Chicago Spire (610 m) jako przykład zaawansowanego sposobu posadowienia wysokich konstrukcji

Wieżowiec Chicago Spire w momencie swojego ukończenia w roku 2012 miał być najwyższym budynkiem mieszkalnym świata. Ambitne palny zostały jednak powstrzymane za sprawą globalnej recesji, na którą najszybciej zareagował rynek budowlany Stanów Zjednoczonych. Ostatecznie po wykonanie części podziemnej budynku projekt wstrzymano.

1. Panorama Chicago
1. Panorama Chicago

W roku 1974 ukończono budowę Sears Tower, który do czasu wybudowania Petronas Towers w 1998 roku był nie tylko najwyższym budynkiem w Chicago, ale również na świecie (fot.1). Pierwsza dekada XIX wieku przyniosła realizacje wielu ambitnych projektów budynków wysokościowych. Chicago nie pozostało bierne i rozpoczęły się prace projektowe nad najwyższym mieszkalnym budynkiem świata – Chicago Spire o wysokości 610 metrów. Badania geologiczno-inżynierskie podłoża rozpoczęły się latem 2007 roku (fot. 2). Na podstawie uzyskanych danych zaprojektowano posadowienie wieżowca oraz jego część podziemną. Poniżej 6 kondygnacyjnego garażu podziemnego, posadowionego na głębokości 24 metrów ppt., zaprojektowano 34 pale fundamentowe wielkośrednicowe (fot. 3) zagłębione 36 metrów w podłożu, w tym najpotężniejsze o średnicy (12’), czyli 3,66 metra. Prac fundamentowe poprzedziło przetransportowanie osprzętu wiercącego (fot. 4) oraz rur osłonowych (fot. 5).

2. Wiercenie otworu bawdaczego na potrzeby budowy.
2. Wiercenie otworu bawdaczego na potrzeby budowy.
3. Pale fundamentowe
3. Pale fundamentowe
4. Tarcza do wiercenia pali o średnicy 3,6 m
4. Tarcza do wiercenia pali o średnicy 3,6 m
5. Transport rur osłonowych pali o średnicy 3,6 m
5. Transport rur osłonowych pali o średnicy 3,6 m
6. Betonowanie pali wielkośrednicowych
6. Betonowanie pali wielkośrednicowych

Wyzwanie logistycznym było również stworzenie sprawnie działającego systemu transportu dużych ilości betonu na plac budowy. Należy podkreślić, że największe pale fundamentowe wykonane na potrzeby budowy Chicago Spire pochłaniały kilkadziesiąt gruszek betonu (fot. 6). Ze względu na poziom wody gruntowej, znajdujący się powyżej poziomu posadowienia garaży podziemnych, konieczne było wykonanie szczelnej przepony (fot. 7). Zaprojektowano dwa różne sposoby odcięcia się od wody gruntowej. Pierwszy stanowiły pale zachodzące na siebie (fot. 8). Sposób wykonywania tych pali, polega na wywierceniu w pierwszej kolejności np. pali parzystych. Po całkowitym związani betonu przystępujemy do wykonania pali brakujących, skrawając brzegi pali już istniejących. Metoda ta zapewnia szczelność konstrukcji, jednak wymaga stałej kontroli odchylenia każdego z pali od pionu. Najłatwiejszym i najtańszym sposobem zachowania pionu jest wykonanie pierwszego pala ze stałą kontrolą odchylenia, a następnie wiercenie kolejnych za przy pomocy specjalnej prowadnicy, która porusza się po śladzie pala pierwszego. Drugi sposób odcięcia od wody gruntowej stanowiła, powszechnie stosowana w Polsce, ściana szczelinowa (fot. 9).

7. Wykonyanie przesłony filtarcyjnej z pali zachodzących
7. Wykonyanie przesłony filtarcyjnej z pali zachodzących
8. Pale zachodzące wzmocnione stalowymi dwuteownikami
8. Pale zachodzące wzmocnione stalowymi dwuteownikami
9. Głebienie ściany szczelinowej
9. Głebienie ściany szczelinowej
10. Konstrukcja służaca do wbijania ścianki szczelnj po okręgu
10. Konstrukcja służaca do wbijania ścianki szczelnej po okręgu
11. Wbijanie ścianki szczelnej Larsena
11. Wbijanie ścianki szczelnej Larsena
12. Ściana szczelna o grubości 90 cm
12. Ściana szczelna o grubości 90 cm
13. Po wbiciu ścianki szczelnej rozpoczeto głebenie wykopu.
13. Po wbiciu ścianki szczelnej rozpoczeto głebenie wykopu.

Konstrukcja garażu podziemnego w kształcie okręgu, wymagała przygotowania specjalnego, olbrzymiego cyrkla (fot. 10) do właściwego wprowadzenia ścianki szczelnej Larsena (fot. 11), o grubości 90 cm, wokół garażu podziemnego (fot. 12). Po wykonaniu ścianki, rozpoczęto głębienie wykopu (fot. 13), wraz z postępującymi pracami wykonywano żelbetowe opaski rozpierające obudowę z grodzic. Prace fundamentowe przebiegały bardzo sprawnie i nie były przerywane nawet na czas zimy (fot. 14). Konstrukcja ścian wykopu części podziemnej o głębokości 24 metrów, bez płyty fundamentowej, została zakończona w marcu 2008 (fot. 15). W tym czasie koszty realizacji całego budynku wzrosły z 1,5 mld do 3,2 mld dolarów co spowodowało kilkukrotne przesuwanie terminu oddania wieżowca oraz ostateczne zatrzymanie inwestycji (fot.16).

14. Prace nie zostały przerwane na czas zimy.
14. Prace nie zostały przerwane na czas zimy.
15.Gotowy wykop, o głębokości 24 m, pod garaże podziemene.
15.Gotowy wykop, o głębokości 24 m, pod garaże podziemene.
16.Pac budowy w roku 2011.
16.Pac budowy w roku 2011.

Posadowienie Chicago Spire sięga 60 metrów poniżej powierzchni terenu i co ciekawe jest to głębiej niż w przypadku Burj Khalifa, którego pale fundamentowe posadowione są na głębokości ok. 57 m ppt. Na rysunku 17, przedstawiono porównanie sposobu i głębokości posadowienia najwyższego budynku w USA, jakim miał być Chicago Spire, z najwyższym budynkiem w Polsce – Pałacem Kultury i Nauki w Warszawie.

17. Porównanie konstrukcji nadziemnej i podziemnej Chicago Spire oraz Pałcu Kultury i Nauki (Michał Grela)
17. Porównanie konstrukcji nadziemnej i podziemnej Chicago Spire oraz Pałcu Kultury i Nauki (Michał Grela)

Wszystkie zdjęcia pochodzą ze strony internetowej www.skyscrapercity.com oraz rysunki użyte w Fig.17 ze strony www.skyscraperpage.com.