05_Horodecki_G_i_inni_Awaria_sciany_szczelinowej_stanowiacej_obudowe_wykopu_glebokiego.pdf

XXIV

awariebudowlane

Dr inŜ. G RZEGORZ H ORODECKI , ghor@pg.gda.pl

Prof. zw. dr hab. inŜ. E UGENIUSZ D EMBICKI , edemb@pg.gda.pl

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego,

Wydział InŜynierii Lądowej i Środowiska

Politechnika Gdańska

AWARIA Ś CIANY SZCZELINOWEJ STANOWI Ą CEJ OBUDOW Ę

WYKOPU GŁ Ę BOKIEGO

FAILURE OF DIAPHRAGM WALL PROTECTING DEEP EXCAVATION

Streszczenie W artykule przedstawiono awarię ściany szczelinowej stanowiącej obudowę wykopu głębokiego.

Omówiono warunki geologiczne, hydrogeologiczne i geotechniczne podłoŜa. Przeprowadzono analizę rozwiązań

konstrukcyjnych w kolejnych oszczędnościowych modyfikacjach projektu oraz zrealizowanej wersji. Wykonano

obliczenia porównawcze. Wskazano przyczyny wystąpienia awarii.

Abstract In the paper a failure of diaphragm wall protecting deep excavation is presented and discussed.

The geological, hydrogeological and geotechnical properties are described together with the analysis of several

construction solutions in subsequent stages of the project starting from the tender proposal up to its final, most

economical version. The analysis was based on comparative numerical calculations. The failure causes were

identified.

1. Wst ę p

KaŜda awaria czy katastrofa budowlana w zakresie geotechniki jest interesującym przy-

czynkiem do lepszego poznanie zjawisk występujących w podłoŜu gruntowym oraz na styku

konstrukcji i podłoŜa. Poznanie przyczyn wraz z analizą wsteczną obejmującą warunki

początkowe i odtwarzającą wszystkie etapy prac wraz z przebiegiem zjawisk i przekrocze-

niem stanów granicznych stanowi rzadką moŜliwość weryfikacji metod projektowania i wyko-

nawstwa oraz całego procesu budowlanego robót geotechnicznych.

W niniejszym artykule przeanalizowano awarię ściany szczelinowej stanowiącej obudowę

wykopu głębokiego. Pod względem przebiegu procesu projektowania i realizacji oraz

przyczyn awarii dokładna lokalizacja analizowanego obiektu nie jest istotna. Awaria miała

miejsce w jednym z miast Polski centralnej. Analiza obejmowała wizje lokalne, ocenę

materiałów archiwalnych, wyniki pomiarów, obliczenia numeryczne MES układu ścianka –

otaczające podłoŜe gruntowe oraz ustalenie przyczyn awarii.

XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna

SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009

Geotechnika

2. Opis sytuacji

W trakcie prac ziemnych wzdłuŜ kotwionej ściany szczelinowej (oś 1) usytuowanej wzdłuŜ

ulicy (rys. 1) zaobserwowano szybko narastające nadmierne przemieszczenia poziome ściany

szczelinowej i pęknięcia betonu tej ściany. W Dzienniku Budowy zapisano: „o godzinie 11 30

stwierdzono p ę kni ę cie asfaltu w obszarze ulicy (…) na odcinku wzdłu Ŝ osi 1/A-F. Stwierdzono

równie Ŝ zarysowanie ś ciany szczelinowej w osi 1. (...) w wyniku pomiarów geodezyjnych

przemieszcze ń ś ciany szczelinowej w osi 1 stwierdzono jej przemieszczenia dochodz ą ce do 90

milimetrów. W celu zapobie Ŝ enia dalszym odkształceniom ś ciany podj ę to decyzj ę o wykonaniu

przypory ziemnej po stronie wykopu w obszarze osi 1-2/A-I. Powiadomiono pogotowie

energetyczne i ZDM o uszkodzeniach w ulicy”.

W kolejnym dniu zapisano dalej: „o godzinie 17 00 stwierdzono ograniczenie przemieszcze ń

ś ciany szczelinowej w osi 1 do 2 milimetrów. Wykonano 70% przypory ziemnej wzdłu Ŝ osi 1”.

Wykonywanie przypory ziemnej zakończono następnego dnia o godzinie 3 00 . W tym samym

dniu o godz. 9 40 Inspektor Nadzoru, wpisem do Dziennika Budowy, wstrzymał roboty budo-

wlane w obszarze objętym awarią. Przyporę podwyŜszono o kolejne 2 m w obawie o przewo-

dy instalacji gazowej i ciepłowniczej, znajdujące się w zasięgu klina odłamu ściany.

Wyniki pomiarów ściany wykazały, Ŝe od dnia kiedy wykonano ostatni pomiar przed

awarią (trzy dni wcześniej) do dnia, w którym zakończono wykonywać przyporę, przemiesz-

czenia wzrosły o 100

3. Warunki geologiczne i hydrogeologiczne

Analizowany teren jest znacznie zdeniwelowany i znajduje się w silnie zurbanizowanej

części miasta. Najgłębsze nawiercone podłoŜe stanowią osady górnego mezozoiku wykształ-

cone w postaci skał kredowych. PowyŜej zalegają osady trzeciorzędowe w postaci piasków

drobnoziarnistych z przewarstwieniami węgla brunatnego. WyŜej zalegają osady miocenu

w postaci facji buroweglowej. Najmłodszą warstwę trzeciorzędowa stanowią iły wieku

mioplioceńskiego. Są to iły barwy pstrej, szarej i brązowej z przewarstwieniami nawodnio-

nych piasków drobnych, przesycone konkrecjami wapiennymi.

W analizowanym obszarze stwierdzono występowanie dwóch pięter wodonośnych: czwar-

torzędowego i trzeciorzędowego.

Woda pierwszego poziomu wód podziemnych o charakterze napiętym lub swobodnym

stabilizuje się na rzędnych 66,71

72 m

71 m n.p.m. W okresie

awarii poziom wody gruntowej za ścianą z jednej strony wynosił średnio ok. 69,3 m n.p.m.

z wahaniami +0,3/–0,5 m; a z drugiej strony 61,7 m n.p.m. z wahaniami +0,9/–0,6 m, czyli

mieścił się w zakresie podanym w dokumentacjach. W dokumentacjach hydrogeologicznej

i geologiczno-inŜnierskiej zwrócono uwagę na moŜliwość podpiętrzenia wód gruntowych

w wyniku wykonania ścian szczelinowych w wyniku przegrodzenia przez nie naturalnego

kierunku przepływu.

Zwierciadło wód trzeciorzędowego piętra wodonośnego ma charakter swobodny w zakre-

sie głębiej połoŜonych zamkniętych soczewek w obrębie iłów.

254

120 mm (przemieszczenie poziome ściany z obrotem wokół górnej

krawędzi). Przemieszczeniom uległa równieŜ ściana w osi A (rys. 1).

70,36 m n.p.m. z wahaniami +3,0 m/– 1,5 m. Poziom zwier-

ciadła wód gruntowych był zróŜnicowany w obszarze inwestycji. Układ izohips z wielolecia

był wyŜszy od określonych dla okresu badań i w rejonie ściany szczelinowej wynosił 70

n.p.m. Dane z okresu badań według róŜnych źródeł wynosiły: 66

Horodecki G. i inni: Awaria ś ciany szczelinowej stanowi ą cej obudow ę wykopu gł ę bokiego

4. Warunki geotechniczne

Warunki geotechniczne określono w czterech dokumentacjach: podstawowej (P) i dodatko-

wej (D) – wykonanej później, w których podano róŜny podział na warstwy i róŜne parametry

geotechniczne (tabl. 1.) oraz dwóch dokumentacjach uzupełniających. W dokumentacji

dodatkowej (D) częściowo zmieniono podział na warstwy oraz podano zmienione parametry

geotechniczne. NajwaŜniejsze róŜnice w wartościach parametrów stanu i parametrów wytrzy-

małościowych podano w tablicy 1. Porównanie ma charakter przybliŜony ze względu na inny

podział na warstwy geotechniczne.

Tablica 1. Porównanie niektórych parametrów geotechnicznych zawartych w dokumentacjach A i B przyjętych

do obliczeń

Nr warstwy

Rodzaj

gruntu

I L /I D

[

]

c u [kPa]

wg P

wg D

wg P

wg D

wg P

wg D

wg P

wg D

IIa

IIIa/IIIb Pg, Gp

0,15

0,20; 0,10

22,4 21,5/23,0 42 39,3/45,0

IIb

IIIc/IIId Pg, Gp <0,00 0,05; 0,00

25,0

60/90

IIc

IIIe

Pd, P

0,70

31,4

–

IIIa IVb/IVc I, Ip, Gp 0,05

0,10; 0,05 12,3/6,4 * 9/10

57/59 * 60/70

IIIb

IVd

I, I

, Ip <0,00

0,00

13,0/7,2 *

60/74 *

IIIc

IVf

Pd, P

0,85

32,1

34,5

–

/ * – parametr określony metodą B/metodą A

Największą róŜnicę moŜna zaobserwować w wartości spójności – większe wartości

określono w dokumentacji dodatkowej (D). W obliczeniach do projektu przetargowego zasto-

sowano parametry z dokumentacji podstawowej (P). W obliczeniach do projektu warszta-

towego zastosowano wyŜsze wartości spójności podane w dokumentacji (D).

5. Analiza wyników wizji lokalnych oraz dokumentacji

Analizy dotyczące przyczyn awarii ściany w osi 1 i A obejmowały moŜliwie szerokie spoj-

rzenie na zastaną sytuację i zachodzące zjawiska. Rozpatrywano m.in.: ścianę szczelinową

(obliczenia, projekty, realizację, stan), zakotwienia (obliczenia, projekty, wykonanie, badania

kontrolne – próbne obciąŜenia), warunki gruntowe (dokumentacje, parametry, badania,

zmiany parametrów), wodę gruntową (poziomy naturalne, podpiętrzenie, ewentualny napływ

ze źródła nienaturalnego – kanalizacja), ruch kołowy na ulicy za ścianą (wpływ obciąŜeń

cyklicznych), obciąŜenia dodatkowe za ścianą, przemieszczenia obudowy wykopu oraz obie-

któw wokół (zmiany w czasie, charakter przemieszczeń), odwodnienie wykopu (zmiany

lokalizacji oraz wydatków w trakcie pompowania).

Projekt zabezpieczenia analizowanych ścian wykopu od wersji z projektu przetargowego

do fazy wykonawczej podlegał kolejnym zmianom zmierzając w stronę bardziej oszczędnego,

a jednocześnie coraz mniej bezpiecznego rozwiązania.

5.1. Wersja przetargowa projektu

W wersji przetargowej projektowe parametry ściany szczelinowej w osi 1 były następujące:

grubość 80 cm, długość 21,6/20,6 m (rzędna góry oczepu: 73,5 m n.p.m., podstawy ściany:

51,9/52,9 m n.p.m.), przypora ziemna do rzędnej 68,5 m n.p.m. (szerokość w podstawie

255

Geotechnika

12,1 m, szerokość półki 5 m), rozparcie o konstrukcję docelową obiektu wewnątrz wykopu na

poziomie 69,7 m n.p.m. Maksymalna rzędna wykopu: 61,0 m n.p.m.

Projektowe parametry ściany szczelinowej w osi A, osie 1

8: były następujące: grubość

4: 21,6 m (rzędna góry oczepu: 73,5 m n.p.m., rzędna podstawy

ściany: 51,9 m n.p.m.), przypora ziemna do rzędnej 68,5 m n.p.m. (szerokość w podstawie

10,1 m, szerokość półki 3 m), rozparcie o konstrukcję docelową trzonu obiektu wewnątrz

wykopu (słupy) na poziomie 69,7 m n.p.m.; osie 4¸7: 21,6¸14,4 m (rzędna góry oczepu:

73,5

54,4 m n.p.m.), przypora ziemna do

rzędnej 68,5 m n.p.m., rozparcie o konstrukcję docelową trzonu obiektu wewnątrz wykopu

(słupy) na poziomie 69,7 m n.p.m. Maksymalna przegłębienie wykopu: 61,0 m n.p.m.

W projekcie przyjęto trzonową metodę wykonywania części podziemnej obiektu. Jedynie

od strony północnej przewidziano system kotwienia ściany. Posadowienie obiektu na płycie

fundamentowej o grubości 60 cm, docelowo podpierającej ściany szczelinowe. Ściany szczeli-

nowe tworzą z płytą fundamentową i stropami kondygnacji podziemnych szczelną skrzynię

fundamentową. Połączenie ścian szczelinowych z płytą denną i stropami zaprojektowano jako

monolityczne.

W obliczeniach ścian dołączonych do projektu przetargowego przyjęto parametry geotech-

niczne (tabl. 1) wg dokumentacji (P). Parcie wody w postaci dodatkowego obciąŜenia

uwzględniono jedynie w warstwie z napiętym zwierciadłem wody gruntowej. ObciąŜenie

naziomu przyjęto 10 kPa. Trudno określić jaki rodzaj parcia od strony zewnętrznej i wewnę-

trznej przyjęto do obliczeń. W dokumentacji (P) zalecano przyjęcie parcia spoczynkowego od

strony zewnętrznej i odporu pośredniego od strony wewnętrznej.

Wątpliwości w projekcie przetargowym budzi przyjęty sposób rozparcia – znaczne

obciąŜenie punktowe słupów, szczególnie w naroŜnikach (skręcanie) oraz rzadkie podparcie

ściany – korzystniejsze i pewniejsze byłoby zastosowanie metody stropowej w tej części

wykopu. Wskazane byłoby teŜ przyjęcie w obliczeniach większego obciąŜenia naziomu.

68,8 m n.p.m., rzędna podstawy ściany: 51,9

5.2. Zmiany projektowe

W wersji projektu warsztatowego wprowadzono istotne zmiany w stosunku do projektu

przetargowego.

Tablica. 2. Zmiany parametrów ściany szczelinowej w osi 1 przyjęte w projekcie warsztatowym

grubość

[cm]

Oś

długość

[m]

rzędna

[m n.p.m.]

rzędna wykopu

[m n.p.m.]

przyjęta zmiana przyjęta zmiana góra oczepu podstawa przyjęta zmiana

D (oś Z) 60

-20

14,38

-7,22

71,58

57,2

61,2

+0,2

-20

15,10 -6,5/5,5

73,10

58,0

61,2

+0,2

-20

16,60

-4,0

73,10

56,5

61,2

+0,2

D (oś Z): zamiast rozparcia zakotwienie ściany na dwóch poziomach: 69,4 m

n.p.m. oraz 65,1 m n.p.m. oraz rozparcie naroŜnika. Kotwy nachylone pod kątem 20° do

poziomu, wstępnie spręŜane o następujących parametrach: kotwa górna – długość całkowita

17 m, długość buławy 8 m długość wolna 9 m; kotwa dolna – długość całkowita 20 m,

długość buławy 12 m długość wolna 8 m.

Osie D

J: zamiast rozparcia zakotwienie ściany na dwóch poziomach: 69,4 m n.p.m. oraz

65,1 m n.p.m. Kotwy nachylone pod kątem 20

do poziomu, wstępnie spręŜane o następu-

256

80 cm, długość: osie 1

Ponadto w poszczególnych odcinkach osi 1 zmieniono sposób podparcia ściany.

Osie A

Horodecki G. i inni: Awaria ś ciany szczelinowej stanowi ą cej obudow ę wykopu gł ę bokiego

jących parametrach: kotwa górna – długość całkowita 20 m, długość buławy 11 m długość

wolna 9 m; kotwa dolna – długość całkowita 19 m, długość buławy 11 m długość wolna 8 m.

Osie J

N: zamiast rozparcia o trzon konstrukcji rozparcie naroŜnika o ścianę sąsiednią.

Rys. 1. Rzut obudowy wykopu w wersji warsztatowej [1]

Tablica. 2. Zmiany parametrów ściany szczelinowej w osi A przyjęte w projekcie warsztatowym

grubość

[cm]

Oś

długość

[m]

rzędna

[m n.p.m.]

rzędna wykopu *

[m n.p.m.]

przyjęta zmiana przyjęta

zmiana

oczepu podstawa przyjęta zmiana

4/5

-20

14,38

-7,22

71,58

57,2

61,2

60,4

+0,2

-0,6

6.1

-20

11,40 -10,2

-3,0 68,80

57,2

61,2

60,4

+0,2

-0,6

* – dolna wartość oznacza wartości w osiach słupów.

4/5: zamiast rozparcia zakotwienie ściany na dwóch poziomach: 69,4 m n.p.m. oraz

65,1 m n.p.m. oraz rozparcie naroŜnika. Kotwy nachylone pod kątem 20° do poziomu,

wstępnie spręŜane o następujących parametrach: kotwa górna – długość całkowita 23 m,

długość buławy 14 m długość wolna 9 m; kotwa dolna – długość całkowita 18 m, długość

buławy 9 m długość wolna 8 m;

Osie 4

6.1: zamiast rozparcia zakotwienie ściany w jednym poziomie: 66,45 m n.p.m.

Kotwy nachylone pod kątem 20

do poziomu, wstępnie spręŜane o następujących parame-

trach: długość całkowita 23 m, długość buławy 15 m długość wolna 8 m, (na rysunku długość

buławy 14 m długość wolna 9 m);

257

Ponadto w poszczególnych odcinkach osi A zmieniono sposób podparcia ściany.

Osie 1

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: