Łukasz Kosno 1, Grzegorz Świt 2 Politechnika Świętokrzyska WYBRANE PROBLEMY LOGISTYCZNO-TECHNICZNE W BUDOWIE MOSTÓW GRUNTOWO-POWŁOKOWYCH POKAZANE NA PRZYKŁADZIE BUDOWY MOSTU NA RZECE ŁÓDKA 3 Wstęp Wykonawstwo obiektów inżynierskich jest dużym wyzwaniem logistyczno-technicznym. Budowane obiekty muszą spełniać wymagania jakościowe zawarte w dokumentacji, a ich wykonanie mieścić się w ramach czasowych określonych przez harmonogram. Sprawna logistyka na placu budowy stała się równie ważna jak procesy inżynieryjne. Koszty przestojów, magazynowania materiałów czy transportu uszczuplają marżę wykonawcy, co pośrednio dotyka również zamawiającego. Jest to jednym z powodów wzrostu popularności podatnych konstrukcji gruntowo-powłokowych, których wykonanie jest mniej zależne od warunków pogodowych oraz umożliwia wykorzystanie w większym zakresie materiałów występujących w pobliżu miejsca budowy. Konstrukcje gruntowo-powłokowe są stosowane, gdy nie ma możliwości zamknięcia ruchu (wykonywanie obiektu połówkami) lub istnieje konieczność szybkiego ukończenia budowy. Wykorzystywane są do budowy mostów, tuneli, przejść dla zwierząt, przepustów. Ilość zastosowań tego typu konstrukcji powoduje, że w wykonawstwie napotyka się na szereg problemów. W niniejszym artykule przedstawiono sposób wykonania konstrukcji gruntowo-powłokowej oraz występujące podczas budowy problemy techniczno-logistyczne. Przedmiotowy obiekt wybudowany został w 2008 roku. W tym czasie autor zatrudniony był w Firmie Wykonawczej na stanowisku inżyniera budowy. Rola logistyki w przedsięwzięciach budowlanych Przygotowanie i realizacja przedsięwzięcia budowlanego obejmuje szereg działań o charakterze koncepcyjnym, ekonomicznym, projektowym, administracyjnym i przetargowym. Ich celem jest wytworzenie produktu, który ma być zgodny z przepisami prawa oraz założonym budżetem. Jego realizacja musi mieścić się w określonym czasie, przy zachowaniu właściwego poziomu jakościowego. Aby temu sprostać przedsiębiorstwa cały czas muszą doskonalić swoje struktury. Obecnie coraz większą wagę przykładają one do rozwoju działów logistycznych, ponieważ mają one kluczowe znaczenie dla utrzymania rentowności. Głównymi celami logistyki zaopatrzenia w przedsiębiorstwach branży budowlanej jest zapewnienie właściwego poziomu gospodarki materiałowej (skutkuje redukcją kosztów), racjonalizacja procesów (pozwala na osiągnięcie wysokiej sprawności i jakości robót), utrzymanie autonomii (umożliwia uniezależnienie od czynników zewnętrznych i dostawców). Dzięki optymalnemu systemowi zaopatrzenia firma zyskuje przewagę konkurencyjną oraz możliwość szybkiej realizacji zleceń. Bez prawidłowo funkcjonującego systemu niemożliwe jest sprawne przeprowadzanie procesu inwestycyjnego. Błędy w tym zakresie powodować mogą poważne skutki począwszy od opóźnień procesu budowy, poprzez wstrzymanie realizacji, aż do wysokich kar umownych. [1] Logistyka zaopatrzenia jest istotna zarówno na poziomie przedsiębiorstw, jak i pojedynczych przedsięwzięć budowlanych. W drugim przypadku decydującą rolę odgrywa Kierownik Budowy, którego decyzje mają ogromny wpływ zarówno na jakość robót jak i rentowność przedsięwzięcia. Aby właściwe kierować budową należy przyjąć, że logistyka jest nieodłącznym elementem każdego procesu budowlanego. Ciągłość dostaw i mak- 1 Mgr Inż. Ł. Kosno, doktorant, Politechnika Świętokrzyska, Wydział Architektury i Budownictwa, Katedra Wytrzymałości Materiałów, Konstrukcji Betonowych i Mostowych 2 Dr hab. Inż. G. Świt, Prof. PŚK, Politechnika Świętokrzyska, Wydział Architektury i Budownictwa, Katedra Wytrzymałości Materiałów, Konstrukcji Betonowych i Mostowych 3 Artykuł recenzowany Logistyka 5/2015 215
symalne wykorzystanie posiadanego sprzętu mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia rentowności i terminowego wykonania robót. Logistyka jest obecna przez cały czas trwania robót począwszy od organizacji placu budowy. Do podstawowych elementów zagospodarowania zalicza się środki wyposażenia budowy, takie jak: drogi, place składowe, magazyny, instalacje, pomieszczenia biurowe, socjalne i higieniczno-sanitarne. W opisywanym przypadku organizacja placu budowy była utrudniona niewielką powierzchnią do wykorzystania. Zaletami małej powierzchni placu było skrócenie dróg, instalacji i niższe koszty budowy zaplecza. Jednakże ilość magazynowanych materiałów musiała zostać ograniczona. Konieczne było sprawne zarządzanie dostawami, często w określonych harmonogramem dniach i godzinach, zgodnie z zasadami filozofii Just in Time. W przedsiębiorstwach budowlanych zastosowanie znaleźć może również zasada 7W, będąca niejako uproszczoną definicją samej logistyki. [2] Definiuje wymogi postępowania w procesie przepływu materiałów oraz właściwą realizację zadań logistyki w przedsiębiorstwie. Zasada 7W wyraża się w usprawnieniu procesów przepływu i magazynowania produktów, uwzględnieniu aspektów związanych z budową łańcuchów logistycznych w strategii rozwoju przedsiębiorstwa oraz zwiększeniu efektywności przepływu materiałów, co przyczynia się do obniżenia kosztów przepływu, a więc całości kosztów procesów logistycznych. Wykonawstwo obiektu gruntowo-powłokowego Opisywany obiekt został zrealizowany w ramach przebudowy Drogi Krajowej nr 71 w km 32+316,50 w Konstantynowie Łódzkim. Lokalizacja przepustu pokrywała się z położeniem istniejącego mostu, który został przeznaczony do rozbiórki. Nowobudowany obiekt to konstrukcja podatna typu MultiPlate L27 z blach falistych o grubości 5mm i wymiarach fali 150x50mm. Długość przepustu dołem: 30,60m, górą: 27,10m. Światło poziome: B=4,28m, wysokość: H=2,67m. Nachylenie umocnionych skarp wlotu i wylotu 1:1. Projektowane rzędne: wlotu: 163,65, wylotu: 163,50; spadek podłużny dna: 0,5%. Roboty rozpoczęto od wykonania zabezpieczeń. W celu oddzielenia ruchu od placu budowy ustawiono bariery betonowe typu BPPS. Następnie wykonano ściankę szczelną z grodzic G62 o długości 8,0m w osi jezdni. Miało to na celu umożliwienie wykonania obiektu połówkami, dzięki czemu ruch drogowy mógł odbywać się wahadłowo. W odległości około 30 metrów od obiektu w górę rzeki wykonano groblę wzmocnioną ścianką szczelną wykonaną z profili PCV. Podobną konstrukcję wykonano też w odległości około 40m od przepustu w dół rzeki. Projekt zakładał przepuszczenie cieku rurociągiem z rur PEHD o średnicy 600mm. Ze względu na mały spadek, konieczność umieszczenia rur na konstrukcji wsporczej oraz przekładania rurociągu rozwiązanie to zastąpiono pompowaniem wody. Użyto do tego trzech stacjonarnych motopomp o maksymalnej wydajności 12, 5 i 5m³/min. Pompowanie musiało odbywać się przez całą dobę, aż do czasu wykonania przepustu, jego zasypki i umocnień. Utrzymanie pomp na chodzie przez tak długi okres stanowiło poważny problem. Awaria nawet jednej z pomp powodowała wzbieranie wody. Problemem okazała się również niewystarczająca wydajność urządzeń w czasie opadów deszczu. Rys. 1,2. Grobla zabezpieczająca plac budowy przed zalaniem Rozbiórkę rozpoczęto od wyburzenia płyty pomostu od strony wschodniej - pierwszej połowy istniejącego obiektu. Płytę pomostu rozkuto przy pomocy młota udarowego zainstalowanego na koparce kołowej, po czym przystąpiono do przełożenia przewodów elektrycznych oraz gazociągu, aby umożliwić prowadzenie dalszych robót. Instalacje umieszczono na tymczasowej konstrukcji wsporczej. Docelowo miały one 216 Logistyka 5/2015
przebiegać w zasypce obiektu. Projekt budowlano-wykonawczy przewidywał również wyburzenie przyczółków, jednak po ich odsłonięciu okazało się że nie mają widocznych śladów uszkodzeń. W wyniku przeprowadzonej analizy podjęto decyzję o ich pozostawieniu. Rys. 3-5. Widok skutej płyty pomostu, tymczasowej konstrukcji wsporczej i instalacji W kolejnym etapie robót pogłębiono i wyprofilowano dno rzeki, po czym rozpoczęto układanie membrany przeciwwodnej. Miało to na celu oddzielenie fundamentu z kruszywa od gruntu rodzimego. Zdaniem autora układanie membrany przeciwwodnej pod dnem cieku jest bezcelowe, jednak została ona wbudowana zgodnie z projektem i SST. Rys. 6,7. Ułożona membrana przeciwwodnej, pierwsza warstwa fundamentu z kruszywa W obiektach gruntowo-powłokowych niezwykle ważna jest współpraca konstrukcji stalowej z zasypką gruntową i fundamentem. Ława fundamentowa o grubości 50cm została wykonana z trzech warstw kruszywa łamanego o uziarnieniu 0-31,5mm, stabilizowanego mechanicznie. Kruszywo zostało zagęszczone do Is 1,0 zgodnie z SST, natomiast zalecenia GDDKiA [3] mówią o minimalnym stopniu zagęszczenia Is 0,98. W celu zapewnienia właściwego przebiegu momentów gnących kształt fundamentu należało dopasować do dna konstrukcji. Rzędną ławy fundamentowej obniżono o 10cm, na niej ułożono warstwę piasku o grubości 7cm, zagęszczoną do Is 1,0 oraz niezagęszczoną podsypkę piaskową o grubości 3cm. Ostatnia z tych warstw została ułożona aby umożliwić dokładne dopasowanie podłoża do konstrukcji stalowej, dzięki czemu uzyskano właściwe podparcie dna przepustu. Wytyczne [3] zalecają wykonanie profilowania górnej powierzchni fundamentu dla konstrukcji o rozpiętości 4,0m, natomiast źródła amerykańskie 3,6m [4]. Nieprawidłowe podparcie stref pachwinowych konstrukcji może powodować niewłaściwy przebieg momentów gnących w konstrukcji. Praktyka pokazuje, iż krok ten bywa pomijany przez wykonawców. Logistyka 5/2015 217
Rys. 8. Przekrój poprzeczny przepustu, zgodnie z projektem wykonawczo-budowlanym [5] Zastosowano montaż z częściową prefabrykacją; konstrukcję zmontowano jako dwie połowy. W pierwszej kolejności wykonano część denną, po czym przykręcono wyżej położone arkusze, aż do klucza konstrukcji. Zgodnie z wytycznymi zakłady wykonano zgodne z kierunkiem spływu wody. Po wykonaniu fundamentu od strony wschodniej, pierwszą połowę konstrukcji umieszczono na miejscu wbudowania przy pomocy dźwigu. Po ustawieniu drugiej części konstrukcji, fragmenty połączono stosując montaż sekwencyjny - montowano pojedyncze arkusze blach. Połączenia śrubowe wykonywano od środka w kierunku brzegów arkuszy przy użyciu śrub sprężających M20 klasy 8.8. Aby umożliwić włożenie śrub w otwory, arkusze ściągano do siebie przy użyciu klinów stalowych. Połączenia śrubowe następnie dokręcono do wymaganego momentu wynoszącego od 240Nm do 360Nm. Dokręcenie śrub postępowało od środka obiektu w kierunku jego brzegów [3][5]. Rys. 9,10. Ustawienie prefabrykowanego fragmentu i dalszy montaż konstrukcji Wytyczne producenta podają, że co najmniej 95% połączeń śrubowych musi spełniać wymagania odnośnie momentu dokręcenia, natomiast pozostałe 5% powinno być dokręcone do minimum 200Nm. Praktyka inżynierska pokazuje, że konstrukcje stalowe mogą ulegać relaksacji, w wyniku czego połączenia śrubowe mogą utracić zadany moment dokręcenia. Często zachodzi konieczność ponownego dokręcenia po 1-2 dniach. Najbardziej narażone na utratę momentu są śruby położone obok tych, które łączą ze sobą trzy arkusze blachy. Rys. 11. Schemat połączeń śrubowych najbardziej zagrożonych utratą momentu dokręcenia Zgodnie z wymaganiami SST zasypka konstrukcji gruntowo-powłokowej powinna być wykonana ze: żwirów, pospółek lub piasków co najmniej średnich. Do wykonania zasypki przedmiotowej konstrukcji wykorzystano kruszywo łamane o uziarnieniu 0-31,5mm, stabilizowane mechanicznie. Zalecenia [3] podają wymagany stopień zagęszczenia zasypki równy Is 0,97, w odległości do 0,2m od konstrukcji stalowej oraz Is 1,0, w odległości powyżej 0,2m od konstrukcji. Stopień zagęszczenia określano za pomocą lekkiej 218 Logistyka 5/2015
płyty dynamicznej i metody Proctora. Szczególnie istotne jest prawidłowe zagęszczenia zasypki w strefach pachwinowych obiektu. Jest to konieczne do uzyskania równomiernego podparcia i prawidłowego rozkładu momentów gnących w konstrukcji. W strefach tych zastosowano dodatkowo stabilizację gruntowo-cementową, dogęszczoną za pomocą ubijaków ręcznych. Użycie zagęszczarek nie jest tu możliwe z powodu braku miejsca. Przy zagęszczaniu stref pachwinowych należy zachować szczególną ostrożność. Zbyt intensywne zagęszczenie może spowodować podniesienie konstrukcji stalowej. Zasypkę należy wykonywać warstwami, równomiernie po obydwu stronach. Niesymetryczne jej ułożenie może doprowadzić do utraty właściwego kształtu konstrukcji. Prawidłowe wykonanie zasypki obiektów gruntowo-powłokowych niestety bywa często bagatelizowane przez wykonawców. Rys. 12. Możliwe odkształcenie konstrukcji wywołane niesymetrycznym ułożeniem zasypki Układanie zasypki, gdy jej wysokość zbliża się do poziomu klucza konstrukcji jest najbardziej niebezpieczną fazą budowy. Konstrukcja stalowa poddana jest działaniu maksymalnych momentów gnących. Jej światło poziome ulega przewężeniu, a klucz wyniesieniu [6][7], co może być szczególnie niebezpieczne w przypadku utraty momentu dokręcenia połączeń śrubowych. Rys. 13. Możliwe odkształcenia konstrukcji stalowej podczas układania warstw zasypki. W celu zapobieżenia nadmiernemu wypiętrzeniu konstrukcji podczas wykonywania zasypki należy ją balastować. Należy również monitorować jej wymiary. Dopuszczalne odkształcenia konstrukcji mieściły się w granicach określonych przez producenta, czyli 2% rozpiętości. Badania istniejących obiektów wykazały, że konstrukcje gruntowo-powłokowe są w stanie zachować stateczność nawet przy deformacjach sięgających 20% rozpiętości. Dopiero większe odkształcenia mogą spowodować lokalne wyboczenie konstrukcji.[3] Podsumowanie. Budowa obiektów gruntowo-powłokowych wiąże się z koniecznością rozwiązania pewnych problemów technicznych i logistycznych, nie występujących w czasie budowy obiektów o konstrukcji tradycyjnej. Istotne jest uzyskanie właściwego zagęszczenia oraz kształtu fundamentu, właściwego kształtu konstrukcji stalowej oraz momentu dokręcenia połączeń śrubowych. Istotne jest również uzyskanie właściwego zagęszczenia zasypki, odpowiednich wymiarów i kształtu konstrukcji po jej wykonaniu. Wykorzystanie konstrukcji gruntowo-powłokowych pozwala natomiast wyeliminować, bądź zredukować stosowanie kłopotliwych rozwiązań występujących w obiektach tradycyjnych. Należą do nich rusztowania, deskowania, urządzenia dylatacyjne, łożyska, płyty przejściowe, bitumiczne izolacje przeciwwodne oraz kolektory odwodnie- Logistyka 5/2015 219
niowe. W wielu wypadkach można zrezygnować z posadowienia pośredniego, bądź fundamentów żelbetowych. Wykonanie obiektów gruntowo-powłokowych jest szybsze i tańsze. Spadają koszty utrzymania obiektu. Praktyka inżynierska pokazuje, że obiekty gruntowo-powłokowe mają wysoką trwałość oraz odporność na korozję i uszkodzenia mechaniczne, Pod warunkiem zachowania reżimu technologicznego w wykonawstwie. Dzięki tym zaletom można zaobserwować dynamiczny wzrost udziału konstrukcji gruntowo-powłokowych w liczbie obiektów inżynierskich. Streszczenie Wykonawstwo obiektów inżynierskich jest dużym wyzwaniem logistyczno-technicznym. Budowane obiekty muszą spełniać wymagania jakościowe zawarte w dokumentacji, a ich wykonanie mieścić się w ramach czasowych określonych przez harmonogram. Konstrukcje gruntowo-powłokowe są stosowane, gdy nie ma możliwości zamknięcia ruchu lub istnieje konieczność szybkiego ukończenia budowy. Wykorzystywane są do budowy mostów, tuneli, przejść dla zwierząt, przepustów. Mnogość ich zastosowań powoduje, że w wykonawstwie napotyka się na szereg problemów. W artykule przedstawiono sposób wykonania konstrukcji gruntowo-powłokowej oraz problemy logistyczno-techniczne, występujące podczas budowy. CHOSEN LOGISTICAL-TECHNICAL ISSUES OF STEEL SHELL AND SOIL BRIDGE CON- STRUCTION, ILLUSTRATED WITH CONSTRUCTION OF BRIDGE ON THE RIVER ŁÓDKA. Abstract Execution of engineering structures is a significant logistical-technical challenge. The objects have to fulfil quality requirements included in the documentation and their construction has to be contained in timeframe defined by the schedule. Steel shell and soil structures are used when there is no possibility of a road closure or there is a necessity of a rapid completion of construction. They are used for construction of bridges, tunnels, crossing places for animals, culverts. Multiplicity of applications makes execution encounter a number of problems. This paper introduces the method of execution of the steel shell and soil structure and logistical-technical issues that occured during the construction. Literatura 1. Sobotka A., Logistyka przedsiębiorstw i przedsięwzięć budowlanych. Wydawnictwo AGH, Kraków 2010. 2. Czajkowska A., Zastosowanie narzędzi zarządzania jakością do analizy procesu logistycznego w wybranym przedsiębiorstwie. Komplementarność koncepcji zarządzania i logistyki. T.2. Metody i narzędzia zarządzania a logistyka w przykładach. Monografia. Redakcja naukowa Marta Kadłubek. Sekcja Wydawnicza Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2014. 3. Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Zalecenia projektowe i technologiczne dla podatnych konstrukcji inżynierskich z blach falistych, Załącznik do Zarządzenia Nr 9 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dn. 18 marca 2004r, Żmigród 2004. 4. Janusz L., Madaj A., Obiekty inżynierskie z blach falistych. Projektowanie i wykonawstwo, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2007. 5. Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Projekt budowlano-wykonawczy Przebudowa drogi krajowej Nr 71 ul. Łaskiej w Konstantynowie Łódzkim, odcinek od km 31+988,00 do 33+418,70, 2007. 6. Machelski Cz., Modelowanie mostowych konstrukcji gruntowo-powłokowych, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2008 7. Kosno Ł., Świt G., Behaviour analysis of steel-shell-and-soil corrugated structure in the construction phase illustrated with SuperCor SC-57S, 24th International Conference on metallurgy and materials METAL 2015, Brno 2015. 220 Logistyka 5/2015