Posadowienie kładki pieszo-rowerowej – studium przypadku

Na podstawie analizy budowy geologicznej podłoża gruntowego w podłożu wydzielono trzy pakiety gruntów o zróżnicowanej genezie. W obrębie pakietów wyróżniono warstwy różniące się rodzajem (litologią) oraz stanem (konsystencją lub zagęszczeniem). Podstawą wydzielenia warstw w obrębie pakietów były wyniki badań terenowych: sondowań statycznych CPTU, sondowań dynamicznych DPH; parametrami wiodącymi były: opór na stożku (q_c), współczynnik tarcia (R_f).

Pakiet I – pakiet nasypów antropogenicznych budowlanych i niebudowlanych zbudowanych z mieszaniny: gleby, gruzu betonowego, gruzu ceglanego, humusu, piasków, piasków gliniastych, glin piaszczystych, namułów gliniastych, żużla, śmieci; miąższość (w punktach badawczych) wynosi 5,8-7,5 m.

Pakiet II    – pakiet osadów holoceńskich, gruntów pochodzenia rzecznego wykształconych w postaci piasków oraz nieskonsolidowanych mułków i gruntów organicznych.

Pakiet III – pakiet osadów neogeńskich, spoistych i niespoistych, wykształconych w postaci iłów serii poznańskiej, z licznymi przewarstwieniami piasków drobnych i pylastych.

Na rys. 2 przedstawiono typowy profil gruntu stanowiący podstawę analiz obliczeniowych.

W rejonie planowanej budowy kładek stwierdzono występowanie dwóch poziomów wodonośnych. Jeden w obrębie piętra czwartorzędowego oraz jeden w obrębie piętra neogeńskiego (trzeciorzędowego).

Pierwszy poziom wodonośny jest związany z holoceńskimi piaskami zalegającymi na iłach. Woda gruntowa występuje w postaci swobodnego zwierciadła wody (w piaskach odłożonych na iłach) i naporowego (w piaskach pod gruntami organicznymi). Pierwszy poziom wodonośny stabilizuje się na rzędnych od ok. 50 m do ok. 56 m n.p.m. i jest ściśle związany ze stanami wody powierzchniowej w rzece Warcie. Głębokości zalegania oraz wahania wody gruntowej pierwszego poziomu zależą pośrednio od ilości opadów atmosferycznych oraz związanych z nimi wahań poziomu wody wyżej wymienionych rzek.

Drugi poziom wodonośny występuje w obrębie piętra neogeńskiego i jest związany z przewarstwieniami piaszczystymi w iłach serii poznańskiej. Woda gruntowa występuje w postaci naporowego zwierciadła. Napięte zwierciadło wody gruntowej, stwierdzone lokalnie na głębokości 10,5 m p.p.t., stabilizuje się na rzędnej około 50,8 m n.p.m.

Na podstawie analizy wykonanych badań stwierdzono, że badany teren charakteryzuje się skomplikowanymi warunkami gruntowymi. Ocena warunków gruntowych jako „skomplikowane” wynika z lokalizacji projektowanego obiektu w obszarze doliny rzecznej. Na złożoność i skomplikowanie warunków gruntowych wskazują także inne okoliczności:

• występowanie nasypów niebudowlanych o znacznej miąższości i różnym składzie;
• występowanie w podłożu gruntów ekspansywnych (iłów serii poznańskiej).

Projektowane fundamenty

W 2020 r., po ukończeniu obliczeń statycznych stalowej konstrukcji kładki, opracowano wytyczne do zaprojektowania fundamentów. Konstrukcja główna obiektów mostowych była wymiarowana w programie Autodesk Robot Structural Analysis, natomiast elementy posadowienia analizowano w programie Midas GTS NX – narzędziu MES dedykowanym do zaawansowanych analiz geotechnicznych. Model obliczeniowy posadowienia obejmował fundament kładki oraz otaczający go grunt. Oddziaływania od kładki były implementowane do modelu fundamentu w formie sił zewnętrznych – reakcji otrzymanych od konstruktora mostu.

Zaplanowano osadzenie stalowej konstrukcji na żelbetowych przyczółkach wkomponowanych w skarpy rzek Warty i Cybiny. Przyjęty układ statyczny skutkuje około siedmiokrotnie większymi reakcjami poziomymi niż pionowymi. Konieczne było zaprojektowanie fundamentu sztywnego, zwłaszcza w kierunku poziomym. W praktyce nie wykonuje się wielkośrednicowych pali kozłowych o nachyleniu gwarantującym przejęcie tak dużych sił poziomych generowanych przez przedmiotową kładkę. Dlatego opracowano rozwiązanie w formie masywnej konstrukcji oporowej: układu ścian szczelinowych o grubości 1,0 m i głębokości 24,0 m dla przęsła zachodniego oraz o głębokości 14,0 m dla przęsła wschodniego. W planie układ ten ma kształt grzebienia, którego ściana frontowa o szerokości 16,0 m mobilizuje odpór w podłożu gruntowym, natomiast cztery ściany poprzeczne o długości 14,5 m zapewniają przestrzenną sztywność układu. W efekcie fundament pod obciążeniem doznaje globalnego obrotu jako blok sztywny.

Problem związany z występowaniem bardzo dużych sił poziomych komplikował fakt, że górne partie podłoża (do ok. 8,0 m p.p.t.) stanowią nasypy niekontrolowane oraz grunty organiczne, w których – z uwagi na niskie parametry geotechniczne – mobilizuje się niewielkie parcie bierne. Dlatego też w celu dalszej redukcji przemieszczeń zamiast zwiększania gabarytów fundamentu zaplanowano bardziej efektywne rozwiązanie: wzmocnienie ściśliwych warstw podłoża w technologii jet grouting. Kolumny jet grouting o średnicy 2,0 m i długości 11,3 m zaprojektowano w rozstawie 1,7 m x 1,7 m, tak aby utworzyły sztywny blok cementogruntu przed czołem fundamentu. Układ trzech rzędów kolumn w zwiększającej się szerokości zapewnia, oprócz większego odporu za ścianą fundamentu, lepszą dystrybucję naprężeń poziomych na szerszy odcinek podłoża gruntowego.

Galeria