Używamy cookies i podobnych technologii m.in. w celach: świadczenia usług, reklamy, statystyk. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień Twojej przeglądarki oznacza, że będą one umieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. Pamiętaj, że zawsze możesz zmienić te ustawienia. Szczegóły znajdziesz w Polityce Prywatności.

Problemy realizacyjne głębokiego fundamentowania

22.09.2015

Co robić, aby nie dopuścić do przeciekania wody przez zarysowania płyt fundamentowych głębokich podziemi.

Współczesne budownictwo na obszarach zurbanizowa­nych wymusza wykorzysty­wanie przestrzeni pod powierzchnią terenu. Pod budynkami tworzy się głębokie podziemia, wielokondygna­cyjne garaże, centra handlowe i inne pomieszczenia, np. sale muzealne, widowiskowe, konferencyjne, wykła­dowe lub sportowe (baseny). Funda­ment takiego obiektu stanowi zwykle ciągła płyta fundamentowa. W bu­dynkach wysokich, przekazujących na podłoże duże obciążenia, stosuje się fundamenty zespolone, składają­ce się z płyty dennej i pali lub baret. Na fot. 1 pokazano przykład takiego podziemia, którego fundament sta­nowi płyta żelbetowa wraz z baretami. Zaletą takiego fundamentu ze­spolonego jest zmniejszenie osiadań obiektu oraz redukcja grubości płyty, skutkujące zmniejszeniem sił wywo­łanych skurczem. Podpory tymczaso­we stalowe, na których oparty jest strop w czasie budowy podziemia, posadowione są na palach lub baretach.

Wymiary podziemia są uzależnione od wielkości działki. Zwykle część pod­ziemna obiektu odpowiada wymiarami w planie granicy działki. W przypad­kach dużych obiektów płyta denna podziemia ma powierzchnię sięgają­cą hektara, a nawet przekraczającą; podziemie Muzeum II Wojny Świa­towej w Gdańsku jest budowane na płycie dennej o powierzchni bliskiej 15 000 m2. Budowa takich podziemi, zagłębionych zwykle poniżej poziomu wody gruntowej, najczęściej wykorzy­stuje technikę ścian szczelinowych.

 

Fot. 1 Widok podziemia budynku posadowionego na fundamencie płytowo-palowym

 

Płyta denna jest wbudowywana w przestrzeń wyznaczoną tymi ścia­nami. Względy konstrukcyjne obiektu i troska o uporządkowanie osiadania budowli skłaniają projektantów do tworzenia płyty ciągłej na całej po­wierzchni podziemia bez podziału dylatacjami. Podział rozległej budowli na niezależnie odkształcające się części zaczyna się powyżej płyty dennej. Płyta denna jest formowana na ogół z betonu o temperaturze kilkunastu stopni lub wyższej. Jeśli nawet be­tonowanie jest wykonywane w okre­sie zimowym, to składniki mieszanki betonowej mają temperaturę kilku stopni, a w początkowej fazie betono­wania temperatura wzrasta w wyniku procesu hydratacji cementu. Jest to proces wyzwalający ciepło, następuje oddanie części energii cieplnej pobra­nej przez cement w procesie wypala­nia. Dla uproszczenia analizy zjawiska można przyjąć, że geometria płyty po­wstała przy temperaturze 20oC. Po zakończeniu budowy podziemia i za­mknięciu jego bryły płyta denna ulega schładzaniu do temperatury ok. 10oC, panującej w gruncie na głębokości kilku-kilkunastu metrów i niepodlegającej wahaniom sezonowym. Ochłodzenie betonu o 10oC powoduje skrócenie jego wymiarów o 0,1 mm na 1 m długości. Przy wymiarze pod­ziemia 50 m skrócenie termiczne pły­ty wynosi 5 mm, a przy 100 m - aż 10 mm. Takie ochłodzenie powoduje otworzenie rys skurczowych, które wcześniej - w czasie budowy podzie­mia - zostały iniekcyjnie uszczelnione. Często następuje to w takiej fazie bu­dowy, gdy odwadnianie podłoża grun­towego zostało już przerwane, a roboty wykończeniowe w podziemiu są już zaawansowane. Jeśli płyta denna została przykryta wylewką posadzki garażu lub pomieszczeń użytkowych, odnalezienie miejsca rozszczelnienia jest niemożliwe. Zwraca się uwagę, że woda na powierzchnie warstw wykończeniowych wydostaje się w miejscu dla niej najdogodniejszym, często z dala od tej rozszczelnionej rysy. Szczególnie występuje to, gdy wykonano wylewkę „pływającą", poło­żoną na warstwie folii separującej ją od podłoża, zapewniającej swobodę przesuwu poziomego. W takim przy­padku o pływającej wylewce można już pisać bez cudzysłowu. Przykłady przeciekających płyt dennych na połą­czeniach między działkami roboczymi i przez rysy skurczowe pokazano na fot. 2-3.

 

Fot. 2 (a-c) Przecieki wody przez płytę denną przez szczelinę otwartą w wyniku skurczu betonu

 

Fot. 3 Przecieki wody przez płytę denną przez szczelinę otwartą w wyniku skurczu betonu. Na zdjęciu widocz­ne są wytrącenia soli z wody przepływającej przez beton

 

Powstaje pytanie, jak zapobiegać ta­kim problemom. W odniesieniu do be­tonowania płyty dennej zaleca się taki podział na działki robocze, aby więk­szość powierzchni stanowiły działki betonowane w pierwszej kolejności, tj. bez powiązania z elementami wcześniej zabetonowanymi. Elemen­ty betonowane w drugiej kolejności, przylegające do już wykonanych, po­winny mieć zredukowane wymiary, aby ich skurcz był mały. Logicznym modelem podziału może być układ na wzór terakoty na podłodze. Duże działki robocze, które mogą swobodnie się odkształcać i kurczyć, powinny być połączone wąski­mi elementami na wzór fugi, których odkształcenia skur­czowe są niewielkie i nie mają tak negatywnego wpływu na możliwość wystąpienia przecieków. Nawet jeśli takie przecieki wystąpią, to są umiejscowione we wcześniej zaprogramowanych miejscach i nie są rozrzucone po całej płycie w sposób przypadkowy. Na fot. 4 pokazano przykład takiego połączenia dwóch dużych działek beto­nowania płyty.

W obiektach znacznie osiadających w czasie budowy po­zostawia się niezabetonowany pas płyty dennej przy sty­ku ze ścianą szczelinową. Pozwala to uniknąć deformacji płyty dennej, która w tym styku poddana byłaby dużemu ścinaniu (fot. 5).

 

Fot. 4 Połączenie dwóch dużych działek betonowania płyty elementem o ma­łych wymiarach poprzecznych

 

W celu przeciwdziałania niekorzystnym zjawiskom wynika­jącym ze zmiany temperatury i skutków schłodzenia płyty dennej do temperatury ok. 10oC należy zachować odpo­wiedni reżim czasowy. Nie można przystępować do robót wykończeniowych na płycie dennej przed zakończeniem procesów istotnie wpływających na szczelność budowli. W harmonogramie budowy powinien być zarezerwowany czas technologiczny na uzupełniające prace uszczelnia­jące po zakończeniu odwadniania podłoża i odbudowaniu się poziomu i ciśnienia wody gruntowej oraz po uzyskaniu stabilizacji termicznej (schłodzeniu) płyty dennej. W przy­padku parkingów podziemnych wskazane jest na najniższej kondygnacji stosowanie nawierzchni z kostki betonowej, łatwej do rozbiórki i odtworzenia, bez pozostawiania śla­dów robót naprawczych. Podsypka piaskowa nawierzchni z kostki umożliwi odprowadzenie ewentualnych przecieków do syste­mu zbierającego wodę z nawierzch­ni (z roztopu śniegu przywiezionego przez samochody oraz wody używanej do sprzątania).

 

Fot. 5 Przykład płyty dennej niedobetonowanej do ściany szczeli­nowej. Uzupełnienie płyty będzie wykonane po zrealizowa­niu osiadań i skurczu żelbetowej płyty fundamentowej

 

Doświadczenia z przeciekaniem wody przez rysy skurczowe lub szwy robo­cze wielkowymiarowych płyt dennych bez dylatacji prowadzą do kilku wnio­sków. Wielkowymiarową płytę denną dzieli się na działki robocze przezna­czone do oddzielnego betonowania. Po zabetonowaniu działki należy odczekać okres twardnienia i dojrzewania beto­nu, aby w tym czasie wystąpił zasad­niczy skurcz tworzywa. Trwa to na ogół dwa tygodnie i pozwala na swo­bodne odkształcenie się elementów niestykających się z zewnętrznymi więzami. Kolejne betonowane elemen­ty, przyległe do ściany szczelinowej lub wcześniej zabetonowanych frag­mentów płyty dennej, uzyskują więzy ograniczające swobodę odkształceń skurczowych. Twardniejący beton, w wyniku skurczu, zmniejsza swoje wymiary, wywołując w dojrzewającym elemencie siły rozciągające. W ele­mentach cienkich zastosowane zbro­jenie przeciwskurczowe zapobiega po­wstaniu rys skurczowych. W grubych płytach dennych siły skurczu powodu­ją pęknięcia betonu w okolicy połowy wymiaru elementu lub w dwóch miej­scach, w okolicy A i % wymiaru. Wiel­kość odkształceń skurczowych zależy od wielu czynników (np. rodzaju i ilości cementu, ewakuacji ciepła wytwarza­nego w procesie wiązania i tward­nienia cementu, pielęgnacji betonu). Orientacyjnie można przyjąć, że jest to wartość 0,2 mm na 1 m długości elementu. Przy wymiarze działki wynoszącym 15 m można się spodziewać skurczu bliskiego 3 mm. Jeśli brzegi betonowanego elementu są powiąza­ne z innymi już wykonanymi elemen­tami betonowymi, powstanie rysy skurczowej będzie nieuniknione. Rysy skurczowe w płycie dennej uszczelnia się iniekcyjnie. Trzeba to robić po wy­stąpieniu całego skurczu, wszystkich zmian termicznych oraz odkształceń wynikających z obciążenia. Umożliwia to zamknięcie drogi przenikania wody z podłoża gruntowego.

Uwaga: Zasygnalizowane problemy, zwią­zane ze szczelnością płyty dennej głębo­kich podziemi oraz rozszerzone o wiadukty drogowe i kolejowe skrzyżowań dwupozio­mowych, będą przedmiotem referatu na XV Seminarium „Głębokie wykopy" orga­nizowanym przez IBDiM oraz PZWFS dnia 3 marca 2016 r. w Warszawie.

 

mgr inż. Krzysztof Grzegorzewicz

mgr inż. Piotr Rychlewski

Instytut Badawczy Dróg i Mostów

www.piib.org.pl

www.kreatorbudownictwaroku.pl

www.izbudujemy.pl

Kanał na YouTube