Ścieżka w koronach drzew w Ciężkowicach – posadowienie na mikropalach

Charakterystyka obiektu

Ścieżka w koronach drzew w Ciężkowicach wraz z edukacyjnym szlakiem nietoperzowym jest częścią szerszego projektu o nazwie Ziemia – Woda – Powietrze Małopolskie Centrum Edukacji Ekologicznej, które tworzą spójną całość przyrodniczo-edukacyjną.

Ścieżka jest zlokalizowana na wysokości 370 m n.p.m. w lesie Rakutowa i tworzy trasę o długości 1020 m. Wzdłuż ścieżki rozlokowanych zostało osiem przystanków edukacyjnych (ekologiczno-przyrodniczych), sześć niewielkich przystanków sprawnościowych oraz punkty widokowe, z których można podziwiać panoramę Pogórza Ciężkowickiego, m.in. Pasmo Brzanki (Morgi, Międzoń, Brzanka; ryc. 1).

Ścieżka, przebiegająca początkowo po terenie, stopniowo wspina się wyżej na wysokość 17 m, by osiągnąć maksymalnie poziom ok. 22 m nad ziemią i meandrując pomiędzy drzewami ponad istniejącymi jarami, opada i wznosi się ponad terenem w zależności od jego rzeźby.

Kładkę stanowiącą konstrukcję ścieżki turystycznej zaprojektowano jako konstrukcję stalową, belkową, wspartą na słupach, a konstrukcja samego pomostu również jest stalowa, obłożona drewnem (ryc. 2). Główną konstrukcję wsporczą stanowi układ słupów w postaci kształtowników stalowych, gorącowalcowanych, o przekroju rurowym, ułożonych w nieregularny sposób w rozstawie osiowym wynoszącym ok. 10 m. W związku ze zmiennym ukształtowaniem terenu słupy stalowe mają wysokość zróżnicowaną od 6,0 m do 16,5 m.

Posadowienie słupów ścieżki w koronach drzew zaprojektowano w sposób pośredni przy zastosowaniu układu mikropali zwieńczonych żelbetowym oczepem. Założono, że mikropale zostaną utwierdzone w podłożu skalnym na głębokość zapewniającą uzyskanie wymaganej nośności. Z uwagi na nieregularny przebieg ścieżki, ukształtowanie terenu i zmienność warunków geotechnicznych uwzględniono konieczność dostosowania podczas realizacji robót długości i liczby mikropali do rzeczywistych warunków w danej lokalizacji.

Warunki geotechniczne

Podłoże w rejonie ścieżki tworzą utwory fliszowe zbudowane z piaskowców, łupków, mułowców i rogowców oraz ich zwietrzelin. W rozpoznaniu dominują pyły i gliny pylaste w stanie twardoplastycznym i plastycznym. Zwietrzeliny łupków ilastych i mułowcowych wykształcone są głównie jako iły z domieszkami okruchów skał macierzystych w stanie twardoplastycznym i półzwartym. Lokalnie nawiercono strop skały twardej piaskowca. Otwory geologiczne wykonane w miejscach projektowanych słupów określiły granicę pomiędzy silnie skompaktowanymi utworami zwietrzelinowymi a podłożem zbudowanym ze skał fliszu karpackiego.

W podłożu gruntowym nie stwierdzono ciągłego poziomu wodonośnego ani sączeń. Na obszarze inwestycji nie wykryto również objawów aktywności osuwiskowej.

Wyzwania

Posadowienie słupów o lekkiej konstrukcji stalowej i stosunkowo niedużych obciążeniach nie jest zadaniem szczególnie skomplikowanym. Jednak w przypadku przedmiotowej inwestycji warunki realizacji oraz pewne utrudnienia napotkane w trakcie realizacji  istotnie podniosły poziom trudności zadania budowlanego.

Po pierwsze, podłoże fliszowe jest zawsze bardzo selektywnym filtrem ograniczającym wybór technologii, które można zastosować, aby uzyskać wymaganą nośność i jakość mikropali. Tutaj dodatkowym utrudnieniem jest teren, który w rejonie ścieżki jest niezagospodarowany, porośnięty lasem i o bardzo zróżnicowanym ukształtowaniu. Charakteryzują go znaczne różnice wysokości (do 21 m) spowodowane występowaniem jarów głęboko wcinających się w podłoże (ryc. 3). Na dnie niektórych z nich pojawia się okresowo woda. Nie pozwala to na pracę sprzętu budowlanego o dużych gabarytach oraz rozbudowane zaplecze techniczne. W końcu – z uwagi na zmienny charakter obciążeń (wciskanie / wyciąganie) wymagana jest technologia zapewniająca odpowiednią charakterystykę pracy mikropali w obu kierunkach i w długim okresie.

Biorąc powyższe zagadnienia pod uwagę, przyjęto początkowo posadowienie bloków fundamentowych na zespołach mikropali samowiercących TITAN. Rozwiązanie oparto na typach TITAN 40/20 i 40/16 o długościach od 4,5 m do 9 m i średnicy wiercenia 115 mm.

Jednak podczas realizacji robót mikropalowych warunki okazały się w pewnym stopniu odmienne od przyjętych założeń. W dużej mierze zmiana wynikała z trudności w dostępie do terenu prac na etapie rozpoznania. Zatem dopiero kiedy wykonane zostały prace wycinkowe związane z przygotowaniem drogi dojazdowej dla sprzętu budowlanego wzdłuż projektowanej ścieżki, możliwa była dokładna ocena warunków realizacji prac.

Podczas wykonywania wierceń próbnych mikropali stwierdzono rozbieżność warunków geologicznych panujących w podłożu w stosunku do oczekiwanych. Zasadniczo nie dowiercono się do zakładanego stropu podłoża skalistego, stąd konieczna była weryfikacja założeń obliczeniowych i przyjęcie, że podłoże w strefie odziaływania fundamentów w całości zbudowane jest z gruntów spoistych (nieskalistych).

Dodatkowo jako że dojazd wykonano w formie podcięcia istniejącego zbocza naturalnego i przemieszczenia powstałego w ten sposób urobku w stronę doliny, utworzono tym samym nasyp niebudowlany o zmiennej miąższości i zasięgu. Miąższość nasypu sięgała miejscami 2,5 m, a na mocno nachylonych zboczach nawet 5,0 m. Podłoże takie stanowi istotne utrudnienie dla poprawnego betonowania bloków, a w wypadku jego wymycia (w miejscach znacznego pochylenia terenu) przez przepływające wody opadowe lub cieki tymczasowe może to prowadzić do odsłonięcia żerdzi zbrojących mikropale i ich wyboczenia.

Ostatecznie po konsultacjach zespołu projektantów i wykonawców ustalono kierunek rewizji projektu zapewniający jak najszybsze rozwiązanie problemu przy możliwie najmniejszym nakładzie czasu i kosztów. W kwestii posadowienia mikropali konieczne było dostosowanie dobranych parametrów mikropali do rzeczywistych warunków geologicznych i realizacji prac częściowo w nasypach niebudowlanych i (lub) na stromym zboczu.

I tutaj technologia samowiercących mikropali wykazała swoje atuty – ogromną elastyczność. Mimo dość istotnych zmian w założeniach wejściowych, w tym pewnych zmian w obciążeniach, dokonano poprawek jedynie w kwestii długości mikropali oraz częściowo zmiany typu żerdzi. Tak niewielki zakres modyfikacji zminimalizował również zakres koniecznych zmian konstrukcji samych bloków fundamentowych.

Podstawowe informacje o projekcie

• Budowa przyrodniczo-edukacyjnej ścieżki w koronach drzew wraz z edukacyjnym szlakiem nietoperzowym w ramach projektu Ziemia – Woda – Powietrze Małopolskie Centrum Edukacji Ekologicznej w Ciężkowicach
• Inwestor: Gmina Ciężkowice
• Projekt: Autorska Pracownia Projektowa Jerzy Wowczak oraz Signum Project Sp. z o.o., architektura: Jerzy Wowczak, konstrukcja: Stanisław Karczmarczyk
• Generalny wykonawca: Re Mar Renata Golonka, Gołkowice Górne
• Wykonawca robót geotechnicznych: Soley Sp. z o.o., Balice
• Projektant fundamentów mikropalowych: Magdalena Rysiewicz, Robert Sołtysik, Soley Sp. z o.o.
• Realizacja prac: luty 2022 r. – czerwiec 2023 r.

Posadowienie mikropalowe

Jak wspomniano, posadowienia zaprojektowano jako oparte na układzie iniekcyjnych, samowiercących mikropali TITAN. Specyfika procesu instalacji takich mikropali ogranicza ilość niezbędnych prac do minimum, zmniejszając zarówno rozmiar i liczbę angażowanego sprzętu, jak i czas realizacji prac. Pozwala jednocześnie przy zachowaniu reżimów technologicznych na wysoką jakość pracy, gwarantującą, że wykonane mikropale osiągną zakładane parametry pracy oraz trwałość nawet w tak trudnych warunkach geologicznych. 

Dla 106 słupów zaprojektowano fundamenty mikropalowe o następujących parametrach (ryc. 4):

• 3 typy oczepów o wymiarach od 1,6 x 1,6 x 0,6 m do 2,9 x 2,9 x 0,6 m i układ 4, 5 lub 8 mikropali w oczepie;
• TITAN 40/16 o długości 7,5–13,5 m i średnicy wiercenia 115 mm, w sumie 781,5 m.b.;
• TITAN 73/56 o długości 7,5–10,5 m i średnicy wiercenia 175 mm, w sumie 3520,0 m.b.

W pierwotnym rozwiązaniu zastosowano mikropale 40/20 i 40/16, L= 4,5–9 m, D = 115 mm. Zmiana długości mikropali wynika w dużej mierze z faktu, że pierwotnie przyjęto strop podłoża skalnego na głębokości do 3,0 m p.p.t, którego jednak podczas wiercenia mikropali próbnych nie stwierdzono.

Zasadniczo mikropale realizowane były z poziomu terenu rodzimego po ewentualnym odkopaniu nasypu (ryc. 5–7).

Jednak część mikropali, z uwagi na organizację prac, została wykonana z poziomu nasypu z tzw. pustym przewiertem o długości dostosowanej do miąższości nasypu. Blok fundamentowy był wtedy realizowany dopiero po usunięciu warstw nasypu niekontrolowanego do warstwy podłoża rodzimego. W takim przypadku zastosowano też inne warunki ochrony antykorozyjnej mikropali w rejonie przejścia z bloku żelbetowego w podłoże.

Zainstalowane mikropale w ramach badań odbiorczych zostały poddane próbnym obciążeniom statycznym na wyciąganie. Ich wyniki potwierdziły, że mikropale uzyskują wymaganą nośność, a charakterystyka ich pracy, tj. przemieszczenie – obciążenie, jest satysfakcjonująca.

Podsumowanie

Ścieżka w koronach drzew w Ciężkowicach to kolejny projekt, w którym jakość, uniwersalność i elastyczność systemu samowiercącego TITAN umożliwiła nie tylko skuteczną realizację prac w trudnych warunkach, ale też szybką adaptację rozwiązania do napotkanych w terenie przeszkód i zmian projektowych. W projektach o dużej złożoności i presji czasowej, nawet przy małej skali, nie ma miejsca na niedociągnięcia materiałowe, technologiczne czy wykonawcze. Kiedy konstrukcje geotechniczne są coraz bardziej śmiałymi wyzwaniami, a jednocześnie wymagania co do optymalizacji kosztów i czasu są coraz większe, te kwestie są wyjątkowo istotne. Opisany przykład pokazuje również znaczenie zaangażowania i współpracy wszystkich uczestników procesu budowlanego dla jego powodzenia.

Podziękowania

Ta realizacja nie byłaby możliwa bez firm Re Mar Renata Golonka oraz Soley Sp. z o.o. Dziękujemy za owocną kooperację w czasie budowy oraz dostarczenie dokumentacji technicznej i informacji pomocnych w przygotowaniu samego artykułu.

Jesteśmy ogromnie wdzięczni wszystkim, z którymi mieliśmy przyjemność pracować nad tym projektem, i wierzymy, że to ścisłe współdziałanie wszystkich partnerów doprowadziło do jego sukcesu.

Projekt otrzymał główną nagrodę w kategorii geotechnika w konkursie infraLIDER, którego rozstrzygnięcie miało miejsce 24 kwietnia 2024 r. w Krakowie podczas infraDAYS 2024 Expo & Multi-Conference.