Бетонска дијафрагма – заштита на ископувањето и водонепропустлива мембрана

Реализацијата на проектот за изградба на деловна зграда ЕЛЕМ во Скопје, во строгиот центар на градот, спроти старата железничка станица и хотелот Бристол, е вистински предизвик за која било градежна компанија. Пред сè поради проблемите со кои таа би се соочила, меѓу кои и заштитата на темелната јама. Инвеститорот бараше од изведувачот на работите да предложи решение за заштита на темелната јама, да го изготви проектот и врз основа на ревидираниот проект да ги изведе работите. Инженерите на СТРАБАГ, откако ја прегледаа добиената проектна документација, заклучија дека во проектот за темелната јама потребно е да се решат повеќе проблеми. Станува збор за стабилноста и сигурноста на станбената кула висока 40 метри, која е во непосредна близина на идната темелна јама, потоа присуството на подземна вода која е на длабочина од шест до седум метри од постоечката кота на теренот, па границата на парцелата, градежната линија и регулационата линија, кои во голем дел се преклопуваат. Најголема широчина на темелната јама е 22 метри.

ГЕОЛОШКА СИТУАЦИЈА

Според постојните податоци од геолошките истражувања и геомеханичките истражувања извршени за потребите на изградбата на објектите, констатирано е дека теренот на локацијата е изграден од: насип со дебелина од три до четири метри, алувијални чакали и песоци со дебелина од четири до 26 метри и неогени седименти: лапори, лапоровити глини, песочници, лапорци и глинци кои се појавуваат на длабочина од седум до 30 метри, а нивната дебелина е поголема од 500 метри.

РЕШЕНИE ЗА ЗАШТИТА НА ТЕМЕЛНАТА ЈАМА

Решението заштита на темелната јама со шипови, кое е вообичаено во градското подрачје, овде не можеше да биде применето поради високото ниво на подземните води. Неконтролираното испумпување на вода од темелната јама, може да доведе до суфозија на земјиштето под соседната станбената кула и на тој начин да ја загрози нејзината стабилност. СТРАБАГ ангажираше две групи на независни стручни лица кои се специјализирани за технологија на заштита на темелните јами. Како решение предложена е бетонска дијафрагма со потпирање на челични распонки.

Поставено е уште едно прашање, а тоа е: дали дијафрагмата треба да биде дел од идната конструкција на зградата или таа треба да служи како заштита на јамата? Иако во сеизмолошка смисла подобро е бетонската дијафрагма да биде дел од конструкцијата, тоа решение има недостаток затоа што е тешко да се најде соодветно решение за хидроизолација. Крајна одлука беше, дијафрагмата да служи како заштита на темелната јама и хидроизолацијата да се направи непрекинато.

Како што веќе наведовме, геомеханичкиот елаборат покажа постоење на чакал во горните и лапор во долните зони на тлото. Со оглед на тоа што лапорот е водонепропустлив, идејата беше дијафрагмата да се направи до лапорот и да навлезе во него еден до два метри. На тој начин би се создала водонепропустлива преграда и практично би било спречено навлегување на вода во темелната јама. Длабочината на лапорот во одредени зони на парцелата значително се разликува – некаде на две третини од парцелата лапорот се наоѓа на осум метри од котата на постоечкиот терен, а на една третина тој е на длабочина од  32 метри.

На слика бр.1 е прикажана развиена површина на дијафрагмата со составот на  земјиштето, каде што со светлосина е означен чакалот, со темносина конгломератот, а кафеава боја го означува лапорот.

Слика бр.1- Развиен профил на дијафрагма

Статичката пресметка покажа дека од конструктивни причини доволна е дијафрагма од 19 метри, меѓутоа со оглед на тоа што таа требаше  да претставува и водонепропустлива преграда во зоните каде што лапорот е многу длабоко, беше неопходно нејзината должина да се зголеми до 34 метри. Висината на арматурните кошеви (14,5 метри) е еднаква на целиот обем на дијафрагмата (која е со вкупна должина од 172 метри). Во зоните каде што лапорот се наоѓа на голема длабочина, 18 метри од дијафрагмата останува неармирана, бидејќи нејзината функција е да претставува водонепропустлива преграда во чакалот. На тој начин го заштитивме инвеститорот од непотребни дополнителни трошоци.

КАРАКТЕРИСТИКИ НА СЦЦ БЕТОНОТ КАКО МАТЕРИЈАЛ

СЦЦ е посебен бетон со иновативни функции кои значително го издвојуваат од кој било друг тип на бетон. Користењето на самоливни СЦЦ бетони овозможува поголема продуктивност и пократко време за вградување. Флуидноста на бетонот и добрата отпорност на сегрегација на компонентите во текот на вградување, осигуруваат дека конечниот производ ќе има хомогена структура, минимална количина на празнини, изедначена цврстина на притисок и висок квалитет на завршната површина. Тоа на крајот доведува до зголемена трајност на конструкциите изработени од самолив (СЦЦ) бетон.

Стандардното мерење сламп на бетонот не може да се примени бидејќи свеж СЦЦ не може да стои вертикално, па неговата конзистенција се одредува така што бетонот од конусот се исипува на рамна подлога (Слика бр.2) и се мери пречникот на добиената површина. Вообичаено е пречникот да е од 46 до 76 сантиметри.

Слика бр.2 – Стандардното мерење слумп на СЦЦ бетонот

Бетонирањето на дијафрагмата е направено со СЦЦ-бетон, кој го  карактеризира висока марка на бетон и извонредна водонепропустливост. Врз основа на испитувањето на примероците, добиената водоотпорност на примероците на СЦЦ бетонот е 12 бари, додека цврстината на притисок изнесува 50 до 60 Mpa.

ТЕХНОЛОГИЈА ЗА ИЗРАБОТКА НА БЕТОНСКА ДИЈАФРАГМА

 Слика бр.3 – Бетонска дијафрагма

Технологијата за изработка на дијафрагма првенствено подразбира подготовка на платформата по која ќе се движи механизацијата за нејзина изработка. Следен чекор е изработка на две воведни греди кои претставуваат водилки за ископ. Должината на гредата е еднаква на вкупната должина на дијафрагмата.

Ископот на дијафрагмата се врши во кампади, со машина за копање (слика бр.4) која има специјална грајферска лажица (корпа), а заедно со напредувањето на ископот во дупката се додава и бентонитна суспензија која има задача да спречи одронување на земјиштето во ископаната дупка.

Слика бр.4 – Машина за копање

По завршеното ископување на една кампада на дијафрагмата, во дупката со авто-дигалка се спушта „stop-end“ метален профил кој е поставен вертикално со основната улога за да обезбеди добра врска со двете соседни кампади, и на тој начин да спречи продирање на водата (слика бр.5), а потоа и арматурниот кош кој според статистичките пресметки е тежок околу 2,5 тони (слика бр.6).

Знаејќи дека спојот помеѓу кампадите е најосетливо место во дијафрагмата, инженерите на СТРАБАГ разгледаа повеќе опции за врска помеѓу соседните кампади во комбинација со типот на бетон, сè со цел добивање на водонепропустлива преграда, која ќе овозможи ископ во сува средина. Земајќи ја предвид и економичноста на решението, заклучено е дека металниот профил „stop-end“ прикажан на Слика бр.5 е оптимално решение.

Слика бр. 5 –  Mеталниот профил „Stop End“   

Слика бр. 6 – Кафез

Следен чекор во изработката на една кампада на дијафрагмата е нејзиното бетонирање (слика бр.7) кое се изведува со контракторска постапка. Цевката се спушта во бентонитната суспензија до дното на ископот на кампадата. Како што се напредува со бетонирањето, цевката полека се подига, а бетонот ја истиснува бентонитната суспензија. Последен чекор во изработката на една кампада е извлекување на металниот профил („stop-end“).

Со динамиката на работите беше дефинирано дневно да се работат по две мали кампaди на дијафрагмата со должина 19 метри, или една со должина 30-32 метри.

Слика бр.7 –  Бетонирање на дијафрагмата

Технологијата на напредување со изработката на дијафрагмата подразбира кампадите да се работат од двата краја (агли) со еден потег и со неизменично бетонирање на кампдата од едниот до другиот крај да се приближуваме до кампадата што се наоѓа на средината на распонот. Императив беше ископаната кампада да се избетонира во текот на денот од безбедносни причини и заради стабилност на соседниот објект.

Бентонитната суспензија со текот на времето почнува да се таложи (седиментира) и на тој начин почнува да губи од густината и можноста да спречи одронување на земјата во ископаната дупка, затоа е потребно суспензијата постојано да се меша во резервоарот каде се чува. Првата кампада е направена на 22 октомври 2013-та, а последната на 16 јануари 2014 година.

Во текот на изведување на работите се појавија повеќе објективни проблеми кои влијаеа на прогресот на работите. Прво, во одредени зони се појави конгломерат, така што ископот на таа кампада на дијафрагмата траеше четири дена. Количината на бентонитот во ископаната кампада перманентно беше контролирана. Второ, поради околностите еден „stop-end“ остана заробен во тлото, така што спојот на тие две кампади (од надворешна страна) е направен шип, за да се спречи продирање на вода помеѓу кампадите.

По завршеното ископување може да се рече дека успешноста на изработката на дијафрагмата (во поглед продирање на вода) е висока со оглед на тоа што протекувањето на вода (ограничена должина три метри) се појави само на еден спој (слика бр.8) помеѓу две кампади (од вкупно 72 спојувања).

Слика бр. 8 – Протекувањето на вода помеѓу две кампади

Овој факт укажува дека изборот на СЦЦ бетонот од страна на СТРАБАГ (како материјал за изработка на дијафрагмата) беше оправдан. Во извесни зони по висината на дијафрагмата се појави влага која не пречеше при ископот на темелната јама.

Потенцијално најосетливи места, и по прашање стабилност и продор на вода низ дијафрагмата, се аглите и многу е важно на тие места (на местата кај аглите) дијафрагмата да не се прекинува туку тоа да биде една кампада.

Откако е завршена изработката на сите кампади од дијафрагмата, поврзувањето на 72 кампади е направено со поврзна греда.

ИСКОП НА ТЕМЕЛНАТА ЈАМА

Пред почетокот на ископот на темелната јама, поставени се репери на поврзната греда и извршено е нулто геодетско мерење на нивната положба. Исто така, извршено е и нулто геодетско мерење на положбата на соседната станбена кула.

Секое следно геодетско мерење на положбата на реперите на поврзната греда и на соседната кула беше поврзано со напредокот на работите на ископот.

Oдносот меѓу висината (14метри) и должината на темелната јама (70 метри) е неповолен. Од таа причина, користена е лента за транспорт на ископаниот материјал на врвот на темелната јама.

Би сакал да нагласам дека оваа лента е проектирана од страна на инженерите на СТРАБАГ, произведена специјално за овој проект и ќе може да се користи и на идните проекти каде што не е можно да се направи достапен пат за кипери.

Како заклучок од целата работа, може да се каже дека искуството со бетонската дијафрагма е исклучиво позитивно затоа што освен за заштита на ископувањето, таа послужи и како водонепропустлива мембрана. Одлуката дијафрагмата да се направи од водонепропустливите слоеви (лапорот) се покажа како исправна затоа што во текот на ископувањето на првата половина на темелната јама (ископот на лапорот) се појави многу вода заробена во чакалот. Со оглед на тоа што во текот на ископувањето на лапорот сета вода се процеди, а бидејќи беше спречено дотекување на вода од надворешна страна на дијафрагмата, ископувањето во чакалот беше многу брзо завршено затоа што остана практично сув материјал (природно влажен).

Предраг Јеремиќ, дипл.инж.арх.