XXIV OGÓLNOPOLSKIE
WARSZTATY PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI
BESKIDY WISA
A, 17 � 20 marca 2009 r. KRAKÓW
Anna SIEMIC
SKA-LEWANDOWSKA1
AKTUALNE PROBLEMY BUDOWY I PROJEKTOWANIA
GA

BOKICH WYKOPÓW
1. Wstęp
Głębokie wykopy są nieodłącznym elementem każdego procesu budowlanego.
W zależności od głębokości posadowienia budowli wykop w mniejszym lub większym stopniu
narusza naturalny stan gruntu, wpływa na położenie wód gruntowych, oddziałuje na otoczenie 
sąsiadujące z wykopem obiekty (ich bezpieczeństwo i stan techniczny) oraz roślinność.
Budowa dużych obiektów kubaturowych, apartamentowców, budynków użyteczności
publicznej oraz metra, dróg i linii kolejowych wiąże się z wykonywaniem i projektowaniem
głębokich wykopów. Stosuje się wiele rodzajów obudowy wykopów, oraz sposobów
zapewnienia ich stateczności, a także metod budowy. Projektowanie może być prowadzone
zróżnicowanymi metodami, a każda z nich wymaga interpretacji parametrów geotechnicznych
oraz doświadczenia w wymiarowaniu tego typu obiektów. Jest wiele dostępnych na rynku
programów komputerowych, bazujących na różnych podstawach teoretycznych (belki
swobodnie podparte, na podłożu sprężystym, metoda elementów skończonych). Każda z tych
metod wymaga od projektanta znajomości parametrów wybranego modelu i zakresu
przydatności do określonych sytuacji obliczeniowych. Odrębnym zagadnieniem jest
uwzględnienie w projektowaniu i wykonawstwie nowych norm europejskich, a szczególnie
zaleceń normy Eurokod 7 i pokrewnych. W niniejszym referacie omówiono szczegółowo
zagadnienia doboru obudowy, metod budowy oraz projektowania ścian wykopów.
2. Definicje i wytyczne prawne
2.1. Definicje
Według ogólnej definicji podanej w [1], [2] wyróżnia się wykopy wąskie
i szerokoprzestrzenne, płytkie i głębokie. Wykop głęboki to wykop o ścianach pionowych,
zabezpieczonych obudową, o głębokości większej od 3,0 m. W zagranicznej literaturze
przedmiotu [3], [4] za głęboki uznaje się wykop o pionowych ścianach i głębokości co najmniej
6,0 m. Praktycznie oznacza to, że każdy wykop wykonywany dla celów podanych powyżej jest
wykopem głębokim. Wynika stąd kategoria geotechniczna i wymagania odnośnie dokumentacji
geologiczno - inżynierskiej.
1
Prof. dr hab. inż. - Politechnika Warszawska
303
2.2. Uwarunkowania prawne
Wykonawstwo i projektowanie głębokich wykopów wymaga znajomości wielu przepisów,
norm, wytycznych lub zaleceń postępowania.
Pod względem prawnym proces budowy i projektowania reguluje Ustawa z 7 lipca 1994
Prawo budowlane (Dz.U. z 2003 r., nr 217, poz. 2016 z póz
n. zmianami z 18.05.2005 r.,
27.07.2005 r. i 28.07.2005 r.).
Kolejny dokument, którego znajomość jest niezbędna to Rozporządzenie Ministra
Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie ustalania geotechnicznych warunków
posadawiania obiektów budowlanych. (Dz.U. nr 126/1998, poz.839). W myśl zawartych tam
definicji wszystkie obiekty budowlane zaliczane są do pierwszej, drugiej lub trzeciej kategorii
geotechnicznej, w zależności od warunków gruntowych i złożoności konstrukcji.
Warunki gruntowe zdefiniowano jako:
" proste - gdy w podłożu projektowanego obiektu występują grunty jednorodne nośne,
a woda znajduje się poniżej poziomu posadowienia,
" złożone - gdy w podłożu występują grunty niejednorodne lub nienośne, a woda
gruntowa znajduje się powyżej poziomu posadowienia,
" skomplikowane - gdy oprócz warunków złożonych pojawiają się niekorzystne zjawiska
geologiczne takie jak np.: kras, osuwiska, kurzawka, szkody górnicze czy
glacitektonika)
Kategorię geotechniczną całego obiektu lub jego części określa projektant w uzgodnieniu
z osobą, która posiada upoważnienie, na podstawie odrębnych przepisów, do ustalania
geotechnicznych warunków posadowienia obiektu. Rozróżnia się następujące kategorie:
" Pierwsza kategoria to 1-2 kond. budynki, ściany oporowe i rozparcia wykopów
o różnicy poziomów do 2,0 m, wykopy do 1,2 m, nasypy do 3,0 m, wykonywane
w prostych warunkach gruntowych,
" Druga kategoria to fundamenty bezpośrednie i głębokie, ściany oporowe, wykopy,
nasypy, przyczółki, filary mostowe, nabrzeża, kotwy gruntowe wykonywane
w prostych i złożonych warunkach gruntowych,
" Trzecia kategoria to obiekty zabytkowe i monumentalne i inne obiekty nietypowe
wykonywane w skomplikowanych warunkach gruntowych.
Głębokie wykopy zaliczane są najczęściej do II kategorii geotechnicznej, w szczególnych
warunkach nawet do III. Z tego wynika zakres rozpoznania warunków geotechnicznych.
W przypadku budowy głębokiego wykopu w prostych warunkach gruntowych wystarczy
opracowanie dokumentacji lub ekspertyzy geotechnicznej, która zgodnie z przepisami nie
wymaga zatwierdzenia przez organ administracji geologicznej. Taka sytuacja zdarza się na ogół
bardzo rzadko i dlatego dla potrzeb projektowania i wykonawstwa głębokiego wykopu
niezbędne jest opracowanie dokumentacji geologiczno  inżynierskiej zgodnie z wymaganiami
Ustawy Prawo geologiczne i górnicze (Dz.U. 1994 Nr 27, poz. 96 z póz
n. zmianami). Należy
zwrócić uwagę na fakt, że wykonanie takiej dokumentacji oprócz wiedzy fachowej wymaga
również czasu i przestrzegania terminów narzuconych przez ustawodawcę.
Projekt prac geologicznych (np. rozmieszczenie i liczba otworów wiertniczych) opracowany
zgodnie ze szczegółowymi wymaganiami zawartymi w Rozporządzeniu Ministra
Środowiska (Dz.U.2001 Nr 153 poz. 1777) podlega zatwierdzeniu przez okres do 30 dni.
Następnie należy zamiar przystąpienia do wykonywania robót (a konkretnie wierceń) zgłosić
organowi administracji na terenie której wykonywane są prace najpóz
niej na 2 tygodnie przed
wejściem w teren. Gotowa dokumentacja geologiczno - inżynierska tzn. wyniki prac
geologicznych, wraz z ich interpretacją oraz stopniem osiągnięcia zamierzonego celu, podlega
przyjęciu przez organ administracji geologicznej przez okres do 60 dni, a w przypadku
304
poprawek dodatkowo jeszcze 30 dni od złożenia poprawionej dokumentacji. Praktycznie
oznacza to, że od chwili powzięcia decyzji o inwestycji w ramach której wykonywany jest
głęboki wykop, do momentu uzyskania udokumentowanych danych do projektowania np.
obudowy i odwodnienia w najlepszym przypadku upływają 104 a w najgorszym 134 dni.Przed
rozpoczęciem robót należy na podstawie dokumentacji geoetchnicznej ocenić położenie wód
gruntowych w stosunku do dna wykopu i podjąć decyzję o sposobie prowadzenia prac
i konieczności odwadniania terenu. Jeżeli zasięg leja depresji będzie wykraczać poza granice
działki, wówczas należy uzyskać pozwolenie wodno- prawne zgodnie z wymaganiami Ustawy
Prawo Wodne (Dz.U. 2001 Nr 115, poz. 1229 z póz
n. zmianami). Wydaje je organ
administracji geologicznej w terminie do 30 dni od daty złożenia wniosku, do którego trzeba
dołączyć operat wodnoprawny. W ten sposób czas oczekiwania na rozpoczęcie budowy może
się wydłużyć do 164 dni, a konsekwencje związane z wpływem odwodnienia na budynki
i zieleń powodują, że często inwestor rezygnuje z kilkukondygnacyjnych podziemi i głębokiego
wykopu. Natomiast, odprowadzanie wód z wykopów budowlanych nie wymaga pozwolenia,
a także sytuacja gdy lej depresji nie wykracza poza teren inwestora. Dlatego często w projekcie
przewiduje się zmianę rodzaju obudowy wykopu, tylko z uwagi na system odwodnienia i jego
wysokie koszty.
Wedlug [2] wszystkie rodzaje wykopów należy wykonywać na podstawie dokumentacji
projektowej. W dokumentacji projektowej do właściwego zaplanowania i bezpiecznego
wykonania wykopu potrzebne są następujące dane dotyczące:
" ukształtowania terenu,
" poprzedniego użytkowania terenu,
" warunków gruntowo - wodnych,
" informacji o przyległych drogach i budowlach,
" położenia, rodzaju i stanu instalacji podziemnych,
" obecności przeszkód w gruncie,
" możliwości wystąpienia zabytków archeologicznych,
" obecności gruntów skażonych,
" szczególnych wymagań ochrony środowiska,
" występujących w terenie ograniczeń z uwagi na drgania i hałas.
Zakres dokumentacji projektowej najczęściej obejmuje:
" projekt budowlany,
" dokumentację geotechniczną lub geologiczno - inżynierską oraz geotechniczne warunki
posadowienia.
W przypadku głębokiego wykopu dokumentacja musi być uzupełniona o projekty
wykonawcze:
" obudowy wykopu,
" odwodnienia wykopu,
" monitorowania oddziaływań wykopu na stan bezpieczeństwa obiektów sąsiednich,
" zabezpieczeń instalacji naziemnych i podziemnych,
" ewentualnie projekt wzmocnienia obiektów sąsiednich.
Zakres projektu budowlanego powinien być zgodny z rozporządzeniem Ministra
Infrastruktury w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego.
305
3. Rodzaje obudów i metody budowy głębokich wykopów
3.1. Rodzaje obudowy
Przy wyborze rodzaju obudowy i technologii wykonania uwzględniane są następujące czynniki:
" warunki geotechniczne oraz poziom wody gruntowej,
" głębokość wykopu i jego położenie w stosunku do istniejących obiektów,
" rodzaj zabudowy sąsiadującej z wykopem,
" metody budowy części podziemnej budynku lub innego obiektu powstającego
w wykopie.
Główne rodzaje obudów wykopów to:
" ściana szczelinowa,
" obudowa berlińska,
" stalowa ścianka szczelna,
" palościana,
" ściany z kolumn wykonywanych metodą iniekcji strumieniowej (tzw.  jet grouting ),
" ściany gwoz
dziowane,
" technologie mieszane np. ściana szczelinowa i obudowa berlińska.
Stateczność obudowy głębokiego wykopu wykonanego w jednej z tych technologii
(z wyjątkiem ścian gwoz
dziowanych), zapewniają rozpory, kotwy gruntowe lub stropy
podziemnych kondygnacji współpracujące ze ścianą szczelinową. Technologie te są stosowane
do zabezpieczania pionowych ścian wykopów w budownictwie ogólnym (podziemia budynków
użyteczności publicznej, podziemne garaże budynków mieszkalnych, podziemne parkingi),
komunikacyjnym (tunele samochodowe i tunele metra wykonywane metodami odkrywkowymi,
szyby startowe do tarcz lub tzw. TBM) i robót instalacyjnych (kolektory wodociągowe,
kanalizacyjne, ciepłownicze). Najczęściej stosowane i uzasadnione ekonomicznie są ściany
szczelinowe, ściana berlińska i ścianka szczelna.
Rys. 1. Strefy zabudowy przy wykopie i zalecane wartości parcia gruntu [8]
306
Wszystkie wymienione technologie zostały szczegółowo opisane w publikacjach [5], [6],
[7] i są powszechnie znane. Dlatego nie stanowią tematyki niniejszego referatu. Odrębnym
problemem jest ich przydatność w zastosowaniu do budowy głębokich wykopów oraz wpływ
przyjętej technologii na zabudowę sąsiadującą ze wznoszonym obiektem. Na rysunku 1
przedstawiono strefy zabudowy i zalecane rodzaje obudów oraz współczynników parcia gruntu.
Przy doborze obudowy jednym z ważniejszych czynników są przewidywane przemieszczenia
poziome ściany wykopu oraz ich wpływ na obiekty sąsiednie. Szczególnie jest to istotne, gdy
w pobliżu ściany wykopu znajdują się obiekty wrażliwe na osiadania lub budynki mieszkalne.
Oprócz możliwości pogorszenia przez prace w wykopie stanu technicznego budynku
niebagatelne znaczenie ma psychologiczny aspekt prowadzenia budowy. Na ogół zamiar
wykonania głębokiego wykopu jest oprotestowany przez mieszkańców już na etapie projektu
budowlanego. Jest to zjawisko powszechne i aktualne, gdyż trudno obecnie budować głębokie
wykopy na terenach silnie zurbanizowanych bez naruszania interesów sąsiadów. Równie
ważnym jest sposób prowadzenia robót w wykopie. W zależności od typu obudowy stosuje się
wiele metod budowy głębokich wykopów, z których najważniejsze opisano poniżej.
3.2. Metody budowy głębokich wykopów
Sposób prowadzenia robót ziemnych oraz system zapewnienia stateczności ściany wykopu
zależy od rodzaju jego obudowy, rozmiarów i sytuacji w bezpośrednim sąsiedztwie. Obudowa
wykopu w miarę jego pogłębiania jest jednostronnie odsłaniana. Prace można prowadzić w
otwartym wykopie szerokoprzestrzennym lub w przypadku ścian szczelinowych jako rozparcie
wykorzystywać stropy podziemnych kondygnacji. Ten ostatni sposób budowy podziemi określa
się jako metodę stropową, a dodatkowo wyróżnia się metody: klasyczną stropową, półstropową
oraz metodę  top & down .
Metoda budowy głębokiego wykopu i sposób podparcia powinien być zdefiniowany już na
etapie wstępnej koncepcji obiektu. Wybór konkretnego rozwiązania rzutuje na statykę ściany,
siły w podparciach, przemieszczenia poziome ściany oraz przyległego terenu i obiektów
sąsiednich. Ma też duże znaczenie przy ocenie ekonomicznych aspektów inwestycji.
3.2.1. Wykop szerokoprzestrzenny
Prowadzenie budowy w wykopie szerokoprzestrzennym zapewnia szybki postęp prac
z uwagi na łatwą dostępność robót ziemnych, szalunkowych, zbrojarskich oraz betonowanie
konstrukcji. Jest to najwygodniejsze dla wykonawcy, natomiast może być niekorzystne dla
otoczenia budowy.
Po wykonaniu w gruncie obudowy, w zależności od jej rodzaju całości konstrukcji lub
elementów, pierwsza faza robót przebiega przy założeniu wspornikowego charakteru pracy
ściany. Na tym etapie robót głębokość wykopu zależy od sztywności ściany oraz sytuacji na jej
naziomie i wynosi od 4,0 do 6,0 m. W przypadku wiotkich obudów takich jak ścianka szczelna
i berlińska głębokość ta nie powinna przekraczać 4,0 m. Przy ścianach sztywniejszych
(szczelinowa i palościana) wykop może sięgać 6,0 m. Należy też ocenić czy poziome
przemieszczenia korony ściany nie będą miały negatywnego wpływu na obiekty sąsiednie.
Dalsze etapy budowy na ogół wymagają głębokości wykopu przekraczającej 4 � 6 m. Wówczas
należy zastosować jeden z elementów zapewniających stateczność ściany tzn.:
" stalowe rozpory,
" kotwy gruntowe,
" przypory z gruntu rodzimego,
" ukośne zastrzały przy głębokościach wykopu nie przekraczającej 7,0 m,
307
" w przypadku ścian szczelinowych teowy przekrój ściany, co zwiększa jej sztywność
i pozwala na wydłużenie wspornika.
Wybór metody rozparcia obudowy wykopu zależy od następujących czynników:
" rodzaju obudowy,
" wymiarów wykopu w planie,
" sytuacji na naziomie ściany,
" warunków gruntowo- wodnych,
" układu konstrukcyjnego obiektu powstającego w wykopie,
" uwarunkowań prawnych i administracyjnych związanych z granicą działki
przeznaczonej pod zabudowę.
Każdy z wyżej wymienionych sposobów rozparcia można stosować przy obudowach ze ścian
szczelinowych. Gdy ściana wykopu wykonywana jest w technologii ścianki szczelnej lub
berlińskiej nie zaleca się, z uwagi na ich małą sztywność, prowadzić prac w wykopie pod
osłoną przypory z gruntu rodzimego.
Gdy na naziomie ściany znajdują się budynki lub inne obiekty wrażliwe na nierównomierne
osiadania, zakładając system podparcia ściany wykopu należy przewidzieć możliwość
powstania przemieszczeń poziomych obudowy i uwzględnić ten fakt w projekcie
monitorowania.
3.2.2. Wykop w obudowie rozpartej rozporami
Wykopy w zależności od szerokości rozpiera się rozporami drewnianymi i stalowymi -
z kształtowników lub kratownic oraz stalowymi rurowymi. W przypadku głębokich wykopów
omawianych w tym podręczniku najczęściej stosuje się rozpory z rur o � 500 i 800 mm.
W praktyce zagranicznej często spotyka się rozpory zespolone z dwóch, trzech a nawet czterech
kształtowników. Rozpory stalowe można stosować, gdy szerokość wykopu nie przekracza 25
do 30 m. W przypadku komunikacyjnych obiektów liniowych (tunele drogowe oraz szlakowe
i stacyjne metra) ten warunek może być spełniony. Natomiast wykopy pod budynki,
a szczególnie pod budynki użyteczności publicznej mają najczęściej znaczne gabaryty
i wymiary w planie. Nierzadko szerokość wykopu przekracza kilkadziesiąt, a nawet ponad
100 m. Wówczas należy stosować pośrednie podparcia, co utrudnia prace i jest uciążliwe dla
wykonawców. Przy głębokości wykopu nie przekraczającej 7,0 m można korzystać z podparcia
ściany zastrzałami opartymi na podłożu lub na mikropalach.
W przypadku rozparcia w wielu poziomach, pionowy odstęp między rozporami należy
dostosować do układu stropów, tak aby możliwe było ich wykonanie i póz
niejszy demontaż rur.
Punkty podparcia odpowiadają podporom w analizie statycznej ściany wykopu. Rozpory mogą
być instalowane bezpośrednio do obudowy - pala stalowego w ścianie berlińskiej, lub marek
stalowych w ścianie szczelinowej. Wówczas ich rozstaw w planie odpowiada odległości
między palami lub markami. Innym rozwiązaniem jest oparcie pośrednie za pomocą oczepu
wykonanego ze stalowych kształtowników  wtedy istnieje możliwość zmniejszenia liczby
rozpór na długości ściany.
3.2.3. Wykop w obudowie kotwionej
Przy dużych wymiarach wykopów w planie najkorzystniejszym z punktu widzenia
prowadzenia robót w otwartym wykopie rozwiązaniem jest stosowanie kotew gruntowych.
Podstawową wadą tego systemu podparcia jest fakt, że kotwy, których długość wynosi
przeciętnie od 15 do 20 m, na ogół sięgają poza obrys działki przeznaczonej pod zabudowę.
Wówczas należy uzyskać zgodę właścicieli sąsiednich posesji, którzy najczęściej jej
odmawiają, z uwagi na obawy o osiadania budynków. Jeżeli właścicielem terenu sąsiadującego
308
z wykopem jest administracja miasta, wówczas często np. pod jezdniami, ulicami czy
chodnikami wykonuje się kotwy, a pozostały fragment wykopu rozpiera się w miarę
możliwości stalowymi rozporami. Kolejną wadą kotwienia jest możliwość kolizji
z podziemnymi urządzeniami infrastruktury technicznej (kolektory wodociągowe, kanały
ciepłownicze o dużych gabarytach, itp.), których obecność uniemożliwia drążenie otworów pod
kotwy. Jeśli kolizje te są wcześniej udokumentowane można lokalnie zmieniać położenie
głowic kotew, co wymaga dodatkowych obliczeń statycznych ściany. Gorzej, gdy istnienie
przeszkody stwierdza się dopiero podczas wiercenia otworu w gruncie.
Stosując kotwy należy również pamiętać o konieczności obniżania poziomu wód gruntowych
co najmniej poniżej rzędnej głowicy, gdyż w przeciwnym przypadku woda wydostająca się
przez otwór w obudowie uniemożliwi wiercenie. Istnieją technologie przewiercania obudowy
pod osłoną specjalnych śluz, ale są to techniki drogie i nieopłacalne przy tymczasowym
systemie podparcia ściany. Dalsze etapy wiercenia są wykonywane w osłonie sprężonego
powietrza lub płuczki bentonitowej.
W przypadku posadowienia buław kotew w gruntach spoistych, pęczniejących
i prekonsolidowanych (np. w iłach plioceńskich), gdy istnieją wątpliwości co do uzyskania
odpowiednich, wysokich ich nośności, stosuje się mieszane sposoby zapewnienia stateczności
obudowy wykopu. W górnych partiach ściany można zaprojektować kotwy, a w najniższym
poziomie podparcia stalowe rozpory, które dzięki możliwości bezpośredniej obserwacji są
intuicyjnie uznawane za bezpieczniejsze.
Obudowy mogą być kotwione wielokrotnie. Wykonanie oraz badania kotew gruntowych
reguluje norma [9]. Stosowanie kotew gruntowych wymaga przeprowadzenia różnego typu
badań zarówno przed przystąpieniem do robót kotwiarskich, jak i podczas wykonywania kotew
danego obiektu [9]. Dlatego czas wykonania wykopu jest dłuższy niż przy stosowaniu rozpór
stalowych i może niespodziewanie ulec wydłużeniu przy natrafieniu na trudności z uzyskaniem
projektowanej nośności kotew.
3.2.4. Wykopy z przyporą z gruntu rodzimego
Wykorzystanie przypory z gruntu rodzimego jako sposobu podparcia ściany wykopu jest
rozwiązaniem korzystnym dla wykonawcy robót, jednak rozwiązanie to może być stosowane
pod warunkiem spełnienia następujących wymagań:
" w sąsiedztwie wykopu nie ma zabudowy obciążającej naziom, lub istniejące obiekty są
posadowione poniżej dna projektowanego wykopu,
" grunt rodzimy tworzący przyporę jest gruntem nośnym o odpowiednich parametrach
wytrzymałościowych (wyklucza się grunty spoiste w stanie plastycznym i grunty
niespoiste średniozagęszczone lub luz
ne),
" w obiekcie przewidziano nie więcej niż 2 kond. podziemne, co oznacza, że głębokość
docelowa wykopu (z uwzględnieniem grubości płyty dennej) nie przekracza 7,5 m. Przy
większych głębokościach propozycja stosowania podparcia przyporą ziemną powinna
być poparta szczegółową analizą przemieszczeń obudowy i sąsiadującego terenu
jednym z zaawansowanych narzędzi obliczeniowych np. MES,
" układ konstrukcyjny budowanego obiektu, a szczególnie rozstaw słupów w pobliżu
ściany wykopu umożliwia wykonanie przypory o wymiarach zapewniających
bezpieczne podparcie obudowy; szerokość przypory u podstawy nie powinna być
mniejsza niż 10 m przy głębokości wykopu nie większej niż 7,5 m,
" jak wspomniano na wstępie, nie zaleca się stosowania przypory ziemnej gdy obudowa
wykopu jest wykonana w technologii ścianki szczelnej lub berlińskiej.
Technologia wykonania wykopu polega na wykonaniu wstępnego pełnego wykopu
szerokoprzestrzennego do głębokości około 3,5 m, a następnie przy zachowaniu przypór,
309
głębienie w części centralnej do rzędnej docelowej dna. Następnie wykonuje się fragment
konstrukcji budynku - najczęściej do poziomu pierwszego stropu podziemi, który stanowi
podparcie dla stalowych rozpór podtrzymujących obudowę wykopu na czas usuwania przypory
i budowy brakujących elementów budowanego obiektu. W przypadku trzonowej konstrukcji
budynku, jeśli wymiary w planie na to umożliwiają, rozpory opiera się bezpośrednio na trzonie.
Po wykonaniu stropów poziomu -1, rozpory demontuje się. Projektując punkty podparcia
ściany i wymiary przypory należy uwzględnić rzędne stropów i siatkę słupów w konstrukcji
budynku oraz przerwy technologiczne w płycie dennej. Wartości sił w rozporach wyznaczone
podczas analizy statycznej obudowy wykopu powinny być przekazane do wiadomości
konstruktorowi obiektu, w celu odpowiedniego zaprojektowania elementów konstrukcji.
3.2.5. Metoda stropowa
Te metodę budowy można stosować tylko wtedy gdy obudowę wykopu stanowią ściany
szczelinowe. Klasyczna metoda stropowa została po raz pierwszy wykorzystana w latach 60.
XX w. do budowy metra w Mediolanie [10]. Dlatego w literaturze światowej często nazywana
jest metodą mediolańską. Pomysłodawcą metody, jak również technologii ścian szczelinowych
i pali wielkośrednicowych jest włoska firma I.C.O.S., która w 1968 r. zastosowała metodę
stropową z wykorzystaniem pali stalowych posadawianych na baretach do budowy podziemi
centrum handlowego w Lozannie [11]. Lata 90. ubiegłego i początek XXI wieku to okres
innowacyjnych zmian i korzystanie z metody stropowej i jej odmian w budownictwie
komunikacyjnym i kubaturowym. W Polsce po raz pierwszy klasyczną metodą stropową
wybudowano stację warszawskiego metra  Ratusz , a następnie  Marymont . Obecnie w kilku
odmianach stosuje się ją w budowie głębokich wykopów. Poniżej opisano kolejno metodę
stropową, półstropową, i  top & down .
Metoda stropowa klasyczna
Ten sposób budowy, nazywany czasami pełną metodą stropową, jest stosowany w celu
zmniejszenia wpływu wykonania głębokiego wykopu na otoczenie poprzez ograniczenie
przemieszczeń poziomych korony ściany szczelinowej. Wybór ten często wynika z wymagań
inwestora i dyktowany jest potrzebą jak najmniejszego ingerowania budowy w życie miasta,
szczególnie w terenie gęsto zabudowanym. Równie często sąsiedztwo obiektów zabytkowych
lub budynków starych, w złym stanie technicznym narzuca projektantowi i wykonawcy
stosowanie pełnej metody stropowej.
Z uwagi na wymiary wykopu w planie należy zapewnić tymczasowe podparcie stropów, które
stanowią rozparcie ścian szczelinowych. Podpory to stalowe słupy, które mogą się pokrywać
z siatką słupów konstrukcji budynku. Są one posadowione w baretach lub na palach CFA -
poniżej poziomu płyty dennej. Po wykonaniu obwodowych ścian szczelinowych oraz baret lub
pali, bezpośrednio na podłożu wykonuje się strop poziomu zero, a następnie głębiąc wykop -
kolejne podziemne kondygnacje aż do poziomu płyty dennej.
Ceną bezpiecznego prowadzenia prac, praktycznie pod powierzchnią terenu, pod osłoną stropu
poziomu  0 , jest duży koszt robót ziemnych i konstrukcyjnych, a także czas trwania budowy 
na ogół dłuższy niż przy wykopach szerokoprzestrzennych. Mała wysokość robocza
wynikająca z limitowania wysokości kondygnacji w podziemiach do wartości 2,30 m, a czasem
nawet 2,10 m powoduje konieczność stosowania specjalistycznego sprzętu do urabiania gruntu.
Są to koparki i ładowarki stosowane w górnictwie, o napędzie spalinowym, co z kolei wiąże się
z prowadzeniem roboczej wentylacji mechanicznej, podobnej do wykonywanej na budowie
tuneli metodami górniczymi.
Należy pamiętać, że budowa głębokich podziemi to wykopy o głębokościach do 17- 18 m (przy
5. kond. podziemnych). Jeśli podłoże tworzą grunty spoiste, to przy działającym odwodnieniu,
na tych głębokościach są one najczęściej w stanie zwartym lub półzwartym, tzn. są trudne do
310
urabiania. Roboty ziemne mogą wtedy trwać znacznie dłużej niż zakładano, a dodatkowo trzeba
omijać słupy i niektóre fragmenty gruntu, bezpośrednio pod szalowaniem stropów odspajać
ręcznie. Dlatego korzystnym jest takie fazowanie robót, aby podczas głębienia wykonywać co
drugi strop, co pozwala na uzyskanie większej wysokości roboczej i wprowadzenie cięższego,
bardziej wydajnego sprzętu do urabiania gruntu. Fakt ten musi być uzgodniony z projektantem
ściany szczelinowej. Z punktu widzenia statyki taki układ stropów pozwala na pełniejsze
wykorzystanie parametrów wytrzymałościowych ściany oraz na wyrównanie wartości
momentów zginających przęsłowych i podporowych. Z kolei podparcie stropami w poziomie
 0 i  -1 ogranicza przemieszczenia poziome górnej części ściany szczelinowej. Brakujące
kondygnacje wykonuje się dopiero po zakończeniu robót ziemnych i wykonaniu płyty dennej
utwierdzającej ścianę szczelinową.
Ewakuacja urobku oraz dostarczanie materiałów odbywa się przez otwory technologiczne
pozostawione w wykonywanych stropach kolejnych kondygnacji. Lokalizacja otworów
najczęściej pokrywa się z fragmentami ramp zjazdowych do podziemi lub np. szybami
windowymi czy zbiornikami przeciwpożarowymi wody. Należy sprawdzić czy w wybranych
miejscach istnieje na naziomie ściany możliwość ustawienia koparki i dz
wigu oraz dojazdu
wywrotek odbierających urobek. Położenie otworów technologicznych, ich wymiary oraz
lokalizacja ciężkiego sprzętu powinny być uzgodnione z projektantem obudowy wykopu,
z uwagi na inny niż typowy schemat statyczny ściany szczelinowej i jej obciążenia. Czasami,
bardzo ograniczone wymiary placu budowy narzucają niekonwencjonalne rozwiązania np.
zbudowanie specjalnej platformy roboczej nad otworem technologicznym.
Pełną metodę stropową stosuje się nie tylko do budowy podziemi budynków użyteczności
publicznej, ale też w wykonawstwie obiektów liniowych tj. tuneli szlakowych oraz stacji metra,
a także miejskich tuneli drogowych. W przypadku stacji rozpiętość stropów nad halą peronową
i antresolą wymaga podparcia jednym rzędem słupów posadowionych na ścianach
szczelinowych. Podobnie, w tunelach drogowych rząd słupów lub ciągła ściana oddziela dwa
kierunki ruchu. Celem ograniczenia ze względów ekonomicznych wysokości ściany
szczelinowej wykonuje się wstępny wykop ze skarpami do poziomu pierwszego stropu. Takie
rozwiązanie jest możliwe tylko wtedy, gdy dysponuje się odpowiednią powierzchnią terenu
w sąsiedztwie tunelu. W przypadku budowy głęb. podziemi budynków, na ogół zewnętrzna
krawędz
ściany szczelinowej pokrywa się z ostrą granicą działki budowlanej.
Przy budowie tuneli drogowych ewakuacja urobku i dowóz materiałów odbywają się zarówno
otworami technolog. pozostawionymi w stropie tunelu jak i od strony ramp dojazdowych,
których obudowa jest najczęściej wykonywana również w technologii ścian szczelinowych.
W tunelach metra pozostawia się sekcje stropów niezabetonowane. Po wykonaniu stropu, tunel
zasypuje się, przywracając stan pierwotny na powierzchni terenu, co jest zaletą metody
stropowej w stosunku do otwartego wykopu.
Metoda półstropowa
Jeżeli w sąsiedztwie wykopu nie ma zwartej zabudowy lub obiektów wrażliwych na
nierównomierne osiadania wówczas można stosować tzw. metodę półstropową, w której
dopuszcza się wystąpienie poziomych przemieszczeń korony ściany szczelinowej.
Przemieszczenia te powstają w pierwszej fazie budowy, gdy roboty ziemne prowadzi się
w otwartym wykopie do głębokości około 3,5 m , a ściana szczelinowa jest wspornikiem.
Następnie z poziomu dna wykopu tymczasowego wykonuje się barety lub pale CFA, w których
osadza się stalowe pale podpierające stropy. Po wykonaniu na podłożu stropu poziomu  -1
dalej prowadzi się roboty tak jak w pełnej metodzie stropowej. Takie rozwiązanie jest korzystne
dla wykonawcy, szczególnie gdy istnieje dodatkowo możliwość pozostawienia dużego
centralnego otworu technologicznego. Wówczas prace są prowadzone prawie jak w otwartym
wykopie, przy zachowaniu warunków sztywnego rozparcia obudowy. Istnieje możliwość, po
311
wykonaniu analizy statycznej ściany wykopu, opuszczenia jednego ze stropów i uzyskania
większej wysokości roboczej. Brakujące stropy kondygnacji podziemnych oraz strop poziomu
 0 wykonuje się kolejno, po zabetonowaniu płyty dennej.
Metoda  top & down
W metodzie stropowej przy budowie wysokich budynków możliwe jest równoczesne
prowadzenie robót w dół i w górę tzw. metodą  top & down . Jednocześnie z budową części
podziemnej rozpartej kolejnymi stropami od poziomu zerowego, wznoszone są w odpowiednim
tempie i sekwencjach kond. nadziemne. Konstrukcja budynku opiera się na tymczasowych
podporach - palach stalowych, które są słupami docelowymi w części naziemnej. Technologia
ta została szczegółowo opisana w publikacjach [12]. Jest to sposób często stosowany poza
Polską, umożliwiający przyspieszenie ukończenia robót. Zaletą tej metody jest znaczne
skrócenie czasu realizacji obiektu i możliwość dociążenia podłoża konstrukcją kondygnacji
nadziemnych w celu uniknięcie odprężenia dna głębokiego wykopu. Poważne wady, wynikają
z następujących powodów [7]:
" ciężar budynku prawie w całości jest przenoszony przez pale lub barety na głębsze
warstwy podłoża; w przypadku występowania pod fundamentem wody o napiętym
zwierciadle lub gruntów pęczniejących uniemożliwia szybkie dociążenie tego podłoża
płytą denną,
" metalowe podpory podtrzymujące część nadziemną muszą być zlokalizowane w osiach
słupów docelowych; dotrzymanie wymaganych tolerancji jest kłopotliwe lub bywa
nawet niemożliwe, a wysunięcie słupa tymczasowego poza obrys konstrukcji docelowej
powoduje duże komplikacje wykonawcze,
" prowadzenie równoczesne robót ziemnych pod stropami i konstrukcyjnych powyżej
terenu utrudnia prace, podnosi koszty i zwiększa zagrożenie bezpieczeństwa
pracowników,
" harmonogram robót musi być opracowany bardzo precyzyjnie; podwykonawcy muszą
zapewnić terminowość prac; odstępstwa skutkują natychmiastowym zagrożeniem
harmonogramu, a ryzyko nie dotrzymania terminu jest bardzo duże.
Technika ta została zastosowana przy budowie budynku TP S.A. [12], a także na budowie
jednego z hoteli w Warszawie.
3.2.6. Metody kombinowane
W celu ograniczenia kosztów robót i ich przyspieszenia z jednoczesnym zapewnieniem
wymaganych warunków bezpieczeństwa wszystkie strony procesu inwestycyjnego poszukują
innych sposobów budowy głębokich wykopów, stosując kombinacje różnych opisanych
powyżej metod. Wybór zależy od sytuacji za ścianą wykopu oraz od warunków gruntowych
i wodnych.
Najprostszym sposobem zmniejszającym powierzchnię i koszt obudowy jest stosowanie
wstępnego wykopu ze skarpami, do głębokości pierwszego podziemnego stropu. Trzeba w tym
celu dysponować odpowiednio dużą powierzchnią terenu. Również grunt budujący pierwszą
przypowierzchniową warstwę musi posiadać parametry zapewniające odpowiednie, bezpieczne
nachylenie skarpy. Jeżeli na naziomie nie ma budynków można dodatkowo założyć, że
pierwszą fazę robót ziemnych prowadzi się w wykopie szerokoprzestrzennym, a dopiero strop
kondygnacji  -2 zapewni rozparcie ściany. Podobnie jak w pełnej metodzie stropowej strop
musi być oparty na słupach tymczasowych posadowionych na baretach. Po głębieniu wykopu
do rzędnej docelowej wykonuje się płytę denną, strop poziomu  -1 i w szalowaniu ściany
pierwszej kondygnacji podziemnej oraz strop  0 .
312
Kolejnym krokiem w kierunku oszczędności jest rezygnacja z pełnego stropu w poziomie
 -2 i zastąpienie go rozporami stalowym. Takie rozwiązanie może być również stosowane
wówczas, gdy szerokość wykopu nie pozwala na założenie rozpór stalowych rurowych. Wtedy
przez wykonanie fragmentu stropu zmniejsza się rozpiętość części rozpieranej. Wykorzystanie
rozpór pozwala na łatwiejszy niż w metodzie stropowej transport urobku i materiałów. Nie
trzeba też stosować dodatkowo wentylacji roboczej. Taki system budowy można również
wykorzystać wykonując ściany szczelinowe aż do powierzchni terenu lub platformy roboczej.
Przy nieregularnym w planie ukształtowaniu obiektu można na niektórych fragmentach
wykonać stropy kondygnacji  -1 , a w pozostałej części wykopu zastosować kotwy gruntowe
i prowadzić roboty w wykopie szerokoprzestrzennym.
W przypadku głębokich wykopów o dużych i nieregularnych wymiarach w planie stosuje się
odmianę metody półstropowej. Po wykonaniu obwodowych ścian szczelinowych i wykopu
szerokoprzestrzennego do poziomu stropu  -1 , układa się zbrojenie i betonuje się fragment
stropu  -1 oparty na słupach tymczasowych. Fragment ten musi być na tyle szeroki aby na
całym obwodzie obudowy wykopu zapewnił jej rozparcie tworząc pierścień usztywniający
ścianę. W ten sposób powstaje otwór centralny o znacznych rozmiarach i dalsze prace do
rzędnej docelowej dna prowadzi się tak jak w wykopie szerokoprzestrzennym. Ten sposób
wykonania podziemi zastosowano na budowie biurowca  Metropolitan na Pl. Piłsudskiego
w Warszawie. Był on możliwy z uwagi na układ obiektu i siatkę słupów konstrukcyjnych oraz
głębokość wykopu. Wymagał skomplikowanej analizy statycznej tarczy usztywniającej ścianę,
a także analizy wpływu temperatury na siły w ścianie szczelinowej, jako że tę część obiektu
wykonywano od lipca do stycznia następnego roku. Podobnie wykonano podziemia hotelu
Intercontinental w Warszawie.
4. Projektowanie ścian wykopów
Projektowanie ścian obudów głębokich wykopów wymaga znajomości mechaniki
gruntów, statyki konstrukcji, technologii wykonania konstrukcji podziemnych oraz zasad
współdziałania konstrukcji obudowy z masywem gruntowym. Projektowanie konstrukcji
oporowych reguluje PN-83/B-03010, gdzie podano także pewne elementy zasad wyznaczania
parcia gruntu na ściany wykopów rozpartych. Istotą wymiarowania konstrukcji obudów
głębokich wykopów jest dobór cech geometrycznych ściany i rozparcia (kształtów i wymiarów)
oraz materiałów, a następnie sprawdzenie, czy założenia te zapewniają nośność konstrukcji
i poszczególnych jej elementów wystarczającą do bezpiecznego przeniesienia obciążeń oraz
stateczność układu: ściana - współdziałający masyw gruntowy i bezpieczeństwo użytkowania
obiektów sąsiednich. Dopełnieniem wymiarowania jest porównanie przewidywanych sił
wewnętrznych i przemieszczeń z wartościami granicznymi, celem sprawdzenia, czy spełnione
są kryteria bezpieczeństwa i użytkowalności.
Przy projektowaniu należy uwzględnić również uwarunkowania ekonomiczne przedsięwzięcia.
Zaleca się stosowanie do obliczeń specjalistycznych programów komputerowych szeroko
obecnie dostępnych na rynku, po uprzednim ich wypróbowaniu i zweryfikowaniu obliczeń
testowych. W projektowaniu obudów głębokich wykopów można wyróżnić trzy zasadnicze
podejścia:
1. Obliczanie ściany głębokiego wykopu jako statycznie wyznaczalnego ustroju prętowego,
poddanego danemu obciążeniu parciem i odporem gruntu (metody klasyczne). Ten sposób
może być stosowany na etapie projektu koncepcyjnego i budowlanego, gdy budowa
wykopu nie jest skomplikowana, a w otoczeniu nie ma obiektów wrażliwych na osiadania.
Korzystanie z licznych uproszczonych programów oblicz. pozwala na wyznaczenie sił
wewnętrznych, bez określania przemieszczeń obudowy i terenu.
313
2. Obliczanie ściany głębokiego wykopu jako ustroju statycznie niewyznaczalnego,
poddanego znanemu obciążeniu parciem gruntu i nieznanej reakcji podłoża modelowanego
za pomocą analogu sprężynowego (metoda modułu reakcji poziomej podłoża lub potocznie
podłoża sprężystego). Jest to najbardziej popularna w Polsce oraz na świecie metoda
wymiarowania ścian głębokich wykopów na potrzeby projektu bud. i technicznego. Oprócz
wartości sił wewnętrznych można wyznaczyć poziome przemieszczenia ściany w każdej
fazie budowy wykopu i wznoszenia konstrukcji. Znane w Polsce programy komputerowe
opracowane z wykorzystaniem tej metody to, np.: Denebola, Paroi, Rido, GGU, GEO5
Ściana-analiza, Larix i in.
3. Analiza statyczna płaskiego lub przestrzennego ustroju, złożonego z konstrukcji obudowy,
elementów rozparcia oraz współdziałającego masywu gruntowego metodą elementów
skończonych. Jest to najbardziej zaawansowana metoda wymagająca doboru prawidłowego
modelu materiałowego masywu gruntowego [13] oraz precyzyjnego określenia jego
parametrów. Jej stosowanie jest podyktowane złożonymi warunkami geotechnicznymi,
sytuacją na naziomie ściany wykopu i koniecznością teoretycznej prognozy przemieszczeń
obudowy, współpracującego obszaru podłoża, dna wykopu i powierzchni terenu.
Oprogramowanie geotechniczne wykorzystujące MES to, np.: PLAXIS, Z_SOIL,
HYDROGEO, GEO MES, CRISP, CESAR i wiele innych.
5. Przykłady obliczeniowe
5.1. Analiza rodzajów obudowy i metod wykonania wykopu
Aby ocenić jak sztywność (tzn. rodzaj) obudowy i sposób jej podparcia (metody budowy)
wpływają na wartości przemieszczeń poziomych ściany, w Zakładzie Geotechniki i Budowli
Podziemnych Politechniki Warszawskiej wykonano w ramach magisterskiej pracy dyplomowej
[14] studium koncepcyjne problemu. Analizowano wykonanie wykopu o głębokości 9,9 m
p.p.t, w którym przewidziano trzy kondygnacje podziemnych parkingów. Przyjęto, że naziom
za ścianą jest obciążony istniejącym wysokim budynkiem, posadowionym na głębokości 4,6 m,
w odległości 4,0 m od obudowy. W sytuacji geotechnicznej wyodrębniono 2 warstwy gruntów
czwartorzędowych: piaski drobne i piaski średnie. Zwierciadło wody gruntowej przyjęto na
rzędnej 13,0 m p.p.t. Rozważano 4 warianty wykonania wykopu. Analizowano 3 metody
budowy - w wykopie szerokoprzestrz., kotwionym (wariant 1 i 2); w wykopie z przyporami z
gruntu rodzimego i rozporami stalowymi (wariant 3) oraz metodę półstropową (wariant 4).
Przyjęto następujące rodzaje obudowy wykopu:
" wariant 1 - ścianka szczelna kotwiona,
" wariant 2 - ściana szczelinowa kotwiona,
" wariant 3 - ściana szczelinowa podparta rozporami ( z przyporą z gruntu rodzimego),
" wariant 4 - ściana szczelinowa i metoda półstropowa budowy podziemi.
Jako kryterium oceny przyjęto wartości przemieszczeń górnej krawędzi obudowy wykopu.
Obliczenia wykonano programem jednym z wielu z pakietu programów stosowanych
powszechnie w kraju do projektowania ścian wykopów. W modelu obliczeniowym uwzględnia
on współpracę konstrukcji z podłożem. Pozwala na wyznaczenie przemieszczeń obudowy
w każdej fazie pracy konstrukcji.
W każdym wariancie wyznaczano wartości momentów zginających, sił w podparciach
i przemieszczeń poziomych w każdej fazie budowy wykopu. W wariancie 1 w pierwszej serii
obliczeń przyjęto, że obciążenie o wartości 350 kN/m2 na głębokości 4,6 m p.p.t. pochodzące
od budynku będzie przeniesione na niżej zalegające warstwy gruntu. Poniżej opisano
314
szczegółowo i pokazano na rysunkach kolejne fazy wykonania wykopu do poziomu rzędnej
docelowej dna w każdej z zaproponowanych technologii. Na wykresach pokazano wartości
przemieszczeń poziomych oraz momentów zginających w wybranych fazach obliczeń.
Wariant 1
Przyjęto obudowę wykopu z kotwionych w dwóch poziomach grodzic stalowych G62 typu IIIn
o przekroju 436x168x13,0 mm, o długości 14,00 m. Pow. przekroju A = 1.973E-02 m2/m;
moment bezwładności I = 2.320E-04 m4/m; moduł sprężystości E = 210000.00 MPa; moduł
sprężystości na ścinanie: G = 81000.00 MPa.
Fazowanie robót i odpowiadające im etapy obliczeniowe są następujące:
I faza  wykonanie wykopu do głębokości 2,2 m p.p.t. (rys. 2);
II faza  wykonanie kotew gruntowych w rozstawie 2,5 m, długości 18 m (buława 8 m),
nośności 420 kN; głowice kotew na rzędnej na 1,8 m p.p.t. (rys. 3);
III faza  wykonanie wykopu do głębokości 7,0 m p.p.t. (rys. 3);
IV faza  wykonanie kotew gruntowych w rozstawie 2,5 m, długości 18 m (buława 8 m),
nośności 510 kN; głowice kotew na rzędnej na 6,5 m p.p.t. (rys. 4);
V faza  wykonanie wykopu do rzędnej docelowej dna tzn. do poziomu 9,9 m p.p.t. (rys. 4).
Rys. 2. Wariant 1 - faza I
Rys. 3. Wariant 1 - faza II i III
315
Rys. 4. Wariant 1 - faza IV i V
Wartości przyjętych w obliczeniach parametrów geotechnicznych warstw zaznaczonych
na rysunkach zestawiono w tabl. 1. W każdym z analiz. wariantów warunki geotechniczne były
analogiczne. Obliczenia dla wszystkich wariantów wykonano metodą modułu reakcji podłoża.
Wartość parametru kh (modułu podatności podłoża) wyznaczano na podstawie nomogramu
Chaidesson a. Program automatycznie generuje tę wartość na podstawie wprowadzanych
wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójności. Na ogół wszystkie programy bazujące na tej
metodzie mają wbudowaną opcję wyznaczania parametru kh. Model statyczny ściany to belka
swobodnie podparta w gruncie i dwukrotnie podparta rzędem aktywnych kotew gruntowych.
Tablica 1. Zestawienie wartości parametrów geotechnicznych
ł Ćef c
Warstwa
geotechniczna
[kPa]
[kN/m3] [�]
NN -nasypy 16,50 30,50 0
Pd / Pg 17,50 30,50 0
Ps 18,50 33,50 0
Największe przemieszczenie poziome ściany wystąpiło we wspornikowej fazie pracy obudowy
(1 faza). Było ono porównywalne z przemieszczeniem ściany w fazie 3 tzn. przy jednym
poziomie kotwienia i głęb. wykopu 7,0 m . Wykresy przemieszczeń pokazano na rys. 5 i 6.
Jak widać z wykresów wartości te nie przekraczają 10 mm i nie stanowią zagrożenia dla pracy
konstrukcji.
316
Geometria konstrukcji Przemieszczenie konstrukcji Parcie na konstrukcję
Długość = 14,0 m max. przem. = 9,1 mm max. parcie = 30,25 kPa
Rys. 5. Wariant 1 - wykres przemieszczeń poz. i rozkład parcia gruntu w fazie wspornika
Geometria konstrukcji Przemieszczenie konstrukcji Parcie na konstrukcję
Długość = 14,0 m max. przem. = 8,5 mm max. parcie = 55,83 kPa
Rys. 6. Wariant 1 - wykres przemieszczeń poziomych w fazie III
Wariant 2
Przyjęto obudowę wykopu z kotwionej w dwóch poziomach ściany szczelinowej o grub.0,60 m
i o długości 14,70 m. Powierzchnia przekroju A = 6.000E-01 m2/m; moment bezwładności
I = 1.800E-02 m4/m; moduł sprężystości E = 31000.00 MPa; moduł sprężystości na ścinanie
G = 9700.00 MPa . Uwzględniono obciążenie od budynku o wartości 350 kPa. Fazowanie robót
i odpowiadające im etapy obliczeniowe są następujące:
I faza  wykonanie wykopu do głębokości 3,7 m p.p.t. (rys. 7);
II faza  wykonanie kotew gruntowych w rozstawie 2,5 m, długości 18 m (buława 8 m),
nośności 420 kN; głowice kotew na rzędnej na 3,2 m p.p.t. (rys. 8);
III faza  wykonanie wykopu do głębokości 7,55 m p.p.t. (rys. 8);
IV faza  wykonanie kotew gruntowych w rozstawie 2,5 m, długości 18 m (buława 8 m),
nośności 700 kN; głowice kotew na rzędnej na 7,05 m p.p.t. (rys. 9);
V faza  wykonanie wykopu do rzędnej docelowej dna tzn. 9,9m p.p.t. (rys. 9).
317
Rys. 7. Wariant 2 - faza I
Rys.8. Wariant 2 - faza II i III
Rys. 9. Wariant 2 - faza IV i V
W tym przypadku maksymalne przemieszczenia poziome obudowy nie występują w fazie
wspornika lecz podczas wykonania wykopu do rzędnej docelowej dna. Wykres przemieszczeń
oraz parcia gruntu w fazie 1 pokazano na rys. 10, a wykresy max. wartości przemieszczeń
poziomych obudowy oraz momentów zginających i sił poprz. odpowiednio na rys. 11 i 12.
318
Geometria konstrukcji Przemieszczenie konstrukcji Parcie na konstrukcję
Długość = 14,7 m max. przem. = 6,3 mm max. parcie = 72,65 kPa
Rys. 10. Wariant 2 - Wykres przemieszczeń poziomych i parcia gruntu w fazie I.
Geometria konstrukcji Przemieszczenie konstrukcji Parcie na konstrukcję
Długość = 14,7 m max. przem. = 10,3 mm max. parcie = 121,85 kPa
Rys. 11. Wariant 2  max. wartości przemieszczeń poziomych - faza V
Geometria konstrukcji Moment zginający Siła tnąca
Długość = 14,7 m max. przem. = 344,12 kN/m max. Q = 244,35 kN/m
Rys. 12. Wariant 2  max. wartości momentów zginających i sił poprzecznych - faza V
319
Wariant 3
Przyjęto, że wykop będzie wykonywany pod osłoną ściany szczelinowej o grubości 0,60 m
i długości 14,70 m z zachowaniem przypory z gruntu rodzimego. W centralnej części wykopu
zostanie wykonany fragment konstrukcji, wraz płytą denną i ze stropami podziemnych
kondygnacji, na których będą oparte stalowe rozpory rurowe o średnicy 500 mm.
Schemat konstrukcji obudowy oraz kolejne fazy obliczeniowe podano poniżej oraz pokazano
na rys. 13 - 15. Parametry ściany analogiczne jak w wariancie 2.
faza I  wykonanie wykopu do głębokości 3,7 m p.p.t.;
faza II  wykonanie na rzędnej 3,4 m p.p.t. rozpór rurowych � 500 mm o długości 8,0 m,
w rozstawie 4,5 m;
faza III  wykonanie wykopu do głębokości 7,60 m p.p.t.;
faza IV  podparcie ściany na rzędnej 7,3 m p.p.t. drugim poziomem rozpór rurowych � 500
o długości 8,0 m w rozstawie 4,0 m;
faza V  wykonanie wykopu do rzędnej docelowej tzn. do głębokości 9,9 m p.p.t.
Rys. 13. Wariant 3 - faza 1
Rys. 14. Wariant 3 - faza II i III
W tym wariancie maksymalne poziome przemieszczenia obudowy występują w fazie III tzn.
przy podparciu ściany jednym poziomem rozpór i wykonaniu wykopu do głębokości 7,60 m.
Przemieszczenia w fazach IV i V są porównywalne i wynoszą 9,5 mm. Wykresy przemieszczeń
320
przy wspornikowej pracy ściany oraz w fazie III pokazano na rys. 16 i 17, a wykres max.
momentów zginających na rys. 18.
Rys. 15. Wariant 3 - faza IV i V
Geometria konstrukcji Przemieszczenie konstrukcji Parcie na konstrukcję
Długość = 15,0 m max. przem. = 6,3 mm max. parcie = 71,44 kPa
Rys. 16. Wariant 3 - Przemieszczenia poziome ściany w fazie wspornika
Geometria konstrukcji Przemieszczenie konstrukcji Parcie na konstrukcję
Długość = 14,0 m max. przem. = 10,0 mm max. parcie = 119,89 kPa
Rys. 17. Wariant 3 - wykres maksymalnych wartości przemieszczeń poziomych
321
Geometria konstrukcji Moment zginający Siła tnąca
Długość = 15,0 m max. przem. = 352,11 kN/m max. Q = 221,20 kN/m
Rys. 18. Wariant 3 - wykres maksymalnych momentów zginających
Wariant 4
Tak jak w wariancie 2 i 3 założono obudowę wykopu ze ścian szczelinowych o grubości 0,60 m
i długości 14,70 m. Stateczność obudowy zapewnia strop pierwszej kondygnacji podziemnej
oparty na baretach i słupach tymczasowych. W części środkowej stropu jest otwór
technologiczny umożliwiający wykonanie drugiej i trzeciej kondygnacji podziemnej. Schemat
konstrukcji obudowy oraz kolejne fazy obliczeniowe przedstawiono na rys. 19 i 20.
Przyjęto następujący harmonogram prac przy prowadzeniu wykopu:
�
faza I  wykonanie wykopu do głębokości 4,1 m p.p.t. (rys. 19);
faza II  wykonanie na rzędnej 4,1 m p.p.t. stropu o grub. 25 cm, na przygotowanym podłożu;
faza III  wykonanie wykopu do projektowanego pozimu posadowienia na głębokości 9,9 m
p.p.t. (rys. 20).
Rys. 19. Wariant 4 - faza I
322
Rys. 20. Wariant 4 - faza II i III
Geometria konstrukcji Przemieszczenie konstrukcji Parcie na konstrukcję
Długość = 15,0 m max. przem. = 8,3 mm max. parcie = 88,20 kPa
Rys. 21. Wariant 4 - przemieszczenia obudowy w fazie wspornika
Geometria konstrukcji Przemieszczenie konstrukcji Parcie na konstrukcję
Długość = 15,0 m max. przem. = 10,4 mm max. parcie = 121,85 kPa
Rys. 22. Wariant 4 - przemieszczenia obudowy - faza III
323
Geometria konstrukcji Moment zginający Siła tnąca
Długość = 15,0 m max. przem. = 490,73 kN/m max. Q = 292,68 kN/m
Rys. 23. Wariant 4 - wartości momentów zginających w fazie docelowej
Na zakończenie wykonano obliczenia obudowy wykopu jak w wariancie I, przyjmując, że
obciążenia od budynku działają na ścianę.
Wyniki obliczeń wartości maksymalnych przemieszczeń i momentów zginających
przedstawiono w tab. 2.
Tablica 2. Wyniki obliczeń
Przemieszczenia Max. Max.
Max.
poziome obudowy przemieszczenia Siła w
mom. zginający
w fazie wspornika poziome podparciu
[kNm/m]
[mm] [mm] [kN/m]
Wariant I
ścianka szczelna
9,1 9,1 78,4 -
kotwiona bez
obciążenia budynkiem
Wariant I
ścianka szczelna
23,6 37,2 252 244
kotwiona,
obciążona budynkiem
Wariant II
6,3 10,3 344 245
ściana szczelinowa
kotwiona
Wariant III
ściana szczelinowa
6,3 10,0 352 212
z przyporą z gruntu
rodzim. i rozporami
Wariant IV
8,3 10,4 490 292
ściana szczelinowa
i metoda półstropowa
Jak widać, przy obudowie ze ścian szczelinowych w każdym z wariantów budowy podziemi
przemieszczenia poziome ściany wykopu są podobne. W przypadku ścianki szczelnej,
przemieszczenia poziome zbliżone do poprzednich wartości gwarantuje przeniesienie obciążeń
od budynku na warstwy poniżej dna wykopu.
324
5.2. Analiza metod obliczeniowych i zaleceń Eurokodu 7
Jedną z istotnych zmian w projektowaniu konstrukcji geotechnicznych (w tym ścian
głębokich wykopów) są wprowadzane w normie europejskiej Eurokod 7 [15] podejścia
obliczeniowe i częściowe współczynniki bezpieczeństwa. W punkcie 2.4. tej normy
sformułowano trzy podejścia obliczeniowe (oznaczone dalej jako PO), w których podczas
sprawdzania stanu granicznego należy przeprowadzić obliczenia dla następujących kombinacji
współczynników częściowych:
" podejście obliczeniowe 1
Kombinacja 1: A1 + M1 + R1  oznaczona jako PO 1A
Kombinacja 2: A2 + M2 + R1  oznaczona jako PO 1B
" podejście obliczeniowe 2
Kombinacja 1: A1 + M1 + R2 - oznaczona jako PO 2
" podejście obliczeniowe 3
Kombinacja 1: A2 + M2 + R3  oznaczona jako PO 3
Wartości częściowych współczynników bezpieczeństwa w każdym z podejść obliczeniowych
zestawiono w tabl. 3, 4 i 5. Nie uwzględniono PO 3 z uwagi na fakt, że w przypadku ścian
oporowych wartości współczynników w kombinacji PO1B i PO 3 są identyczne. Podejścia te
charakteryzują się wzrostem obciążeń - PO 1A, redukcją parametrów gruntu - PO 1B oraz
wzrostem obciążeń i redukcją oporów podłoża - PO 2.
Aby pokazać różnice w wymiarowaniu obudów głębokich wykopów w każdym z podejść
obliczeniowych oraz dokonać wyboru najbardziej niekorzystnej kombinacji częściowych
współczynników bezpieczeństwa wykonano opisane poniżej obliczenia. Jako wielkości szukane
będące podstawą do porównań wybrano zagłębienie ściany w gruncie poniżej dna wykopu oraz
maksymalne wartości momentów zginających, sił poprzecznych i przemieszczeń poziomych
obudowy wykopu ze ściany szczelinowej.
Tablica 3. Podejście obliczeniowe 1A (PO 1A)
Współczynniki częściowe
Parametry geotechniczne Obciążenia Odpór gruntu
łc ł Ć łł łQ łG łR;e
1,0 1,0 1,0 1,5 1,35 1,0
Tablica 4. Podejście obliczeniowe 1B (PO 1B)
Współczynniki częściowe
Parametry geotechniczne Obciążenia Odpór gruntu
łc ł Ć łł łQ łG łR;e
1,25 1,25 1,0 1,3 1,0 1,0
Tablica 5. Podejście obliczeniowe 2 (PO 2)
Współczynniki częściowe
Parametry geotechniczne Obciążenia Odpór gruntu
łc ł Ć łł łQ łG łR;e
1,0 1,0 1,0 1,5 1,35 1,4
325
Analizowany przykład ściany szczelinowej o grubości 0,80 m wraz z obciążeniem i fazami
budowy przedst. na rys. 24 � 27. W obliczeniach uwzględniono następujące fazy wykonania
wykopu:
" Faza I: wspornikowa ściana szczelinowa, wykop o głęb. 2,0 m ; naziom obciążony
obciąż. zmiennym q = 50 kPa oraz stałym p = 10 kPa wg schematu na rys. 24.
" Faza II: ściana szczelinowa rozparta na głębokości 1,5 m; wykop o głębokości 4,0 m,
obciążenie naziomu jak w fazie II, poziom zwierciadła wody gruntowej przed
i za ścianą wynosi 4 m p.p.t. - rys. 25.
" Faza III: obniżenie poziomu zwierciadła wody gruntowej od strony wykopu do
głębokości 6,0 m p.p.t. - rys. 26.
" Faza IV: ściana szczelinowa rozparta na głębokości 1,5 m; wykop o głęb. 6,0 m, obciąż.
naziomu jak w fazie II, poziom zwierciadła wody gruntowej od strony wykopu
wynosi 6,0 m p.p.t., a za ścianą szczelinową 4,0 m p.p.t.- rys. 27.
FAZA I
Rys. 24. Schemat ściany szczelinowej - faza I
FAZA II
Rys. 25. Schemat ściany szczelinowej - faza II
326
FAZA III
Rys. 26. Schemat ściany szczelinowej - faza III
FAZA IV
Rys. 27. Schemat ściany szczelinowej - faza IV
Przyjęto następujące założenia obliczeniowe:
- wartości charakterystyczne obciążeń (tabl. 6): pasmowe (zmienne, niekorzystne): qk = 50 kPa;
powierzchniowe (trwałe, niekorzystne): pk = 10 kPa;
 wartości współcz. częściowych łG (obciążenia trwałe niekorzystne) i łQ (obciążenia zmienne
niekorzystne), przyjęto zgodnie z Zał. A EN 1997-1 w stanach granicznych STR i GEO;
- beton o parametrach: ł = 24 kN/m3; Ecm = 30000 MPa; G = 11340 MPa; fck = 20 MPa;
fct = 2,2 MPa;
- ściana szczelinowa jest posadowiona w gruncie, którego parametry charakterystyczne są
następujące (tabl. 7):
- spójność: c k = 10 kPa,
- kąt tarcia wewnętrznego: Ć k = 27,5�,
- gęstość objętościowa powyżej zwierciadła wody gruntowej: łk = 19 kN/m3,
- gęstość objętościowa poniżej zwierciadła wody gruntowej: łnaw:k = 20 kN/m3,
327
- współczynnik Poissona: � = 0,3,
- moduł odkształcenia: Edef = 30,0 MPa,
- kąt tarcia pomiędzy ścianą a gruntem w strefie parcia czynnego: �a = T! Ć = 18�,
- kąt tarcia pomiędzy ścianą a gruntem w strefie parcia biernego: �p = 0�.
Tablica 6. Wartości obliczeniowe obciążeń
qd pd
Podejście
łQ łG
obliczeniowe
[kPa] [kPa]
PO 1A 1,5 75 1,35 13,5
PO 1B 1,3 65 1,0 10
PO 2 1,5 75 1,35 13,5
Tablica 7. Wartości obliczeniowe parametrów gruntu
c d Ć'd łd łnaw:d
Podejście
łc łĆ łł łł
obliczeniowe
[kPa] [�] [kN/m3] [kN/m3]
PO 1A 1,0 10 1,0 27,5 1,0 19 1,0 20
PO 1B 1,25 8 1,25 22,6 1,0 19 1,0 20
PO 2 1,0 10 1,0 27,5 1,0 19 1,0 20
Analizę obliczeniową ściany szczelinowej przeprowadzono w dwóch etapach.
W pierwszym wyznaczono zagłębienie ściany poniżej dna wykopu oraz wartości sił
wewnętrznych korzystając z metod klasycznych. Ścianę traktowano jako belkę obciążoną
parciem i odporem gruntu oraz obciążeniami naziomu, z uwzględnieniem warunku braku
utwierdzenia w gruncie. W etapie drugim analizowano obudowę wykopu metodą poziomej
reakcji podłoża, zakładając, że ściana szczelinowa to belka na podłożu sprężystym,
o wysokości wyznaczonej w poprzednim etapie. Taki sposób postępowania wynikał z faktu, że
algorytm programu, którym wykonywano drugi tok obliczeń wymaga założenia ą priori
całkowitej wysokości ściany i metodą prób dochodzenia do wartości gwarantującej bezpieczne
przemieszczenia poziome. Metodę poziomej reakcji reakcji podłoża przyjęto z uwagi na jej
powszechność stosowania w praktyce projektowej do wymiarowania ścian szczelinowych
stanowiących obudowę wykopów. Obliczenia wykonano programem [16], za pomocą którego
zamodelowano kolejno wszystkie fazy konstrukcji stosując wartości obliczeniowe obciążeń
oraz parametrów geotechnicznych zgodnie z Eurokodem 7. Program ten umożliwia
wyznaczenie przemieszczeń poziomych ściany w każdej fazie konstrukcyjnej Dodatkowo,
różnicowano współczynnik podatności podłoża kh., celem ustalenia jego wpływu na wartości sił
wewnętrznych w każdym z podejść obliczeniowych. W tablicy 8 przedstawiono wartości kh
ustalone na podstawie trzech, najczęściej stosowanych metod.
Tablica 8. Wartości współczynnika sztywności podłoża kh.
Chadeisson a-Monnet a
Menarda i Bourdona
Metoda
Terzaghi ego
wyznaczenia [18]
[17]
kh [MN/m3] 4,9 20 25
Obliczenia wykonano rozważając wszystkie fazy wykonania wykopu. Omówienie wyników
i wnioski znajdują się w publikacji [19]. Poniżej przedstawiono wyniki dotyczące ostatniej,
czwartej fazy, w której siły wewnętrzne i momenty zginające osiągają wartości maksymalne.
328
Geometria konstrukcji Moment zginający Siła tnąca
Długość konstrukcji = 9.34m Maks. M = 250.58kNm/m Maks. Q = 128.87kN/m
Zagłębienie w gruncie =3.34m
5.36 -7.56 128.87
136.4 kN
6.00
-250.58
1.28
-94.53
2.06
- 0 150.00 - 0 300.00-150.00 0 150.00
[kPa] [kNm/m]
[kN/m]
150.00 300.00
Rys. 28. Wykres momentów zginających i sił poprz. w fazie IV - PO 1A (met. klasyczna)
Geometria konstrukcji Moment zginający Siła tnąca
Długość konstrukcji = 10.36m Maks. M = 353.84kNm/m Maks. Q = 167.42kN/m
Zagłębienie w gruncie =4.36m
5.66 -13.46 167.42
180.88 kN
6.00
-353.84
1.86
-110.43
2.50
-100.00 100.00 -400.00 0 400.00 -200.00 0 200.00
0
[kPa] [kNm/m] [kN/m]
Rys. 29. Wykres momentów zginających i sił poprz. w fazie IV - PO 1B (met. klasyczna)
Geometria konstrukcji Moment zginający Siła tnąca
Długość konstrukcji = 9.69m Maks. M = 262 .3 0kNm/m Maks. Q = 132.22kN/m
Zagłębienie w gruncie =3.69m
5.36 -7.56 132.22
139.78 kN
6.00
-262.30
1.28
-91.18
2.42
-100.00 100.00 -300.00 0 300.00 -150.00 0 150.00
0
[kPa] [kNm/m] [kN/m]
Rys. 30. Wykres momentów zginających i sił poprz. w fazie IV - PO 2 (met. klasyczna)
329
a
jn
y
c
a
k
u
d
e
ja
s
r
e
w
a
jn
y
c
a
k
u
d
e
ja
s
r
e
w
Na rysunkach 28, 29 i 30 pokazano wykresy momentów zginających i sił poprzecznych
wyznaczane kolejno podejściami obliczeniowymi PO 1A, PO 1B, PO 2, przy założeniu, że
obudowa wykopu to klasyczna belka obciążona parciem i odporem gruntu oraz parciem wody
i składowymi od obciążenia naziomu.. Na rysunku 31 pokazano jak zmienia się zagłębienie
ściany poniżej dna wykopu w zależności od przyjętego podejścia obliczeniowego.
Wyniki analizy ściany traktowanej jako belka na podłożu sprężystym, uwzględniającej trzy
wartości współczynnika podatności podłoża kh przedstawiono na rys. 32 (wartości momentów
zginających) i rys. 33 (wartości sił poprzecznych). Na tym etapie obliczeń przyjęto następujące
wartości zagłębienia ściany poniżej dna wykopu: PO 1A i PO 2 - 4,0 m; PO 1B - 6,0 m.
W przypadku drugiej kombinacji z pierwszego podejścia obliczeniowego (PO1 B) zwiększono
zagłębienie ściany, gdyż przy wysokości 10,0 m nie uzyskiwano wystarczającego zakotwienia
w dnie aby zapewnić jej stateczność.
4,36
118,2%
4
3,69
100%
3,34
90,5%
3
Zagłębienie
[m]
2
1
0
PO 1A PO 1B PO2
Rys. 31. Zmiana zagłębienia ściany poniżej dna wykopu w zależności
od przyjętego podejścia obliczeniowego (metoda klasyczna)
330
momenty maksymalne
400
350
300
250
PP 1A H10
M
PP 1B H12
[kNm ]200
/m
PP 2 H10
150
100
50
0
kh = 4,9 kh = 20 kh = 25
Rys. 32. Zmiana wartości maksymalnych momentów zginających w zależności
od przyjętego podejścia obliczeniowego i wartości kh (metoda poziomej reakcji podłoża)
Maksymalne siły poprzeczne
200
150
P 10
P1A H
Q
100 P 12
P1B H
[kN/m]
P 10
P2 H
50
0
kh = 4,9 kh = 20 kh = 25
Rys. 33 Zmiana wartości maksymalnych sił poprzecznych w zależności
od przyjętego podejścia obliczeniowego i wartości kh (metoda poziomej reakcji podłoża).
Zastosowanie PO 1B w projektowaniu ściany szczelinowej stanowiącej obudowę głębokiego
wykopu powoduje wzrost wartości zagłębienia ściany poniżej dna wykopu, momentów
zginających i sił poprzecznych o ok. 35% w stosunku do zbliżonych do siebie rezultatów przy
podejściach 1A i 2. Podobne wyniki otrzymano w etapie II, gdzie ścianę traktowano jak belkę
na sprężystym podłożu. Tutaj, wartości maksymalnych momentów zginających w PO 1B różnią
się o około 34% , a sił poprzecznych o 60% od tych wyznaczonych na podstawie PO 1A i PO 2.
Stwierdzono, że w każdym podejściu obliczeniowym różnicowanie wartości współczynnika kh,
nie wpływa istotnie na wyliczone wartości momentów i sił. Dlatego, przeprowadzono
dodatkową analizę przemieszczeń poziomych ściany (ux), której wyniki przedst.. na rys. 34.
Rozrzut wartości w zależności od podejścia obliczeniowego i współczynnika kh wynosi od 2 do
13 mm w koronie ściany oraz od 3 do 18 mm w dnie wykopu. Największe wartości
wyznaczono przy kh = 4,9 MPa/m3 w każdym z podejść. Ponieważ, w praktyce projektowej
korzysta się częściej z nomogramów Chaidesson a lub wzorów Menarda, ocenie poddano te
331
wykresy przemieszczeń ściany, które uzyskano przy kh = 20 (25) MPa/m3. Przedział zmienności
ux wynosi 2  3 mm w koronie ściany i 3  6 mm w dnie wykopu. Największe wartości
wyliczono stosując PO 1B.
Z analizy przykładu wynika, że redukcja współcz. częściowym łM = 1,25 podstawowych
parametrów gruntu (kąt tarcia wewnętrznego i spójność) ma znacznie większy wpływ na
końcowe dane do projektowania ściany szczelinowej aniżeli zwiększanie obciążeń (o 35 i 50%)
czy zmniejszanie oporów podłoża (współczynnikiem łR = 1,40). Dlatego największe wartości
analizowanych wielkości uzyskuje się w PO1B.
ux [mm]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0
2
4
6
z
[m]
P
8
10
12
PP1A kh4,9 H10 PP1A kh20 H10 PP1A kh25 H10
PP1B kh4,9 H12 PP1B kh20 H12 PP1B kh25 H12
PP2 kh4,9 H10 PP2 kh20 H10 PP2 kh25 H10
dno wykopu rozpora
Rys. 34 Wykresy przemieszczeń poziomych ściany w fazie IV, w zależności od przyjętego
podejścia obliczeniowego oraz współczynnika podatności podłoża
Wnioskiem końcowym tej analizy powinna być sugestia odnośnie stosowania jednego
z analizowanych podejść obliczeniowych w wymiarowaniu obudowy wykopu. Z uwagi na
bezpieczeństwo konstrukcji należałoby wybrać PO1B, co wiąże się z określonymi
konsekwencjami ekonomicznymi (dłuższe ściany, więcej zbrojenia).
332
Wyniki uzyskane po pierwszym etapie obliczeń potwierdzają wcześniejsze obliczenia opisane
w [20]. Analizowano tam dwa przypadki obudowy wykopu: wspornikowa ścianka szczelna
(rys. 35) oraz ścianka szczelna kotwiona (rys. 36). Analizę statyczną wykonano zgodnie
z wytycznymi normy PN 81-/B 03020 - I seria oraz z wytycznymi EN 1997-1:2004 - II seria.
Ścianka szczelna jest posadowiona w piasku o następujących parametrach geotechnicznych:
Ć2 = 37�; c2 = 0; ł = 18 kN/m3; łsr = 20 kN/m3.
k k
W obliczeniach uwzględniono różnicę parcia wody gruntowej. Dane dodatkowe:
" Ć2 = 33,3� wg normy polskiej i Ć2 = 31,1� wg Eurokodu 7
obl. obl
" współczynniki parcia czynnego, uwzględniające tarcie gruntu o ścianę:
Kah = 0,241 wg normy polskiej; Kah = 0,268 wg Eurokodu 7
" moduł podatności podłoża (z nomogramu Chaidesson a [18]):
kh = 36 MN/m3 (w oblicz. wg PN); kh = 29,8 MN/m3 (w oblicz. wg EC 7)
Rys. 35. Schemat ścianki wspornikowej
Obliczenia w obydwu seriach wykonano metodą klasyczną [21], wyznaczając wypadkowe
parcia i odporu gruntu zgodnie z teorią Coulomba-Mohra, metodą stanów granicznych [16],
metodą poziomej reakcji podłoża z uwzględnieniem stanów granicznych [16] oraz metodą
modułu podatności podłoża [22].
W obliczeniach wyznaczano zagłębienie ściany poniżej dna wykopu oraz moment zginający
w ścianie. Porównano też maksymalne przemieszczenia poziome ściany. Wyniki obliczeń
zestawiono w tabl. 9. D [m] - oznacza zagłębienie ściany poniżej dna wykopu, M [kNm/m] -
moment zginający, umax [mm] - maksymalne poziome przemieszczenie ściany
Tablica 9. Wyniki obliczeń ścianki wspornikowej
Wg PN-81/B-03020 Wg EUROKODU 7
metoda metoda poziomej metoda metoda poziomej
klasyczna reakcji podłoża klasyczna reakcji podłoża
[16] [21] [16] [22] [16] [21] [16] [22]
D 4,24 5,84 4,20 3,75 6,08 4,70
4,20" 4,70"
Mmax 114,83 93,86 94,60 92,52 105,10 95,01 121,84 110,71
umax 48,64 38,49 55,62 53,23
" obliczenia programem [22] wykonano dla zadanej głębokości wbicia ścianki poniżej
dna wykopu - analogicznej jak w programie [16] z uwagi na możliwość porównania wartości
momentów i przemieszczeń. Taki tok obliczeń wynika ze sposobu działania programu [22].
333
Ścianka szczelna kotwiona jest posadowiona w piasku o następujących parametrach
geotechnicznych: Ć2 = 35�; c2 = 0; ł = 18 kN/m3; łsr = 20 kN/m3
k k
W obliczeniach uwzględniono różnicę parcia wody gruntowej. Dane dodatkowe:
" Ć2 = 31,5� wg normy polskiej i Ć2 = 29,3� wg Eurokodu 7
obl. obl
" współczynniki parcia czynnego, uwzględniające tarcie gruntu o ścianę:
Kah = 0,262 wg normy polskiej; Kah = 0,288 wg Eurokodu 7
" moduł podatności podłoża (z nomogramu Chaidesson a [18]):
kh = 30 MN/m3 (wg PN) i kh = 30 MN/m3 (wg Eurokodu 7).
Kotew modelowano w programie [16] i [22] jako podporę sprężystą. Wyniki obliczeń
zestawiono w tabl. 10.
Rys. 36 Schemat ścianki kotwionej
Tablica 10. Wyniki obliczeń ścianki kotwionej
Wg PN-81/B-03020 Wg EUROKODU 7
metoda metoda poziomej metoda metoda poziomej
klasyczna reakcji podłoża klasyczna reakcji podłoża
[16] [21] [16] [22] [16] [21] [16] [22]
D 3,35 3,8 3,90 5,23 3,80 5.00
3,90" 5,00"
Mmax 226,24 188,34 160,83 163,93 186,62 172,79 183,35 209,96
umax 33,10 32,96 68,55 51,96
" obliczenia programem [22] wykonano dla zadanej głębokości wbicia ścianki poniżej
dna wykopu - analogicznej jak w programie [16] z uwagi na możliwość porównania wartości
momentów i przemieszczeń. Taki tok obliczeń wynika ze sposobu działania programu [22].
Analizując wyniki stwierdza się, że wartości D, M i umax obliczone wg założeń Eurokodu 7 są
większe niż wyznaczone wg zasad polskiej normy. Wyjątek stanowią obliczenia ścianki
wspornikowej programem [16], metodą klasyczną. Wzrost ten w przypadku zagłębienia poniżej
dna wykopu i momentu zginającego waha się w przedziale od 10 do 35% w zależności od
metody obliczeń, a w przypadku przemieszczeń sięga nawet 50%. Wynik ten jest konsekwencją
redukcji wg Eurokodu 7 wartości kąta tarcia wewnętrznego gruntu współczynnikiem
334
częściowym ł� = 1,25, podczas gdy wg polskiej normy współczynnik materiałowy wynosi
ł = 1/0,9 = 1,11. Wartości kąta tarcia wewn. gruntu, a także spójności wpływają znacząco na
tok obliczeń programami [16] i [22].
6. Podsumowanie
Obecnie podstawowym problemem związanym z projektowaniem i budową głębokich
wykopów jest ocena i prognoza przemieszczeń obudowy i przyległego terenu oraz wpływ
wykopu na otoczenie. Oddziaływanie budowy na obiekty sąsiednie, bezpieczeństwo realizacji
prac zależy od przyjętego rodzaju obudowy, adekwatnego do istniejących warunków
geotechnicznych oraz od metody prowadzenia prac budowlanych w wykopie. Przedstawiono
w referacie wybrane zagadnienia z tymi problemami związane. Szczegółowe dane podane
w przykładach mogą posłużyć do własnej analizy zagadnienia, programami czy metodami
innymi niż to opisano. Są też podstawą do weryfikacją poprawności założeń obliczeniowych,
a po wykonaniu obliczeń sprawdzających mogą być dyskutowane podczas spotkań w szerokim
gronie specjalistów.
Należy pamiętać, że budowa głębokich wykopów to złożony proces inwestycyjny, na który
składają się wieloetapowe działania, wpływające wzajemnie na siebie decydując o koncepcji
i powodzeniu realizacji. Przy wyborze sposobu budowy i rodzaju obudowy wykopu trzeba
kierować się względami technologicznymi oraz brać pod uwagę koszty i możliwości techniczne
lub specyfikę wykonawców.
Projektowanie obudów głębokich wykopów wymaga na każdym etapie inwestycji ( koncepcja,
projekt budowlany czy wykonawczy) ścisłej współpracy konstruktora i architekta
z geotechnikiem. W analizie statycznej ścian wykopów należy korzystać z szerokiej gamy
specjalistycznego oprogramowania uwzględniającego współpracę konstrukcji z podłożem. Jest
to warunek bezwzględny poprawnej oceny i prognozy przemieszczeń obudowy wykopu oraz
oddziaływania na obiekty sąsiednie.
Celem autorki było przybliżenie tych problemów oraz przygotowanie danych do dalszej
dyskusji.
Literatura
[1] WIA
UN Z.: Geotechnika. W-wa, WKA
, 1987.
[2] ITB 427/2007  Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlanych, część A.
Roboty ziemne i konstrukcyjne.
[3] PULLER M.: Deep excavations. London, Thomas Telford, 1998.
[4] BS 8002 Earth retaining structures. British Standards Institution, London, 1994.
[5] GRZEGORZEWICZ K.: Obudowa ścian głębokich wykopów, Seminarium  Głębokie
wykopy na terenach wielkomiejskich IDiM PW i IBDiM, Wyd. IBDiM, 2002, s.45-70.
[6] JAROMINIAK A.: Lekkie konstrukcje oporowe. Warszawa, WKiA
,1999.
[7] SIEMIC
SKA-LEWANDOWSKA A., GRZEGORZEWICZ K., KA
OSIC
SKI B.: Probl.
budowy głębokich podziemi budynków użyteczności publicznej, XLIX Konf. KILiW
i PZITB, Krynica 2003, t. I, s.151-170.
[8] ROSSNER W., WINTER K.N, Normierte Verbau- und Abdeckkonstruktionen. Verlag
Ernst & Sohn, Berlin. 1982.
[9] PN-EN 1537:1999 Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Kotwy gruntowe.
[10] STAMATELLO H.: Tunele i miejskie budowle podziemne. Arkady, W-wa 1970.
[11]  I.C.O.S - Entreprise de Travaux Speciaux Wyd. firmy I.C.O.S 1968 r.
335
[12] SIEMIC
SKA_LEWANDOWSKA A. i inni: Varsovie: La tour Telekomunikacja Polska
S.A. Travaux International, 1999, nr 759, s.18-22.
[13] GRYCZMAC
SKI M.: Wprowadzenie do opisu sprężysto-plastycznych modeli gruntów,
Wyd., KILiW PAN, IPPT PAN, Studia z zakresu inżynierii, nr 40 ,1995, s.156.
[14] A
YSIAK P.: Analiza przemieszczeń w alternatywnych wariantach wykonania obudowy
głębokiego wykopu, Praca dypl. w Zakładzie Geotechniki i Budowli Podziemnych,
Politechnika Warszawska, czerwiec 2008 r.
[15] PN-EN 1997-1:2004 Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne Część 1; Zasady ogólne.
[16] Instrukcja użytkowania programu GEO 4 FINE (2004).
[17] ENARD L., BOURDON C., HOUY A.: �tude experimentale de l'encastrŁment d'un
rideau en fonction des caracterisiques pressiom�triques du sol de fondation. Sols-Soils,
Vol. III, nr 9/1964, s.11-27.
[18] CHAIDESSON R.: Parois continues moul�es dans le sols, Proc. of the 5th European
Conf. on Soil Mechanics and Foundation Engin.(Paris) Paris, Dunod, Vol. 2. s.563-568.
[19] SIEMIC
SKA-LEWANDOWSKA A., KRZYCZKOWSKA A.: Analiza oblicz. ściany
szczelinowej w świetle EN 1997-1:2004 Eurocode 7, Inż. i Bud. 6/2006, s.323-326.
[20] MITEW-CZAJEWSKA M., SIEMIC
SKA-LEWANDOWSKA A.: Analiza ściany
oporowej wg EN 1997-1:2004 Eurocode 7, Inż. i Bud. 3/2005, s.129-131.
[21] Instrukcja użytkowania programu PAL do analizy statycznej pali stanowiących rozparcia
wykopów - BPBKiS  Metroprojekt (1984).
[22] Instrukcja użytkowania programu RIDO v. 4.02 Robert Fages Logiciels 2004.
[23] Ustawa z 7 lipca 1994 Prawo budowlane (Dz.U. z 2003 r. nr 217, poz. 2016 z póz
n.
zmianami z 18.05.2005 r., 27.07.2005 r. i 28.07.2005 r.).
[24] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie ustalania
geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych. (Dz.U. nr 126/1998,
poz. 839).
[25] Ustawa Prawo geologiczne i górnicze (Dz.U. 1994 Nr 27, poz. 96 z póz
n. zmianami).
[26] Rozporządzenie Ministra Środowiska (Dz.U.2001 Nr 153 poz. 1777).
[27] Ustawa Prawo wodne (Dz.U. 2001 Nr 115, poz. 1229 z póz
n. zmianami).
336