Wpływ konstrukcji parkingów i garaży wielopoziomowych na stan techniczny ich nawierzchni

Współczesne parkingi i garaże wielopoziomowe wybudowane w Polsce wyróżniają się następującymi typami konstrukcji nośnych:

– żelbetowe monolityczne,

– żelbetowe monolityczne ze sprężonymi stropami,

– zespolone typu beton–beton,

– zespolone typu stal–beton,

– stalowe (obecnie stosowane głównie w systemach intensywnego parkowania na ruchomych paletach lub platformach),

– stalowe z płytami kompozytowymi (stalowe ramy przestrzenne z niewspółpracującymi elementami kompozytowymi, głównie płytami jezdnymi).

Ostatni z wymienionych typów konstrukcji nie został jeszcze w Polsce zrealizowany. Konstrukcje takie są stosowane jako rozwiązania tymczasowe, które w zależności od potrzeby można przewieźć w inne miejsce eksploatacji. Pochodną tych konstrukcji są parkingi na barkach, których koncepcje są analizowane w Holandii i Wielkiej Brytanii.

Fot. 1 Poziom +1 parkingu na terenie Portu Lotniczego Okęcie w Warszawie

We wszystkich wskazanych typach konstrukcji mogą występować dodatkowe elementy, takie jak ściany konstrukcyjne i osłonowe wykopów w postaci ścian szczelinowych, płyty fundamentowe oraz pale, czy też drugorzędne elementy, takie jak np. ściany działowe w technologii murowanej.

Rodzaj nawierzchni (posadzki) dobierany jest w końcowym etapie procesu projektowania konstrukcji. Jest to element szczególnie ważny, ponieważ w dużej mierze decyduje o trwałości całego obiektu. Nie bez znaczenia jest fakt, że jest to element, którego uszkodzenia są od razu widoczne dla użytkowników. Przedstawiony zostanie wpływ niektórych aspektów konstrukcyjnych garaży i parkingów wielopoziomowych na stan techniczny ich nawierzchni. W artykule są opisane doświadczenia z badań i ekspertyz garaży i parkingów wielopoziomowych wykonanych w technologii żelbetowej monolitycznej i żelbetowej typu beton–beton [1, 2, 3, 4].

Pierwszy przykład stanowi parking na terenie Portu Lotniczego Okęcie w Warszawie [1]. Jest to konstrukcja monolityczna żelbetowa, dwupoziomowa, przeznaczona dla 60 pojazdów. Na poziom +1 oraz z niego prowadzą dwie estakady: wjazdowa i zjazdowa. Oddzielone są one od konstrukcji parkingu dylatacjami. Parking z jednej strony, wzdłuż dłuższego boku, sąsiaduje także z budynkiem, od którego również oddzielony jest dylatacją. Na poziomie 0 pojazdy parkują na nawierzchni wykonanej na podbudowie bezpośrednio na gruncie, a na poziomie +1 – na nawierzchni położonej bezpośrednio na konstrukcji żelbetowej (fot. 1). Na płycie parkingu i na obu estakadach wykonano izolacjonawierzchnię w postaci warstwy z żywic o grubości około 2 mm.

Fot. 2 Nieprawidłowo osadzona w płycie betonowej stopa znaku drogowego

Najprawdopodobniej niedostateczna staranność podczas wykonywania zewnętrznych powierzchni konstrukcji, na które była nakładana nawierzchnia, oraz uszkodzenia konstrukcji będące efektem jej zarysowania były główną przyczyną powstania uszkodzeń nawierzchni parkingu.

Dodatkowymi przyczynami powodującymi degradację nawierzchni i konstrukcji był sposób zaprojektowania detali oraz dobór rozwiązań technologicznych. Poniżej podano kilka przyczyn uszkodzeń nawierzchni:

– zbyt małe spadki powierzchni parkingu lub ich całkowity brak,

– zbyt mała liczba wpustów i/lub wielkości ich przekroju użytkowego względem powierzchni parkingu,

– nieprawidłowe osadzanie wyposażenia w konstrukcji, które przebijają nawierzchnię (fot. 2),

– zbyt małe gabaryty elementów konstrukcji, których zadaniem było odseparowanie ruchu kołowego od ruchu pieszego, co powodowało ich uszkodzenia przez koła pojazdów,

– dobranie niewłaściwych urządzeń dylatacyjnych i zły sposób realizacji stref zakotwień w płycie,

– brak odwodnienia liniowego wzdłuż dylatacji,

– niezapobieganie rysom w elementach konstrukcyjnych, których propagacja powodowała uszkodzenia nawierzchni,

– brak dylatacji w nawierzchni pomimo istnienia dylatacji w konstrukcji.

Fot. 3 Widok ogólny parkingu P&R Metro Młociny

Drugim przykładem konstrukcji żelbetowego parkingu jest naziemny parking P+R Metro Młociny w Warszawie[2]. Wielopoziomowy parking P&R mieszczący 1019 miejsc postojowych zlokalizowany jest po północnej stronie trasy Mostu Północnego (fot. 3). Jest on konstrukcją otwartą na działanie czynników atmosferycznych.

Budynek parkingowy ma cztery poziomy:

– poziom 0 – przeznaczony na dworzec autobusowy z dyspozytornią ZTM oraz parking z wydzieloną przestrzenią publiczną,

– poziom +1 – przeznaczony na parking,

– poziom +2 – przeznaczony na parking,

– poziom +3 – odkryty, przeznaczony na parking.

Budynek parkingu jest konstrukcją szkieletową, belkowo-płytowo-słupową. Siatka słupów konstrukcji ma wymiary 7,50 × 7,50 m (krótszy bok) i 11,10 × 8,10 × 11,70 × 8,10 × 11,10 m (dłuższy bok). Wysokość kondygnacji wynosi 3,10 m. Cała konstrukcja żelbetowa jest wykonana w technologii monolitycznej. Sztywność przestrzenną budynku zapewniają układy ramowo-belkowe stężone tarczami stropowymi usztywnione dodatkowo ścianami pionowymi klatek schodowych. Trzony komunikacyjne stanowią, oprócz swej funkcji nośnej, zasadniczy element ustroju usztywniającego. Wymiary podstawowych elementów konstrukcyjnych są następujące:

– słupy 50 × 50 cm, a przy dylatacji 35 × 50 cm;

– podciągi 50 × 85 cm, strop grubości 26 cm (strop poziomu +1, +2);

– podciągi 50 × 90 cm, strop grubości 28 cm (strop poziomu +3).

Fot. 4 Uszkodzony profil urządzenia dylatacyjnego

Konstrukcję parkingu wykonano z betonu klasy C25/30 oraz ze stali zbrojeniowej klasy AIIIN (RB500W). W konstrukcji zastosowano następujące otuliny zbrojenia głównego: w słupach – 5 cm, w podciągach – 4 cm, w stropach – 2,5 cm, w schodach – 2,5 cm, w klatkach schodowych – 2,5 cm.

W obrębie klatek schodowych umiejscowiono dźwigi osobowe. Rampy i zadaszenia ramp ostatniej kondygnacji wykonano jako konstrukcję płytową z belkami krawędziowymi. Konstrukcja stropodachu odpowiada zasadą i gabarytami konstrukcji stropów w danej strefie parkingu. Ścianki zewnętrzne ograniczające strefy parkingowe zamocowane są w zewnętrznym paśmie stropu w strefie podciągu zewnętrznego. Aby ograniczyć możliwości powstania uszkodzeń eksploatacyjnych w wyniku zjawisk skurczowych i termicznych w budynku, zaprojektowano dylatacje. Przyjęto przy tym założenie dotyczące ekstremalnych temperatur eksploatacji parkingu jako zakres temperatur od -24°C do +27°C. Na ostatniej kondygnacji wykonano izolację termiczną. Nawierzchnia na poziomach 0, +1, +2 wykonana jest w postaci warstwy z żywic. Na ostatnim poziomie +3 konstrukcja stropu jest od góry ocieplona, na ociepleniu wykonana jest warstwa dociskowa z betonu o grubości około 10 cm, a na niej warstwa izolacjonawierzchni. Zewnętrzne krawędzie płyt stropowych zakończone są pionowymi burtami, które pełnią funkcję drogowych barier ochronnych i częściowo zabezpieczają konstrukcję przed czynnikami atmo­sferycznymi.

Fot. 5 Wnętrze parkingu wykonanego w technologii zespolonej beton–beton

W opisywanym parkingu doszło do zarysowania płyt stropowych, wycieków produktów korozji betonu z rys oraz ze styków w miejscach przerw w betonowaniu, a także znacznych uszkodzeń nawierzchni na najwyższym otwartym poziomie parkingu. Powodem powstawania rys konstrukcji nośnej była przede wszystkim zła jakość wbudowanego betonu. Przyczyną uszkodzeń nawierzchni na najwyższym poziomie była zła konstrukcja nawierzchni i podbudowy (z ukrytą izolacją termiczną) przy jednoczesnej ekspozycji stropu na warunki atmo­sferyczne. Dodatkowo posadzka ta wykazywała złą mrozoodporność w warunkach zasolenia. W okresie zimowym na najwyższym poziomie otwartym oraz w mniejszym stopniu na niższych poziomach dochodzi do zalegania śniegu. Przy burtach nie zaprojektowano żadnego elementu systemu odwodnienia, więc zalegający i topniejący w tym miejscu śnieg dodatkowo potęguje destrukcję konstrukcji. Poza tym błoto pośniegowe, topniejąc, zmienia wykonane posadzki w bardzo śliską nawierzchnię, co z kolei zagraża bezpieczeństwu pieszych i pojazdów. Dobrane konstrukcje dylatacji (przeznaczone do stosowania wewnątrz budynków) nie nadają się do eksploatacji w parkingach narażonych na działanie czynników atmosferycznych. Szczególnie było to widoczne na najwyższym poziomie, gdzie profil krawędziowy dylatacji został wybity przez koła samochodów (fot. 4). Brak odwodnienia strefy przydylatacyjnej, nietrwałe dylatacje, zbyt małe spadki oraz zła jakość samej nawierzchni powodują bardzo szybką destrukcję konstrukcji.

Następnymi przykładami rozwiązań konstrukcyjnych są dwa parkingi pod budynkami biurowymi w Warszawie wykonane w technologii zespolonej beton–beton (elementy prefabrykowane oraz beton wykonywany na miejscu – fot. 5) [3, 4]. Oba parkingi zostały wykonane w 2006 r.

Fot. 6 Pęknięta nawierzchnia oraz nadbeton

Monolityczne części konstrukcji to płyta fundamentowa, osłonowe ściany wykopu w postaci ścian szczelinowych, szyby klatek schodowych, rampy wjazdowe, część ścian działowych oraz nieregularne fragmenty konstrukcji stropów stanowiące dopełnienie regularnej siatki elementów prefabrykowanych. Stropy parkingu wykonane są z prefabrykowanych, strunobetonowych, kanałowych płyt stropowych o wysokości 265 mm, szerokości wraz z fugami wynoszącej 1200 mm i długości nie większej niż 7260 mm. Oparte są one na prefabrykowanych belkach żelbetowych, które z kolei oparto na prefabrykowanych słupach żelbetowych. Większość powierzchni obu parkingów zaaranżowano na regularnej siatce słupów o wymiarach 7500 x 7850 mm. Na prefabrykowanych płytach wylano warstwę betonu ochronnego o grubości 15–50 mm, na którym wykonano żywiczną nawierzchnię cienkowarstwową o grubości 2 mm. Wszystkie elementy prefabrykowane wykonano z betonu klasy C40/50, a monolityczne z betonu C30/37 i stali zbrojeniowej B500. W konstrukcjach nie stwierdzono występowania szczelin dylatacyjnych, dylatacji mechanicznych ani dylatacji pozornych w posadzkach parkingu.

Uszkodzenia posadzek opisywanych parkingów to zarysowania cienkowarstwowej nawierzchni wraz z częścią grubości betonowej posadzki (fot. 6). Rysy biegną głównie prostopadle do osi podciągów, w osi słupów lub w ich bliskości, nad fugami płyt prefabrykowanych.

Fot. 7 Pęknięty nadbeton i powstała kawerna „w zamku” między płytami kanałowymi

W przypadku spodu płyt prefabrykowanych główne uszkodzenia to:

– przecieki przez fugi związków wynikłych z ługowania rozpuszczalnych w wodzie składników betonu wypełniającego przestrzenie między płytami;

– rysy równoległe do osi podłużnej płyt z białym wykwitem;

– lokalne wybrzuszenia i deformacja spodu płyt;

– ubytki naroży płyt prefabrykowanych;

– widoczne raki spowodowane niewłaściwym ułożeniem i zagęszczeniem mieszanki betonowej w zakładzie prefabrykacji;

– pozostawione bez zabezpieczenia otwory po kotwach służących do podwieszenia instalacji, z których wycieka zanieczyszczona woda;

– zabrudzenia spodu płyt wynikłe z przekładania płyt prefabrykowanych na placu montażowym brud­nymi elementami dystansowymi.

Na bokach podciągów występują zacieki z ługowania rozpuszczalnych w wodzie składników betonuprawdopodobnie służącego jako podlewka pod płyty prefabrykowane lub z betonu wypełniającego przestrzeń między czołami płyt prefabrykowanych nad podciągiem.

Uszkodzenia słupów to zarysowania w górnej ich części (w głowicach), w miejscach gdzie stykowane były czoła podciągów.W tym miejscu znajduje się beton wypełniający złącze.

© Giuseppe Porzani – Fotolia.com

Stwierdzone przyczyny zarysowań nadbetonu oraz nawierzchni to:

– brak dylatacji konstrukcyjnych (powinny być minimum co 50 m dla tego typu konstrukcji, z uwzględnieniem wysokich części nadziemnych i zmianami podatności gruntu pod płytą fundamentową);

– brak dylatacji pozornych w warstwie nadbetonu i nawierzchni;

– złe umiejscowienie zbrojenia przeciwskurczowego (zbyt głęboko, by mogło przenieść siły rozciągające przy powierzchni nadbetonu);

– zbyt „słaba” warstwa nadbetonu, która musi przenosić i wyrównywać powstałe siły wewnętrzne w prefabrykowanej konstrukcji od obciążeń zmiennych (eksploatacyjnych), od obciążenia skurczem, sił wewnętrznych wywołanych „układaniem się” prefabrykatów, sił wywołanych odkształceniami opóźnionymi (na skutek zjawisk reologicznych w strunobetonowych prefabrykatach);

– nieuwzględnienie sił przyczepności między nadbetonem a prefabrykatami, które zmieniają sposób pracy stropów;

– nieuwzględnienie w sztywności nadbetonu „efektu klawiszowania” płyt wywołanego zmianą sztywności płyt prefabrykowanych na skutek reologii;

– nieuwzględnienie w projekcie strzałek odwrotnych płyt, a przez to odpowiedniego ukształtowania nadbetonu i właściwego jego uzbrojenia;

– niestaranne wykonanie „zamków” płyt stropowych, co powodowało powstawanie kawern w nadbetonie (fot. 7);

– nieprzestrzeganie zaleceń producenta elementów prefabrykowanych w stosowaniu podkładek neoprenowych, dekli na kanały w płytach, w zakresie dozbrajania połączeń i uwzględniania sposobu zamocowania płyt w obszarach przylegających do słupów i podciągów;

– nieprawidłowe podejście do projektowania odwodnienia, począwszy od niestosowania spadków, przez zbyt małą liczbę spustów lub zbyt małą powierzchnię przekrojów poprzecznych aż po brak odwodnienia liniowego.

Problem kształtowania, projektowania i eksploatacji garaży i parkingów wielopoziomowych wobec rosnącej z roku na rok ich liczby staje się coraz poważniejszy. Szczególnie istotne jest to z punktu widzenia trwałości i walorów użytkowych nawierzchni i posadzek.Na przedstawionych przykładach widać, że większość problemów bierze się z niedopilnowania szczegółów – zbyt małego przywiązywania wagi do odpowiedniego kształtowania systemów odwodnienia (odpowiednich spadków, właściwej liczby wpustów, stosowania sączków, odwodnienia liniowego).

Głównym tego powodem jest traktowanie garaży i parkingów wielopoziomowych jak typowych budowli kubaturowych, nie uwzględniając faktu, że są one narażone na większe obciążenia oraz na dużo silniejsze oddziaływania środowiskowe (nieocieplone parkingi naziemne).

Innym aspektem jest stosowanie konstrukcji prefabrykowanych, przy których należy zachowywać dużą dbałość o szczegóły i stosować się do zaleceń technologicznych. W Polsce wypaczono ten system konstrukcyjny, który posłużył do optymalizacji zużycia materiałów i robocizny w celu osiągnięcia krótkoterminowego zysku przez wykonawcę. Z drugiej strony konstrukcje prefabrykowane nie nadają się, zdaniem autorów artykułu, na garaże podziemne ze względu na mechanikę pracy samych układów prefabrykowanych.

W naszym klimacie należałoby rozważyć, czy miejsca postojowe na najwyższym poziomie parkingu wielo­poziomowego są dobrym rozwiązaniem.Zmusza to służby porządkowe w okresie zimowym do odśnieżania parkingu, często zastawionego samochodami przez użytkowników. Zjeżdżające samochody z tego poziomu parkingu na niższy poziom zanieczyszczają go błotem pośniegowym. Poza tym komfort użytkowania tej części parkingu jest dużo niższy niż w części osłoniętej. Jeżeli już się decydujemy, aby ten poziom był użytkowany, to powinien być on traktowany jako konstrukcja mostowa ze wszystkimi wynikającymi z tego faktu konsekwencjami odnośnie do obciążeń, spełnienia wymogów trwałościowych, zastosowania odpowiednich rodzajów izolacji i nawierzchni, a także systemów odwodnienia.

Wskazane jest także stworzenie osobnych przepisów dotyczących kształtowania, projektowania i eksploatacji garaży i parkingów wielopoziomowych.Konieczne jest respektowanie obowiązujących przepisów, np. normy PN-EN 1991-1-5 (Oddziaływania termiczne), która zdecydowanie bardziej precyzyjnie definiuje zakresy temperatur i ich rozkład w konstrukcji niż jakiekolwiek normy polskie.

Poprawę szeroko rozumianej jakości konstrukcji garaży i parkingów wielo­poziomowych przyniosłoby wprowadzenie tego zagadnienia do programów nauczania uczelni technicznych, w szczególności na wydziałach architektury i budownictwa.

prof. dr hab. inż. Henryk Zobel

mgr inż. Przemysław Mossakowski

mgr inż. Marcin Wróbel

Instytut Dróg i Mostów
Politechnika Warszawska

Literatura

1. H. Zobel, P. Mossakowski, W. Karwowski, M. Wróbel, Th. Alkhafaji, Ocena stanu technicznego parkingu na terenie CZRL przy budynku ARL, Zakład Mostów, Instytut Dróg i Mostów Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.

2. H. Zobel, P. Mossakowski, W. Karwowski, M. Wróbel, Th. Alkhafaji, Ocena stanu technicznego stropów poziomu 0, +1, +2, +3 parkingu parkuj i jedź „P+R Metro Młociny” w Warszawie, Zakład Mostów, Instytut Dróg i Mostów Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2010.

3. H. Zobel, P. Mossakowski, W. Karwowski, M. Wróbel, Raport z pomiaru przemieszczeń płyt stropowych. Parking wielopoziomowy budynku Prosta Office Centre. Artis – Projekt, Warszawa 2012.

4. H. Zobel, P. Mossakowski, W. Karwowski, M. Wróbel, Raport z pomiaru przemieszczeń płyt stropowych. Parking wielopoziomowy budynku Trinity Park II. Artis – Projekt, Warszawa 2012.

5. www.maski.com.pl, www.park4all.com