Structum - Technologie jutra dzisiaj

Autor artykułu:

Mgr inż. ZDZISŁAW SZCZEPANIAK
STRUCTUM Sp. z o.o. w Lublinie

Realizacja inwestycji wodno-melioracyjnych w obrębie miast

Realizacja obiektów wodno-melioracyjnych w granicach miast napotyka szereg trudności. Wynika to z wymagań stawianych tego typu obiektom, konieczności realizacji budowy na ściśle ograniczonej przestrzeni, dużym zróżnicowaniu podłoża, które często nosi znamiona działalności człowieka, np. obecność pozostałości amunicji. W pracy opisano trzy przypadki realizacji inwestycji wodnych.

Słowa kluczowe: budowle wodne, zbiorniki, niewypały, tereny miejskie, rekreacja

The construction of hydraulic structures in the border of towns

The designing and realization of hydraulic structures is more difficult in urban areas in compare to the rural areas. The area for organization of the structure is often very small, the foundation is on artificial soil because of human activity. In Poland you can find the remaining (old ammunition) from the second world war. All this problems for three examples are described in the paper. Key tvords: hydraulic structures, urban areas, water reservoirs, recreation

Structum wykonuje projekty zbiorników wodnych, stawów rybnych i innych obiektów retencyjnych, na przykład projekty zbiorników przeciwpożarowych,  rekreacyjnych, osadników wód opadowych, lagun i polderów.

Wstęp

Programowanie, projektowanie hydrotechniczne, a także realizacja inwestycji z zakresu inżynierii wodnej i wodno-melioracyjnej w granicach miast napotyka ostatnio coraz więcej utrudnień, których przyczyny mają różnorakie podłoże, zaś realizacja takich obiektów wymaga często od ich projektantów i wykonawców, nie tylko rutynowej, zawodowej wiedzy i stosowania najnowocześniejszych technologii budowlanych, lecz również, bardzo dużego doświadczenia.

Problemy te opisano przykładowo na podstawie doświadczeń z budowy zbiorników w Tarnobrzegu i w Warszawie oraz próby przeprowadzenia renaturyzacji odcinka rzeki, na terenie śródmiejskiej Dzielnicy Podzamcze w Lublinie.

Zbiornik retencyjny wód deszczowych w Tarnobrzegu

Zbiornik retencyjny na odpływie do rzeki Wisły podczyszczonych wcześniej ścieków deszczowych miasta Tarnobrzeg został zniszczony w wyniku ostatniej wielkiej powodzi, jaka miała miejsce w roku 2010. Zbiornik ten, zlokalizowany w północnej dzielnicy Nadole miasta Tarnobrzeg, był bezpośrednio przed powodzią nadpoziomowym zbiornikiem ziemnym, obwałowanym ze wszystkich stron, z odprowadzeniem wód do Wisły wyłącznie w wyniku pracy pomp. Natomiast, kilka lat wcześniej, zbiornik miał możliwość całkowitego grawitacyjnego opróżniania przez śluzę wałową zlokalizowaną na obwałowaniu Wisły, która to śluza niestety, została wówczas zlikwidowana. Bezpośrednio więc przed wystąpieniem powodzi (zniszczeniem zbiornika), jego zdolności upustowe były zdecydowanie zbyt małe i w maju 2010 roku, przy bardzo dużych dopływach wód ze strony oczyszczalni, większych od przepustowości stacji pomp, nastąpiło przelanie się ich przez koronę zbiornika i całkowite zniszczenie budowli ziemnej.

Żądaniem i oczekiwaniem Inwestora (Tarnobrzeskie Wodociągi, Sp. z o.o.) było odbudowanie obiektu całkowicie w konstrukcji żelbetowej oraz możliwie jak największe powiększenie pojemności użytecznej zbiornika, mimo nieznacznego jedynie zwiększenia areału terenu przeznaczonego na jego odtworzenie. W trakcie projektowania faktycznie uzyskano retencję 12 900 m3, blisko 3-krotnie większą od retencji z okresu przed awarią zbiornika.
Inwestycja została wprowadzona do realizacji w systemie Projektuj i Buduj, z terminem realizacji całości prac projektowo-wykonawczych w wyjątkowo krótkim cyklu, zaledwie 6-miesięcznym, co obligowało jednostkę projektową do zastosowania specjalnych rozwiązań technicznych i organizacyjnych. Zaproponowane technologie robót zmierzały do zapewnienia Wykonawcy nie tylko możliwości szybkiego postępu robót, lecz również do spełnienia oczekiwań Inwestora, jeśli chodzi o rodzaj konstrukcji (żelbetowa), z wymaganą dużą pojemnością użyteczną zbiornika - i co uznano za specjalnie ważne - do zminimalizowania uciążliwości związanych z wykonaniem takiej konstrukcji jako wielkogabarytowej, zarówno przy realizacji, jak i przy późniejszej eksploatacji. Wymiary głównej części zbiornika były bowiem znaczne: długość ok. 320 m i średnia szerokość w poziomie lustra spiętrzonej wody ok. 24 m, przyczym dodatkowo, budowla została posadowiona w trudnych warunkach geotechnicznych i wodno-gruntowych pradoliny Wisły.

Szczególnie zwrócono uwagę na ograniczenie zakresu prac przy dylatacjach konstrukcji i na zapewnienie całkowitej szczelności zbiornika nawet w sytuacji lokalnie występujących nierównomiernych osiadań tak rozległej w planie budowli. W założeniach projektowych przyjęto także, iż elementy zbiornika nieuszkodzone w czasie powodzi roku 2010 (na przykład system pompowy) zostaną wykorzystane praktycznie w całości.

 

Rys.1. Typowy przekrój odbudowanej konstrukcji zbiornika w Tarnobrzegu

Wiercenia geologiczne wykazały, że pod płytką warstwą gruntów spoistych, akumulacji rzecznej, wykształconych w postaci glin pylastych i pyłów piaszczystych zalegają utwory przepuszczalne (piaski drobne, średnie, a nawet grube), także pochodzące z akumulacji rzecznej. Poziom wody gruntowej, mimo iż badania geotechniczne wykonano przy średnim poziomie wody w Wiśle, układał się bardo wysoko. Zastosowano specjalną, lekką żelbetową konstrukcję kompozytową, przenoszącą obciążenia na dużą powierzchnię, zarazem odporną na nierównomierne osiadania podłoża (rys. 1). Pozwoliło to na pozostawienie słabej warstwy w podłożu.

Rys. 2. Typowe przekroje przez przebudowane ściany zbiornika (lewą i prawą) a - ściana żelbetowa lewa (nowa), b - ściana żelbetowa prawa (remontowana).

Na rysunku 2 przedstawiono schematy konstrukcyjne dla ścian zbiornika. Ściana lewa jest całkowicie nowa (2a). Natomiast ściana prawa została jedynie odremontowana. Ściana lewa, jako całkowicie nowa konstrukcja została wykonana na bazie żelbetowych prefabrykatów kątowych ścian oporowych, zamontowanych na szerokim fundamencie skonstruowanym z materacy geokomórkowych (geosiatek), grubości 20 cm, zszywanych ze sobą na całej długości ściany, z wypełnieniem ich betonem BH10. Geosiatki posłużyły też do wykonania nowej konstrukcji dna (na podłożu z chudego betonu lub na starych płytach żelbetowych. Geosiatki pozwoliły na błyskawiczne prace konstrukcyjne z zaniechaniem wykonywania dylatacji.

Typowe roboty żelbetowe na zbiorniku, w technologii „na mokro”, dotyczyły jedynie oczepów: na stalowej ściance szczelnej zamontowanej na brzegu prawym dla ochrony rurociągów tłocznych istniejących w grobli w tej strefie zbiornika oraz dla stabilizacji prefabrykatów na brzegu lewym (w ramach konstrukcji kompozytowej). Dla oczepów tych w odróżnieniu od wszystkich innych konstrukcji zrealizowanych na bazie technologii geokomórkowej, konieczne było zastosowanie rutynowych dylatacji. Uszczelnienia zbiornika, wykonano z mat bentonitowych przy wymaganym współczynniku filtracji zbliżonym do zera.

W efekcie, dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii i materiałów budowlanych uzyskano zbiornik zbudowany, zgodnie z życzeniem Inwestora, w konstrukcji żelbetowej, o zmaksymalizowanej kubaturze, zarazem całkowicie szczelny (co dowiodły już pierwsze napełnienia pojemności użytecznej ledwie w kilka miesięcy po jego przebudowie) oraz całkowicie odporny na nierównomierne osiadanie. Tylko dzięki zastosowanym rozwiązaniom technologicznym, same prace wykonawcze na zbiorniku w Tarnobrzegu, można było przeprowadzić w terminie zaledwie trzymiesięcznym.

Zbiornik retencyjno-rekreacyjny

Zaprojektowano i wykonano zbiornik lateralny na prawym brzegu Potoku Bródnowskiego w obrębie terenów „poprzemysłowych” warszawskiej dzielnicy Targówek. Inwestycja została wprowadzona do realizacji w systemie Projektuj i Buduj w cyklu realizacyjnym 6 miesięcy.

Podstawowe rozwiązania zbiornika są następujące:

• powierzchnia zalewu 1,85 ha, głębokości średnie 1,50 m oraz głębokości maksymalne 2,20 m,
• budowle: nowa zastawka na rzece, rurociąg ujęciowy średnicy 80 cm, L=31 m (z prefabrykowaną komorą zamknięć), rurociąg spustowy średnicy 60 cm, L=64 m (również z prefabrykowaną komorą zamknięć), nabrzeże na ściance szczelnej Larssena: 237 m wraz z umocnieniami przyległej skarpy oraz plac manewrowy z drogą dojazdową,
• zbiornik wstępny (biofiltr) dla „podczyszczania” wód napływających z zewnątrz do akwenu, z wprowadzeniem do niego specjalnych roślin, typowych dla środowisk wodnych: przybrzeżnych, podwodnych i nawodnych oraz kaskada, służąca także doczyszczaniu wód poprzez ich napowietrzenie i natlenienie,
• naturalna, szeroka plaża piaszczysta od strony północno -wschodniej oraz ochrona zasobów przyrodniczych, z uwagi na występujące zbliżenie zbiornika do terenów przyrodniczo chronionych prawobrzeżnej Warszawy (zadrzewiania, ochrona zwierząt, w tym bobrów oraz ochrona ptactwa),

Utrudnienia na budowie zbiornika na Targówku wiązały się głównie z trwale wysokim poziomem wody gruntowej oraz z potrzebą rozminowania terenu na powierzchni do 4 ha (saperzy wywieźli ponad 1200 pocisków artyleryjskich, moździerzy, granatów itp.).

Przy realizacji inwestycji w dużym zakresie wykorzystano geosiatki komórkowe. Zastosowano też prefabrykację dla wszystkich budowli i ich elementów, jeśli było to tylko możliwe. Zastosowane zaawansowane technologie budowlane efektywnie przyśpieszyły proces budowlany.

Dla posadowienia budowli piętrzącej (jednodokowa zastawka) zastosowano poszerzony fundament z geosiatki 20 cm, perforowanej i teksturowanej, spełniającej funkcję zbrojenia płyty betonowej. Wypełniając go betonem hydrotechnicznym, uzyskano stabilną podstawę dla budowli zlokalizowanej na gruntach „słabych” (torfy i namuły). Fundament w ten sposób „zbrojony” mógł być wykorzystany do montażu zastawki już po 2-3 dniach. Fundament ten skonstruowano wspólnie: zarówno dla doku zastawki, jak i dla umocnień na „ponurze”, jak i na „poszurze” budowli wodnej. Montaż zastawki był szybki i precyzyjny. W przyszłości nie grożą jej jakiekolwiek deformacje wynikające z faktu występowania słabego podłoża gruntowego.

W technologii geosiatek wykonano także umocnienia techniczne zastawki, zarówno górne, jak i dolne (bez jednego pręta zbrojeniowego w betonie), uzyskując szybki i ciekawy efekt, także na płaszczyznach krzywych tych umocnień. Skarpa ziemna o nachyleniu 1:4 (przy nabrzeżu) została umocniona również geosiatką, niższej wysokości (15 cm), lecz z wypełnieniem kruszywami niesortowanymi + humus 10 cm + obsiew trawą. Na budowie zbiornika na warszawskim Targówku szybko uzyskano różnorodne, pozytywne efekty zastosowania nowych technologii budowlanych, zarówno ekologiczne, jak i techniczne. Po wykonaniu głównych prac hydrotechnicznych, w drugim etapie przewidziany jest szeroki program robót przy zagospodarowaniu otoczenia i rekreacyjnym wykorzystaniu akwenu: planowane są: dodatkowe kaskady, ścieżki rowerowe, ścianki wspinaczkowe, przystanie, fontanny, itp.

Zbiornik na Targówku w Warszawie

Studia nad renaturyzacją „odkryciem” odcinka rzeki Czechówki

LUBLIN OKOŁO 1570 ROKU

Rys. 3. Historyczna lokalizacja stawu w dzielnicy Podzamcze miasta Lublina

Rys. 4. Budowa kolektora, o znacznych wymiarach w przekroju poprzecznym, zastępującego (na profilu rzeki) próg budowli młyńskiej stawu „Za Zydy” - obraz olejny Bartosiewicza z roku 1938

Szerokie konsultacje, wykonane przez jednostkę planistyczną, sporządzającą miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego dzielnicy Podzamcze w Lublinie doprowadziły do potrzeby dokonania w fazie zatwierdzania tego planu dodatkowych analiz wodno-melioracyjnych, których zadaniem było sprawdzenie, czy zgłoszony społeczny pomysł „odkrycia” (renaturyzacji?) odcinka rzeki Czechówki jest tu nie tylko celowy, lecz także, czy w ogóle jest możliwy do zastosowania.

Jak wynika z informacji historycznych, w tym podanych przez prof. Wilgata [1954] i prof. Michalczyka [2012], rzeka Czechówka, w jej dolnym biegu w wiekach VIII-XII płynęła zupełnie inną trasą niż obecnie, gdyż omijała dzisiejsze Podzamcze, płynąc pomiędzy wzgórzem Zamkowym i Staromiejskim. Dolina rzeki Czechówka, była silnie za-bagniona, zaś osadnictwo ulokowane było nad nią na wysoczyznach, głównie na bezpiecznych, z punktu widzenia obronnego, lessowych wzgórzach: Staromiejskim, Zamkowym i na Czwardcu. Od XIV wieku zaczęto stopniowo wykorzystywać Czechówkę do celów gospodarczych, przede wszystkim do lokalizacji piętrzeń młyńskich.

W dolinie Czechówki, od XV (XVI) wieku, istniały już co najmniej 4 stawy, z funkcjonującymi wraz z nimi młynami, w tym Staw „Za Żydy” na terenie dzisiejszego Podzamcza (rejon targu i dzisiejszego dworca autobusowego), z młynem królewskim zwanym „Małym”, działający aż do XVIII wieku.

Stopień młyński miał na stawie „Za Zydy" próg, wysokości prawdopodobnie ok. 2,5-3,0 m oraz „stawi-dła” młyńskie, podtrzymujące zalew stawu w jego części nadpoziomowej (stanowisko górne), z założonych belek szandorowych, o wysokości ok. 1,5-2,0 m. Zasięg zalewu stawu „Za Zydy”, jak wynika z tego planu, był znaczny i można go szacować nawet na 7-8 ha. Nad zalewem, już w XVI wieku umieściła się Dzielnica Żydowska. Zalewy wodami wielkimi rzeki stały się w tej dzielnicy, znacznym utrudnieniem, być może także poważnym zagrożeniem (powodziowym) dla jej mieszkańców.

W XIX wieku znaczenie gospodarcze tego stawu, podobnie jak innych stawów w dolinie Czechówki wyraźnie zmalało. „Stawidła” młyńskie zostały wówczas „zdjęte”, zaś ze stopnia młyńskiego pozostał na wiele lat jedynie próg. Sytuację taką, z początku XX wieku, przedstawia miejski plan sytuacyjny z okresu 20-lecia międzywojennego (rys. 3).

Przed rokiem 1938 rozpoczęto prace nad „zakryciem” rzeki. Trwały one także w czasie II wojny światowej (rys. 4).

Rzeka została zamieniona na kolektor odprowadzający wody deszczowe. Zgłoszony, interesujący pomysł polega na odbudowie koryta rzeki i likwidacji odcinka kolektora na długości 420 m. Rzeka z otwartym lustrem wody miała być podstawowym elementem architektonicznym ciągu spacerowego.

Pomiary i rozpoznania wykazują, że obecny spad koryta, na całej długości 742 m wykonanego uprzednio kolektora wynosi do 3,55 m, zaś przy uwzględnieniu występującego progu wlotowego na ten kolektor przy ul. Wodopojnej, aż 4,55 m. Spadek samego kolektora jest więc bardzo duży (4,78 %) i generalnie odpowiada pierwotnemu sumarycznemu spadowi, związanemu z progiem i z lokalnym spadem w całej strefie istniejącego tu dawniej stawu „Za Żydy”.

PROFIL PODŁUŻNY rz. Czechówka

Rys. 5. Odcinek dolny Czechówki, z fragmentem kolektora sugerowanego do likwidacji w ramach „odkrycia” rzeki

Ze względu na lokalny spad, o wysokości h=2,81 m, absolutnie konieczne byłoby wykonanie nowej budowli progowej (stopnia). W rzeczywistości wykonanie tej nowej budowli, byłoby w praktyce niczym innym, jak odtworzeniem progu młyńskiego historycznego stawu ,,Za Żydy”.

Po wykonaniu następnie obliczeń hydraulicznych okazało się, że wody powodziowe, po „odkryciu” rzeki, miałyby znaczne napełnienia. Przy dużych przepływach po wystąpieniu deszczu nawalnego woda wystąpiłaby z brzegów zalewając sąsiadujące ulice.

Z przeprowadzonych analiz i modelowych obliczeń hydraulicznych wynika więc, że na lubelskim Podzamczu, realizacja interesującego pomysłu „odkrycia rzeki”, polegającego na rezygnacji z istniejącego dużego kolektora, w którym od czasów II wojny światowej „zakryta” jest rzeka Czechówka, nie byłaby rozwiązaniem uzasadnionym. Zamiana kolektora na koryto otwarte, miałaby tu tylko teoretycznie znamiona renaturyzacji, byłaby kosztowna, kłopotliwa w realizacji, także w utrzymaniu (stan sanitarny wód, odkładanie się rumowiska itp.).

Podsumowanie

Realizacja inwestycji wodno-melioracyjnych na terenach miejskich (przykładowe inwestycje w Tarnobrzegu, Warszawie i w Lublinie) z reguły jest trudna i z pewnością zawsze wymaga dużego doświadczenia, zarówno projektantów jak i wykonawców.

Kłopoty przy realizacji takich inwestycji wynikają z różnych przyczyn, także z uwarunkowań historycznych, przy czym nie zawsze nowe pomysły dla tego rodzaju budownictwa, są lepsze od tych zastosowanych bardzo dawno temu. W każdym jednak przypadku można się natomiast spodziewać, że na terenach miast, zastosowanie współczesnych technologii i nowych materiałów budowlanych ułatwia, lub usprawnia realizację takich inwestycji.

LITERATURA

1. Wilgat, T. (1980). Stosunki wodne Lublina, Biuletyn LTN.
2. Michalczyk, Z. (2012). Ocena warunków występowania wody i tworzenia się spływu powierzchniowego w Lublinie, UMCS Lublin.
3. Łoś, M. (1978). Likwidacja młynów wodnych i ich skutki. Gospodarka Wodna, nr 12.