Obiekty zabytkowe zlokalizowane w centrum miast bardzo często zyskują nowe role, pełnią funkcje budynków użyteczności publicznej i stają się ważnymi punktami w zagospodarowaniu przestrzeni miast. Generuje to wiele zadań i problemów wynikających z potrzeby ich modernizacji w celu dostosowania do standardów funkcjonowania zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami budowlanymi oraz zapewnienia im nowoczesnych funkcji użytkowych. Należy bowiem pogodzić ochronę składowych zespołu budynków przed zmianami i konieczność zachowania ich w postaci ukształtowanej w przeszłości z potrzebą adaptacji i przekształcenia do potrzeb związanych ze współczesnym funkcjonowaniem miasta. Przed takimi wyzwaniami stanęli projektanci zaplanowanej przez inwestora przebudowy i rozbudowy zabytkowego obiektu Teatru im. Stefana Żeromskiego w Kielcach, zlokalizowanego przy ulicy Sienkiewicza 32.

Teatr im. Stefana Żeromskiego w Kielcach, czyli zabytkowa kamienica, dawny „Hotel Polski”, istnieje od 1945 r. i jest jedną z najstarszych scen teatralnych w Polsce. Jej budowa rozpoczęła się w 1877 roku. Sala teatralna mogła pomieścić do 700 widzów, poza tym w zespole budynków znajdowała się również część hotelowa z restauracją, stajnią i wozownią. Po I wojnie światowej nazywał się Teatrem Polskim, potem przemianowano go na Teatr Żołnierski, a następnie na Teatr Polski w Kielcach. Po II wojnie światowej zaczęto go nazywać Teatrem Województwa Kieleckiego, a od 1949 r. nosi nazwę o dzisiejszym brzmieniu. Budynek Teatru mieści się w mocno zurbanizowanej, reprezentacyjnej arterii kieleckiego śródmieścia wpisanej do rejestru zabytków.

Fot. 1 Podchwycona ściana Soilcrete®. Fot. Keller Polska

Potrzeba modernizacji zespołu budynków Teatru, a jednocześnie ograniczona powierzchnia własności oraz ograniczone możliwości „wyjścia” z rozbudową poza zabytkową bryłę zespołu budynków, wymusiły zaprojektowanie dwóch kondygnacji podziemnych w ramach istniejącej zabudowy. Pojawiła się zatem konieczność dobrania i zaprojektowania odpowiedniego, kompleksowego zabezpieczenia wykopu fundamentowego. Konstrukcja zabezpieczenia wykopu fundamentowego musiała spełniać szereg funkcji. Po pierwsze, w związku z bardzo zurbanizowanym terenem inwestycji i bezpośrednim sąsiedztwem budynków niebędących przedmiotem przebudowy, konstrukcja zabezpieczenia wykopu musiała mieć odpowiednią sztywność zapewniającą wymagany poziom bezpieczeństwa dla przebudowywanego budynku oraz otoczenia, zarówno w fazie jej wykonywania, jak i użytkowania. Po drugie, szczególne ukształtowanie warunków gruntowych oraz wysoki poziom wód gruntowych wymuszały, aby konstrukcja zabezpieczenia wykopu zapewniała jej odpowiednią szczelność, umożliwiającą wykonanie prac budowlanych poniżej poziomu wód gruntowych. Po trzecie, trudne warunki logistyczne (w tym ograniczenie ruchu pojazdów w rejonie inwestycji wynikające z lokalnych uwarunkowań), powodowały konieczność dobrania odpowiedniej technologii wykonania konstrukcji obudowy wykopu oraz dobór sprzętu budowlanego o minimalnych gabarytach, aby całe zamierzenie było możliwe do realizacji w określonych ramach czasowych wynikających z harmonogramu inwestycji.

Fot. 2 Widok palisady z kolumn DSM. Fot. Keller Polska

Aby podołać wyżej opisanym wyzwaniom i zarazem spełnić zadane funkcje planowanej rozbudowy i przebudowy Teatru zaprojektowano i wykonano zabezpieczenie wykopu głównie w technologii iniekcji strumieniowej jet grouting (Soilcrete®). Jest to bardzo uniwersalna technologia stosowana w bardzo ograniczonej przestrzeni roboczej (doskonale sprawdza się wewnątrz budynków istniejących, gdzie inne technologie ze względu na gabaryt maszyn wiercących nie mają zastosowania), za pomocą której można dowolnie kształtować formę konstrukcji zabezpieczenia wykopów w postaci palisad czy bloków oporowych, wzmocnienia podłoża gruntowego w postaci brył podprawiających parametry podłoża gruntowego bezpośrednio pod istniejącymi fundamentami, podchwycenie fundamentów czy też wykonywanie pionowych lub poziomych przepon przeciwfiltracyjnych znacznie ograniczających napływ wody gruntowej do wykopu fundamentowego. Soilcrete® jest metodą polegającą na lokalnym rozluźnieniu struktury podłoża przez rozpłukanie za pomocą wysokoenergetycznego strumienia iniektu lub wody, przy jednoczesnym wymieszaniu gruntu zalegającego w podłożu z materiałem iniekcyjnym, zwykle zaczynem cementowym, tworząc w ten sposób określone formy cementogruntowe. W zależności od potrzeb oraz rodzajów gruntu, wykorzystuje się jedną z trzech metod: system pojedynczy (iniekcja z wykorzystaniem wyłącznie zaczynu iniekcyjnego), system podwójny (zaczyn podawany jest w otulinie sprężonego powietrza) lub system potrójny (do erozji służy strumień wody z otuliną powietrzną do iniekcji, osobnym kanałem podawany jest zaczyn cementowy). Geometria brył oraz własności fizyczne cementogruntu określane są w oparciu o wymagania projektowe i parametry podłoża. Istotną rolę w obliczeniach odgrywa podatność gruntów na erozję i mieszanie ze spoiwem. Zazwyczaj grunty niespoiste są bardziej podatne na erozję przy użyciu iniekcji strumieniowej niż grunty spoiste.

Przy pomocy technologii Soilcrete® zostały podchwycone fundamenty budynku istniejącego, by zapewnić ich nośność w fazie użytkowej, a w rejonie, gdzie zaprojektowano dwie kondygnacje podziemne, bryły cementowogruntowe stanowiły jednocześnie pionową barierę przeciwfiltracyjną, uniemożliwiającą napływ wody gruntowej do wykopu. W technologii Soilcrete® wykonana została też pozioma przesłona przeciwfiltracyjna. Projekt zakładał jej wykonanie na głębokości 10 m od poziomu terenu.

Rys. 1 Schemat zabezpieczenia wykopu. Źródło: Keller Polska

Jako uzupełnienie konstrukcji zabezpieczenia wykopu na obszarze dziedzińca budynku Teatru została wykonana obwodowa palisada z kolumn cementowogruntowych DSM zbrojonych profilami stalowymi dwuteowymi. Pomimo bardzo podobnego produktu finalnego, czyli cementogruntu, technologię mieszania gruntu na mokro, znaną również jako metoda wgłębnego mieszania gruntu (Deep Soil Mixing), wykonuje się nieco inaczej niż Soilcrete®. Mieszanie gruntu wykonywane jest za pomocą specjalnego mieszadła zamontowanego na klasycznej wiertnicy. W trakcie mieszania gruntu, poprzez dysze umiejscowione w dolnej części mieszadła, podawany jest pod ciśnieniem zaczyn cementowy, który wymieszany z gruntem tworzy tak zwany cementogrunt. W technologii DSM wykonuje się pojedyncze kolumny, rzędy kolumn lub też 100% masową stabilizację zwaną Mass Mixing. Wzmocniony grunt cechuje wyższa wytrzymałość, niższa wodoprzepuszczalność i niższa ściśliwość w porównaniu do rodzimego ośrodka. Palisada z kolumn DSM, ze względu na znaczną głębokość wykopu, została podparta stalowym układem rozpór w dwóch poziomach. Zaprojektowana pionowa palisada z kolumn DSM wraz przesłoną poziomą oraz systemem podchwycenia w technologii Soilcrete® stanowiła, oprócz funkcji przejęcia naporu ośrodka gruntowego, na tyle szczelny układ, że roboty podziemne nie wpłynęły na stan wód gruntowych poza granicami inwestycji. Należy przy tym zaznaczyć, że zastosowane w projekcie technologie są całkowicie bezwibracyjne, bezudarowe, przyjazne dla środowiska oraz charakteryzują się relatywnie niskim śladem węglowym.

Przebudowy i adaptacje zabytkowych obiektów w celu uzyskania funkcjonalności odpowiadającej dzisiejszym standardom wymaga od projektantów i wykonawców stosowania nowatorskich i zaawansowanych technologicznie rozwiązań geotechnicznych. Firma Keller Polska dysponująca szeroką paletą technologii, a także ogromnym doświadczeniem oraz profesjonalnym zapleczem technicznym, chętnie podejmie się wszelkich wyzwań, aby nie ograniczać inwestorów i projektantów w śmiałym tworzeniu podziemnych przestrzeni użytkowych.