Posadowienie najwyższego budynku świata (828 m) - Burj Khalifa

Szacuje się, że około 2020 r. złoża ropy naftowej w Zjednoczonych Emiratach Arabskich zostaną wyeksploatowane, dlatego też rządzący podjęli decyzję o zmianie struktury dochodów państwa. Zyski ze sprzedaży ropy naftowej zostaną zastąpione zyskami z turystyki. Zwiedzający nie będą podziwiać starożytnych zabytków, jak np. w Egipcie, lecz niespotykane nigdzie indziej cuda architektury, takie jak sztuczne wyspy usypane w kształt kuli ziemskiej czy palmy, siedmiogwiazdkowe hotele, czy najwyższy budynek, jaki kiedykolwiek wybudował człowiek – Burj Khalifa.

Najwyższy budynek świata o wysokości 828 metrów

Budynek

W trakcie budowy wieżowiec znany był pod nazwą Burj Dubai, jednak w obliczu kryzysu finansowego inwestycja została zagrożona, a jej ukończenie było możliwe dzięki dotacji prezydenta Khalifa, na którego cześć zmieniono nazwę wieżowca na Burj Khalifa (słowo burj z arabskiego oznacza wieżę). Wysokość tego 163-piętrowego superwieżowca wynosi 828 m. Budowla posiada wiele zaawansowanych technicznie rozwiązań konstrukcyjnych, takich jak 57 nowoczesnych wind (w tym najszybsze na świecie, poruszające się z prędkością 18 m/s). Ponadto w wieżowcu znajduje się najwyżej położony na świecie basen (78. piętro), meczet (158. piętro), taras widokowy (124. piętro), luksusowy hotel, biura oraz apartamenty. Wieżowiec został wzniesiony w latach 2004–2010 przez konsorcjum firm Samsung, Besix i Arabtec, na zlecenie Emmar Properties.

Widok z najwyżej położonego tarasu widokowego

Geologia

Budowa geologiczna Półwyspu Arabskiego jest stosunkowo prosta. Poniżej powierzchni terenu zalegają głównie osady pochodzenia morskiego, deponowane podczas kilkukrotnych transgresji morskich na tym obszarze, datowanych na okres pomiędzy późnym plejstocenem a czwartorzędem. Cechą charakterystyczną budowy geologicznej regionu są ewaporaty – osady pochodzenia chemicznego, tworzące się współcześnie w strefie półpustynnego i gorącego klimatu oraz ruchome wydmy, kształtowane przez procesy eoliczne.

Dubaj położony jest na obszarze aktywności sejsmicznej, jednak ze względu na małe prawdopodobieństwo wystąpienia trzęsienia ziemi, nie zastosowano specjalnego sposobu posadowienia budynku. Problemem natomiast była woda gruntowa, a dokładniej jej bardzo wysoka agresywność w stosunku do betonu. Wody podziemne w Dubaju zawierają duże ilości chlorków oraz siarczanów, których stężenie jest wyższe niż w wodzie morskiej. Stąd pale i płyta fundamentowa zostały zaprojektowane ze specjalnej mieszanki betonowej, złożonej w 25% z popiołów, w 7% z pyłu krzemionkowego oraz z wysokiej jakości cementu. Zastosowano również katodowe systemy antykorozyjne z wykorzystaniem siatki tytanowej, zapobiegające niszczeniu konstrukcji podziemnej budynku.

Prace ziemne przy fundamentach wieżowca.

Badania geologiczno-inżynierskie

Na potrzeby projektu i budowy Burj Khalifa wykonano badania geologiczne złożone z 4 etapów prac terenowych. Wykonano łącznie 33 otwory badawcze o głębokości od 30 do 140 m poniżej powierzchni terenu. W otworach badawczych wykonano sondowania SPT, badania presjometryczne, geofizyczne oraz pobrano próby gruntów do badań laboratoryjnych. W początkowych etapach prac występowały problemy z pobraniem reprezentatywnych i nienaruszonych prób z poszczególnych warstw geotechnicznych, dopiero zmiana składu płuczki użytej w wierceniu pozwoliła na pobranie idealnych rdzeni gruntowych o średnicy od 57 do 108,6 mm. Sondowania SPT wykonano na różnych głębokościach we wszystkich otworach wiertnicznych, natomiast badania presjometryczne w pięciu odwiertach na głębokości od 4 do 60 m poniżej spodu płyty fundamentowej. Dane uzyskane w wyniku wierceń oraz badań laboratoryjnych uzupełniono badaniami geofizycznymi wg trzech różnych metod: Crosshole Seismic, Downhole Seismic oraz Crosshole SeismicTomography. Badania laboratoryjne przeprowadzone zostały w najlepszych laboratoriach uniwersyteckich w Wielkiej Brytanii, Danii i Australii.

Zbrojenie płyty fundamentowej o grubości 3,7 metra

Betonowanie płyty fundamentowej

Posadowienie

Na podstawie wyników badań geologicznych zaprojektowano posadowienie budynku. Przeniesienie obciążeń od tak wysokiej konstrukcji wymagało zastosowania odpowiedniego fundamentu. Poniżej dwupoziomowego garażu podziemnego zaprojektowano żelbetową płytę o grubości 3,7 m, podpartą na 194 wielkośrednicowych palach wierconych o średnicy 1,5 m i długości 45 m poniżej spodu płyty (rys. 1). Projektowana nośność pojedynczego pala wynosiła 3000 ton i była o połowę niższa od wyników uzyskanych podczas badań próbnego obciążenia. Trójwymiarowe analizy osiadania fundamentu, przeprowadzone na podstawie wyników badań geologicznych oraz próbnych obciążeń pali fundamentowych, pozwoliły prognozować maksymalne osiadanie konstrukcji na poziomie 80 mm, przy czym pomiary zaobserwowane podczas budowy, przy konstrukcji o wysokości 135 pięter, wykazały maksymalne osiadania o wartości jedynie 30 mm.

Wykonywanie pali fundamentowych

Istotą dobrze zaprojektowanego fundamentu jest nie tylko ograniczenie osiadań i przeniesienie obciążeń od konstrukcji budynku, ale również zminimalizowanie wpływu ewentualnych geozagrożeń. Właściwie dobrane i przeprowadzone badania geologiczne oraz odpowiednia współpraca geologów, inżynierów i architektów pozwalają właściwie prognozować takie zjawiska jak trzęsienia ziemi, tsunami, osuwiska czy powodzie. Prace nad przygotowaniem projektu posadowienia Burj Khalifa trwały kilka lat i są przykładem wzorowego postępowania w kwestii współpracy podłoża z fundamentem, co gwarantuje stabilność i bezpieczne funkcjonowanie każdej konstrukcji budowlanej.

Porównanie Burj Khalifa i PKiN

Literatura

• [1] Poulos H. G., Bounce G. Foundation Design for the Burj Dubai – the World's Tallest Building. 6th International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, Arlington, VA, August 11-16, 2008.
• [2] Abderlrazaq A., Kyung Jun Kim S. E., Jao Ho Kim. Brief on the Construction Planning of the Burj Dubai Projekt, Dubai, UAE. 8th World Congress – Council of the Tall Buildings and Urban Habitat, Dubai 3rd-5th March, 2008.
• [3] Salgado R., Basu D., Gavin K., Kumar S., Alvarez G.M.E. and Ahmad S. F. Analysis, Design, Testing and Performance of Foundations. General Report for Session 1. 6th International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, Arlington, VA, August 11-16, 2008.

Artykuł publikowany w Geoinżynieria drogi mosty tunele 3/2011