie własnych badań [9, 11, 1] można ocenić, że 3 / 4 przemieszczeń pionowych powierzchni terenu (dla obudów ze ścian szczelinowych rozpartych bądź wznoszonych metodą stropową) następuje w odległości do 1,3 h wykopu, a następnie przemieszczenia stopniowo zanikają. Z tych względów w tej strefie należy objąć konstrukcję istniejących budynków szczegółową obserwacją geodezyjną i wizualną dotyczącą: pionowych przemieszczeń elementów konstrukcji nośnej. Liczba i usytuowanie reperów zależy od długości budynku istniejącego i powinna umożliwiać określenie odkształceń każdej oddylatowanej bryły; poziomych przemieszczeń tarcz ściennych budynków przylegających do projektowanego obiektu; poziomych przemieszczeń korony obudowy wykopu oraz na głębokościach podpór pośrednich; pionowych przemieszczeń płyty dennej wznoszonego budynku. Baza tych pomiarów (stabilizacja reperów i pomiar wyjściowy) powinna być wykonana przed rozpoczęciem robót budowlanych związanych ze wznoszeniem nowego budynku. W etapie przygotowania inwestycji należy ponadto wykonać: dokumentację fotogrametryczną bądź fotograficzną istniejących uszkodzeń zewnętrznych i wewnętrznych elementów konstrukcyjnych oraz ogólnobudowlanych zabudowy sąsiedniej, zinwentaryzować istniejące uszkodzenia, z określeniem rozwartości rys i pęknięć elementów konstrukcji budynków, ewentualnie założyć plomby np. gipsowe na istniejących najpoważniejszych pęknięciach elementów konstrukcji budynków. W odniesieniu do zabudowy usytuowanej w zasięgu zanikających przemieszczeń podłoża gruntowego, tj. w odległości ponad 1,3 h od krawędzi projektowanego budynku, jej badania mogą być ograniczone do obserwacji przemieszczeń pionowych elementów konstrukcji nośnej, przy czym liczba i usytuowanie reperów powinna umożliwiać określenie odkształceń każdej oddylatowanej bryły budynku. Częstość prowadzenia obserwacji powinna być dostosowana do postępu robót budowlanych i może ulegać zmniejszeniu po wykonaniu części podziemnej nowego budynku. Należy jednak prowadzić tę obserwację do momentu stabilizacji odkształceń podłoża gruntowego, które w gruntach niejednorodnych następuje około rok po rozpoczęciu eksploatacji nowego budynku. Wyniki badań geodezyjnych powinny być bezzwłocznie analizowane i poddawane ocenie zgodności z wartościami prognozowanymi, podanymi w dokumentacji projektowej. Fot. 8a. Wzmocnienie konstrukcji części nadziemnej budynku ściagami stalowymi w związku z realizacją w bezpośrednim sąsiedztwie budynku z trzykondygnacyjną częścią podziemną-widok ogólny Fot. 8b. Wzmocnienie konstrukcji części nadziemnej budynku ściagami stalowymi w związku z realizacją w bezpośrednim sąsiedztwie budynku z trzykondygnacyjną częścią podziemną-detal zakotwienia ściągu stalowego i tymczasowych zabezpieczeń nadproży okiennych drewnianą konstrukcją Sposoby zabezpieczenia bądź wzmocnienia zabudowy istniejącej W zależności od prognozowanych przemieszczeń podłoża gruntowego oraz stanu technicznego istniejących budynków może wystąpić potrzeba przed rozpoczęciem realizacji nowego budynku zabezpieczenia bądź wzmocnienia elementów ich konstrukcji, w szczególności: wzmocnienia strefy ich posadowienia: systemem pali lub mikropali w celu przekazania obciążeń z fundamentów budynku na nośne warstwy gruntu, żelbetowymi wieńcami obwodowymi usytuowanymi w strefie przyziemia budynku, przez zwiększenie nośności gruntu pod fundamentami, np. metodą iniekcji wysokociśnieniowej; wzmocnienia części nadziemnej budynków istniejących, np. systemem ściągów stalowych, sytuowanych wzdłuż 74 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19)

10 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19) 75

11 ścian nośnych, zazwyczaj w kilku poziomach (fot. 8a i 8b), a także ewentualnie wykonanie elementów usztywniających bądź stężających konstrukcję. Podsumowanie Przemieszczenia pionowe powierzchni terenu w sąsiedztwie wykopu oraz zasięg oddziaływania realizacji nowego budynku zależą przede wszystkim od: rodzaju gruntów podłoża, zastosowanej obudowy wykopu i przyjętego sposobu jej rozparcia, założonego schematu statycznego, ale również faz realizacji i związanym z nimi stanem odciążenia i obciążenia podłoża gruntowego. W przypadku wznoszenia części podziemnych metodą stropową bądź w ścianach szczelinowych rozpartych znacząca część przemieszczeń pionowych powierzchni terenu następuje w odległości do około 1,3 h od krawędzi wykopu, a następnie te przemieszczenia zanikają. Całkowity zasięg oddziaływania realizacji nowego budynku obejmujący również wykonanie jego części nadziemnej, wynosi:,8 h w gruntach niejednorodnych z utworami piaszczystymi w strefie posadowienia; 5,4 h w gruntach niejednorodnych z iłami w strefie posadowienia. Przemieszczenia obudowy wykopu i terenu sąsiadującego, a następnie realizacja nowego obiektu mogą mieć istotny wpływ na stan zabudowy sąsiedniej. Z tych względów przed rozpoczęciem inwestycji należy dokonać diagnostyki zabudowy istniejącej w strefie oddziaływania, a także opracować i wdrożyć program jej obserwacji geodezyjnej i wizualnej. Funkcje przemieszczeń pionowych scharakteryzowane w niniejszym artykule mogą stanowić podstawę szacowania spodziewanych przemieszczeń pionowych podłoża gruntowego w sąsiedztwie obiektów o częściach podziemnych wykonywanych metodą stropową bądź w ścianach szczelinowych rozpartych i przygotowania konstrukcji istniejącej zabudowy do przeniesienia dodatkowych obciążeń. Literatura: [1] Bjerrum L.: Allowable settlements of structures, Norwegian Geotechnics Institut Mitt., nr 98/1973. [] Breymann H., Freiseder M., Schweiger H. F.: Deep excavations in soft ground, in-situ measurements and numerical predictions. Proceedings of the XIV International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Hamburg [3] Burland J.B., Simpson B., St. John H.D.: Movements around excavations in London Clay. Proceedings of the VII European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Brighton [4] Kłosiński B.: Projektowanie obudów głębokich wykopów. Materiały seminarium pt. Głębokie wykopy na terenach wielkomiejskich. IDiM PW oraz IBDiM. Warszawa, 19 listopada 00. [5] Kotlicki W., Wysokiński L.: Ochrona zabudowy w sąsiedztwie głębokich wykopów. ITB, Warszawa 00. [6] Long M.: Database for retaining wall and ground movements due to deep excavations. Journal of the Geotechnical and Geoenviromental Engineering, nr 3/001. [7] Michalak H, Pęski S., Pyrak S., Szulborski K.: O diagnostyce zabudowy usytuowanej w sąsiedztwie wykopów głębokich. Inżynieria i Budownictwo, nr 6/1998. [8] Michalak H, Pęski S., Pyrak S., Szulborski K.: O wpływie wykonywania wykopów głębokich na zabudowę sąsiednią. Inżynieria i Budownictwo, nr 1/1998. [9] Michalak H.: Kształtowanie konstrukcyjno-przestrzenne garaży podziemnych na terenach silnie zurbanizowanych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, zeszyt nr, Warszawa 006. [10] Michalak H.: Ocena wpływu realizacji budynków z wielokondygnacyjnymi częściami podziemnymi na przemieszczenia podłoża gruntowego w sąsiedztwie. Materiały LII Konferencji Naukowej KILiW PAN i KN PZITB Krynica 006. Gdańsk-Krynica, września 006. [11] Michalak H.: Przemieszczenia pionowe powierzchni terenu spowodowane budową garaży podziemnych. Budownictwo Górnicze i Tunelowe, nr 4/007. [1] Michalak H.: Selected problems of designing and constructing underground garages in intensively urbanised areas. Materiały X International Conference on Underground Infrastructure of Urban Areas, Politechnika Wrocławska Madryas C., Przybyła B., Szot A.: Underground Infrastructure of Urban Areas. CRC Press/ Balkema, Holandia. Taylor &Francis Group, Londyn 009. [13] Michalak H.: Wybrane problemy projektowania i realizacji garaży podziemnych. Budownictwo Górnicze i Tunelowe, nr /008. [14] Praca zbiorowa pod redakcją U. Smoltczyka: Geotechnical Engineering Handbook. T. 1 Fundamentals (00); t. Procedures (003); t. 3 Elements and Structures. (003). Ernst & Sohn, A Wiley Company, Berlin. [15] Runkiewicz L.: Wzmacnianie i zabezpieczanie istniejących obiektów w sąsiedztwie realizowanych budynków plombowych. Przegląd Budowlany, nr 4/008. [16] Siemińska-Lewandowska A.: Przemieszczenia kotwionych ścian szczelinowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Zeszyt nr 139 Budownictwo. Warszawa 001. [17] Simpson B. i inni: Design parameters for stiff clays. Proceedings of the VII European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Brighton [18] Szulborski K., Michalak H., Pęski S., Pyrak S.: Awarie i katastrofy ścian szczelinowych. Materiały XVI Ogólnopolskiej Konferencji Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji. PZITB, Oddział w Krakowie, Ustroń, 1 4 luty 001. [19] Szulborski K., Pyrak S.: O katastrofie obudowy wykopu głębokiego pod budynek przy ul. Puławskiej w Warszawie. Inżynieria i Budownictwo, nr 1/1998. [0] Szulborski K.: Awarie budowlane związane z głębokimi wykopami. Materiały seminarium pt. Głębokie wykopy na terenach wielkomiejskich. IDiM PW oraz IBDiM. Warszawa, 19 listopada 00. [1] Szulborski K.: Problemy konstrukcyjne w realizacji inwestycji wznoszonych w zabudowie zwartej. Materiały V Konferencji Naukowo-Technicznej Warsztat Pracy Rzeczoznawcy Budowlanego. ITB, Kielce, 7 9 kwietnia autor dr hab. inż. Hanna Michalak Politechnika Warszawska 76 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/008 (19)