24. Ścianki szczelne i szczelinowe; rodzaje, zastosowanie, wykonawstwo i zasady obliczeń.

1. Definicja:

1. Ścianki szczelne - są to konstrukcje oporowe wykonywane z podłużnych elementów wprowadzanych w grunt (wbijanych, wwibrowywanych lub wciskanych) ściśle jeden obok drugiego i połączonych na zamki zapewniające szczelność przed wodą i wzajemną współpracę. Elementy te nazywa się brusami lub grodzicami.

2. Ścianki szczelinowe (barety)- są to ściany żelbetowe, betonowane monolitycznie w specjalnych szczelinach wykonywanych w gruncie.

• grubości ścian wynoszą 0.5-1.2m,

• długości sekcji ściany 3-6m,

• głębokości ścian 10-30m,

w czasie głębienia, ściany wąskiego wykopu utrzymywane są w stateczności za pomocą tzw. zawiesiny tiksotropowej (mieszaniny wody i betonitu – pewnego rodzaju iłu z dodatkami chemicznymi, który w stanie spoczynku przybiera postać żelu i utrzymuje stateczność ściany). betonowanie szczeliny odbywa się metodą „kontraktor”. ściany szczelinowe mogą być również prefabrykowane, wykonywane poprzez zagłębianie elementów prefabrykowanych w szczelinie z zawiesiną twardniejącą.

1. Rodzaje:

1. Ścianki szczelne ze względu na rodzaj materiału:

• stalowe - kształty przekrojów: korytkowy (lub typu U), zetowy, płaski, typu H, - kształty zamków

• żelbetowe – uszczelniane na pióro obce z drewna, specjalne ostrze dociskające jeden brus do drugiego

• drewniane – uszczelniane na wpust i pióro własne lub pióro obce

Ze względu na schemat pracy i sposób podparcia:

• ścianki wspornikowe

• ścianki rozpierane jednokrotnie lub wielokrotnie

• ścianki kotwione jednokrotnie lub wielokrotnie

Ścianki jednokrotnie podparte (zakotwione) mogą być dołem w gruncie swobodnie podparte lub utwierdzone.

Rodzaje zakotwień ścianek szczelnych:

• zakotwienia płytowe

• zakotwienia blokowe

• zakotwienia do kozłów palowych

• zakotwienia iniektowane

1. Zastosowanie:

1. Ścianki szczelne

1. Obudowy głębokich wykopów

1. nabrzeża portowe

1. grodze

1. regulacja rzek i kanałów

1. uszczelnianie wałów przeciwpowodziowych

1. ochrona budowli i fundamentów przed działaniem wody

1. Ścianki szczelinowe:

1. ściany podziemnych kondygnacji budynków i parkingów

2. głębokie ściany budynków,

3. ściany płytkich tuneli podziemnych,

4. obudowy wykopów i konstrukcje oporowe

1. Wykonawstwo:

1. Ścianki szczelne:

• Wprowadzanie grodzi w grunt

• Zakładanie bloku kotwiącego

• Kotwienie

• Niwelowanie terenu za ścianą oraz wybranie gruntu sprzed ściany

Sposoby wprowadzania ścianek w grunt:

• Dynamiczne - poprzez użycie wibratorów hydraulicznych

• Dynamiczne - z wykorzystaniem młotów hydraulicznych i spalinowych o dużej energii udaru

• Statyczne - poprzez wciskanie brusów w grunt ograniczając powstawanie szkodliwych drgań i hałasów

1. Ścianki szczelinowe: Wykonanie ściany szczelinowej (Rys.1.) obejmuje prace przygotowawcze, wykonanie murków prowadzących (1), głębienie szczeliny w osłonie zawiesiny iłowej (2,3), wstawienie elementów rozdzielczych i zbrojenia (4), betonowanie oraz prace wykończeniowe (5). 

1. Zasady obliczeń:

• Ścianka szczelna: można wymienić dwie metody „klasyczne” wymiarowania ścianek opierające się na prawach elementarnej statyki, a mianowicie:

• Metoda amerykańska dla ścianek szczelnych wolnopodpartych w gruncie, polega na znalezieniu minimalnej głębokości zapuszczenia ścianki szczelnej dla uzyskania jej stateczności. Doświadczenia wykazały że maksymalne momenty zginające oraz siły kotwiące obliczone przy zastosowaniu tej metody są wyższe od wartości pomierzonych w naturze, a więc daje wartości sił po stronie bezpiecznej.

• Metoda europejska dla ścianek szczelnych zamocowanych w gruncie, oblicza zagłębienie zamocowanej podstawy ścianki szczelnej. Metoda ta została zaproponowana przez Bluma i jej stosunkowo prosta w porównaniu do innych np. Tschebotarioff’a, Rowe, Lacknera i Brinch Hansena, które są niewątpliwie dokładniejsze, alt też bardziej skomplikowane.

Określenie wpływu różnego rodzaju oddziaływań na ściankę szczelną wykonywane jest aktualnie prawie bez wyjątków za pomocą różnego rodzaju programów komputerowych.

Podstawową zasadą, którą należy przestrzegać przy stosowaniu tych programów jest wymaganie przejrzystych i możliwych do weryfikacji zestawów danych wyjściowych, jak również otrzymanych wartości oddziaływań i odkształceń.

Wymagane powinny być wykresy przedstawiające uzyskane wartości pozwalające doświadczonemu projektantowi na pierwszą ocenę, czy otrzymane wyniki są przekonywujące i zgodne z przyjętymi warunkami brzegowymi.

W ostatnich latach opracowano szereg programów komputerowych bazujących na metodzie elementów skończonych, których zadaniem jest analiza naprężeń i odkształceń w zakotwionej ściance szczelnej np. program Plaxis.

• Ścianka szczelinowa: Obliczenia ścian szczelinowych stanowiących obudowę podziemi oraz fundament można podzielić na dwa etapy. Pierwszy to określenie parametrów geometrycznych oraz zbrojenia gwarantujących odpowiednią nośność ściany lub barety, pozwalającą na przeniesienie obciążeń poziomych od parcia gruntu i wody oraz pionowych wynikających z oddziaływań nadbudowywanej konstrukcji. Drugi etap to wyznaczenie pionowych przemieszczeń ściany lub barety, lub też różnicy osiadań pomiędzy poszczególnymi elementami konstrukcji. W etapie pierwszym do obliczeń można stosować różnorodne, dostępne na rynku programy komputerowe, lecz po uprzednim ich przetestowaniu i zweryfikowaniu wyników obliczeń. Parametry mechaniczne (wytrzymałościowe i odkształceniowe) podłoża należy przyjmować na podstawie wstępnych studiów. Powinny być one zweryfikowane na podstawie wyników obserwacji w naturze. Decydujące znaczenie ma ustalenie wartości modułu odkształcenia E0, zwłaszcza ze względu na nieliniowość zachowania gruntu. Wartości modułu E0 wyznaczone na podstawie obserwacji przemieszczeń obiektów są zwykle parokrotnie większe od uzyskanych z badań laboratoryjnych lub odczytanych z normy. Przy wyznaczaniu osiadań lub raczej pionowych przemieszczeń (w przypadku ścian szczelinowych pracujących początkowo jako obudowa wykopu obserwuje się często ich unoszenie) można korzystać z dwóch metod:

• klasycznego rozwiązania opartego o normę PN -83/B-02482;

• metody elementów skończonych.