Deweloperzy, planując nowe inwestycje mieszkaniowe, poszukują coraz ciekawszych miejsc na ich lokalizację. Miejsc, które obok komfortu życia w bliskim sąsiedztwie centrum miasta, będą zapewniały przyszłym mieszkańcom malownicze widoki oraz warunki do rekreacji i odpoczynku. W dużych miastach takie tereny znajdują się często w bezpośrednim sąsiedztwie rzek i cieszą się wyjątkową popularnością wśród potencjalnych klientów.

Lokalizacje budynków mieszkaniowych na terenach nadrzecznych, niezwykle atrakcyjne z punktu widzenia przyszłych lokatorów oraz inwestorów, niosą ze sobą jednak szereg wyzwań dla projektantów oraz wykonawców tego rodzaju inwestycji. Trudności realizacyjne związane z budową w trudnych warunkach gruntowych, na skarpach wymagają zastosowania nowych, często niestandardowych rozwiązań i wspólnej pracy wielu specjalistów.

Poznański apartamentowiec Pelikan - maksymalne zbliżenie do rzeki

W 2006 roku, wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klientów, poznański deweloper - spółka Nickel Development - zaplanował budowę nowego obiektu mieszkalnego w Poznaniu. Wielorodzinny budynek o 12 kondygnacjach nadziemnych oraz 2 kondygnacjach podziemnych wraz z basenem, o łącznej powierzchni 20 028 m2, miał zostać zlokalizowany w bezpośrednim sąsiedztwie rzeki Warty. Jego projekt oraz realizację powierzono specjalistom z Przedsiębiorstwa Techniczno-Budowlanego Nickel.

Chęć maksymalnego zbliżenia obiektu do rzeki oraz otaczającej ją przyrody, zapewnienie mieszkańcom niepowtarzalnych nadwarciańskich widoków wymogły na projektantach i wykonawcy konieczność znalezienia najbardziej optymalnych rozwiązań z punktu widzenia realizacji inwestycji.

Poznański apartamentowiec zlokalizowany został na koronie skarpy nadwarciańskiej, na prawym brzegu Warty, na północ od Mostu Przemysła. Opisywany teren stanowi naturalny kierunek spływu wód gruntowych
i powierzchniowych z górnego tarasu dzielnicy Rataje. Przy projektowaniu budynku konieczne stało się uwzględnienie następujących czynników: sztucznego ukształtowania skarpy z lat 70-tych XX wieku, infiltracji wód w podłożu w kierunku Warty , ukształtowania samej skarpy, bliskiego sąsiedztwa rzeki oraz złożonych warunków geotechnicznych.

Poszukiwanie niestandardowych rozwiązań

Do współpracy przy tak złożonym projekcie zaproszono specjalistów z Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Poznańskiej oraz pracowników Przedsiębiorstwa Geotechnicznego i Geologicznego „Geoprojekt -Poznań". Głównym celem powstałego w ten sposób zespołu stało się znalezienie metody, która pozwoliłaby na stworzenie modelu w pełni odzwierciedlającego złożone warunki terenu oraz na wybór możliwego do realizacji sposobu posadowienia budynku, który zapewni bezpieczne użytkowanie zarówno nowego obiektu, jak i pobliskich budowli, nienaruszając przy tym zastanych warunków przyrodniczych.

Podłoże gruntowe w opisywanym obszarze inwestycji zbudowane jest z utworów czwartorzędowych i trzeciorzędowych. Utwory czwartorzędowe reprezentowane są przez osady akumulacji lodowcowej zlodowacenia środkowopolskiego w postaci glin i glin piaszczystych oraz przez osady kulturowe w postaci gruntów nasypowych piaszczysto- gliniastych o bardzo zróżnicowanym składzie. Spoczywają one na stropie utworów trzeciorzędowych, wykształconych w postaci iłów twardoplastycznych, przechodzących głębiej w iły półzwarte. Z punktu widzenia stateczności skarpy wyjątkowo niekorzystne okazały się przewarstwienia i soczewki gruntów o gorszych parametrach wytrzymałościowych, takich jak np. pyły czy pyły piaszczyste. Przy kształtowaniu modelu, u podnóża skarpy uwzględniono także przybliżony zarys przebiegu zasypanego stawu, który został wypełniony w sposób niekontrolowany, przypadkowym i bardzo zróżnicowanym materiałem gruntowym. Stwierdzono również występowanie warstwy namułów organicznych w stanie plastycznym. Tak złożone warunkiwymagały niestandardowych rozwiązań.

Dla dokonania analizy stateczności skarpy wykorzystano metodę elementów skończonych (MES) uwzględniając model sprężysto-plastyczny z kryterium plastyczności Druckera-Pragera bez wzmocnienia z niestowarzyszonym prawem płynięcia. Powyższa metoda uznawana jest za najprecyzyjniej modelującą współpracę budynku z podłożem gruntowym. Skarpę i uwarstwione podłoże gruntowe odwzorowano w modelu MES, budując siatkę czworokątnych elementów skończonych o 8 stopniach swobody oraz elementów trójkątnych o 6 stopniach swobody. Podstawową zaletą analizy stateczności zboczy i skarp za pomocą metody elementów skończonych w ujęciu sprężysto-plastycznym jest możliwość znalezienia najniekorzystniejszej powierzchni poślizgu o śladzie krzywoliniowym. Jest to ślad powierzchni poślizgu precyzyjniej odwzorowującej rozkład parametrów warstw podłoża gruntowego w zboczu niż rozwiązanie metodą równowagi granicznej z kołowymi powierzchniami poślizgu. W wyniku obliczeń numerycznych stwierdzono, że analizowana skarpa przy zastosowaniu projektowanego posadowienia i obciążeniu ma wystarczający zapas bezpieczeństwa.

Fundamenty - podstawa bezpieczeństwa budynku

Spośród wielu dostępnych rozwiązań fundamentów głębokich takich jak: różnego rodzaju pale (gotowe/ wykonywane w gruncie), studnie, ściany szczelne (wbijane/ wpłukiwane) oraz ściany szczelinowe, należało wybrać to posadowienie, które spełni wszystkie wymagania bezpieczeństwa i przyszłej eksploatacji.

Specjaliści pracujący nad projektem poznańskiego apartamentowca zdecydowali się ostatecznie na ściany szczelinowe, uznając je za najlepsze pod względem bezpieczeństwa nowego budynku oraz obiektów sąsiednich, które przy wykorzystaniu innych metod (np. fundamentów głębokich pośrednich z gotowych elementów bądź ścianek szczelnych) mogłyby zostać narażone na drgania i wstrząsy. Takie rozwiązanie pozwoliło zabezpieczyć budynek przed zjawiskiem osuwiskowym, odciąć go od migrującej w podłożu wody, zapewniając jednocześnie najmniejszą ingerencję w środowisko naturalne. Układ korzenny sąsiadujących drzew pozostał nienaruszony, wszystkie prace wykonano z „wnętrza" budynku, nie wychodząc poza jego obrys.

Spełnienie powyższych warunków było możliwe dzięki zastosowaniu ścian o grubości 80 i 60 cm i wysokości do 20 m, zagłębionych w nieprzepuszczalne iły na głębokość min. 1,5 m. Takie rozwiązanie poprawiło bezpieczeństwo konstrukcji już na etapie realizacji robót ziemnych (wykopów pod dwie kondygnacje podziemne), jak i podczas późniejszej pracy budynku. Od strony skarpy zastosowano ściany grubości 80 cm, bedące jednocześnie murem okopowym dla parcia ziemi; od strony rzeki wykonano ściany grubości 60 cm. Nachylenie zbocza umożliwiło otwarcie jednej kondygnacji podziemnej na rzekę i wykorzystanie tego elementu na otwarcie na rzekę basenu, przewidzianego w projekcie planowanego apartamentowca. Niższe ściany szczelinowe mogły być też cięższe.

Na ograniczonej ścianami szczelinowymi powierzchni, 7 m poniżej otaczającego terenu, rozpięto płytę fundamentową o powierzchni 2500 m2 i zróżnicowanej grubości 80 i 60 cm, w zależności od zróżnicowanego rozkładu nacisków pionowych z przewidywanymi lokalnymi bardzo dużymi (dochodzącymi do 8000kN) obciążeniami podłoża, przypadającymi na słupy kondygnacji podziemnej. Słupy te wykonano jako blachownice stalowe otulone betonem dla zapewnienia wymogów ppoż. Dla zakotwienia słupów w płycie ukryto konstrukcje ze zbrojenia sztywnego dla przejęcia nacisków punktowych i rozłożenia na większą powierzchnię. Sztywność całego budynku została zapewniona dzięki wprowadzeniu dwóch sztywnych układów konstrukcyjnych, składających się z klatek schodowych i szybów windowych, oraz dodatkowo układu ścian żelbetowych w obu kierunkach.

Ścisła współpraca profesjonalistów - warunek udanej inwestycji

Lokalizując budynki w bliskim sąsiedztwie rzeki, należy pamiętać o często spotykanych na tych obszarach bardzo złożonych warunkach gruntowych. Wynikają one przede wszystkim ze zlodowaceń, wyraźnie kształtujących rzeźbę terenu i stosunki wodne tych miejsc. Późniejsza działalność człowieka w obszarach nadrzecznych próbowała zmieniać ten obraz, silnie ingerując w istniejącą strukturę. W ostatnich dziesięcioleciach XX wieku inwestycje mieszkaniowe w bliskim sąsiedztwie rzek były praktycznie znikome, co spowodowało zanik umiejętności kształtowania tych terenów i sytuowania budynków w ich obszarze. Obecnie obiekty zlokalizowane nad rzekami czy zbiornikami wodnymi cieszą się na rynku coraz większą popularnością. Brakuje jednak sprawdzonych metod ich budowy, zapewniających maksimum bezpieczeństwa budynku i jego sąsiedztwa, przy jak najmniejszej ingerencji w środowisko naturalne, za które wszyscy jesteśmy odpowiedzialni. Warunkiem udanej inwestycji zlokalizowanej w bliskim sąsiedztwie rzek jest ścisła współpraca wielu specjalistów, nie tylko z zakresu budownictwa, ale również geologii, geotechniki, ochrony środowiska czy melioracji.