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
