budownictwo podziemne
budownictwo podziemne
Problemy projektowe
wymiarowania głębokich
budowli podziemnych
rojektowanie i wykonawstwo głębokich budowli pod- Główne założenia konstrukcyjne i realizacyjne par-
ziemnych posiada swoją specyfikę i najczęściej wiąże kingu podziemnego
Psię z koniecznością rozwiązania szeregu złożonych Projektowany obiekt zlokalizowany jest w centrum Po-
i trudnych problemów inżynierskich [5], [9], [10]. Obliczenia znania na placu Wolności. Jest to plac o wymiarach ok.
statyczne i wymiarowanie silnie związane są z przyjętym 50 x 200 m. Otoczenie placu stanowią budynki użyteczno-
modelem podłoża gruntowego oraz opisującymi grunt pa- ści publicznej i banki powstałe przed I i II wojną świato-
rametrami geotechnicznymi. Dodajmy, że najczęściej pod- wą. Trójkondygnacyjny, podziemny obiekt zaprojektowano
stawą obliczeń konstrukcyjnych są normowe wartości para- w formie szczelnego, monolitycznego zbiornika żelbetowego
metrów geotechnicznych, ustalone w oparciu o tzw. cechy (rys. 2), którego głównymi nośnymi elementami konstrukcyj-
wiodące określające genezę, rodzaj i stan fizyczny gruntu. nymi są: szczelinowe ściany zewnętrzne i wewnętrzne, płyta
Normowe określenie wartości parametrów geotechnicznych, stropowa poziomu placu, stropy międzykondygnacyjne oraz
a w szczególności parametrów wytrzymałościowych jest pro- płyta denna.
ste i polega na odczytaniu odpowiednich wartości z tablic, Stropy pośrednie oraz strop poziomu zerowego zaprojekto-
wykresów lub wzorów obliczeniowych podanych w normach wano w układzie konstrukcyjnym słupowo-płytowym i oparto
geotechnicznych [7], [8]. Alternatywą normowej metody okre- na wewnętrznych słupach oraz na podłużnych ścianach szcze-
ślania wartości parametrów geotechnicznych jest ich zbadanie linowych. Stropy wewnętrzne stanowią jednocześnie ram-
w stosunkowo drogich i skomplikowanych testach polowych
lub laboratoryjnych.
Należy również zauważyć, że zachowanie się tych kon-
strukcji w kolejnych etapach ich realizacji, a póz
niej w okresie
eksploatacji jest różne i zależy od wielu czynników, w tym
od zmieniającego się schematu statycznego poszczególnych
elementów konstrukcyjnych. Dotyczy to zwłaszcza ścian ze-
wnętrznych wykonanych w technologii ścian szczelinowych
oraz płyt stropowych i fundamentowej płyty dennej.
Celem referatu jest ukazanie różnic w wynikach obliczeń sta-
tycznych i wymiarowaniu głębokich konstrukcji podziemnych
w zależności od przyjętych założeń projektowych, na przykładzie
wielopoziomowego parkingu podziemnego położonego na tere-
Rys. 1. Przekrój projektowanego parkingu podziemnego
nie placu Wolności w Poznaniu, którego podłożem budowlanym
są iły plioceńskie. Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe wyko-
nano dla różnych wartości parametrów gruntowych.
Parametry geotechniczne dla war-
Nazwa
stwy:
Parametry geotechniczne podłoża gruntowego
parametr
I  górnej (glina) II  dolnej (ił)
W miejscu projektowanej konstrukcji podziemnej, tj. pod pla-
cem Wolności w Poznaniu, podłoże gruntowe zbudowane jest ciężar objętościowy
21,9*) 21,0*)
zasadniczo z dwóch warstw: gliny zwałowej zlodowacenia środ- ł [kN/m3]
kowopolskiego i iłów trzeciorzędowych (plioceńskich). Poglądo-
moduł odkształcenia
52,5 24,0 / 23,5*)
wy plan i przekrój geologiczny w rejonie projektowanego parkin-
E [MPa]
gu pokazano na rys. 1.
współczynnik Poissona
0,25 0,37
Z przeprowadzonych badań geologiczno-inżynierskich
½ [  ]
[1], [2] wynika, że obie warstwy tworzą grunty w stanie twar-
spójność
doplastycznym zbliżonym do półzwartego (ILH"0,05). Dla
45 56,0 / 89,0*)
Cu [kPa]
warstwy iłu, w której zaprojektowano zamocowanie ścian
kąt tarcia wewnętrznego
szczelinowych parkingu, średnie wartości parametrów wytrzyma-
23 12,0 / 9,0*)
Õu [ o ]
łościowych określone metodą normową wynoszą: Cu = 56 kPa,
Tab. 1. Parametry geotechniczne podłoża gruntowego
Õu = 12o; natomiast wyznaczone w testach bezpoÅ›rednich:
*) wartości uzyskane w bezpośrednich testach wytrzymałościowych w la-
Cu* = 89 kPa, Õu* = 9o. WartoÅ›ci podstawowych parametrów geo-
boratorium
technicznych zestawiono w tab. 1.
36 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2005 (07)
budownictwo podziemne
budownictwo podziemne
Rys. 2. Rzut poziomu zerowego konstrukcji parkingu pod placem Wolności w Poznaniu
py wjazdowe parkingu. Wjazd do parkingu zaprojektowano " stalowej konstrukcji rozpór i oczepów tymczasowych za-
w połowie długości obiektu w północnej ścianie podłużnej. stosowanych na 2 poziomach.
W szczytowej części zachodniej parkingu zaprojektowano śli- Ze względu na rampowy układ stropów i płyty dennej
makową rampę wyjazdową. obiektu parkingu, w obszarach górnego i dolnego poziomu
Podstawowe wymiary parkingu podziemnego: całkowita konstrukcji rozparcia istnieją różnice poziomów dochodzące
długość  145,0 m, podstawowa szerokość  28,5 m, maksy- do 1,50 m. Na rys. 3 przedstawiono wybrany przekrój po-
malna szerokość obiektu  45,0 m, głębokość użytkowa do przeczny parkingu z zaznaczeniem lokalizacji żelbetowych
górnego poziomu płyty fundamentowej  11,0 m, osiowy roz- stropów docelowych i tymczasowej stalowej konstrukcji roz-
staw słupów w kierunku poprzecznym  2 x (4,50-7,50-4,50) m, porowej, zaznaczonej linią przerywaną.
natomiast w kierunku podłużnym  7,50 m.
Ściany szczelinowe mają grubość 0,80 m. Słupy zapro-
jektowano jako żelbetowe, monolityczne, o przekrojach
prostokątnych: słupy dolnej kondygnacji 0,40 x 0,50 m
oraz 0,50 x 0,50 m, pozostałe 0,40 x 0,40 m oraz 0,45 x 0,45 m.
Stropy międzykondygnacyjne poziomu  1 i  2 mają grubości
0,20 m, a strop poziomu zerowego 0,35 m. W obszarach gło-
wicowych słupów o długości 2,0 m w kierunku poprzecz-
nym oraz 2,20 m w kierunku podłużnym parkingu podwojo-
no grubości płyt stropowych, konstruując głowice stropowe.
Posadowienie słupów obiektu zaprojektowano jako bez-
pośrednie na żelbetowych, monolitycznych stopach funda-
mentowych. Wymiary podstawowych stóp fundamentowych
w rzucie poziomym 3,00 x 3,00 m oraz lokalnie 2,50 x 2,50 m
i 3,50 x 3,50 m. Rzędne posadowienia stóp fundamentowych
sÄ… zmienne w zakresie od 11,25 do 13,65 m.
Ściany szczelinowe, stanowiące wewnętrzną i zewnętrzne
przegrody pionowe parkingu, wykorzystano jako podpory
płyt stropowych. Rzędna posadowienia ścian, z uwagi na ram-
powy układ stropów, jest zmienna na obwodzie obiektu i wy-
nosi od  14,25 do  6,65 m.
KonstrukcjÄ™ parkingu zaprojektowano w monolitycznej
technologii żelbetowej z betonu klasy B37 zbrojonego stalą że-
browaną klasy A-IIIN o znaku BSt500S. Ponadto ściany szcze-
linowe zaprojektowano z betonu hydrotechnicznego W-8.
Wykonywanie obiektu podzielono na 7 zasadniczych faz reali-
zacji i eksploatacji, dla których przyjęto odpowiednie modele
obliczeniowe. W projekcie przyjęto, że konstrukcja rozporo-
wa, zabezpieczająca stateczność ścian szczelinowych w fazach
głębienia wykopu, będzie zrealizowana z wykorzystaniem na-
stępujących elementów konstrukcyjnych:
" fragmentów docelowych stropów poziomu zerowego i po-
ziomów  1 oraz  2,
" żelbetowych stropów tymczasowych w obszarze ślimako-
wej pochylni wyjazdowej,
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2005 (07) 37
budownictwo podziemne
budownictwo podziemne
Rys. 3. Przekrój poprzeczny parkingu
Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe konstruk- metodę Jamesa i Jacka [4]  rys. 4. W rezultacie otrzymano głębo-
cji parkingu kość ściany oraz reakcje w miejscu podparcia ściany rozporami.
Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe konstrukcji ściany Rozpatrzono dwa etapy pracy: etap I, gdy wykonany jest tylko
szczelinowej wykonano dla siedmiu faz budowy, uwzględniając 1. rząd rozpór, oraz etap II, po wykonaniu 2. rzędu rozparcia
wytyczne projektowe zawarte w pracach [3], [6]. konstrukcji ściany. Dla I etapu uzyskano równania:
Poszczególne fazy uwzględnione w obliczeniach statyczno
(1)
-wytrzymałościowych to:
faza I  ściana wykonana do pełnej głębokości, wykop do po-
ziomu  1; gdzie: P  parcie gruntu na ramieniu za,
a
faza II  ściana wykonana do pełnej głębokości, wykop do po- Pb  odpór gruntu na ramieniu zb,
ziomu  2, założone tymczasowe rozpory poziomu gór- R  reakcja rozpory odległa o zr od poziomu gruntu.
nego;
faza III  ściana wykonana do pełnej głębokości, wykop do po- Dla II etapu uzyskano następujące warunki równowagi:
ziomu  3, założone tymczasowe rozpory poziomów
górnego i dolnego;
faza IV  ściana wykonana do pełnej głębokości, założone tym-
(2)
czasowe rozpory poziomów górnego i dolnego, wyko-
nana płyta fundamentowa;
faza V  ściana wykonana do pełnej głębokości, założone tym- gdzie: R1, R2, zR1, zR2  odpowiednio reakcje Ri na ramieniach
czasowe rozpory poziomu górnego, wykonane: płyta zRi w rozporach.
fundamentowa oraz strop poziomu  2; Wartości parcia Pa i odporu gruntu Pb wyznaczono w funkcji
faza VI  ściana wykonana do pełnej głębokości, wykonane: głębokości wykopu hw. Uzyskano w ten sposób dwa rów-
płyta fundamentowa, strop poziomu  2 oraz strop nania, w których niewiadomymi są h i zR. Przy wyznaczaniu
poziomu  1; głębokości ściany kluczową sprawą są wartości przyjętych pa-
faza VII  ściana wykonana do pełnej głębokości, wykonane: pły- rametrów geotechnicznych, jak również liczba i położenie roz-
ta fundamentowa, strop poziomu  2, strop poziomu  1 pór. Obliczenia wykonano komputerowo przy wykorzystaniu
oraz strop poziomu zerowego. programu własnego ŚCIANA-SZCZELINOWA.
Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe konstrukcji par- W obliczeniach ściany szczelinowej, traktowanej jako pręt
kingu wykonano, przyjmując następujące założenia oblicze- osadzony w sprężystym podłożu, obciążony siłami poziomy-
niowe: mi, oddziaływania gruntu oraz rozpór były zastąpione przez
" parametry geotechniczne podłoża wg tab. 1, pkt 2; podpory sprężyste o odpowiedniej podatności. Przy takim za-
" parcie gruntu zmienne: od wartości parcia granicznego, po- łożeniu stosunkowo dokładnie wyznaczono siły wewnętrzne
przez wartości pośrednie, do parcia spoczynkowego w zależ- w konstrukcji oraz oszacowano jej przemieszczenia. Założono,
ności od aktualnej fazy pracy konstrukcji; że grunt jest ośrodkiem spełniającym zależność:
" odpór graniczny podzielony przez uogólniony współczynnik
(3)
o wartości 1,50;
" obciążenie naziomu i płyty poziomu zerowego  20,0 kN/m2; gdzie: Pz  nacisk poziomy wywierany przez ścianę na grunt
" obciążenie stropów międzykondygnacyjnych  5,0 kN/m2; na głębokości z,
" beton klasy B37 zbrojony stalą żebrowaną klasy A-IIIN o zna- Cz  współczynnik proporcjonalności odkształceń pod-
ku BSt500S. łoża,
Przy wyznaczeniu długości ściany szczelinowej zastosowano yz  przemieszczenie poziome ściany na głębokości z.
38 GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2005 (07)
budownictwo podziemne
budownictwo podziemne
Wartości współczynnika odkształcalności podłoża Cz wyzna-
czono w funkcji modułu odkształcalności gruntu E0 wg wzoru:
(4)
Wykres zależności Cz od rzędnej głębokości wykopu przyję-
to jako uśredniony w postaci paraboli, zgodnie z rys. 5.
Podpory ściany szczelinowej poniżej dna wykopu zastą-
piono oddziaływaniem gruntu, w jednakowym rozstawie
lp = 0,50 m. Współczynniki sprężystości podpór Ki przyjęto
wg wzorów (5). Obliczenia statyczne wykonano komputero-
wo przy wykorzystaniu programu analizy statycznej RM-WIN,
Rys. 4. Schemat statyczny do metody Jamesa i Jacka dla I i II etapu rozparcia
wprowadzając do modelu obliczeniowego wartości sprężysto-
ściany: a  etap I (1 rząd rozpór), b  etap II (2 rzędy rozpór)
ści podpór wyznaczonych ze wzorów (5). W zależności od
fazy pracy ściany szczelinowej jako obciążenie poziome ścia-
ny przyjęto parcie graniczne, pośrednie czy wreszcie spoczyn-
kowe w ostatniej fazie pracy  fazie eksploatacji.
(5)
Wyniki przeprowadzonych obliczeń numerycznych długości
zakotwienia ściany z warunku jej stateczności w poszczegól-
nych, charakterystycznych przekrojach poprzecznych parkin- Rys. 5. Rozkład wartości współczynnika odkształcalności podłoża Cz
gu zestawiono w tab. 2. Podano w niej ponadto pozostałe
Wyniki obliczeń numerycznych
wyniki obliczeń statycznych. Wartości długości zakotwienia
Przekrój
podano dla dwóch wariantów obliczeń: normowych oraz rze- Wysokość Moment Przemiesz-
poprzeczny
ściany zginający czenie
czywistych wartości parametrów wytrzymałościowych gruntu
parkingu
[m] [kNm] ściany [mm]
otrzymanych z badań.
A-B - / 17.6 542 6,4
Wnioski
D-E 21.2 / 17.2 461 7,5
Przeprowadzone obliczenia statyczno-wytrzymałościowe
G-H 19.8 / 15.8 376 5,9
oraz uzyskane na ich podstawie rezultaty dla podziemnej
konstrukcji parkingu pod placem Wolności w Poznaniu, po- L-M (południe) 17.6 / 13.6 262 7,9
sadowionej na iłach poznańskich, wykazały znaczną  czułość
L-M (północ) 14.4 / 11.4 193 7,4
procesu projektowania ścian szczelinowych na zastosowane
O-P 16.1 / 14.1 167 6,8
w obliczeniach wartości parametrów wytrzymałościowych
Tab. 2. Zestawienie wyników obliczeń
gruntów. Uwzględnienie rzeczywistych wartości parametrów
geotechnicznych, a w szczególności wpływu spójności cu
i kÄ…ta tarcia wewnÄ™trznego Õu  znacznie wyższych od warto- [2] Florkiewicz A., Troć M.: Problemy piÄ™trzenia wód gruntowych
ści normowych  pozwoliło na istotne zmniejszenie długości na przykładzie głębokiego posadowienia obiektów w Pozna-
projektowanych ścian szczelinowych zamocowanych w pod- niu. Inżynieria i Budownictwo 7/2002.
łożu gruntowym. Znacznie mniejszy wpływ przyjętych warto- [3] Grzegorzewicz K., Kłosiński B.: Warunki techniczne wykony-
ści parametrów geotechnicznych uzyskano na stan graniczny wania ścian szczelinowych. Warszawa, IBDiM 2003.
nośności i użytkowalności konstrukcji ściany szczelinowej. [4] Jarominiak A.: Lekkie konstrukcje oporowe. Warszawa ,WKA

W przypadku projektowania głęboko posadowionych obiek- 2000.
tów budowlanych na iłach poznańskich konieczne jest usta- [5] Michalak H., Pęski S., Pyrak S., Szulborski K.: O wpływie wy-
lenie rzeczywistych wartości wytrzymałościowych parame- konywania wykopów głębokich na zabudowę sąsiednią. Inży-
trów geotechnicznych na podstawie bezpośrednich testów nieria i Budownictwo 1/1998, s.12-15.
wytrzymałościowych w terenie lub w laboratorium. Dodajmy, [6] Piaskowski A.: Wytyczne projektowania i wykonywania funda-
że szereg zrealizowanych, głęboko posadowionych na iłach mentów szczelinowych. ITB 230/1980.
poznańskich obiektów budowlanych w Poznaniu potwierdza [7] PN-81/B-03020 Posadowienie bezpośrednie budowli. Oblicze-
słuszność proponowanego w pracy podejścia obliczeniowego nia statyczne i projektowanie.
oraz istniejącą rozbieżność normowych i rzeczywistych warto- [8] PN-B-04452:2002. Geotechnika. Padania polowe.
Å›ci parametrów wytrzymaÅ‚oÅ›ciowych iÅ‚u poznaÅ„skiego. lð [9] Runkiewicz L.: Zasady realizacji budowli o gÅ‚Ä™bokich posado-
wieniach w centrach miast. XLVI Konf. Naukowa KILiW PAN
Referat został wygłoszony podczas Międzynarodowej Kon- i KN PZITB, Wrocław-Krynica 2000, s. 397-412.
ferencji  Budownictwo Podziemne 2005 Kraków, wrzesień [10] Wysokiński L., Kotlicki W., Motak E.: Zagadnienia geotech-
2005, oraz zamieszczony w kwartalniku  Górnictwo i Geo- niczne w realizacji inwestycji w gęstej zabudowie. Inżynieria
inżynieria . i Budownictwo 10/1999, s.579-583.
LITERATURA
prof. nadzwyczajny dr hab. inż. Antoni Florkiewicz,
[1] Florkiewicz A.: Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla bu-
dr inż. Jacek Ścigałło
autor
dowy garażu podziemnego w Poznaniu na placu Wolności.
Politechnika Poznańska
Poznań, Politechnika Poznańska 2001.
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele 04/2005 (07) 39