STAN AWARYJNY FUNDAMENTÓW WIELKOPOWIERZCHNIOWEGO OBIEKTU HANDLOWEGO POSADOWIONYCH NA ŹLE ROZPOZNANYM NASYPIE.pdf

Dr inŜ. Jacek KAWALEC, jacek.kawalec@polsl.pl

Katedra Geotechniki Politechniki Śląskiej w Gliwicach

STAN AWARYJNY FUNDAMENTÓW

WIELKOPOWIERZCHNIOWEGO OBIEKTU HANDLOWEGO

POSADOWIONYCH NA Ź LE ROZPOZNANYM NASYPIE

CRITICAL CONDITION OF LARGE FLOOR SURFACE SHOPPING CENTRE FOUNDATIONS

FOUNDED ON WRONGLY INVESTIGATED EMBANKMENT

Streszczenie Realizacja wielkopowierzchniowego obiektu handlowego na obszarach o gęstej zabudowie często

związana jest z decyzją o lokalizacji na obszarze częściowo geotechnicznie zdegradowanym. Przykładem takiej

popularnej inwestycji jest obiekt handlowy, zaprojektowany na nasypie niebudowlanym o duŜej miąŜszości,

nieprawidłowo zakwalifikowanym jako nasyp budowlany. Podanie przez dokumentację geologiczno-inŜynierską

parametrów dla celów projektowych doprowadziło do znacznego osiadania fundamentów pod własnym

cięŜarem, przekraczającego stan graniczny juŜ na początku budowy. Referat ma na celu przedstawienie

warunków geotechnicznych podłoŜa, podjętych decyzji projektowych oraz całego ciągu przyczynowo-

skutkowego, który doprowadził do powstania stanu awaryjnego jeszcze przed zakończeniem budowy.

Abstract Realization of large in scale trade centre in areas of dense building development is often connected

with decision to localize object on geotechnically degraded surface. An example of this kind of popular

investment presented in the paper is trade centre designed over deep, uncontrolled soil deposit wrongly classified

as good embankment. Design parameters of those soils wrongly estimated by geological report brought to

foundations unexpected and unacceptable settlement under their weight only at the very beginning of

construction process. Paper is presenting geotechnical condition of substratum, decisions taken by designers and

whole cause-effect link which before end of construction works has created the emergency condition of the

structure.

1. Wst ę p

Gwałtowny rozwój sieci handlowych w ostatnich latach przekłada się na duŜą dynamikę

wzrostu ilości obiektów handlowych budowanych i oddawanych do uŜytku. Proces

inwestycyjny został bardzo przyspieszony w czasie, Inwestorzy dąŜą do zamknięcia go w

ramach kilkunastu miesięcy. Problematyka projektowania obiektów pod presją czasu, przy

duŜej powtarzalności pewnych elementów projektu obarczona jest większym ryzykiem

popełnienia błędu w sytuacji odmiennych uwarunkowań zewnętrznych. Takim zmiennym

parametrem są z pewnością warunki geotechniczne pod obiektem. Szczególnym

przypadkiem, wymagającym często zastosowania niekonwencjonalnych metod są obszary

zdegradowane, w tym nasypy niekontrolowane [13]. Projekt fundamentów jest w takim

wypadku rozwiązaniem „niepowtarzalnym” i z pewnością wymaga kaŜdorazowej,

szczególnej uwagi w trakcie podejmowania decyzji o sposobie posadowienia. Regulują to

421

odpowiednie przepisy, choć jak pokazuje praktyka, i tak nie zawsze nawet trudne warunki

gruntowe skłaniają do pochylenia się nad problemem i dokładnej analizy sytuacji.

W referacie opisano przykład obiektu handlowego zlokalizowanego na Śląsku,

realizowanego na przełomie roku 2004/2005.

2. Opis inwestycji i charakterystyka warunków gruntowych

Zaprojektowany obiekt handlowy o powierzchni zabudowy w pierwszym etapie ok. 3500

m 2 w konstrukcji stalowej z rozstawem słupów 12 x 24 m, realizowany był jako rozwiązanie

typowe dla Inwestora. ZałoŜono posadowienie obiektu na stopach fundamentowych o

wymiarach 2,0 x 2,0 m oraz 2,3 x 1,5 m na głębokości uwzględniającej głębokość

przemarzania dla Śląska h Z = 1,0 m. Przyjęto, iŜ podłoŜe gruntowe musi spełnić wymóg

minimalnej wartości jednostkowego oporu obliczeniowego podłoŜa pod fundamentami q fn =

250 kPa.

Dla powyŜszych załoŜeń zlecono wykonanie dokumentacji geologiczno-inŜynierskiej. W

ramach opracowywania dokumentacji wykonano 9 otworów badawczych w rejonie

projektowanego obiektu oraz 7 otworów w rejonie projektowanego parkingu otaczającego

obiekt. Charakterystyka podłoŜa opisana została w dokumentacji geologiczno–inŜynierskiej.

Stwierdzono, iŜ w rejonie projektowanego obiektu na początku XX-go stulecia zlokalizowane

było wyrobisko gliny sięgające głębokości kilkunastu metrów. Wyrobisko to zostało w

okresie późniejszym zasypane materiałem odpadowym pochodzącym z kopalni oraz gruntami

z budowy okolicznych osiedli mieszkaniowych. W późniejszym okresie cała powierzchnia

terenu została jeszcze przykryta warstwą nasypu ŜuŜlowo-kamienisto-piaszczystego z

domieszkami gliny. Wypełnienie wyrobiska odbywało się w sposób niekontrolowany.

Głębokość zasypanego wyrobiska była zmienna, w rejonie projektowanego pawilonu wahała

się w granicach 9,8 – 14,2 m ppt.

W głębszych partiach podłoŜa pod nasypami stwierdzono zaleganie utworów karbonu

wykształconych jako gliny pylaste zwięzłe oraz iły oraz w głębszych partiach mułowce i

iłowce z laminami węgla. Przykładowy przekrój geologiczno-inŜynierski z dokumentacji [2]

przedstawiony został na rysunku 1.

Dodatkowo, stwierdzając występowanie gruntów nasypowych, w celu określenia ich stanu,

wykonano 3 sondowania sondą dynamiczną cięŜką (SD-63,5)[2]. Reprezentatywny profil

sondowania dynamicznego przedstawiono na rysunku 2.

3. Wnioski i wytyczne zawarte w dokumentacji geologiczno-in Ŝ ynierskiej

Ku zaskoczeniu, autorzy dokumentacji geologiczno inŜynierskiej [2] podłoŜe, zbudowane

w obszarze zasięgu wpływu fundamentów obiektu z gruntów nasypowych, podzielili na

warstwy o róŜnych właściwościach na podstawie wyników sondowań dynamicznych. W

pakiecie współczesnych gruntów nasypowych (Q h n ) wydzielono 4 warstwy geotechniczne:

Warstwa Ia – nasypy kamienisto gliniaste z domieszkami antropogenicznymi w

stanie luźnym. MiąŜszość warstwy określono na maksymalnie 2m.

Warstwa Ib – średniozagęszczona mieszanina gruntów kamienisto-gliniastych o

uogólnionym stopniu zagęszczenia I D =0,56

Warstwa Ic – nasypy zbudowane z okruchów, częściowo rozlasowanych skał

karbońskich. Ich stan określono jako zwarty i półzwarty.

Warstwa Id – nasypy zbudowane w przewadze z „rozlasowanych” iłowców i

pyłowców w stanie twardoplastycznym. Dla tej warstwy określono na podstawie

badań laboratoryjnych przybliŜony stopień plastyczności I L =0,18.

422

W dalszym kroku, w oparciu o zaleŜności korelacyjne podane w normie PN-81/B-03020

„Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i

projektowanie” [8] opracowano orientacyjne uogólnione wartości parametrów

geotechnicznych w zestawieniu tabelarycznym (tablica 1).

Rys. 1 Typowy przekrój geologiczno-inŜynierski wg dokumentacji [2]

W dalszej części dokumentacja geologiczno–inŜynierska zawiera wytyczne dla

przygotowania podłoŜa pod fundamenty obiektu. Znalazł się tu zapis, iŜ podłoŜe winno

odpowiadać parametrowi wtórnego modułu odkształcenia, mierzonego płytą sztywną średnicy

30 cm, wynoszącemu E 2 ≥ 120 MPa przy równoczesnym zachowaniu warunku stosunku

modułów wtórnego do pierwotnego I O ≤2,2. Są to wymagania zaczerpnięte z budownictwa

komunikacyjnego, gdzie metoda kontroli poszczególnych warstw nasypów polega na

potwierdzaniu uzyskiwania wymaganych modułów odkształcenia przy badaniu płytą sztywną

(popularnie określana płytą VSS).

423

Tablica 1. Wartości parametrów geotechnicznych, charakterystyczne i obliczeniowe, dla wydzielonych warstw

gruntów przytoczone za dokumentacją [2]

W-

Rodzaj

gruntu

I D

I l

stan w n

[%]

[t/m3]

(n)

[t/m3]

(r)

[kPa]

(n)

[kPa]

(r)

M 0

[MPa]

]

(n)

]

(r)

0,5

szg 9,0 1,76 1,58 30,0 27,0 30 27 44

73,5

- ≤0,00 pzw 15,0 1,76 1,58 24,0 21,6 14 13 27

45,1

- 0,18 tpl 19,7 1,60 1,44 18,0 16,2 12 11 17,6 29,4

II a KWg

(G pz /J)

- 0,10 tpl 27,0 2,00 1,80 54,3 48,9 13 12 22,2 37,1

Rys. 2 Wykres sondowania dynamicznego sondą SC

Stwierdzono równieŜ, iŜ dla osiągnięcia takich parametrów niezbędna jest częściowa

wymiana gruntów pod fundamentami na głębokość 1,2 m. Zalecono wykonanie jej z

odpowiedniego materiału wbudowywanego warstwami, po uprzednim dogęszczeniu dna

wykopu, dla uzyskania parametru E 2 ≥ 45 MPa. W przypadku trudności z uzyskaniem takich

parametrów przez podłoŜe zalecono doziarnienie grubym kruszywem lub dodanie ok. 10%

cementu na głębokość 0,5m. Zalecono odbiór kaŜdej warstwy przez geologa i potwierdzenie

tego faktu odpowiednim wpisem do dziennika budowy. Spełnienie tych warunków, zgodnie z

zapisem w dokumentacji geologiczno-inŜynierskiej, pozwolić miało na posadowienie

bezpośrednie fundamentów obiektu, przy równoczesnym przyjęciu wartości jednostkowego

oporu obliczeniowego podłoŜa q dop =250 kPa.

424

[

4. Rozwi ą zanie projektowe posadowienia fundamentów obiektu

W projekcie [10], opierając się na dokumentacji geologiczno-inŜynierskiej [2], załoŜono,

Ŝe nośne podłoŜe pod fundamentami i ławami fundamentowymi powinno spełniać warunki:

dopuszczalnego jednostkowego odporu obliczeniowego podłoŜa gruntowego 250 kPa oraz

dopuszczalnej, maksymalnej róŜnicy osiadań fundamentów 1 cm. Wykonano obliczenia

konstrukcji oraz odpowiednie rysunki. Praktycznie, na część projektu dotyczącą posadowienia

fundamentów obiektu, składały się przytoczone zapisy z dokumentacji geologiczno-

inŜynierskiej. MoŜna by rzec, iŜ załoŜono, Ŝe podłoŜe musi się dostosować do wymagań

obiektu.

Analiza stanu granicznego nośności, przy podaniu wartości jednostkowego oporu

obliczeniowego podłoŜa sprowadziła się do wymiarowania fundamentów, by spełnić warunek

q dop =250 kPa. W projekcie nie dokonano analizy drugiego stanu granicznego, by oszacować

moŜliwe osiadania fundamentów. Przyjęto za dokumentacją geologiczną za pewnik, Ŝe po

wykonaniu zaleceń technologicznych podłoŜe będzie odpowiednio przygotowane.

5. Realizacja obiektu do momentu powstania stanu awaryjnego

Projekt Architektoniczno-Budowlany [10] uzyskał pozwolenie na budowę, podjęto decyzję

o wyborze Wykonawcy i prace rozpoczęto jesienią 2004 roku. Wykonawca rozpoczął

prowadzenie prac zgodnie z projektem, stosując się do wytycznych zawartych w

dokumentacji geologiczno-inŜynierskiej. Dokonywano odbiorów kolejnych warstw

wbudowywanego kruszywa. Po uzyskaniu rzędnej posadowienia rozpoczęto montaŜ

prefabrykowanych fundamentów stopowych. W pierwszym etapie wykonano 14

fundamentów.

Prowadzone na bieŜąco obserwacje i pomiary geodezyjne wykazały, iŜ w ciągu 10

kolejnych dni stycznia 2005 fundamenty, pod własnym cięŜarem, osiadły w zakresie od 2 do

73 mm. Tym samym, juŜ przy tak nieznacznym obciąŜeniu, zostały przekroczone zarówno

warunki projektowe jak i równieŜ wymagania normowe [8]. Po wstrzymaniu prac i

poinformowaniu wszystkich dotychczasowych uczestników procesu inwestycyjnego, zaczęto

szukać przyczyny osiadania fundamentów. Autorzy dokumentacji geologiczno-inŜynierskiej

stali na stanowisku, iŜ przyczyną osiadania fundamentów są błędy spowodowane

nieodpowiednim przygotowywaniem podłoŜa, w postaci gorszej jakości kruszywa oraz jego

słabszego zagęszczenia.

6. Geotechniczna ocena warunków gruntowych oraz analiza bł ę dów popełnionych

przy ocenie stanu podło Ŝ a

W dokumentacji geologiczno-inŜynierskiej [2] stwierdzono, iŜ na omawianym terenie

grunty rodzime do głębokości kilkunastu metrów zostały wyeksploatowane, a powstałe

wyrobisko zostało zasypane materiałem złoŜonym z odpadów kopalnianych oraz materiałem

pochodzącym z robót ziemnych i wyburzeniowych. Materiał ten był deponowany w sposób

niekontrolowany. Takie rozpoznanie terenu stawiało pod znakiem zapytania celowość

wykonywania sondowań dynamicznych dla określania stanu gruntów nasypowych.

Wykonane sondowania dynamiczne prowadzone w nasypach niekontrolowanych

złoŜonych z mieszanin kamienisto-gliniastych z przewagą odpadów kopalnianych nie mogą

być bezpośrednią podstawą do określania stopnia zagęszczenia nasypu. Grunty

antropogeniczne, zwłaszcza większych granulacji, dają bowiem fałszywy obraz o stanie

nasypu. Końcówka sondy trafiając na większe okruchy powoduje zatrzymanie wpędu sondy

do czasu rozbicia przeszkody, a w efekcie znacznie zawyŜa ilość uderzeń sondy na 20 cm

425

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: