Realizacja II etapu rozbudowy ul. Igołomskiej w Krakowie została zakończona. Inwestycja o wartości 294 mln zł obejmowała nie tylko dwupasową ulicę, ale również linię tramwajową, parkingi, przebudowę infrastruktury technicznej ArcelorMittal Poland, tunel oraz wiadukty kolejowe i drogowe. W niniejszym artykule opisujemy jedno z wyzwań, które stanęło przed zespołem wykonawczym podczas realizacji zadania.

Ulica Igołomska, mierząca prawie 9,3 km jest częścią drogi krajowej nr 79 i drogą wylotową z Krakowa w stronę Sandomierza oraz Niepołomic. W kwietniu 2017 r. rozpoczęto II etap rozbudowy ul. Igołomskiej na długości 7,4 km. Rozbudowę tego odcinka zakończono w grudniu 2022 r. Inwestycję wykonano w ramach realizacji konwencji „buduj”. Wykonawcą było konsorcjum, w skład którego weszły trzy firmy: ZUE S.A., Przedsiębiorstwo Budownictwa Inżynieryjnego „Energopol” sp. z o.o. oraz Przedsiębiorstwo Inżynieryjne „IMB – Podbeskidzie” sp. z o.o. Z uwagi na konieczne i ciągłe zmiany organizacji ruchu, które powodowały problemy komunikacyjne i generowały kolejki pojazdów w ruchu ulicznym, zakończenie inwestycji było wyczekiwane nie tylko przez inwestora, ale przede wszystkim przez mieszkańców tego obszaru. Pierwotnie oczekiwanym terminem zakończenia realizacji był rok 2019. Zaistniała w trakcie rozbudowy konieczność przeprojektowania i wykonania dodatkowych robót przyczyniła się do późniejszego terminu zakończenia inwestycji. W ramach dodatkowych i koniecznych prac, wykonano wzmocnienie pod zaprojektowanymi konstrukcjami nawierzchni. Ostatecznie, pomimo zaistniałych niedogodności, rozbudowę ul. Igołomskiej z sukcesem zakończono w grudniu 2022 roku.

FOT. 2. | Zdjęcie obrazujące słabe grunty pylaste, brak stateczności skarp, fotografia wykonania po ukończeniu budowy obiektu. Fot. z archiwum firmy

Rozbudowa polegała na budowie dwóch nowych jezdni na całym odcinku w klasie drogi głównej G 2/2 + pasy serwisowe i drogi dojazdowe. Oprócz dużego zakresu przebudowy infrastruktury, budowa nowych jezdni objęła swoim zakresem konieczność wykonania nowych, ciekawych obiektów inżynieryjnych. Wiele z nich należało do firmy ArcelorMittal i były wykorzystywane w procesie przemysłowym kombinatu metalurgicznego. Wśród nowych obiektów znalazł się również wiadukt WD-05, przeprowadzający ul. Igołomską pod rondem łączącym drogi dojazdowe. Przed rozpoczęciem budowy oraz podczas wstępnego planowania prac, zespół wykonawczy nie spodziewał się wielu problemów przy pracach nad tym obiektem. Obiekt dwuprzęsłowy zaprojektowano w konstrukcji ramowej o rozpiętości niewiele ponad 20 metrów i szerokości 14 metrów. Ze względu na korzystne warunki gruntowe obiekt był zaprojektowany z posadowieniem pośrednim na podłożu wzmocnionym kolumnami DSM. Według zapisów w dokumentacji projektowej wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie po 28 dniach cementogruntu w  kolumnie powinna była wynosić 1,5 MPa. Wystarczająco zatem, żeby posadowić na nim tej wielkości obiekt. Bardzo szybko jednak stało się jasne, że obiekt
WD-05 oraz w ogóle grunty pod inwestycją przysporzą zespołowi znacznie więcej problemów niż zakładano na wstępie.
Podczas standardowego wykonywania sond potwierdzających wyniki geologiczne okazało się, że warunki gruntowe na terenie inwestycji uległy znacznemu pogorszeniu. Sprawdzające sondowanie CPT-u wykonane w rejonie obiektu WD-05 wykazało, iż w podłożu gruntowym do głębokości 9,0 m zalegają grunty głównie spoiste (gliny, gliny pylaste) w stanie plastycznym i miękkoplastycznym nawodnione. Na głębokości ok. 7,0 – 9,0 m zalegał pakiet gruntów organicznych, które były „najsłabszą” warstwą w podłożu. Istniało niebezpieczeństwo, że podczas pogłębiania wykopów mogłoby wystąpić zjawisko „odprężania” podłoża, co dla tego typu gruntów charakteryzowałoby się znacznym pogorszeniem parametrów mechanicznych i odkształceniowych warstw gruntowych. Wykonywanie kolumn DSM w gruntach organicznych i miękkoplastycznych niesie za sobą szereg trudności wykonawczych. Warstwy glin w stanie miękkoplastycznym, silnie nawodnione, przyklejają się do mieszadeł uniemożliwiając jednorodne wymieszanie gruntu z cementem w kolumnie DSM. Dodatkowo napór nawodnionych gruntów w stanie miękkoplastycznym powoduje zaciśnięcie wykonanej kolumny DSM, już po usunięciu z otworu wiertła z mieszadłem, powodując brak możliwości zachowania projektowanej średnicy kolumny. Grunty miękkoplastyczne nie mają właściwości wspierających formowaną kolumnę DSM, co powoduje brak jej stateczności pionowej. W przypadku obiektu WD-05 grunty zalegające w poziomie posadowienia charakteryzowały się również wyjątkowo wysoką tiksotropią. Gdyby nawet jednak udało się wykonać kolumny DSM, przeciętne wytrzymałości charakterystyczne cementogruntu kolumn uzyskiwane w tego typu gruntach wynoszą około 0,5 [MPa], czyli dużo mniej niż zakładała dokumentacja wyjściowa.

FOT. 3. | Postęp prac przy wykonywaniu ścian szczelinowych S-IMB dla obiektu WD-05. Fot. z archiwum firmy

W związku z powyższym zlecono wykonanie pełnej analizy warunków geotechnicznych całego obszaru inwestycji na dzień prowadzenia budowy. Analizę przeprowadził zespół pod kierunkiem prof. dr. hab. Inż. Bogumiła Wrana. Stwierdzono, że stan gruntów w wyniku wahań zwierciadła wody gruntowej uległ między rokiem 2010 (gdy wykonywano pierwotną analizę) a 2017 (gdy rozpoczęto prace budowlane) niekorzystnym zmianom i mógłby źle wpłynąć na budowę drogi oraz niektórych obiektów. Nowe dane wykazały, że warunki gruntowe w  okolicach obiektu mostowego WD-05 były bardzo niekorzystne. W podłożu zalegały grunty wykazujące bardzo dużą odkształcalność i  niskie parametry wytrzymałościowe. W poziomie posadowienia drogi oraz obiektu mostowego WD-05 występowały bardzo słabe warstwy gruntów organicznych o znacznej miąższości. Również z punktu widzenia hydrogeologicznego omawiany obszar prezentował się negatywnie. Najbardziej istotnym problemem była występująca w podłożu woda gruntowa o zwierciadle silnie napiętym. Jak wskazywały badania i analiza, napór hydrauliczny w rejonie obiektu WD-05 wynosił 6,70 m. Przy tak dużej wartości naporu hydraulicznego i  zalegających w  dnie wykopów gruntów półprzepuszczalnych pylastych i  organicznych należało liczyć się z  powstaniem przebicia hydraulicznego i brakiem zapewnienia stateczności dna wykopów. Analiza zwracała również uwagę na makroporowatość zalegających pyłów i glin pylastych ze względu na ich pochodzenie eoliczne (lessy), co zapewne mogło skutkować ich zapadowością. Makroporowatość mogła również powodować znaczne i  nieprzewidywalne osiadanie pod wypływem zmian wilgotnościowych i wahań zwierciadła wód gruntowych. Z badań wynikało zatem, że teren jest bardzo wrażliwy na niewielkie zmiany wilgotności, co mogłoby generować wahania osiadań podłoża gruntowego drogi w efekcie nieuniknionych okresowych zmian warunków hydrogeologicznych i zmian wilgotności. Inną cechą lessowych pyłów i glin pylastych zalegających w podłożu była ich wrażliwość na sufozję, która jest przyczyną „wymywania” przewarstwień bardziej wrażliwych pyłów i związanych z tym zmian strukturalnych podłoża. Ze względu na duże miąższości warstw tego typu w podłożu gruntowym, należało uwzględnić reakcje tam zachodzące.
Wnioski analizy zalecały wzmocnienie gruntów na całej długości inwestycji, jak również przeprojektowanie posadowienia obiektu WD-05 wraz z zabezpieczeniem skarp w taki sposób, aby uzyskać odpowiedni współczynnik stateczności. Grunty u podnóża skarp sklasyfikowano jako spoiste słabonośne oraz organiczne, stanowiące potencjalną płaszczyznę poślizgu dla skarp. Istniało poważne ryzyko utraty ich stateczności.
Ze względu na opisane problemy należało zrezygnować ze wzmacniania podłoża kolumnami DSM. W zamian za to zaprojektowano głębokie posadowienie obiektu na ścianach szczelinowych. Żeby jednak usprawnić proces oraz zabezpieczyć ściany szczelinowe przed nieszczelnością, zdecydowano się na wykonanie ścian w autorskiej technologii Przedsiębiorstwa Inżynieryjnego „IMB-Podbeskidzie” o nazwie S-IMB.
Bardzo często w trakcie betonowania ścian szczelinowych dochodzi do rozsegregowania betonu. Zdarza się to zwłaszcza w miejscach przerw technologicznych, stykach poszczególnych sekcji, w miejscach przechodzenia przez grunty organiczne lub przy bardzo uwarstwionym i trudnym podłożu gruntowym. Zazwyczaj problem ten jest rozwiązywany poprzez wykonywanie tzw. „kurtyn” doszczelniających na stykach sekcji lub w miejscach, gdzie występuje przebicie hydrauliczne podczas odkopywania ściany szczelinowej. Prace te są jednak bardzo kosztowne i pracochłonne, a nierzadko wymagają dodatkowego sprzętu w postaci wiertnicy do wykonania otworu iniekcyjnego. Nieumiejętnie wykonana naprawa może jednak obniżyć statyczność gruntów wokół ścianki i doprowadzić do awarii budowlanej. Technologia S-IMB zapobiega tego typu sytuacjom. Biorąc pod uwagę trudne warunki gruntowe, zdecydowano się wykorzystać właśnie tę autorską technologię i zminimalizować ryzyka późniejszych napraw lub awarii.
Technologia S-IMB oprócz nowatorskiego rozwiązania w zakresie sposobu i procedury odzyskiwania bentonitu, wykorzystuje autorskie rozwiązanie elementów rozdzielczych sekcji tj. złącze IMB-IS, które charakteryzuje się następującymi cechami:
a)    gwarantuje właściwe prowadzenie chwytaka w trakcie głębienia sąsiedniej sekcji;
b)    umożliwia instalację dodatkowych taśm uszczelniających;
c)    pozwala na dowolność realizacji poszczególnych odcinków ściany – do wykonania sekcji wtórnej możemy przystąpić w dowolnym momencie, bez wpływu na jakość złącza;
d)    co najważniejsze – element ten, dzięki rozprowadzeniu na całej długości elementu rozdzielczego dysz iniekcyjnych, pozwala nam wykonać dodatkową ciśnieniową iniekcję uszczelniającą, gwarantującą szczelne zabezpieczenie sekcji, który to element usuwany jest przed zabetonowaniem sekcji sąsiedniej, stanowiąc pionowe deskowanie sekcji pierwotnej.

Element rozdzielczy posiada dodatkową instalację, która pozwala na wtłoczenie w miejsce styku iniektu cementowego lub cementowo-bentonitowego umożliwiającego doszczelnienie tego miejsca. W ten sposób do absolutnego minimum sprowadza się możliwość rozszczelnienia ścianek, a tym samym problemy na dalszych etapach budowy.
Nowo zaprojektowany sposób posadowienia obiektu okazał się dobrym wyborem. Technologia S-IMB pozwoliła w szybki i bezawaryjny sposób na wykonanie głębokich na 14 oraz 16 m ścianek i oparcie na nich reszty konstrukcji obiektu.
Pogorszone warunki gruntowe przysporzyły zespołowi wykonawczemu jeszcze kilku trudności na przestrzeni całej inwestycji, ale jest to już temat na inne artykuły. Jakie wnioski płyną z naszego doświadczenia? Przy projektowaniu posadowień należy brać pod uwagę dużą losowość i zmienność gruntów w obrębie pra-koryta rzeki Wisły. W naszym wypadku, zmieniające się warunki gruntowe i hydrauliczne oznaczały spore zmiany na przestrzeni całej inwestycji, a w przypadku obiektu WD-05 zupełne przeprojektowanie sposobu posadowienia. Na szczęście doświadczenie przy innych trudnych obiektach inżynierskich sprawiło, że mogliśmy odpowiednio dobrać technologię wykonania posadowień i z sukcesem ukończyć zarówno obiekt, jak i – wraz z konsorcjum – całą inwestycję.