Wpływ rozwiązań konstrukcyjnych posadowienia z użyciem ścian szczelinowych na przemieszczenia poziome i pionowe w ujęciu metody elementów skończonych.pdf

XIII Konferencja Naukowa – Korbielów’2001

„Metody Komputerowe w Projektowaniu i Analizie Konstrukcji Hydrotechnicznych”

Wpływ rozwiązań konstrukcyjnych posadowienia z użyciem

ścian szczelinowych na przemieszczenia poziome i pionowe w

ujęciu metody elementów skończonych

Wojciech Terlikowski 1

Janusz Dłużewski 2

1. ZASTOSOWANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH WRAZ Z FAZAMI ICH

WYKONANIA

W ostatnich latach powszechnym stało się wznoszenie nowych obiektów, posiadających

od 2 do 4 kondygnacji podziemnych w sąsiedztwie bardzo rozbudowanej infrastruktury

naziemnej i podziemnej. Dla tego typu zagadnień najwłaściwszym rozwiązaniem

konstrukcyjnym jest posadowienie nowo wznoszonych budynków na ścianach

szczelinowych, które w powiązaniu ze stropami i płytą denną stanowią rodzaj sztywnego

fundamentu skrzyniowego [3].

FAZY WYKONYWANIA ŚCIAN SZCZELINOWYCH [1][4]

FAZA 1

Wykonanie wykopu prowadzącego - rowu o głębokości od kilkudziesięciu centymetrów

do 1 m i zabetonowanie w nim ścianek grubości 20-30 cm, tak zwanych murków

prowadzących, zbrojonych siatką z prętów o średnicy 12-16 mm zabezpieczającą przed

oberwaniem fragmentu ścianki i zatonięciu jego w szczelinie. Murki prowadzące mają w

świetle szerokość ściany szczelinowej. Zamiast ścianek betonowych monolitycznych

mogą być stosowane ścianki betonowe prefabrykowane lub stalowe.

FAZA 2

Głębienie szczeliny w osłonie zawiesiny iłowej. Zawiesina iłowa - nazywana również

bentonitową - jest mieszaniną iłu i wody o gęstości około 1,05 do 1,29 g/cm 3 , mającą

właściwości tiksotropowe (możliwość przemiany odwracalnej żelu w zol - stan płynny,

pod wpływem zastosowanej energii mechanicznej). Praktycznie oznacza to, że

zawiesina zastyga, rozpierając ściany wąskiego wykopu zastępując wybrany grunt. Rów

1 Mgr inż., Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Warszawska

Prof. dr hab. inż., Wydział Inżynierii Lądowej,

Politechnika Warszawska

spełnia rolę zbiornika wyrównawczego zawiesiny. Zamiast zawiesiny bentonitowej

stosuje się coraz powszechniej zawiesinę polimerową. Długość odcinka szczeliny

wycinanej przez specjalne urządzenie wynosi zwykle od 2 do 6 m. W miarę pogłębiania

szczeliny dolewa się zawiesiny, która rozpierając ściany szczeliny przenika do gruntu, w

którego porach żeluje, wewnętrznie go zlepiając i stabilizując.

FAZA 3

Montaż klatek zbrojeniowych wraz ze wstawieniem elementów rozdzielczych, które

wyznaczają długość sekcji ściany szczelinowej.

FAZA 4

Betonowanie ściany, usunięcie elementów rozdzielczych po stwardnieniu betonu.

Według analogicznego schematu wykonuje się następnie sąsiednie sekcje ściany

szczelinowej.

2. ROZWIĄZANIA KONSTRUKCYJNE POSADOWIENIA BUDYNKÓW Z

WYKORZYSTANIEM ŚCIAN SZCZELINOWYCH

P oważnym problemem, który należy rozwiązywać w technologii posadowień budynków

na ścianach szczelinowych jest zapewnienie stateczności ścian w czasie robót oraz w czasie

eksploatacji obiektów [5][6][7]. Wymiar poprzeczny (grubość) ścian szczelinowych jest

mały, a więc sztywność ściany jest nieduża. Z tego względu konieczne jest wprowadzenie

odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych zapewniających stateczność ścian, zwłaszcza w

toku wykonywania wykopu, gdy z jednej strony na ścianę napiera grunt, a z drugiej nie ma

jeszcze stałej konstrukcji, np. ścian wewnętrznych, stropów pomieszczeń podziemnych,

które mogą podpierać ściany. Utrata stateczności ścian szczelinowych może powodować

olbrzymie niebezpieczeństwo nie tylko dla obiektu wznoszonego, ale również dla

budynków istniejących. Większość nowych budynków wznoszona jest w sąsiedztwie

istniejących budynków, najczęściej starych, murowanych z cegieł, często o charakterze

zabytkowym, a także instalacji podziemnych, kolektorów kanalizacyjnych, kanałów

ciepłowniczych, wodociągowych. Bliskie sąsiedztwo głębokich wykopów może

powodować niekorzystne zmiany warunków posadowienia tych obiektów powodując ich

awarie (rysowanie się ścian, odpadanie tynków, pękanie kanałów ściekowych). Z drugiej

strony, obciążenie naziomu wykopu istniejącą zabudową, powoduje przekazywanie na jego

obudowę zwiększonego parcia gruntu, często trudnego do oszacowania tradycyjnymi

metodami obliczeniowymi. Obecnie, najbardziej rozpowszechnionymi rozwiązaniami

konstrukcyjnymi powyższych problemów są konstrukcje uwzględniające trzy metody

usztywnienia ścian szczelinowych:

- metodę stropową,

- metodę rozporową,

- metodę kotwiową.

2. 1 METODA STROPOWA

Metoda stropowa - polega na zapewnieniu stateczności ścian przez kolejne stropy

kondygnacji podziemnych, wykonywane bezpośrednio na gruncie, który jest ich

szalunkiem, równocześnie z wykonywaniem kondygnacji podziemnych. W celu

umożliwienia wybrania gruntu metodami górniczymi, w stropach pozostawia się otwory

technologiczne. Konstrukcje stropów opiera się na wcześniej wykonanych ścianach

szczelinowych i podporach tymczasowych (baretach). Po wykonaniu głównych elementów

nośnych części podziemnej podpory tymczasowe (np. słupy stalowe wciskane w grunt)

zastępuje się podporami właściwymi (słupami żelbetowymi). Interesującą możliwością tej

metody jest jednoczesne wykonywanie kondygnacji nadziemnych i głębienie części

podziemnej.

FAZY METODY STROPOWEJ:

FAZA 1

Wykonanie ściany szczelinowej i słupów tymczasowych (baret).

FAZA 2

Wykonanie wykopu szerokoprzestrzennego do głębokości 30 cm i ustawienie

deskowania stropu w gruncie.

FAZA 3

Wykonanie zbrojenia stropu, oczepu żelbetowego i wieńców żelbetowych. Betonowanie

i formowanie stropu.

FAZA 4

Wybranie gruntu i ewentualne wykonanie dodatkowych podpór tymczasowych.

FAZA 5

Wykonanie kolejnych stropów.

FAZA 6

Wykonanie płyty dennej, fundamentowej.

FAZA 7

Wykonanie słupów i podpór docelowych.

2. 2 METODA ROZPOROWA

Metoda rozporowa polega na zapewnieniu stateczności ścian przez stalowe rozpory,

wykonywane w kilku rzędach, w zależności od wysokości ściany szczelinowej. Rozpory są

najczęściej w postaci rur stalowych o średnicach zróżnicowanych, uzależnionych od

rozstawu elementów rozpieranych. Przekazanie sił rozporu powinno nastąpić poprzez belki

poziome ułożone wzdłuż ścian szczelinowych lub ewentualnych podpór. Niedopuszczalne

jest punktowe oparcie rozpór na ścianach. Często naroża wykopu są rozpierane

dodatkowymi rozporami ustawionymi prostopadle do siecznej kąta narożnego.

FAZY METODY ROZPOROWEJ:

FAZA 1

Odkopanie konstrukcji ściany szczelinowej do głębokości 3 - 4 m.

FAZA 2

Wykonanie pierwszego rzędu kotwi i ich naprężenie, oraz pogłębienie wykopu do

głębokości 6 - 7 m.

FAZA 3

Wykonanie drugiego rzędu kotwi i dalsze pogłębienie wykopu do 10 - 12 m.

FAZA 4

Wykonanie płyty dennej.

FAZA 5

Wykonanie stropów.

2. 3 METODA KOTWIOWA

Metoda kotwiowa polega na zapewnieniu równowagi ścian wykopów i stromych zboczy

przez zastosowanie iniekcyjnych kotew gruntowych wstępnie sprężonych lub biernych, bez

sprężenia tzw. gwoździ lub śrub gruntowych. Kotwie wykonywane są w jednym lub kilku

rzędach, po obwodzie całej konstrukcji ścian szczelinowych. Obciążenia są wówczas

rozkładane poprzez specjalne belki lub płyty. W metodzie tej możemy uzyskać w wykopie

swobodną przestrzeń, co pozwala na stosowanie w nim ciężkich maszyn. Ponad to za

użyciem kotew gruntowych przemawia ekonomiczność konstrukcji oporowych

wzmacnianych kotwami.

Kotew gruntowa [4] wstępnie sprężona składa się z następujących elementów:

- cięgna z pojedynczego pręta lub wiązki splotów drutów,

- głowicy (z nakrętką w przypadku kotwy prętowej, lub z zakotwieniem klinowym w

przypadku kotwy splotowej),

- płyty podpierającej głowicę kotwy na konstrukcji oporowej lub elemencie

rozkładającym siłę kotwienia na powierzchni zbocz lub ściany wykopu),

- buławy.

Wszystkie elementy kotwi narażone na korozję powinny być odpowiednio zabezpieczone.

FAZY METODY KOTWIOWEJ

FAZA 1

Odkopanie konstrukcji ściany szczelinowej do głębokości 3 - 4 m.

FAZA 2

Wykonanie pierwszego rzędu kotwi i ich naprężenie, oraz pogłębienie wykopu do

głębokości 6 - 7 m.

FAZA 3

Wykonanie drugiego rzędu kotwi i dalsze pogłębienie wykopu do 10 - 12 m.

FAZA 4

Wykonanie płyty dennej.

FAZA 5

Wykonanie stropów.

3. PRZYKŁAD ZREALIZOWANEGO OBIEKTU Z POSADOWIENIEM NA

ŚCIANACH SZCZELINOWYCH - REFORM PLAZA

Dobrym przykładem realizacji budynku posadowionego na ścianach szczelinowych jest

budynek ,,Reform Plaza”, zrealizowany w Warszawie w al. Jerozolimskich [8]. Budynek

biurowy „Reform Plaza ” ma 31 kondygnacji, w tym 3 kondygnacje podziemne, na których

znajdują się parkingi. Wyżej znajduje się centrum handlowe oraz restauracje,

pomieszczenia biurowe, techniczne, wystawiennicze i konferencyjne. Wysokość części

nadziemnej budynku wynosi około 110 m.

Rys. 1. Budynek ,,Reform Plaza

Konstrukcję nośną stanowi ustrój żelbetowy

monolityczny słupowo-płytowy, z trzonem

usztywniającym. Kondygnacje podziemne wykonano w

konstrukcji żelbetowej monolitycznej, w wykopie

zabezpieczonym ścianami szczelinowymi grubości 60

cm. Współpracują one z konstrukcją budynku w

przenoszeniu obciążeń (za pośrednictwem wieńca

łączącego oczep ściany szczelinowej ze ścianą piwnic).

Żelbetowa płyta fundamentowa grubości 2,5 m

współpracuje ze ścianami fundamentowymi, tworząc

sztywną skrzynię. Pierwotnie zaprojektowano

posadowienie płyty fundamentowej 16,0 m poniżej

poziomu terenu. Spód ściany szczelinowej przyjęto i

wykonano 20,0 m poniżej poziomu terenu, tzn. 4,0 m

poniżej poziomu podstawy wymienionej płyty

fundamentowej. Przyjęto, że ściany szczelinowe

zostaną zakotwione (podparte) kotwiami gruntowymi

(iniekcyjnymi) rozmieszczonymi w czterech

poziomach: 3,0; 7,0; 10,0 i 13,0 m poniżej poziomu

terenu. Kąt nachylenia kotwi do poziomu wynosił

naprzemiennie 12,5 i 17,5°, a ich długość 21 i 22 m,

(buławy - około 8 m). Ze względu na istniejące

fundamenty budynków sąsiednich, nie wykonano kotwi

w pierwszym poziomie w dwóch narożnikach budynku,

zastępując je stalowymi, rurowymi rozporami. Ze

względu na zniszczenie struktury części gruntu

bezpośrednio za ścianą szczelinową w trakcie

niewłaściwego wykonywania kotwi iniekcyjnych (od

strony zachodniej ) i zarysowaniem ścian budynków

istniejących zmieniono ostateczny poziom posadowienia płyty fundamentowej na 13.55 m

poniżej terenu.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: