Inżynieria GEOTECHNICZNA a rozbudowa Portu Gdańsk

Transkrypt

1 GEOINŻYNIERIA Inżynieria GEOTECHNICZNA a rozbudowa Portu Gdańsk tym samym czas przejazdu w kierunku sieci dróg krajowych. Sam projekt został podzielony na część drążoną tunelu (1076 m) oraz dwie rampy zjazdowe o szerokości 40 m i długości 340 m, jak również 750 m odpowiednio po wschodniej i zachodniej stronie rzeki [2]. W częściach zjazdowych zaprojektowano wodoszczelne komory żelbetowe w systemie białej wanny. Do głębokich wykopów (ponad 6 m) zastosowano system zabezpieczenia składający się ze ścian szczelinowych zagłębionych około 1,5 m w słabo przepuszczalne gliny pylaste wykorzystane jako naturalna bariera przeciwfiltracyjna. W przypadku, gdy słaboprzepuszczalna warstwa nie była ciągła lub położona była zbyt płytko względem projektowanego poziomu wykopu, co potencjalnie mogłoby spowodować utratę stateczności dna wykopu, zaprojektowano grawitacyjne poziome przesłony jet grouting (rys. 1). Dla wykopów bardzo głębokich (do 20,5 m) przyjęto zaawansowane rozwiązanie zabezpieczenia wykopu, polegające na wykonaniu ścian szczelinowych i poziomej przesłony jet-grouting (Soilcrete), gdzie wysoka wartość wyporu wody gruntowej została zrówdr inż. Rafał Buca / Keller Polska sp. z o.o. Oskar Mitrosz / Keller Polska sp. z o.o. Rozbudowa obiektów portowych i przyległej infrastruktury wymaga zastosowania specjalistycznych rozwiązań z zakresu inżynierii geotechnicznej. Nowo powstające obiekty muszą być posadawiane na zaawansowanych technologicznie i bezpiecznych fundamentach. Dobrą praktyką jest wykonywanie poletek badawczych przed rozpoczęciem prac, w celu określenia skuteczności projektowanego rozwiązania oraz określenia właściwej procedury kontroli i zapewnienia jakości robót zmniejszających ryzyko Położenie geograficzne jest głównym wyznacznikiem perspektyw rozwoju i możliwości rozbudowy każdego portu. Port Gdańsk znajduje się na południowym wybrzeżu Morza Bałtyckiego, co zapewnia połączenie z otwartym morzem przez cieśniny duńskie. Jego lokalizacja pod względem ekonomicznym wiąże się ze znacznymi korzyściami, jako że region Bałtyku jest najdynamiczniej rozwijającą się częścią Europy. W strategii rozwoju Portu Gdańsk do 2027 r. przewidziano, że stanie się on bramą dla środkowo-wschodniej Europy i wiodącym europejskim ośrodkiem na Morzu Bałtyckim, zakładając tym samym m.in. poprawę dostępności dróg śródlądowych i transportu kolejowego, zwiększenie przepustowości portu dla kontenerów i transportu intermodalnego, a także zwiększenie przepustowości dla towarów innych niż ładunki kontenerowe [1]. Ogólna, spójna strategia jest konsekwentnie realizowana krok po kroku, co prowadzi do rozwoju i wzrostu konkurencyjności całego regionu. W związku z tym powstają nowe koncepcje zagospodarowania i zarządzania terenami portowymi. Z geotechnicznego punktu widzenia przemysłowa część Gdańska charakteryzuje się złożonymi warunkami gruntowo-wodnymi oraz obecnością osadów morskich i aluwialnych, naniesionych w postaci piasków i słabych warstw organicznych (namuły, torfy) o bardzo niskich parametrach odkształceniowych i wytrzymałościowych. Aktualnie większość projektów prowadzonych w formule projektuj i buduj i realizowanych w tym regionie stanowi duże wyzwanie dla inżynierów geotechników. Lądowe połączenie drogowe W celu zapewnienia lądowego połączenia drogowego zrealizowano tunel drogowy pod Martwą Wisłą w Gdańsku, łączący port morski ze strefą przemysłową miasta, skracając FOT. 1. Widok na część Portu Gdańsk (źródło: ZMPG S.A., Fot. Kacper Kowalski) 60 PAŹDZIERNIK - GRUDZIEŃ / 4 / 2016 / 57

2 GEOINŻYNIERIA GDMT geoinżynieria drogi mosty tunele RYS. 1. Przekrój przez rampę zjazdową tunelu noważona przez działanie mikropali kotwiących. Przykładem bezpiecznego rozwiązania jest m.in. komora startowa umożliwiająca maszynie drążącej (TBM) rozpoczęcie właściwego wiercenia (rys. 2). Analiza numeryczna komory na etapie projektu wykazywała maksymalne przemieszczenia ściany frontowej i bocznej odpowiednio 12 mm i 32 mm. Po osiągnięciu etapu wykopu docelowego maksymalne pomierzone przemieszczenia ściany frontowej i bocznej wynosiły odpowiednio 11 mm i 22 mm [3], co potwierdziło założenia projektowe. Nieznaczne różnice przemieszczeń wynikały głównie z efektu zastosowania bloku jet-grouting, który skutecznie redukował parcie gruntu na ścianę frontową. Obiekt tunelowy został zaprojektowany z uwzględnieniem maksymalnego poziomu wody, tj. 2,5 m n.p.m. w fazie eksploatacji, odpowiadającego Wysokiej Wielkiej Wodzie (WWW). Natomiast w analizie faz budowlanych uwzględniono dwa poziomy wody 0,5 m i 1,5 m n.p.m. reprezentujące odpowiednio stan istniejący i awaryjny. W każdej fazie inwestycji musiała zostać zachowana stateczność dna wykopu obciążonego parciem wody. Każdorazowo analizę systemu zabezpieczenia wykopu przeprowadzono zarówno dla pojedynczego elementu kotwiącego, jak i dla całego bloku, przy założeniu, że elementy kotwiące i grunt, znajdujący się w ich strefie oddziaływania, stanowią monolityczny blok [4]. W wyniku obliczeń stwierdzono, że stateczność globalna w fazach tymczasowych była decydująca przy ustaleniu docelowej siatki i długości elementów kotwiących. W związku z wysokim stopniem skomplikowania projektu szczególną uwagę przywiązywano do kontroli jakości robót na każdym etapie budowy. Projekt obejmował budowę głębokich i rozległych wykopów dla ramp zjazdowych tunelu i dwóch komór dla maszyny TBM w złożonych warunkach gruntowo-wodnych. Ponadto przyjęte rozwiązanie konstrukcyjne musiało spełniać wymagania wykonawcy, pozwalając na pracę w wykopach technologicznie suchych, co znacząco skróciło czas i obniżyło koszty budowy. RYS. 2. Przekrój przez komorę startową oraz blok jet-grouting PAŹDZIERNIK - GRUDZIEŃ / 4 / 2016 / 57 61

3 GEOINŻYNIERIA RYS. 3. Przekrój przez nasyp posadowiony na kolumnach Łącznica kolejowa W ramach zwiększenia dostępności infastruktury kolejowej do portu i połączenia z głównymi liniami krajowymi, wykonano modernizację dwutorowej magistrali nr 226. Celem posadowienia nasypu na kolumnach było zwiększenie stateczności globalnej i zredukowanie osiadań 11-metrowego nasypu kolejowego na podłożu słabonośnym. Za wykorzystaniem rozwiązania CSE (ang. Column Supported Embankment) przemawiały dwa główne czynniki [5]: przyspieszenie całkowitego czasu wykonawstwa w porównaniu do bardziej tradycyjnych metod (np. drenów prefabrykowanych) oraz ochrona sąsiedniego czynnego toru przed nadmiernym osiadaniem w związku z poszerzaniem linii dwutorowej. Nad głowicami kolumn skonstruowano warstwę transmisyjną, która zapewniała równomierny rozkład obciążenia na kolumny oraz zapobiegała utracie stateczności w wyniku przebicia w podstawie nasypu. Terminal naftowy Rozbudowa Portu w Gdańsku wiązała się także z budową nowego Terminala Naftowego, który jest pierwszym kompletnym węzłem morskim na polskim wybrzeżu, strategicznym pod względem bezpieczeństwa energetycznego w zakresie dostaw ropy naftowej. Terminal został wyposażony w sześć zbiorników o pojemności 62,5 tys. m 3 każdy (łączna pojemność m 3 ), zewnętrzne i wewnętrzne rurociągi naftowe oraz kompletną infrastrukturę. Posadowienie zbiorników zaprojektowane zostało na kolumnach przemieszczeniowych CSC (ang. Controlled Stiffness Columns), zgodnie z wytycznymi ASIRI [6] dotyczącymi sztywnych inkluzji. W celu kontroli sztywności wzmocnionego gruntu i właściwej oceny osiadań pod FOT. 2. Budowa terminalu ropy naftowej (źródło: RYS. 4. Wizualizacja nowych stanowisk cumowniczych oraz placów składowania (źródło: DCT Gdańsk S.A.) płytami fundamentowymi zaprojektowano kolumny betonowe z warstwą transmisyjną LTP (ang. Load Transfer Platform), a pod sztywnymi fundamentami pierścieniowymi kolumny zbrojone połączone z ławą. Zastosowanie wzmocnienia podłoża miało na celu redukcję osiadania do 100 mm i ograniczenie różnicy osiadań do 50 mm. Porównanie wyników pomiarów rzeczywistych osiadań podczas próby wodnej zbiorników z analizą numeryczną przeprowadzoną w programie Plaxis dla różnych faz konstrukcyjnych dowiodło, iż wyniki oszacowane były mniejsze od dopuszczalnych. Głębokowodny terminal kontenerowy Kolejnym etapem w strategii dla portu była rozbudowa Głębokowodnego Terminalu Kontenerowego (DCT), pozwalająca zwiększyć zdolności przeładunkowe kontenerów w porcie i sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na usługi głębokowodne w Europie Środkowo-Wschodniej (rys. 4). Nowe 650-metrowe nabrzeże zwiększy zdolność przeładunkową terminalu do 3 milionów TEU (ang. Twenty-foot Equivalent Units). Nowy terminal T2 obsłuży największe kontenerowce klasy ULCV (ang. Ultra Large Container Vessels) o pojemności przekraczającej TEU. Geotechniczna część projektu i wykonawstwa dotyczyła nowych stanowisk cumowniczych i sąsiednich placów składowania kontenerów. Obszar inwestycji o powierzchni 25 ha został podzielony na dwie zasadnicze części: posadowienie belki odlądowej suwnicy STS (ang. Ship-To-Shore) i wzmocnienie wgłębne strefy nabrzeża (45 m w głąb lądu od ściany nabrzeża), platformy (placu składowania kontenerów) oraz strefy przejściowej łączącej oba obszary (rys. 5). Wzmocnienie podłoża w rejonie nabrzeża składało się z części lądowej oraz głębokiego zasypu hydrotechnicznego części wodnej. W rejonie platformy wzmocnienie podłoża polegało głównie na zagęszczeniu luźnego nasypu do głębokości 5 6 m, co zapewnieniało odpowiednią sztywność nasypu i równomierny rozkład obciążeń z platformy na niżej położoną warstwę namułów, która miała decydujący wpływ na wielkość całkowitych osiadań konstrukcji. W strefie przejściowej natomiast elementy wzmocnienia podłoża zostały zaprojektowane w zróżnicowanych rozstawach i długościach, tak aby zapewnić płynne przejście od obszaru o dopuszczalnych osiadaniach 240 mm do rejonu nabrzeża, gdzie osiadania musiały zostać ograniczone do 50 mm. We wszystkich obszarach rozwią- 62 PAŹDZIERNIK - GRUDZIEŃ / 4 / 2016 / 57

4 GEOINŻYNIERIA GDMT geoinżynieria drogi mosty tunele RYS. 5. Typowy przekrój w części wodnej z zaznaczeniem dopuszczalnych osiadań zanie geotechniczne zostało dostosowane do profili gruntowych i ich genezy, obciążeń (zmienne przy nabrzeżu 40 kpa, plac składowania kontenerów 56 kpa) i wymagań eksploatacyjnych (dopuszczalne osiadanie: fundamentów suwnic do 10 mm, nawierzchni placu od 60 mm do 240 mm). W newralgicznej strefie, tj. rejonie ściany nabrzeża, wzmocnienie gruntu miało na celu nie tylko ograniczenie osiadań nawierzchni pod obciążeniem 40 kpa, ale również zredukowanie parcia gruntu na ścianę nabrzeża. Przed rozpoczęciem produkcji, zgodnie z wymaganiami kontraktu, należało wykonać poletka badawcze dla poszczególnych technologii wzmocnienia oraz nasyp przeciążający w pełnej skali w celu potwierdzenia skuteczności projektowanych rozwiązań i sprawdzenia możliwości wykonawczych. Monitoring nasypu, zlokalizowanego w strefie nabrzeża, posadowionego na kolumnach betonowo- -żwirowych, trwał trzy miesiące i zaobserwowano pełną stabilizację osiadań. Pomierzone całkowite wartości osiadań kształtowały się na poziomie mm i były niższe od wartości dopuszczalnych, jak również od wartości szacowanych w programie Plaxis (38 42 mm). Ostatecznie w oparciu o wyniki testów i wnioski z poletek przygotowano projekty wykonawcze i rozpoczęto produkcję. Całe kompleksowe rozwiązanie geotechniczne było na bieżąco kontrolowane i koordynowne, tak aby zastosowane rozwiązania współgrały z hydrotechniczną i konstrukcyjną częścią zadania inwestycyjnego. Podsumowanie Dalsza rozbudowa obiektów portowych i przyległej infrastruktury przyniesie wymierne możliwości rozwoju dla Polski i krajów śródlądowych, takich jak Czechy, Słowacja, Węgry, Białoruś i Ukraina, które znajdują się w obszarze oddziaływania Portu Gdańsk (<800 km) [1]. Inżynieria geotechniczna musi stawiać czoła temu wyzwaniu, zapewniając portowi zaawansowane technologicznie i bezpieczne fundamenty. Autorzy rekomendują jako dobrą praktykę wykonywanie poletek badawczych przed rozpoczęciem prac, w celu określenia skuteczności projektowanego rozwiązania oraz określenia właściwej procedury kontroli i zapewnienia jakości robót zmniejszających ryzyko. W publikacji przedstawiono wdrożone w życie, skuteczne rozwiązania geotechniczne zrealizowane w złożonych warunkach gruntowo-wodnych w rejonie ujścia Wisły, zaplanowane przy użyciu najnowszego oprogramowania do projektowania i wykonane przy użyciu zaawansowanych technologii połączonych z wysokiej jakości procedurami. Wszystko to pozwoliło na zrealizowanie kompleksowego projektu infrastrukturalnego rozbudowy Portu Gdańsk szeroko otwierającego bramę do Europy Środkowo-Wschodniej. Literatura [1] Buca R., Mitrosz O.: Complex Geotechnical Engineering for Port of Gdansk Development Gateway to Central-Eastern Europe, Proceedings of 13 th Baltic Sea Geotechnical Conference, : s [2] Topolnicki M., Buca R.: Parametry eksploatacyjne i konstrukcyjne wybranego tunelu drogowego wraz z założoną technologią i bezpieczeństwem realizacji tunelu, Inżynieria i Budownictwo 1/2013: s [3] Topolnicki M., Buca R.: Realizacja i monitoring komory startowej i wyjściowej maszyny TBM, Inżynieria i Budownictwo 2/2014: [4] Topolnicki M., Buca R., Mitrosz O., Kwiatkowski W.: Application of micropiles for uplift control and foundation of large access ramps of an underwater Road Tunnel in Gdansk, in 12 th International Workshop on Micropiles, June 2014, Krakow, Poland. [5] Sloan J.A.: Column-supported embankments: full-scale tests and design recommendations, PhD dissertation submitted to Virginia Polytechnic Institute and State University, [6] ASIRI: Recommendations for the design construction and control of rigid inclusion ground improvements, Operation of the Civil and Urban Engineering Network, Institut pour la Recherche et l Expérimentation en Génie civil (France), PAŹDZIERNIK - GRUDZIEŃ / 4 / 2016 / 57 63

5