08_Lukasik_S_i_inni_Posadowienie_zurawi_budowlanych-problem_ciagle_aktualny.pdf

XXIV

awariebudowlane

Dr n.t. S TANISŁAW Ł UKASIK , s.lukasik@itb.pl

Mgr inŜ. W ALERY K OTLICKI , w.kotlicki@itb.pl

Instytut Techniki Budowlanej

POSADOWIENIE ś URAWI BUDOWLANYCH – PROBLEM

CI Ą GLE AKTUALNY

FOUNDATION OF JIB CRANES – UP TO DATE PROBLEM

Streszczenie W referacie przedstawiono przypadki awarii stacjonarnych Ŝurawi budowlanych. Były to Ŝurawie

wieŜowe o wysokości od 36 do ponad 43 m pod hakiem. Analizowane przypadki awarii spowodowane zostały

błędami w posadowieniu. Problem bezpieczeństwa posadowienia jest niezmiernie istotny gdyŜ dźwig w przy-

padku wywrócenia stanowi ogromne zagroŜenie w promieniu kilkudziesięciu metrów.

Abstract In the article the cases of stationery jib cranes failures have been presented. Tower jib cranes up to 36–

43 m high have been described. All analyzed failures were connected with some mistakes in foundation.

The problem of jib cranes foundation is significant because in case of failure, they are very dangerous in the area

of several dozen of meters.

1. Wst ę p

Większość realizowanych obecnie obiektów budowlanych wymaga wykorzystania Ŝurawia

wieŜowego. Najczęściej są to Ŝurawie stacjonarne z długim wysięgnikiem. Wytyczne odnośnie

sposobu posadowienia Ŝurawia określa jego producent [1]. Wytyczne te z reguły obejmują:

– sposób przygotowania podłoŜa pod fundamentem,

– wymiary i konstrukcję fundamentu,

– wymagany jednostkowy opór graniczny podłoŜa.

W razie potrzeby dodatkowo, producent określa wielkości sił przekazywanych przez Ŝuraw

na fundament, lub podłoŜe.

Typy najczęściej stosowanych w praktyce posadowień Ŝurawi przedstawiono na rysunku 1.

Specyfiką posadowień Ŝurawi jest przede wszystkim to, Ŝe są one posadawiane płytko,

często w strefie występowania gruntów nasypowych. Dlatego dane o podłoŜu pochodzące

z dokumentacji geologicznej lub geotechnicznej wykonanej dla obiektu budowlanego, nie są

często wystarczające dla oceny warunków posadowienia Ŝurawia. Poza tym fundamenty

Ŝurawi wieŜowych poddane są najczęściej siłom pionowym na znacznym mimośrodzie.

W niniejszym artykule przedstawiono trzy przypadki awarii Ŝurawi wieŜowych, spowodo-

wanych ich niewłaściwym posadowieniem. Awarie [2] te wystąpiły na terenie Warszawy

w latach 2002 – 2008. W dwu przypadkach Ŝurawie posadowione były na tzw. bazie stacjo-

narnej (rys. 1a). W trzecim przypadku Ŝuraw mocowany był do fundamentu za pośrednictwem

tzw. kotw traconych (rys. 1c).

XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna

SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009

Geotechnika

Celem artykułu jest zwrócenie uwagi na konieczność rozpoznania warunków geote-

chnicznych występujących w miejscu posadowienia Ŝurawia jak i konieczność weryfikowania

wytycznych producenta dotyczących sposobu posadowienia Ŝurawia.

BazastacjonarnaIV

Blokbetonowy

1 2

gruntrodzimy

Rys. 1. Typy posadowień Ŝurawi: a) – na bazie stacjonarnej, b) – na ramie krzyŜowej, c) – przy uŜyciu

„kotew traconych”

2. Awarie Ŝ urawi posadowionych na bazie stacjonarnej

śurawie posadowione były w sąsiedztwie wykonanej części podziemnej budynku. Pierwszy

z Ŝurawi uległ awarii w czasie montaŜu. Po zmontowaniu Ŝurawia, przy pierwszym obrocie ra-

mienia o 180 0 Ŝuraw uległ wywróceniu. Widok Ŝurawia po awarii przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 2. Widok przewróconego Ŝurawia

278

Łukasik S. i inni - Posadowienie Ŝ urawi budowlanych – problem ci ą gle aktualny

4,3 m co odpowiada wymiarom bazy. Nośność podbudowy

i występującego pod nią gruntu rodzimego powinna wynosić 150 kPa.

Pomiary niwelety powierzchni gruntu w miejscu posadowienia Ŝurawi, wykazały znaczne

osiadania gruntu pod fundamentem. Pomierzone maksymalne osiadania gruntu od strony, na

którą Ŝurawie uległy wywróceniu, wynosiły 4–7 cm.

Wyniki badań podłoŜa w miejscu posadowienia Ŝurawi (wiercenia + sonda CPTU) wyka-

zały, Ŝe oba Ŝurawie posadowione były na słabych gruntach.

W pierwszym przypadku pod podbudową z niesortu o grubości 15–20 cm, zamiast gruntów

rodzimych występowały grunty nasypowe o bardzo zróŜnicowanym zagęszczeniu. Dźwig został

zlokalizowany na niekontrolowanej zasypce pachwiny wykopu szerokoprzestrzennego.

MiąŜszość zasypki, której uziarnienie odpowiadało piaskom gliniastym lub glinom piaszczystym

wynosiła prawie 6 m. Stan gruntów zasypki określono, jako plastyczny na pograniczu miękko-

plastycznego. Opór pod stoŜkiem (q c ) z badań sondą CPTU wynosił 0,7–1,2 MPa (rys. 3a).

1244

1261

0.0

NN(Pg/Gp)

1,0

1,7

1,8

2,3

2,7

2,9

3,2

//P d

+o rg

4,0

4,2

4,5

N N(P s)

5,6

5,8

NN(Pg/Gp)

NN(Ps)

6.2

6.5 m

10MPa

R f

100%

10MPa

100%

Rys. 3. Wyniki sondowań sondą statyczna w miejscu posadowienia Ŝurawi: a) niekontrolowana zasypka wykopu,

b) podłoŜe ze słabych gruntów rodzimych

R f

W przypadku drugiego Ŝurawia pod podbudową wykonaną w postaci płyty betonowej

o grubości około 15 cm, stwierdzono występowanie utworów madowych (pyły zaglinione

i gliny pylaste). Sondowanie CPTU (rys. 3b) wykazało, Ŝe do głębokości około 3 m poniŜej

poziomu posadowienia charakteryzują się stosunkowo niskimi parametrami geotechnicznymi

(opór pod stoŜkiem q c wynosił od 0,5 do 1,5 MPa).

Parametry wytrzymałościowe podłoŜa (obliczeniowe), określone na podstawie wyników

badań CPTU, w przypadku obu Ŝurawi były podobne i wynosiły:

3. Analiza przyczyn awarii

Ocenę przyczyn awarii oparto na obliczeniach sprawdzających. Z uwagi na obciąŜenie

fundamentu Ŝurawia znacznym momentem zakres obliczeń sprawdzających obejmował:

– sprawdzenie stateczności Ŝurawia na wywrócenie,

– sprawdzenie nośności podłoŜa na wyparcie gruntu spod fundamentu.

279

Drugi Ŝuraw uległ awarii w czasie silnego wiatru, o prędkości dochodzącej do 100 km/h,

przy ustawianiu przez operatora Ŝurawia na tzw. chorągiewkę. Nastąpił obrót ramienia Ŝura-

wia i przy ustawieniu przeciwwagą w stronę budynku, nastąpiło wywrócenie Ŝurawia.

W przypadku obu Ŝurawi, zgodnie z zaleceniami producenta baza stacjonarna, złoŜona

z trzech warstw bloków betonowych, miała być posadowiona na podbudowie z zagęszczone-

go piasku kopalnianego lub tłucznia. Grubość podbudowy powinna wynosić min. 15 cm

i mieć wymiary w planie 4,3

u = 11 0 , c u = 13,5 kPa,

M 0 = 12 MPa. Podane wartości są oparte na doświadczeniach ITB (dane niepublikowane).

Geotechnika

Sprawdzenie stateczności Ŝurawia przeprowadzono poprzez ocenę mimośrodu siły pionowej

przekazywanej przez fundament na podłoŜe. Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 1997-1 [3]

jako wartość dopuszczalną tego mimośrodu pod działaniem obciąŜeń charakterystycznych

przyjęto wartość e dop = 0,3B, gdzie B oznacza wymiar fundamentu w kierunku występowania

mimośrodu.

Nośność podłoŜa gruntowego sprawdzono zgodnie z wymaganiami PN-81/B-03020 [4].

Warunki pracy fundamentu i schemat statyczny podłoŜa przyjęty w obliczeniach przedsta-

wiono na rys. 4.

V k

M k

H k

g =17kN/m

=11

C u =13,5kPa

r o

M o =12000kN/m 2

Rys. 4. Warunki pracy fundamentów rozpatrywanych Ŝurawi

1010 = 1212 kNm, V = 802 kN.

Obliczenia przeprowadzono dla dwóch przypadków:

Przypadek 1 – bez uwzględnienia przyrostu mimośrodu na skutek nierównomiernych osia-

dań fundamentu oraz ugięć wieŜy Ŝurawia,

Przypadek 2 – z uwzględnieniem powyŜszych czynników.

Wartość przyrostu mimośrodu od nierównomiernych osiadań i ugięć wieŜy Ŝurawia

oszacowano w rozpatrywanym przypadku na co najmniej ∆e = 0,3 m. Podstawowe wyniki

obliczeń przedstawiono w tablicy 1.

Tablica 1 Zestawienie podstawowych wyników obliczeń sprawdzających

Przypadek

obliczeniowy

e/B

q r = V r (B

q * f =m Qf / (B

[kPa]

przypadek 1

0,3

136

113

przypadek 2

0,37

211

107

gdzie:

e – mimośród siły pionowej przekazywanej na podłoŜe,

q r ’ – wartość obliczeniowych nacisków na grunt (V/(B´L)),

q * f – jednostkowy opór graniczny podłoŜa z uwzględnieniem mimośrodu.

Wyniki obliczeń sprawdzających pozwalają stwierdzić, Ŝe niewątpliwie podstawową

przyczyną awarii była niedostateczna nośność podłoŜa. Fakt nie przeprowadzenia badań

podłoŜa w miejscu posadowienia Ŝurawia i w efekcie posadowienie Ŝurawia na wyraźnie zbyt

słabym gruncie obciąŜa niewątpliwie wykonawcę.

280

Według danych producenta Ŝurawia, wartości maksymalnych sił działających na funda-

ment (Ŝuraw poza pracą), od obciąŜeń charakterystycznych, wynoszą: V k = 406 kN,

M k = 949 kN, H k = 60 kN.

CięŜar zastosowanej bazy stacjonarnej, składającej się z trzech warstw prefabrykatów

(patrz rys. 2) wynosił V F,k = 396 kN.

Na podstawie powyŜszych danych do oceny stateczności Ŝurawia przyjęto: M = 1010 kNm,

V = 802 kN, do oceny nośności podłoŜa: M = 1,2

Łukasik S. i inni - Posadowienie Ŝ urawi budowlanych – problem ci ą gle aktualny

Dodatkową przyczyną były mankamenty zalecanego sposobu posadowienia. Zastosowano

naszym zdaniem zbyt lekką bazę stacjonarną, dopuszczając do powstania mimośrodu obniŜa-

jącego w istotny sposób wymagany poziom bezpieczeństwa z uwagi na stateczność Ŝurawia.

PowyŜszy fakt wskazuje, Ŝe zalecany przez producenta sposób posadowienia Ŝurawia po-

winien być weryfikowany, poprzez wykonanie obliczeń sprawdzających. Obliczenia te po-

winny być wykonywane zgodnie z polskimi przepisami normowymi. Wynika to z faktu,

Ŝe podawana przez producenta Ŝurawia wymagana wytrzymałość gruntu moŜe być określana

w oparciu o zasady projektowania posadowienia stosowane w kraju producenta Ŝurawi,

np. w oparciu o metodę napręŜeń dopuszczalnych, w której normowe wartości napręŜeń

dopuszczalnych nie zaleŜą od wielkości mimośrodu sił.

4. Awaria Ŝ urawia kotwionego w fundamencie

W tym przypadku mieliśmy do czynienia z Ŝurawiem wieŜowym, wolnostojącym o wyso-

kości podnoszenia (pod hakiem) H = 43,2 m. Rozpatrywany Ŝuraw, był jednym z trzech Ŝurawi,

obsługujących budowę zespołu budynków mieszkalnych o zróŜnicowanej wysokości. Pozostałe

Ŝurawie o analogicznej konstrukcji, charakteryzowały się wysokością podnoszenia do 36 m.

Wszystkie trzy Ŝurawie były posadowione na płycie fundamentowej budynków przy uŜyciu

tzw. kotew traconych. Są to kotwy pozwalające na bezpośrednie zamocowanie wieŜy Ŝurawia

w fundamencie. Po zakończeniu budowy i demontaŜu Ŝurawia, górna część kotew, wystająca

poza wierzch fundamentu, jest obcinana.

Zalecany przez producenta sposób posadowienia Ŝurawi przedstawiono na rysunku 5.

ConcreteHA25

Steel500S

ARDC12

T152.21.600

Bearingcapacity:

adm =0,15N/mm 2

Outof

Service Service

adm =

0,15 0,19

0,06 0,07

max =

Highergrid

f 16200x200

Lowergrid

f 16200x200

f 25(l=4m)fixed

intheupperpartonthelowerplate

Rodlength=

longside=5850mm

shortside=5850mm

ARDC12

T152.21.600

ConcreteHA25

Steel500S

Precisiónadmisibledelterreno:

adm =0,10N/mm 2

Morterodecemento

(Arena:Cemento=3:1)

Outof

Service Service

adm =

0,10 0,13

0,08 0,08

max =

Lowergrid

f 16200x200

f 25(l=4m)fixed

intheupperpartonthelowerplate

Highergrid

f 16200x200

Rodlength=

longside=4850mm

shortside=4850mm

Rys. 5. Zalecane przez producenta warunki posadowienia Ŝurawi: a) dla Ŝurawia 2, b) dla pozostałych Ŝurawi

MontaŜ Ŝurawia, który uległ awarii wykonano w dniu 14 lipca 2008 r. W dniu 16 lipca

Urząd Dozoru Technicznego wydał decyzję o dopuszczeniu dźwigu do eksploatacji. Pierwsze

widoczne objawy niewłaściwego zachowania się Ŝurawia wystąpiły 26 sierpnia 2008 r.

ZauwaŜono uszkodzenia (odpryski) w zaprawie podbicia kotew. Operator dźwigu stwierdził,

Ŝe miał odczucie nietypowej pracy dźwigu juŜ kilka dni wcześniej. W dniu 27 września wieŜa

Ŝurawia w czasie pracy ulegała znacznemu, niebezpiecznemu przechylaniu. Maksymalną

wielkość odchylenia wieŜy od pionu wynosiła według oceny Wykonawcy około 0,5 m.

281

Reinforcement8rods

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: