Parkingi podziemne o ścianach konstrukcyjnych wykonanych z grodzic.pdf

nominacje

(%22%.+.%#(4!'\54),)4945..%,,).'\ 42!&&)#45..%,,).'

3:7!*#!2)!

45.%,'/44(!2$"!3%02:%/-/7%

35+#%390)/.)%23+)%'/02/*%+45

'/44(!2$\3:7!*#!2)!

#ZTERYGOWICE4"-'RIPPERDOSKAlRMY(ERRENKNECHTDRAZACETUNELWPA|SMIEGØRSKIM

'OTTHARDW3ZWAJCARIIDOTARYDOWYZNACZONYCHCELØW$WIEMASZYNYKONSORCJUM!'.

3I3DOTARYDOKON|CASWOICHODCINKØWW!MSTEGODPOWIEDNIOWCZERWCUIW

PAZ|DZIERNIKUR$WIEKOLEJNEGOWICE4"-'RIPPERNALEZACEDOKONSORCJUM4!43

I3DOTARYDOBUDOWANEJSTACJIWIELOFUNKCYJNEJ&AIDOnPIERWSZAWEWRZES|NIUDRUGA

WPAZ|DZIERNIKUZESZEGOROKU/ZNACZATOZEUKON|CZONOJUZZKMGØWNYCHTUNELI

SZLAKOWYCH4UNELU'OTTHARD"ASEKTØREPOWIERZONODOWYKONANIAURZADZENIOMlRMY

(ERRENKNECHT

/BECNIETRWADEMONTAZMASZYN4"-3I3KTØREZOSTANAPOWIEKSZONEZE

OBECNEJ|SREDNICYMDOWIEKSZEJM7POOWIEROKUOBIEMASZYNYBEDA

DRAZYC|OSTATNIODCINEKTUNELUBIEGNACYOD&AIDODO3EDRUN

:ESWOJADUGOS|CIAXKM4UNEL'OTTHARD"ASEBEDZIESTANOWIC|NAJDUZSZYKOLE

JOWYTUNELNAS|WIECIE7SZYSTKIMPIONIEROMPRACUJACYMPRZYJEGOBUDOWIEZYCZYMY

uPOWODZENIAIBEZPIECZNEJPODRØZYhAZDOZAKON|CZENIATUNELU

$!.%02/*%+45

33'RIPPER4"-

3 | REDNICAMM

MMPOROZSZERZENIU

-OCZNAMIONOWAK7

$UGOS|C|TUNELUXM

'EOLOGIAGNEJSGRANITUPEK

79+/.!7#9

!2'%4!4

)MPLENIA"AU!'

(/#(4)%&!'!LPINE

-AYREDER"AU'MB(

#3#)MPRESA

#OSTRUZIONI3!

)MPREGILO3P!

!2'%!'.

-URER!'

3TRABAG!'

33'RIPPER4"-

3 | REDNICAMM

-OCZNAMIONOWAK7

$UGOS|C|TUNELUXM

'EOLOGIAGNEJSGRANITUPEK

(ERRENKNECHT!'

$3CHWANAU

4EL

&AX

MARKETING HERRENKNECHTCOM

0RZEDSTAWICIELNA0OLSKE

$YMITRI0ETROW'ANEW

4EL

&AX

4ELKOM

GANEWDYMITRI HERRENKNECHTDE

WWWHERRENKNECHTCOM

GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12)

geoinżynieria

o ścianach konstrukcyjnych

P arkingi podziemne

wykonanych z grodzic

Fot. 1. Parking podziemny w Bristolu, Wielka Brytania

wykonanych z grodzic

z grodzic wspominano już na łamach kwartalnika

„Geoinżynieria. Drogi, mosty, tunele” (m.in. [8]).

Do tej pory nie wykonano jednak w Polsce obiektu takiego

typu. Co więcej, nawet tego poważnie nie rozważano. Wydaje

się, że przyczyna takiego stanu rzeczy tkwi w istnieniu wielu

mitów dotyczących grodzic. Tak się niestety składa, że dwa

największe z nich – „o szybkim tempie korozji stali w gruncie”

i „o bardzo małej nośności pionowej grodzic” – bezpośrednio

rzutują na niechęć do ich zastosowania jako stałych elemen-

tów konstrukcyjnych parkingów podziemnych. W tym artyku-

le postaram się przedstawić większość zagadnień związanych

z tematyką parkingów podziemnych o ścianach wykonywa-

nych z grodzic. Zdając sobie sprawę z faktu, że w tak krótkim

tekście nie można dokładnie zreferować wszystkich aspektów

technicznych wystarczająco dokładnie, podałem w bibliografii

pozycje, w których można znaleźć więcej informacji.

4.2. poświęcona jest ubytkom w środowisku morskim) zapro-

ponowano, aby dopuszczalny ubytek korozyjny w gruntach

naturalnych (żwiry, piaski, gliny, iły) nienaruszonych, nad lub

poniżej zwierciadła wody gruntowej, przyjmować na poziomie

0.6 mm na 50 lat użytkowania konstrukcji. Jak więc widać,

w typowych warunkach gruntowych korozja nie stanowi dużego

zagrożenia dla konstrukcji wykonanych z grodzic. Uwzględnie-

nie w obliczeniach wpływu korozji polega na doborze grodzic

o takich parametrach (geometria i gatunek stali), które po

projektowanym czasie użytkowania zapewnią, że konstruk-

cja będzie spełniała warunki SGN i SGU. W doborze grodzi-

cy pomocne okazują się specjalne wykresy, z których można

odczytać zmianę wskaźnika wytrzymałości grodzicy w wyniku

zmiany grubości jej ścianek. Karty z takimi wykresami można

otrzymać od producenta grodzic.

Nośność pionowa grodzic

Drugi mit dotyczy znikomej zdolności grodzic do przekazy-

wania obciążeń pionowych na grunt. Tutaj, tak jak w przypad-

ku korozji, prawda leży gdzieś pośrodku. W bardzo słabe grun-

ty grodzica rzeczywiście „wchodzi jak nóż w masło”. Ale często

jest też tak, że bez rozluźnienia gruntu nie jest możliwe pogrą-

żenie grodzicy nawet przy użyciu ciężkiego sprzętu. Do głów-

nych obszarów zastosowań grodzic jako elementów stałych,

przenoszących obciążenia pionowe, należą przyczółki mostów

o małej rozpiętości oraz ściany tuneli i parkingów podziem-

nych. Wyraźnie więc widać, że grodzice stosuje się tam, gdzie

obciążenia pionowe z konstrukcji, które musi ona przenieść na

grunt, są stosunkowo małe. Grodzice znajdują zastosowanie

w miejscach, w których trzeba wykonać szczelną i estetycz-

ną ścianę, zdolną jednocześnie przenieść obciążenia pionowe

Korozja grodzic w gruncie

Pierwszym mitem, związanym z grodzicami, jest ich rzekomo

bardzo szybka korozja w gruncie. Oczywiście nieprawdziwe

jest też twierdzenie, że stal nie ulega korozji wcale. Trzeba po-

stawić pytanie następującej treści: „Jak wielki jest ubytek koro-

zyjny dla grodzicy pogrążonej w gruncie?” Złożoność i zmien-

ność zjawisk korozyjnych, zachodzących na styku grodzicy

z gruntem, nie pozwoli nigdy na bardzo dokładną odpowiedź.

Jednak na podstawie wyników wielu pomiarów, dokonanych

na obiektach istniejących nawet od kilkudziesięciu lat, okre-

ślono średnie ubytki korozyjne stali w zależności od rodzaju

środowiska gruntowego. Ich wartości można znaleźć w Eu-

rokodzie 3, część 5 [7]. W tabeli 4.1. tego Eurokodu (tabela

GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12)

geoinżynieria

arkingi podziemne

O parkingach podziemnych o ścianach zewnętrznych

geoinżynieria

z konstrukcji i poziome od parcia gruntu. Metody obliczania no-

śności pionowej grodzic [1] opracowano na podstawie porów-

nania wyników badań in-situ sądami CPT, SPT i presjometrem

Menarda oraz późniejszymi próbnymi obciążeniami grodzic

[3]. Nośność ściany z grodzic jest sumą nośności pobocznicy

i podstawy. Nośność podstawy wynika z istnienia korka grunto-

wego, powstającego pomiędzy ściankami profilu w trakcie jego

pogrążania. Powierzchnia takiego korka jest uzależniona od

rodzaju gruntu zalegającego na głębokości podstawy grodzicy.

Ideowe podobieństwo pomiędzy pracą obciążonej pionowo

grodzicy a sposobem uzyskiwania wyników z wymienionych

badań in-situ powoduje, że metody obliczania nośności gro-

dzic oparte na ich wynikach są bezpieczne oraz wystarczająco

dokładne. Dowodem na to niech będzie bezawaryjna praca

setek obiektów na całym świecie, w których grodzice wykorzy-

stano do przenoszenia obciążeń pionowych.

Fot. 2. Specjalna komora do badania zależności pomiędzy temperaturą

gazów a temperaturą stali grodzicy [2]

Odporność ogniowa konstrukcji z grodzic

Wiele wątpliwości budzi także zachowanie się grodzic

w trakcie ewentualnego pożaru na parkingu podziemnym. Ta-

kie obawy są uzasadnione, gdyż parametry mechaniczne stali

zaczynają maleć wraz ze wzrostem jej temperatury. W trakcie

ewentualnego pożaru temperatura grodzic nie będzie równa

temperaturze rozgrzanego powietrza. Do określenia tempera-

tury stali konieczna jest znajomość procesów zachodzących na

styku gorącego powietrza, grodzicy i gruntu. Dotychczas bra-

kowało wyników takich analiz. Wychodząc naprzeciw takim

potrzebom, Dział Techniczny firmy Arcelor Commercial RPS

dokładnie przeanalizował wyniki uzyskane w trakcie badań

przeprowadzonych na Uniwersytecie Liege, Belgia [2, 6].

Eksperymenty przeprowadzono przy wykorzystaniu specjal-

nej komory (fot. 2.), w której można było symulować tempe-

ratury występujące w trakcie pożaru. W jednej ze ścian komo-

ry znajdował się otwór, który na czas badania był szczelnie

zasłaniany przez fragment ścianki wykonanej z grodzic PU6.

Grodzice te były z kolei jedną ze ścian stalowej skrzyni, którą

przed badaniem wypełniano gruntem. W gruncie i na ściankach

grodzicy mocowano kilkadziesiąt czujników temperatury.

Przeprowadzono w sumie 4 badania, wypełniając skrzynię

piaskiem wilgotnym, piaskiem nasyconym wodą, iłem wilgot-

nym oraz iłem nasyconym wodą. W komorze odtwarzano tem-

peraturę według krzywej normowego pożaru ISO. Tempera-

tury grodzicy i gruntu rejestrowano, w trakcie symulowanych

w komorze pożarów.

Dalsza część prac badawczych polegała na dokonaniu

wstecznej analizy obliczeniowej otrzymanych wyników przy

użyciu programów komputerowych typu MES. Na jej podstawie

wyprowadzono wartości ciepła właściwego oraz przewodności

cieplnej dla różnych gruntów. Aby uwzględnić wpływ cyrkula-

cji wody gruntowej w otoczeniu rozgrzanej grodzicy na odbiór

i redystrybucję energii cieplnej, stworzono parametr o nazwie

równoważnikowa objętość wody (ang. Equivalent Water Con-

tent , EWC), który jest funkcją współczynnika filtracji gruntu. Po

wyprowadzeniu tych parametrów można było zająć się dalszą

analizą już wyłącznie przy użyciu programów MES. W tak krót-

kim artykule nie jest możliwe poruszenie wszystkich aspektów

tego programu badawczego. W skrócie można podać następu-

jącą zależność: im większy współczynnik filtracji w gruntach

nasyconych wodą, tym (na skutek dobrej cyrkulacji wody i wy-

miany ciepła) mniejsza temperatura stali. W gruntach suchych

występuje odwrotna zależność, gdyż grunty z dużymi ziarna-

mi gruntowymi mają gorsze właściwości termiczne (mniejszą

przewodność cieplną i ciepło właściwe). Opracowano także

Fot. 3. Budowa parkingu metodą stropową, Bristol, Wielka Brytania

metodę wstępnego sprawdzania nośności ścianki w warunkach

obciążenia ogniowego. Wykorzystano w niej dopuszczoną

w Eurokodzie 3, część 5 [7] możliwość powstania przegubów

plastycznych i redystrybucji momentów w ścianie z grodzic.

W sytuacji, gdy istnieją obawy co do nośność ścianki w wa-

runkach pożaru, można podjąć działania zwiększające odpor-

ność ogniową konstrukcji. Istnieje szeroki wachlarz możliwych

rozwiązań. Główne z nich to: farby ognioochronne, monto-

wanie na grodzicach płyt ognioochronnych, obmurowanie,

wypełnienie wklęsłych fragmentów ścianki betonem lub całko-

wite zabetonowanie. Bardzo dobrym rozwiązaniem jest też za-

stosowanie aktywnych systemów ochrony przeciwpożarowej.

Dobrze wykonany i konserwowany system zraszaczy będzie

chronił nie tylko konstrukcję parkingu, ale jednocześnie ochro-

ni życie i mienie ludzkie.

Szczelność zamków

Jedną z głównych zalet, płynących z zastosowania grodzic jako

ścian zewnętrznych parkingów podziemnych jest to, że na etapie

budowy mamy szczelną obudowę wykopu. W celu zwiększenia

tej szczelności można zastosować specjalne produkty uszczelnia-

jące, instalowane do zamka przed pogrążaniem grodzic [4, 5].

W przypadku parkingu podziemnego zachodzi także konieczność

trwałego i całkowitego uszczelnienia zamków. Dlatego warto roz-

patrzyć także całkowite ich zaspawanie lub zastosowanie apliko-

wanego do zamków przed pogrążeniem grodzic środka zwięk-

szającego swą objętość pod wpływem wody, który firma Arcelor

Mittal oferuje pod nazwą Roxan. Zaspawanie zamków ma więk-

szy sens szczególnie przy wykorzystaniu grodzic typu Z, gdyż ze

względu na brak ścinania w zamkach, które znajdują się w skraj-

nych włóknach profilów, można wykonać spoiny nienośne.

GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12)

geoinżynieria

geoinżynieria

Budowa parkingu

Metody budowy parkingów podziemnych o ścianach ze-

wnętrznych z grodzic nie różnią się od metod stosowanych

przy budowie parkingów w innych technologiach. Można

więc zbudować parking metodą tradycyjną, w której wy-

konuje się wykop rozpierając lub kotwiąc ściankę z gro-

dzic, by później rozpocząć budowę parkingu zaczynając

od najniższej jego kondygnacji. Można także wykonać par-

king metodą stropową, która polega na wykonaniu stropu

nad najwyższą podziemną kondygnacją, betonując go na

powierzchni terenu. Spod tak wykonanego stropu opartego

po obwodzie na ściance z grodzic, a w środku na wcześniej

wykonanych tymczasowych lub stałych (fot. 5) słupach, usu-

wamy grunt przez pozostawiony w stropie otwór. Po jego

wybraniu ponawiamy całą operację i wykonujemy strop ko-

lejnej podziemnej kondygnacji (fot. 3). Oczywiście istnieją

pewne różnice pomiędzy budową ścian parkingu z grodzic

i innych materiałów. Pierwszą rzeczą, która zwraca uwa-

gę na placu budowy, jest mała ilość osób (czasem jedy-

nie 3) pracujących przy pogrążaniu grodzic. Ma to, wraz

z rosnącymi kosztami robocizny, coraz większe znaczenie.

Do pogrążania grodzic stosuje się zwykle w terenie zabu-

dowanym urządzenia do statycznego wciskania grodzic lub

wibromłoty o zmiennej częstotliwości drgań. Są to techno-

logie szybkie i „czyste”. Przy użyciu sprzętu do wciskania

grodzic można wykonać ścianę bezpośrednio w sąsiedztwie

istniejących obiektów, co w połączeniu z małymi wyso-

kościami przekrojów grodzic pozwala na zwiększenie po-

wierzchni użytkowej parkingu. Duże znaczenie ma też to,

że grodzice są składowane bezpośrednio na placu budowy

i zajmują na nim mało miejsca. Po pogrążeniu grodzic otrzy-

mujemy szczelną obudowę wykopu, którą później – po

wykonaniu stropów, uszczelnieniu zamków, piaskowaniu

i pomalowaniu jej powierzchni – przekształcamy w este-

tyczną i tanią w konserwacji ścianę parkingu. Stropy mogą

być połączone ze ścianą sztywno lub przegubowo. W połą-

czeniu sztywnym zbrojenie stropu jest spawane do ścianki

z grodzic. Natomiast połączenie przegubowe realizuje się,

wykonując na ściance wspornik, na którym opiera się be-

tonowany na miejscu lub prefabrykowany strop. Wspornik

taki może być żelbetowy (fot. 4) lub stalowy (wykonany na

bazie dwuteownika). Warto zwrócić uwagę na fakt, że po-

łączenie stropu z grodzicami w żaden sposób nie zmniejsza

powierzchni ich przekroju poprzecznego.

Fot. 4. Żelbetowy wspornik do oparcia prefabrykowanego stropu

Fot. 5. Prefabrykowane stalowe słupy, Bristol, Wielka Brytania 1999

kowo małej średnicy zyskano także dodatkową powierzch-

nię użytkową. Powyższy przykład pokazuje, że rozwiązania

oparte na grodzicach są szybkie w wykonaniu, tanie w kon-

serwacji i co także ważne – bardzo estetyczne.

LITERATURA

[1] Arcelor Commercial RPS: Le nouveau „Fascicule 62 titre V”;

broszura; http://www.arcelor.com/sheetpiling/Documentation/

Files/ARPS_Fascicule_62.pdf

[2] Arcelor Commercial RPS: Underground car parks: Fire re-

sistance; broszura; http://www.arcelor.com/sheetpiling/Docu-

mentation/Files/ACRPS_Fire_Resistance.pdf

[3] Bustamante M., Gianeselli L.: Predicting the bearing capacity

of sheet piles under vertical load; Proceedings of the 4th Inter-

national Conference on Piling and Deep Foundations, Stresa

(Italy), kwiecień 1991.

[4] Kwarciński P.: „Wodoszczelność grodzic. Szczelność zam-

ków”; Geoinżynieria. Drogi, mosty, tunele; 02/2006 (09)

[5] Kwarciński P.: „Wodoszczelność grodzic – część II. Szczelność

zamków”; Geoinżynieria. Drogi, mosty, tunele; 03/2006 (10)

[6] Kwarciński P.: „Zachowanie się grodzic w trakcie pożarów

na parkingach podziemnych”; Materiały XXX Zimowej Szkoły

Geotechniki i Mechaniki Górotworu w Szklarska Poręba 2007;

Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007.

[7] EN 1993-5:2007.: Eurocode 3 – Design of steel structures

– Part 5: Piling; luty 2007

[8] Ryż K., Urbański A.: „Nowe obszary zastosowań stalowych

ścianek szczelnych – wybrane aspekty konstrukcyjne i oblicze-

niowe”; Geoinżynieria. Drogi, mosty, tunele; 03/2004(03).

Przykład

Wybrany przykład parkingu podziemnego z grodzic jest

konstrukcją wyjątkowo „elegancką”. Parking ten, o wymiarach

w rzucie 80 x 90 m, został wybudowany metodą stropową

w Bristolu, w Wielkiej Brytanii. Strop jest oparty po obwo-

dzie na ściance z grodzic oraz wewnątrz na rurowych stalo-

wych słupach, do których przyspawano podparcia stropów

(fot. 5). Słupy zostały osadzone we wcześniej pogrążonych

rurach obsadowych, z których wiertnicą usunięto grunt. Spe-

cjalnie przygotowane podstawy słupów były betonowane,

a rura obsadowa – wyciągana i wykorzystywana ponownie

przy umieszczaniu w gruncie kolejnych słupów. Tak więc

strop był od razu podpierany na słupach stałych, które po

wybraniu gruntu oczyszczono i pomalowano. Zrezygnowa-

nie ze słupów tymczasowych ograniczyło czas wykonania

inwestycji. Jak można zobaczyć na fot. 1, opisywany parking

prezentuje się bardzo dobrze. Wnętrze jest jasne i przyjazne.

Dzięki zastosowaniu grodzic i stalowych słupów o stosun-

autor

mgr inż. Paweł Kwarciński

Arcelor Commercial Long Polska

GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 01/2007 (12)

geoinżynieria

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: