Lekka płyta dynamiczna - badania dla Ikea Targówek

W 2005 roku rozpoczęto budowę Centrum Handlowego "Ikea" w Warszawie na Targówku. W pierwszym etapie przystąpiono do przygotowania podłoża gruntowego na obszarze o powierzchni przekraczającej 17 hektarów.

Widok terenu przed rozpoczęciem budowy

Budowa geologiczna

Działka znajduje się na tarasie nadzalewowym (praski). Według ogólniej budowy geologicznej najwyższą część tarasu stanowią mady wykształcone jako gliny lub pyły. W miejscach gdzie wcześniej znajdowały się starorzecza na tarasie mogą występować osady organiczne. W celu rozpoznania warunków wodno - lądowych wykonano 132 otwory badawcze o głębokości 5.0 metrów.

Badania geotechniczne wykazały, że pod powierzchnią terenu występują mady wykształcone w postaci glin pylastych, o uogólnionym stopniu plastyczności I_L = 0.30. Obok glin plastycznych w podłożu zalegały także grunty organiczne, namuły i torfy. Pod gruntami spoistymi i organicznymi znajdowały się piaski średnie i grube, średnio zagęszczone o stopniu zagęszczenia I_D = 0.40 ÷ 0.45. Lokalnie stopień zagęszczenia wynosił I_D = 0.35.

Torfy występowały na znacznej części przyszłego placu budowy

Woda gruntowa występowała na głębokości 0.65 ÷ 1.95 m ppt tj. na rzędnych 3.05 ÷ 3.95 m np. "0" Wisły. Na znacznych częściach terenu grunty organiczne zagłębione były poniżej poziomu zwierciadła wody gruntowej.

Projekt i wykonawstwo

Inwestor Inter Ikea Centre Polska S.A. zdecydował, że na całym terenie przeprowadzona zostanie wymiana gruntu. W projekcie założono, że grunty organiczne i spoiste zostaną wybrane, a w ich miejsce wbudowany zostanie piasek średni zagęszczony do wskaźnika zagęszczenia I_S = 0.95 - w miejscu projektowanej lokalizacji parkingów i dróg wewnętrznych oraz I_S = 0.98, na obszarach planowanej budowy obiektów kubaturowych.

Teren położony przy Trasie Toruńskiej w Warszawie znajdował się na rzędnych 4.00 ÷ 4.70 m np. "0" Wisły. Grunty do wymiany lokalnie zapadały do rzędnej 2.50 m np. "0" Wisły. Projekt zakładał nadbudowanie terenu do rzędnych 5.70 i 6.00 m np. "0" Wisły. Oznacza to, że w niektórych miejscach konieczne było wbudowanie gruntów warstwami o łącznej grubości 3.50 metra!

Prace prowadzono w okresie od marca do listopada 2005 roku. Z terenu wywieziono około 150 000 m³ gruntu, a wbudowano ponad 340 000 m³ piasku. Grunt przywożono wywrotkami o ładowności 20 ton. W okresie 8 miesięcy na budowę dostarczono piasek 30 000 wywrotek. Piasek rozścielono warstwami o grubości około 0.4 metra i zagęszczano ciężkimi walcami okołkowanymi. Stosowano kilka przejść walca po każdej warstwie.

Spychacze układają warstwy piasku

W miejscu gdzie grunty organiczne zagłębione były w wodzie stosowano metody bagrowania. Po wybraniu gruntów organicznych, wykopy wypełnione wodą wypełniano piaskiem nasuwanym spychaczami. Teren podzielony został na kwadratowe pola o szerokości boku 50 metrów. Narożniki zostały wytyczone i oznakowane. Ułatwiło to orientację w rozległym terenie.

Torfy wybierano do poziomu piasku. Wykopy często schodziły poniżej poziomu wody gruntowej

W wykopy wbudowywano piasek średni zagęszczając go ciężkimi, wibracyjnymi, okołkowanymi walcami

Nadzór geotechniczny

Budowa prowadzona była pod stałym nadzorem geotechnicznym. Nadzór geotechniczny kontrolował poprawność wykonanej wymiany. Poprawność zagęszczenia warstw na bieżąco kontrolowano lekką płytą dynamiczną. Przyjęto założenie, że na zagęszczonym polu przeprowadzonych będzie 10 pomiarów. W czasie trwania budowy wykonano przeszło tysiąc badań lekką płytą.

Badania lekką płytą dynamiczną

Po ułożeniu wszystkich warstw gruntu, wykonane były także badania kontrolne sondą lekką.

Wykonanie na tych samych polach badań zagęszczenia lekką płytą dynamiczną i sondą lekką, pozwoliło na opracowanie korelacji pomiędzy wynikami otrzymanymi obu przyrządami.

Lekka płyta dynamiczna

Lekka płyta dynamiczna służy do badań zagęszczenia gruntów niespoistych. Składa się z płyty o średnicy 300 mm i grubości 20 mm. Na powierzchni płyty stykającej się z gruntem rozmieszczone są czujniki do mierzenia ugięć. Czujniki mierzą ugjęcia w zakresie od 0.1 ÷ 2.0 mm. Płyta waży 15 kg.

Na płytę przekazywana jest energia poprzez uderzenie obciążnikiem o ciężarze 10 kN. Obciążnik przemieszcza się wzdłuż stalowej prowadnicy.

Pomiar wykonywany jest elektronicznie przez rejestrator połączony z płytą. Odkształcenia podłoża w milimetrach przeliczane są na moduł dynamiczny Evd.

Badanie trwa kilka minut, a wynik podawany jest natychmiast. Pomiar lekką płytą dynamiczną jest znacznie prostszy od tradycyjnego badania VSS, dla którego potrzebny jest ciężki pojazd obciążający płytę. Wyniki badań można zapisywać na drukarce elektronicznej będącej na wyposażeniu zestawu badawczego.

Lekka płyta dynamiczna jest produkowana w Niemczech i od lat z powodzeniem stosowana w budownictwie drogowym i kolejowym. Geotechnicy niemieccy posługują się podaną poniżej tabelą, która pozwala określić wartość wskaźnika zagęszczenia na podstawie pomierzonego dynamicznego modułu Evd.

Tabela 1. Zależność pomiędzy modułem statycznym i dynamicznym wg. przepisów niemieckich.

Badania sprawdzające

Po wbudowaniu wszystkich warstw piasku i ich zagęszczeniu, przeprowadzone były badania zagęszczenia przy użyciu sondy lekkiej. Sondowania prowadzono z powierzchni terenu do głębokości 1.0 metr ppt. Wykonano 187 sondowań. Ponadto wykonanych zostało 72 badania Proctora.

W tabeli 2. (poniżej) porównano wyniki sondowań z wynikami otrzymanymi z badań Proctora dla powierzchniowych warstw gruntu.

Tabela 2. Zestawienie wyników badań sondą lekką i badań Proctora

Wnioski

Analiza wyników zamieszczonych w tabeli wskazuje na dużą zbieżność pomiędzy wartościami otrzymanymi z badań Proctora dla warstw powierzchniowych z wartościami otrzymanymi dla głębszych warstw, określonymi przez sondowanie sondą SL.

Różnice uwidaczniają się dopiero na trzecim miejscu po przecinku. Pewna zbieżność wyników uzyskana dla obszarów A÷D zaburzona została na ostatnim obszarze E. W pierwszych czterech przypadkach wskaźnik zagęszczenia określony sondą SL przyjmuje nieznacznie większe wartości.

Badania sondą znajdują znaczne potwierdzenie w wynikach otrzymanych podczas badania Proctora, dało to podstawę do opracowania korelacji pomiędzy wartością wskaźnika zagęszczenia a modułem dynamicznym. Wyniki badań przedstawiono w tabeli 3.

Tabela 3. Zależność pomiędzy wskaźnikiem zagęszczenia a modułem dynamicznym

Otrzymane wyniki potwierdzają cytowane dane z praktyki niemieckich geotechników. Wartość modułu dynamicznego powyżej 30 MN/m2 otrzymuje się dla gruntów dobrze zagęszczonych dla których wskaźnik zagęszczenia przewyższa Is = 0.99.

W trakcie prowadzonych badań lekką płytą zauważono że każdorazowo gdy w piaskach wbudowywanych w podłoże znajdowały się domieszki gruntów spoistych spadała wartość modułu dynamicznego. Pozwoliło to na identyfikację partii zanieczyszczonego gruntami spoistymi piasku. Grunt taki usuwano a wykopy wypełniano czystym piaskiem.

Podczas prowadzonych badań udało się też poznać inną charakterystyczną i szalenie istotną dla płyty cechę.

Widok ogólny placu budowy

Teren po przeprowadzeniu wymiany

Jednego dnia badania wskazały słabe zagęszczenie podłoża choć wydawało się że jest ono przygotowane poprawnie. Rzeczywiście dobre zagęszczenie potwierdziły badania sondą. Przypuszczaliśmy że uszkodzeniu uległa płyta. Na budowę sprowadzono drugie takie urządzenie ale także i ono wskazywało niskie wartości modułu dynamicznego. Przyczyna została szczęśliwie szybko wykryta. Obie płyty okazały się sprawne ale wyniki deformowane były przez trakcję wysokiego napięcia przebiegającą bezpośrednio nad badanym polem.

Krzysztof Traczyński
Zakład Geotechniki i Budowli Podziemnych
IDiM PW