2808185106

Nawe obszary zastosowań stalowych ścian szczelnych - wybrane aspekty konstrukcyjne i obliczeniowe

1.    Wstęp

Ściany szczelne wykonywane z jednostkowych elementów stalowych zwanych grodzicami lub brusami są obecnie powszechnie wykorzystywane praktycznie we wszystkich obszarach budownictwa. Bogata gama profilów produkowanych i dostarczanych na rynek pozwala projektować ściany szczelne w różnych, często złożonych układach konstrukcyjnych. Spotyka się układy proste, ale również bardzo złożone, wykorzystujące ściany szczelne kombinowane, pale skrzynkowe z profili korytkowych, konstrukcje ścianowo-ściągawe i skrzyniowe.

Tradycyjne wykorzystanie ścian szczelnych polega przede wszystkim na formawaniu z nich konstrukcji tymczasowych zabezpieczających głębokie wykopy wąskaprzestrzenne, przejmujących parcie gruntu własne, parcie pochodzące od obciążenia naziomu oraz parcie hydrostatyczne wody (obciążenia głównie poziome). Dodatkowo osiągana jest znaczna łub pełna szczelność pod względem wodaprzepuszczalności W tej funkcji ściany szczelne spotykane sąnajczęściej. Do tradycyjnych zastosowań zaliczyć należy również stosowanie ścian szczelnych do zabezpieczania przed rozmyciem fundamentów podpór mostowych, usytuowanych w nurcie rzek.

Nowe zastosowania ścian szczelnych obejmują:

-    Tymczasowe konstrukcje ścianowo-ściągawe z wysokim poziomem obciążeń użytkowych na naziomie obudowanej bryły gruntu.

-    Tymczasowe konstrukcje skrzyniowe stosowane w metodzie przecinkowej jako element oparowy a dużej nośności poziomej.

-    Stałe konstrukcje ścian zewnętrznych współpracujące ze stropami podziemnych garaży i parkingów.

-    Stałe konstrukcje ścian w tunelach płytkich drogowych, tramwajowych, kolejowych i pieszych.

-    Stałe konstrukcje ścianowo-ściągawe przytrzymujące korpusy ziemne nasypów na dojazdach do obiektów mostowych,

-    Stałe konstrukcje ścian oporowych, występujące w układach swobodnych i kotwionych w gruncie.

-    Stałe przyczółki ścianowe w tradycyjnych konstrukcjach mostów kolej owy chi drogowych.

-    Stałe przyczółki ścianowe w mostach integralnych.

-    Stałe przyczółki skrzyniowe w obiektach mostowych.

Wybrane nowe zastosowania ścian szczelnych omawiano na przykładach w dalszej części pracy, eksponując zwłaszcza obiekty zrealizowane w Polsce w ostatnim czasie.

Wymieniane nowe obszary zastosowań dotyczą głównie budownictwa komunikacyjnego na powierzchni terenu oraz w zakresie podziemnym. Inne ważne działy budownictwa, min budownictwo hydrotechniczne i ogólne, nie zastały tu uwzględnione, chociaż osiągnięcia tam spotykane w omawianym zakresie należą do znaczących (np. konstrukcje z grodzic nanabrzeżach portowych).

Rozszerzający się obszar wykorzystywania stalowych ścian szczelnych, zwłaszcza na konstrukcje stałe, co do których szeroko pojęte wymogi bezpieczeństwa i trwałości są znacznie zaostrzane, nakazuje na etapie projektowania przeprowadzanie bardziej szczegółowych analiz w zakresie statyki, wytrzymałości i stateczności.

Skomplikowane układy konstrukcyjne tworzone z wykorzystaniem ścian szczelnych, co częściowo zobrazowana dalej w niniejszej pracy, tylko w dużym przybliżeniu można analizować na gruncie metod klasycznych. Uzyskiwane w ten sposób oszacowania nośności, deformacji i stateczności gruntu oraz poziomu wytężenia w elementach konstrukcji ścianowych, są zazwyczaj powierzchowne i niekiedy trudno ocenić, czy leżąpo stronie bezpiecznej. Jest ta szczególnie ważny problem w sytuacjach, gdy konstrukcje ścianowe przejmują duże parcia gruntu od obciążeń komunikacyjnych na naziomie i mają zagwarantować niski poziom osiadań oraz stateczność przytrzymywanej bryły gruntu, a takie sytuacje występują często w nowych obszarach zastosowań. Właściwym zatem sposobem postępowania w takich przypadkach jest stosowanie analizy integralnej, uwzględniającej współpracę konstrukcji ścianowej z ośrodkiem gruntowym we wszystkich stadiach budowy, wykorzystującej modelowanie metodą elementów skończonych (MES). Metody klasyczne traktowane są wtedy wspamagąjąco, pozwalając np. eliminować znaczące błędy przy konstruowaniu modelu. Wskazany powyżej sposób analizy zastosowano podczas opracowywania technologii budowy tunelu drogowego [8], [9], [10] w ciągu ulicy Wrocławskiej w Krakowie (rys. 1), zlokalizowanego pod układem 6 tarów stacji Łobzów. Wymóg utrzymania ciągłości ruchu w całym okresie budowy podyktował konieczność wykorzystania w pierwszym etapie robót konstrukcji ścianowej z grodzic ze ściągami, współpracującej z intensywnie obciążanym nasypem kolejowym. Konstrukcja ta stanowi przykład nowych sposobów wykorzystywania stalowych ścian szczelnych we współczesnym budownictwie komunikacyjnym. Przytaczana analiza konstrukcji jest również właściwa dla układów ścianowo-ściągowych stałych, pokazanych dalej w pracy, stosowanych jako rozwiązanie przytrzymujące nasypy na dojazdach do obiektów mostowych, w szczególnych uwarunkowaniach komunikacyjny ch.

2.    Zastosowanie stalowych ścian szczelnych we współczesnej inżynierii

2.1. Konstrukcje tymczasowe

Ściany szczelne zabezpieczające wykopy wąskoprzestrzenne

Konstrukcje takie są szczególnie przydatne przy realizacji obiektów posadowionych płytko, w wykopach otwartych. Występują w różnych układach statycznych, współdziałając z gruntem w wybranych stadiach budowy w schematach: wspornikowych (swobodnych), rozporowych, kotwionych, ściągowych i zastrzałowych [5]. Dzięki zastosowaniu ścian tego typu możliwe jest również wdrażanie złożonych technologii budowy, występujących najczęściej w trudnych