Projekt hali. Konsekwencje błędów przy projektowaniu hali, związanych z posadowieniem

Przy projekcie hali ważne jest prawidłowe rozpoznanie podłoża gruntowego. Jego zakres powinien być odpowiednio dobrany do rodzaju obiektu oraz stopnia złożoności warunków gruntowo-wodnych, ocenionych na podstawie wstępnego rozpoznania geotechnicznego.

Spis treści

1. Co jest ważne przy projektowaniu hali
2. Projekt hali - błędy w badaniu gruntów
3. Błędy projektowe i wykonawcze przy posadowieniu hal

Co jest ważne przy projektowaniu hali

Błędem jest zlecanie firmom geologicznym wykonanie kilku otworów do określonej arbitralnie głębokości, gdyż powinna być ona na bieżąco weryfikowana podczas samego procesu wykonywania badań insitu. Niedopuszczalne jest kończenie otworów geotechnicznych w gruntach słabonośnych bez określenia ich miąższości oraz poziomu zalegania gruntów o większej nośności.

Kilka czy kilkanaście zbyt płytkich otworów czy sondowań daje projektantowi mniej informacji niż trzy otwory badawcze prawidłowo określające warunki gruntowe.

Patrz też: Budowa hali. Posadowienie, fundamenty stosowane przy budowie różnego typu hal

W przypadku stwierdzenia występowania soczewki gruntu nienośnego zaprojektowana siatka odwiertów niejednokrotnie musi być zagęszczana lub modyfikowana w trakcie prowadzenia polowych badań geotechnicznych. W celu optymalizacji konstrukcji posadowienia konieczne jest wtedy okonturowanie budzącego wątpliwości rejonu. Wykonanie kilku dodatkowych badań na pewno jest wielokrotnie tańsze niż projektowanie posadowienia całego obiektu na najgorsze rozpoznane warunki gruntowe.

Projekt hali - błędy w badaniu gruntów

Często popełnianym błędem jest również przeprowadzenie jedynie badań makroskopowych lub ograniczonego zakresu laboratoryjnych (do określenia stanu gruntu na podstawie granic konsystencji), niewykonywanie badań na próbkach o nienaruszonej strukturze np. w aparatach bezpośredniego ścinania, trójosiowym oraz edometrze. Zazwyczaj nie realizuje się także prostych, ale bardzo przydatnych sondowań sondą wbijaną czy ścinarką obrotową, nie wspominając o sondowaniach statycznych CPT czy CPTU.

Kolejnym problemem projektantów przy budowie hali jest brak właściwego rozpoznania nasypów antropogenicznych (w dokumentacjach bardzo często spotyka się zapis „dla nasypów parametrów nie określa się”). Badanie jest kłopotliwe, a interpretacja wyników może budzić wątpliwości, lecz dla każdego nasypu da się, z poszczególnych wydzielonych warstw i rejonów, pobrać próbki do analizy sitowej w celu określenia krzywej przesiewu. Można także takowy nasyp przesondować, np. przy użyciu uniwersalnej sondy SPT czy ciężkiej wbijanej. Możliwe jest także wykonanie próbnych obciążeń np. ponadnormatywną płytą VSS czy pakietem płyt drogowych w celu określenia wskaźnika oraz modułów odkształcenia.

Podobnie słabo rozpoznawane są grunty organiczne, dla których stara norma PN-81/B-03020 nie podaje związków korelacyjnych pomiędzy ich stanem a parametrami mechanicznymi (dla gruntów mineralnych związki te są powszechnie wykorzystywane podczas sporządzania dokumentacji geotechnicznych i geologiczno-inżynierskich). Przy podłożach organicznych bardzo pomocne dla projektantów byłoby określenie edometrycznego modułu ściśliwości gruntu w zakresie spodziewanego wzrostu naprężenia pionowego po jego wstępnej konsolidacji. Wyniki takich prostych i stosunkowo tanich badań powinny dać możliwość doboru optymalnego pod względem technicznym i kosztowym sposobu posadowienia oraz podjęcia decyzji co do konieczności wzmacniania podłoża gruntowego.

Należy więc uczulić inwestorów na wagę rozpoznania w tym zakresie, gdyż nieprawidłowe lub zbyt ograniczone może prowadzić do powstawania niezawinionych przez projektanta błędów, a zrealizowane odpowiednio dają zazwyczaj znaczne oszczędności na etapie wykonawstwa.

Błędy projektowe i wykonawcze przy posadowieniu hal

Następstwa błędów projektowych dotyczących posadowienia są zazwyczaj poważne, lecz objawiają się powoli, nie wywołując z reguły nagłych awarii.

Najczęściej uwidaczniają się poprzez:

• występowanie nadmiernych osiadań konstrukcji (w stosunku do terenu otaczającego obiekt) i posadzek wewnątrz hali,
• ponadnormatywne nierównomierne osiadania powodujące np. konieczność regularnej rektyfikacji belek podsuwnicowych,
• powstanie wychyleń słupów i ścian,
• pojawienie się rys pionowych i skośnych na elementach ściennych.

Fundamentowanie obiektów budowlanych jest zadaniem szczególnie odpowiedzialnym z uwagi na ogromne koszty oraz problemy techniczne, jakie napotyka się w przypadku popełnienia błędu projektowego lub wykonawczego. 

Wzmacnianie gruntu pod istniejącymi fundamentami wymaga zdecydowanie większych nakładów finansowych niż właściwe przygotowanie podłoża na etapie wznoszenia obiektu. Wynika to z czasochłonności realizowania wzmocnienia pod fundamentami istniejącego obiektu, niejednokrotnie będącego cały czas w użytkowaniu, oraz konieczności stosowania niewielkich maszyn, które mogą pracować wewnątrz hali, często z poziomu posadzki. Zazwyczaj ogranicza się do wzmocnienia podłoża kolumnami jet grouting lub rzadziej mikropalami (z uwagi na problematyczne połączenie zbrojenia mikropali z fundamentem żelbetowym).

Wykonanie tych pierwszych rozpoczyna się zazwyczaj od odsłonięcia fundamentów i wywiercenia w nich otworów pionowych metodą rdzeniowania (średnicy rzędu 80–120 mm).

Następnie wprowadza się przez nie żerdzie służące do iniekcji strumieniowej. W tym celu przez dysze umieszczone w dolnej części żerdzi, tzw. monitory, podaje się zaczyn cementowy pod wysokim ciśnieniem, a następnie podciąga się je, jednocześnie obracając do góry. Kontrolując ciśnienie, wydatek zaczynu oraz prędkość podciągania żerdzi wykonuje się kolumnę o żądanej średnicy. Standardowo w metodzie iniekcji, przy użyciu zaczynu cementowego, kolumny osiągają średnice od 40 do 80 cm. Większe uzyskuje się przy stosowaniu metody dwu- lub trójstrumieniowej, gdzie oprócz zaczynu cementowego podawane jest sprężone powietrze i/oraz woda pod wysokim ciśnieniem.

Sporadycznie nośność fundamentów zwiększa się poprzez wykonanie pali wierconych lub mikropali poza obrysem istniejących fundamentów, a następnie powiększenie samego fundamentu żelbetowego. Minusem takiego rozwiązania jest konieczność wykonywania dużych rozkopów wokół fundamentów oraz wzmacniania ich konstrukcji.