geoinżynieria GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2006 (11)

Transkrypt

1 geoinżynieria 31

2 ???????????????? Nowy półwysep na Zatoce Gdańskiej Fot. 1. Terminal kontenerowy DCT w budowie widok z lotu ptaka, 10 XI 06 Już od ponad roku w Gdańsku, na terenie Portu Północnego, trwa budowa Morskiego Terminalu Kontenerowego. Na zlecenie prywatnego inwestora brytyjskiego, Deepsea Container Terminal (DCT), wykonania zadania a więc dostarczenia projektu wykonawczego i następnie realizacji robót budowlanych, podjęłą się międzynarodowa korporacja budowlana Hochtief, obejmując funkcję głównego wykonawcy. Głównym elementem budowy jest sztuczny półwysep prostokątny pirs o wymiarach 650 x 300m i powierzchni 37,5 ha. Długość pirsu podyktowana została wymaganą długością linii cumowniczej, natomiast szerokość pojemnością placu składowego kontenerów dwudziestostopowych. Pirs połączony będzie z brzegiem za pośrednictwem placu manewrowego na obszarze, który rozszerza się w kierunku lądu. Najdalej wysunięty w morze punkt pirsu będzie oddalony o około 900 m od naturalnej linii brzegowej. Ze względu na skalę, stopień komplikacji, przyjęte rozwiązania i technologię, omawiane zadanie inwestycyjne budowę terminalu należy uznać za przełomowe w warunkach polskich, wprowadzające nowe standardy. Zastosowano tu ulepszone i dostosowane do warunków lokalnych rozwiązania opracowane przez firmę Hochtief na potrzeby aktualnie realizowanego, największego w Europie projektu budowy terminalu w Bremerhaven. Projektowanie, budowa i później konserwacja pirsu bez wątpienia stanowią trudne wyzwanie inżynierskie z punktu widzenia zarówno geotechniki, jak również budownictwa morskiego. Ściśle określone warunki w zakresie bezpieczeństwa i funkcji dla określonego okresu pracy terminalu stawiane wobec budowli, przy ograniczonym budżecie, wymagają od projektantów szczególnego wysiłku. Celem jest konstrukcja tania, ale spełniająca wszelkie wymagania, szczególnie te dotyczące minimalnych okresów pracy bez konieczności przeprowadzania remontów. Zanim przystąpiono do projektowania, dokonano rozpoznania geotechnicznego. Pierwszy etap badań, przeprowadzony na zlecenie inwestora, wykonano na potrzeby projektu budowlanego. W jego trakcie wykonano czterdzieści jeden otworów sięgających na głębokość do 30 m poniżej poziomu morza. 32

3 ??????????????????? Wiercenia prowadzono z pontonów wiertniczych przy użyciu klasycznego sprzętu wiertniczego opuszczanego przy pomocy trójnogu i wyciągarki spalinowej, w systemie udarowo-okrętnym w rurach osłonowych o średnicy 133 i 160 mm. Drugi etap geotechnicznych badań dna morskiego w rejonie projektowanego pirsu przeprowadzono na zlecenie wykonawcy firmy Hochtief. Celem było dostarczenie pełniejszej informacji geotechnicznej, która miała pozwolić na lepsze rozeznanie i podjęcie decyzji prowadzących do optymalizacji konstrukcji. Zmiana miała polegać na ewentualnej rezygnacji z wykonania obudowy pirsu w formie grodzy na rzecz pojedynczej ścianki szczelnej kotwionej. Zbadano stopień zagęszczenia do rzędnej -25 m w siedemnastu miejscach przy pomocy sondy dynamicznej ciężkiej (DPSH), określono stan gruntów spoistych oraz pobrano próbki w dwunastu punktach przy użyciu son- Fot. 2. Nasypy obciążające i drogi technologiczne 33

4 ???????????????? Poddana pod dyskusję propozycja wymiany gruntu w linii posadowienia ścianki szczelnej została zaopiniowana pozytywnie. Głównym argumentem za wykonaniem takiej wymiany była możliwość uniknięcia znacznych osiadań i tarcia negatywnego na ściankę, które wzbudzone zostałyby po zarefulowaniu pirsu. Ostatecznie przyjęto rozwiązanie alternatywne: falochron północny i wschodni na bazie ścianki szczelnej, nabrzeże płytowe posadowione na elementach nośnych kombinowanej ścianki szczelnej i trzech rzędach pali o nachyleniu 20:1. Wspomniana ścianka szczelna nabrzeża skonstruowana została z elementów nośnych podwójnych profili HZ 775B-26 i wypełniających AZ25 o długości do 28,3m, wykonanych Fot. 3. Refulacja pirsu transport urobku przy użyciu rurociągu dy SPT i oszacowano wytrzymałość na ścinanie gruntu w warunkach bez odprowadzenia wody za pomocą sondy krzyżakowej FVT w dziewiętnastu otworach. W wyniku przeprowadzonych badań określono układ warstw geologicznych. Okazało się, że warstwa gruntów organicznych (iłów, namułów) o miąższości od 1 do 7 m z średnią rzędną spągu około -12 m względem poziomu morza zalega bezpośrednio pod dnem morskim. Warstwa charakteryzuje się niską wytrzymałością na ściskanie, ścinanie i stopniem plastyczności około 0,42. Określono ją jako nieprzydatną z punktu widzenia ewentualnego posadowienia ścianki szczelnej, które byłoby możliwe dopiero w niższych warstwach, gdzie zalegają piaski gliniaste i piaski odpowiednio w stanie luźnym lub średnio zagęszczonym. Fot. 4. Refulacja pirsu w technologii rainbowing ze stali ASTM-A690. Zaraz po wprowadzeniu elementów wypełniających, elementy nośne ścianki kotwiono przy pomocy ukośnych pali z profili HP 400x122 o długości 26 m, zakończonych tarczami kotwiącymi, co znacznie zmniejszało ryzyko uszkodzenia wznoszonej konstrukcji na skutek falowania. Pogrążanie elementów ścianki oraz jej kotwienie odbyło się przy użyciu platformy podnoszonej Odin. W skład stałego wyposażenia Odina wchodzi żuraw Spacelift ZT-R800 Ringer S3 o nośności 32,2 t przy wysięgu 61 m oraz kafar wyposażony w wibromłot na podwoziu gąsienicowym Liebherr LR1280. Pogrążanie elementów wypełniających i kotwiących odbywało się wyłącznie przy użyciu kafara. Pierwsza faza pogrążania elementów nośnych również przeprowadzona była przy zastosowaniu techniki wibracyjnej, jednak pogrążanie na odcinku ostatnich czterech metrów odbywało się przy użyciu młota hydraulicznego. Zmiana metody pogrążania miała na celu uzyskanie danych do określenia nośności tych elementów. Po odpowiednim zaawansowaniu budowy ścianki szczelnej obudowy pirsu, rozpoczęto refulację. Początkowo, w celu zasypania strefy bezpośrednio za ścianką, pogłębiarka nasiębierna wyrzucała w kierunku pirsu mieszankę piasku i wody, która, poruszała się po wysokim łuku i opadała wewnątrz pirsu. Taka operacja nazywana jest rainbowing. Później, ze względu na ograniczony zasięg wyrzucanego urobku, zastosowano rurociągi, które pozwoliły na transportowanie urobku Fot. 5. Pogrążanie elementów nośnych ścianki szczelnej przy użyciu młota hydraulicznego 34

5 ??????????????????? wgłąb pirsu. W jednym cyklu transportuje się około 6000 m 3 piasku. Ilość ta odpowiada ładunkowi około 700 ciężarówek. Ilość piasku niezbędną do całkowitego wypełnienia pirsu oszacowano na 2,22 mln m 3. Urobek do zalądawiania pola refulacyjnego pochodzi w większości z planowanych robót czerpalnych z budowy obrotnicy portowej oraz z pogłębiania akwenu podejściowego do przyszłego nabrzeża przeładunkowego. Zgodnie ze specyfikacją, do budowy pirsu stosowane są grunty mało spoiste o zawartości frakcji ilastych (przechodzących przez sito o średnicy oczka 0,63 mm) do 10% i największych ziarnach o średnicy 100 mm. Z analizy sitowej pobieranych na bieżąco próbek wynika, że rzeczywiście wbudowywany materiał to piasek drobny lub piasek średni o zawartości frakcji pyłowej poniżej 1% i wskaźniku różnoziarnistości około 2. Materiał ten, pomimo jednolitego uziarnienia, pozwala uzyskać założony - średni stopień zagęszczenia. Powierzchnia pirsu obciążona będzie przede wszystkim przez kontenery, które składowane będą w czterech warstwach, dając obciążenie placu 50kN/m 2. Poszczególne stosy kontenerów obsługiwane będą przez 16 kołowe suwnice bramowe RTG (Rubber Tired Gantry) na podwoziu pneumatycznym o maksymalnym nacisku 159 kn/koło. Ciągniki z trajlerami o maksymalnym nacisku 115kN/oś będą stosowane do dostarczania kontenerów na plac składowy. Dopuszczalne osiadania poszczególnych elementów pirsu na skutek wszelkich obciążeń, zarówno stałych jak i zmiennych, zostały ściśle określone w Specyfikacji Technicznej Klienta. Dozwolone obniżenie umocnień brzegowych wynosi 200 mm przez 60 lat. Dla konstrukcji posadowionych na palach, w tym belek podsuwnicowych odwodnej (w tym przypadku zintegrowanej z płytą nabrzeża) oraz odlądowej, dopuszcza się odkształcenia pionowe do 10 mm i poziome do 15 mm przez cały projektowany czas pracy terminalu. Maksymalne całkowite osiadania mierzone na nawierzchniach utwardzonych zostały określone dla wydzielonych stref w następujący sposób: 25 mm w obszarach przylegających do konstrukcji takich jak belki podsuwnicowej czy krawędzi odlądowej płyty nabrzeża, 225 mm, z czego 125 mm po dwóch pierwszych latach pracy terminalu dla pasa odległego o 10 do 20 m od podsuwnicowej belki odlądowej, 450 mm (250 mm po dwóch latach) dla kolejnego pasa o szerokości 20 m oraz odpowiednio 900 (500 mm) dla pozostałego obszaru. Dodatkowe kryterium ograniczające nierównomierne osiadania zostało wprowadzone poprzez określenie maksymalnych powstałych w ten sposób spadków, które w odległości 5 m od konstrukcji posadowionych na palach nie mogą przekroczyć 1:30. Maksymalne osiadania wyznaczone w trakcie obliczeń oszacowano na 12 do 15 cm po dwóch pierwszych latach po zakończeniu budowy, oraz 20 do 30 cm po kolejnych osiemnastu latach. Na koniec projektowanego czasu eksploatacji terminalu, czyli po 60 latach pracy maksymalne osiadania oszacowano na 25 do 35 cm. Największe spadki wynikające z nierównomiernych osiadań oszacowano na 1:80 w strefie przejściowej oraz 1:150 na pozostałym obszarze. Strefa przejściowa pomiędzy obszarem o małych osiadaniach (rejon nabrzeży i falochronów) i obszarem o większych osiadaniach zrealizowana została poprzez odpowiednią lokalizację i nachylenie skarp wykopów wykonanych w celu dokonania wymiany gruntu. Fot. 6. Platforma podnoszona Odin Monitoring osiadań zainicjowano już w trakcie budowy. Ma on na celu kontrolę budowanego, zalądawianego obszaru i weryfikację przyjętych założeń i rozwiązań projektowych. Dla obszaru zarefulowanego, w celu przyspieszenia osiadań, zdecydowano się na zastosowanie nasypu o wysokości 2 m przez 70 dni. Rozwiązanie to okazało się trafne. Potwierdza to fakt wywołania projektowanych osiadań, zależnie od miejsca od 10 do 40 cm, po czasie krótszym niż zakładano. W obszarze połączenia pirsu z istniejącym lądem po jego wschodniej stronie, ze względu na nieopłacalność wymiany gruntu (brak dostępu dla sprzętu pogłębiarskiego), projektanci zastosowali rozwiązanie oparte na pionowych sączkach sięgających rzędnej -12 m. Rozwiązanie to dało pożądany skutek, wywołało osiadania rzędu 25 cm. Kontrola osiadań prowadzona będzie również dla okresu liczonego od usunięcia nadkładu do odbioru budowy i następnie odpowiednio w czasie pracy terminalu. Punkty pomiarowe rozstawione są w siatce kwadratowej o boku 60 m. Oparte są na płytach stalowych o wymiarach 150x150 cm umieszczonych w gruncie, około 2,5 m poniżej powierzchni placów. Osiadania mierzone będą za pomocą przyspawanych do płyt rurek, końce których pozostaną odkryte wewnątrz studzienek ulicznych przeznaczonych do dokonywania pomiarów. Dotychczasowe wyniki badań i pomiarów prowadzone w trakcie realizacji budowy potwierdziły słuszność przyjętych założeń projektowych i rozwiązań konstrukcyjnych. Jest to wynik dogłębnych studiów i analiz popartych dodatkowo doświadczeniami firmy Hochtief zdobytymi w licznych udanych projektach zrealizowanych na całym świecie. autor dr inż. Lechosław Bierawski Hochtief Polska 35