Wpływ zmian poziomu wód gruntowych na warunki zabudowy w rejonie Warszawy
Ulewne długotrwałe deszcze, które nawiedziły Polskę w maju, a później na początku czerwca 2010 roku spowodowały wezbrania rzek i powódź w wielu regionach kraju. Wisła zalała między innymi sąsiadującą z Kazimierzem Dolnym gminę Wilków (Fot.1). W czerwcu przerwany został wał wiślany pod Sandomierzem. Pod wodą znalazły się Koźmiczów, dzielnica Sandomierza i Wielowieś należąca do Tarnobrzegu. Zalanych zostało ponad 500 domostw.
W Warszawie toczono walki o Wał Zawadowski (Fot. 2), który w kilku miejscach przeciekał. Gdyby Wał ten został przerwany trudno sobie wyobrazić jak wiele domów byłoby zalanych.
W Warszawie do roku 1912 miasto nie było chronione Wałem Miedzeszyńskim i podczas powodziowych stanów w rzece, Wisła zalewała Saską Kępę i Gocław. Powodzie te pozostawiły kilku metrową warstwę osadów, które obecnie utrudniają posadowianie obiektów w tym rejonie, a istniejące budownictwo willowe narażone jest na permanentne zalewanie piwnic.
Występujące w Polsce w ostatnich latach a szczególnie w roku 2010 wyjątkowo intensywne opady połączone z wysokimi stanami wód w rzekach spowodowały liczne problemy w podziemnych kondygnacjach budynków. W artykule podane zostały przykłady negatywnego oddziaływania wód gruntowych i opadowych na stan techniczny budynków.
Wahania poziomu wody gruntowej na tarasach rzecznych
Latem 2010 roku prowadzone były w Warszawie pomiary poziomu wody gruntowej na tarasie rzecznym w sąsiedztwie ulic Bartyckiej i Bluszczańskiej w piezometrach oddalonych o około 400 metrów od koryta rzeki. Pomiary wykazały, że poziom wody w piezometrach na tych terenach podniósł się po przejściu fali powodziowej przez stolicę o blisko metr w stosunku do najwyższego poziomu notowanego w latach 1994 – 2009. W jednym z piezometrów odnotowano wodę na rzędnej 3.54 m nad poziomem „0” Wisły, podczas gdy w latach 1994 – 2009 woda gruntowa występowała na rzędnej 1.65 – 2.60 m n. p. „0” Wisły. Po przejściu fali powodziowej poziom wody gruntowej zaczął się obniżać ale prędkość jego opadania była stosunkowo niewielka i wynosiła około 20 cm/miesiąc.
Pomiary te wykazują, że przy wysokich stanach wody poziom wody gruntowej na tarasach rzecznych podnosi się szybko, a gdy fala powodziowa jest długa, jak w roku 2010, wysoki stan utrzymuje się przez wiele tygodni. Oddziaływanie rzeki na wody gruntowe jest więc bardzo duże i okres powrotu do stanu charakterystycznego dla wielolecia jest długi.
Znaczne podniesienie się wody gruntowej zaobserwowano także w Warszawie na Białołęce, na osiedlach przy ulicy Skarbka z Gór, oddalonym o około 6 km od koryta rzeki. Zwierciadło wody gruntowej podniosło się w stosunku do poziomów notowanych w ciągu ostatnich dziesięciu lat o 0.8 metra. W części budynków znajdujących się na tym osiedlu woda pojawiła się na posadzkach w podziemnych garażach, które do czasu rozpoczęcia użytkowania były suche.
Podwyższony poziom wody gruntowej, tylko w Warszawie, spowodował problemy przy realizacji kilkudziesięciu inwestycji budowlanych. Przed wykonaniem wykopu konieczne było, niezaplanowane na etapie projektowania, odwodnienie terenu. Prace te nie tylko zwiększyły koszty budowy, ale i jednocześnie opóźniły realizację wielu inwestycji.
Filtracja wód opadowych przez zasypkę wykopu
Zawilgocenia i zalania w wyniku ulewnych dreszczów obserwowano także w budynkach zbudowanych na wysoczyźnie z dala od tarasów rzecznych. Na osiedlu „Eco Park” w Warszawie przy ulicy Chodkiewicza w wiosną 2010 roku woda przedostała się do podziemnego garażu. W poprzednich latach garaż ten był suchy, gdyż budynek posadowiony na stopach i ławach fundamentowych przed wodą gruntową zabezpieczony został matami bentonitowymi. Pomimo zastosowania tej szczelnej izolacji, przy ulewnych deszczach, woda przedostała się do podziemnego garażu. Przeprowadzone pomiary wody gruntowej w piezometrach zainstalowanych wokół budynku wykazały, że woda w gruncie znajduje się znacznie powyżej posadzki w garażu i zgromadzona jest w piaskach przykrywających dość płytko zalegające gliny. W czasie intensywnych opadów i w okresie wiosennych roztopów znaczne ilości wody przedostały się więc do gruntu przy ścianach budynku i utrzymywały się na stropie gruntów nieprzepuszczalnych. Warto zaznaczyć, że woda opadowa łatwo przedostaje się do głębszych warstw przez luźno ułożoną zasypkę wykopu wokół budynku.
W czasie budowy wspomnianego budynku przy ul. Chodkiewicza obniżono lustro wody, która przed rozpoczęciem prac znajdowała się na rzędnej 29.18 m np. „0” Wisły. W części otworów badawczych wody gruntowej nie stwierdzono. Po odpompowaniu wody pompy wyłączono i prace budowlane prowadzone były już „na sucho”. W czerwcu 2010 r. woda w piezometrach została pomierzona na rzędnych 28.55 – 28.60 m np. „0” Wisły, 0.5 metra powyżej posadzki garażu.
Jak stwierdzono w innych budynkach, wykonanych na tym osiedlu posadowionych na płytach fundamentowych nie pojawiły się problemy przenikania wody gruntowej do budynków, ponieważ znacznie łatwiej jest zapewnić ciągłość i szczelność izolacji budynków posadowionych na płytach fundamentowych niż tych opartych na stopach i ławach.
Drenaż skutecznym sposobem na ochronę budynków przed wodą
Drenaż opaskowy jest dobrym sposobem na zabezpieczenie budynków przed wodą gruntową, gdy istnieje odbiornik dla wód spływających z drenażu. W sprzyjających warunkach takim odbiornikiem może być podłoże gruntowe.
Na osiedlu podmiejskim w Józefosławiu k/Warszawy w pobliżu ulicy Ogrodowej woda gruntowa występowała jedynie w części zachodniej działki. Tam gdzie poziom zwierciadła wody był wysoki, wykonano ciężką izolację. Część budynków nieznacznie zagłębionych poniżej lustra wody zabezpieczono drenażem opaskowym. Zaprojektowano i wykonano cztery ciągi drenaży odprowadzające wodę do studni chłonnych zlokalizowanych w tej części działki gdzie w podłożu zalegały grunty piaszczyste o dobrej filtracji, a woda gruntowa występowała głęboko poniżej powierzchni terenu i znacznie poniżej poziomu posadowienia budynków. Projekt drenażu szczegółowo opisywał wszystkie elementy systemu.
Jak wynika z obserwacji problemy z wilgocią w podziemnych garażach przy ul. Ogrodowej w Józefosławiu wystąpiły podobnie jak n terenie osiedla „Eco Park” także dopiero wiosną 2010 roku po ulewnych deszczach. W części podziemnych garaży pojawiła się woda. Kontrola drenażu wykazała, że nie działa on prawidłowo. W studzienkach kontrolnych usytuowanych na początku ciągu drenarskiego woda swobodnie przepływała, ale już w kolejnych nie obserwowano przepływu. Oznaczało to, że woda nie odpływała z terenu, lecz nawadniała podłoże pod budynkiem. W czasie wizji terenowej stwierdzono ponadto, że studnie chłonne nie zostały wykonane zgodnie z projektem. Dna studzienek osadzono w nieprzepuszczalnych dla wody glinach. Według projektu studzienki miły sięgać do piasków zalegających pod utworami spoistymi. Przyczyną powstawania zawilgoceń podziemnego garażu była zatem niedbałość wykonawców drenażu. Po jego naprawieniu i pogłębieniu studni chłonnych problem przesączającej się wody do budynku został rozwiązany.
Niewielkie cieki wodne przyczyną lokalnych powodzi
Projektując budynki należy zwrócić uwagę na przepływające w pobliżu projektowanej inwestycji niewielkie cieki wodne, potoki czy rowy odwadniające. Przy ulicy Puławskiej w Warszawie, korzystając z lokalnego obniżenia terenu, parter budynku zaprojektowano poniżej poziomu ulicy.
Jeszcze głębiej już pod powierzchnią gruntu znalazł się podziemny garaż. Dłuższy bok budynku przebiega wzdłuż Rowu Grabowskiego prowadzącego wody przepływające pod ulicą Puławską (Fot 3 i 4). 3 czerwca 2010 roku gdy na południowe dzielnice Warszawy i Piaseczno spadł nawalny deszcz, ulica Puławska znalazła się pod wodą a opisany powyżej rów tak przepełnił się wodą, że jej poziom podniósł się przeszło metr ponad poziom posadzki parteru opisanego budynku. Naporu nie wytrzymała szklana fasada i woda wdarła się do budynku zalewając parter i podziemny garaż.
Obecnie wykonano groblę i ściankę, która chroni budynek przed wysoką wodą (Fot. 5 i 6)
Ten sam deszcz spowodował, że z brzegów wystąpiła przepływająca przez podmiejskie osiedla Piaseczno rzeczka Perełka zalewając ulice i podziemne garaże przyległych do niej budynków.
W ostatnim czasie w rejonie budynku wykonano kolejne prace zabezpieczajace. Tym razem zdecydowano się na poprowadzenie kanału zamkniętym rurociągiem, kórego zadaniem jest wyprowadzenie ewentualnego nadmiaru wody o kilkanaście metrów dalej. Czy rozwiazanie to okaże się wystarczajaco skuteczne?
Wnioski i spostrzeżenia
Podane przykłady z rejonu Warszawy pozwalają sformułować wnioski szersze o znaczeniu ogólnym.
Maksymalne poziomy wody gruntowej muszą być określone na podstawie wieloletnich obserwacji, a nie tylko w oparciu o dane zebrane z kilku lub kilkunastu ostatnich lat, jak często sugerują inwestorzy wywierając presję na projektantach.
Gdy brak jest danych o wahaniach zwierciadła wody gruntowej należy przyjąć, że podziemne kondygnacje budynku okresowo będą znajdowały się poniżej poziomu wody gruntowej.
Na tarasach zalewowych podziemne części budynku muszą być wykonane w technologii zapewniającej ich szczelność, także w przypadku gdy tereny te chronione są wałami przeciwpowodziowymi.
Nawet nieduże rzeki, potoki, rowy odwadniające i kanały w czasie ulewnych deszczy mogą nieść olbrzymie ilości wody opadowej, wypełniającej ich koryta, powodując zalewanie podziemnych części sąsiadujących z nimi obiektów.
Jak wykazuje doświadczenie płyty fundamentowe dają możliwość lepszego zabezpieczenia podziemnych kondygnacji przed napływem wód gruntowych niż stopy i ławy fundamentowe. Dlatego też, budowle posadowione w gruntach spoistych lub nieznacznie powyżej poziomu stropu tych gruntów zawsze są narażone na działanie wody gruntowej i ich podziemne kondygnacje muszą być wykonane w szczelnej technologii lub o ile pozwalają na to warunki wodno – gruntowe, zabezpieczone drenażem.
Należy minimalizować ilość połączeń izolacji oraz przejść kanalizacji i innych instalacji przez warstwę izolacji, ponieważ miejsca te są szczególnie narażone na przecieki i muszą być zabezpieczone z należytą starannością, przy zastosowaniu sprawdzonej w praktyce technologii.
Istotną rolę w działaniu drenażu spełnia kontrola wykonanych robót i sprawdzenie poprawności działania całego systemu.
Artykuł publikowany w Biuletynie Państwowego Instytutu Geologicznego nr 446(2) w roku 2011.
dr inż. Krzysztof Traczyński
dr Michał Grela