Ściana kombinowana z grodzic ArcelorMittal jako ściana nadbrzeża głębokowodnego terminala kontenerowego w Gdańsku

Szczegółowe informacje

DCT Gdańsk - ważne centrum przeładunkowe na Bałtyku

W pierwszym roku działalności (2008) terminal obsłużył 106 356 TEU. Zgodnie z założeniami projektu docelowo terminal miał osiągnąć roczną zdolność przeładunkową 2 mln TEU.

Na zlecenie Deepwater Container Terminal (DCT) wykonania projektu oraz jego realizacji podjęła się firma budowlana Hochtief, obejmując funkcję głównego wykonawcy. Głównym elementem budowy był sztucznie usypany półwysep – prostokątny pirs o wymiarach 800 x 315m i powierzchni ok. 40,0 ha.
Długość pirsu podyktowana została wymaganą długością linii cumowniczej, natomiast szerokość – pojemnością placu składowego – 22.000 kontenerów dwudziestostopowych. Pirs połączony jest z brzegiem za pośrednictwem placu manewrowego na obszarze, który rozszerza się w kierunku lądu.

Najdalej wysunięty w morze punkt pirsu jest oddalony o około 900 m od naturalnej linii brzegowej. Ze względu na skalę, stopień komplikacji, przyjęte rozwiązania i technologię, budowę terminalu należy uznać za przełomowe w warunkach polskich. Była to inwestycja budowlana, która wprowadziła nowe standardy. Zostały zastosowane ulepszone i dostosowane do warunków lokalnych rozwiązania opracowane wcześniej przez firmę Hochtief na potrzeby największej w Europie budowy terminalu w Bremerhaven.

Badania geotechniczne, testy i prace przygotowawcze

Projektowanie, budowa i później konserwacja pirsu bez wątpienia stanowiły trudne wyzwanie inżynierskie z punktu widzenia zarówno geotechniki, jak również budownictwa morskiego. Zanim przystąpiono do projektowania, dokonano rozpoznania geotechnicznego.

Pierwszy etap badań, przeprowadzony na zlecenie inwestora, wykonano na potrzeby projektu budowlanego. W jego trakcie wykonano czterdzieści jeden otworów sięgających na głębokość do 30 m poniżej poziomu morza. Wiercenia prowadzono z pontonów wiertniczych przy użyciu klasycznego sprzętu wiertniczego, opuszczanego przy pomocy trójnogu i wyciągarki spalinowej, w systemie udarowo-okrętnym, w rurach osłonowych o średnicy 133 i 160 mm.

Drugi etap geotechnicznych badań dna morskiego w rejonie projektowanego pirsu przeprowadzono na zlecenie wykonawcy. Celem było dostarczenie pełniejszej informacji geotechnicznej, która miała pozwolić na lepsze rozeznanie i podjęcie decyzji prowadzących do optymalizacji konstrukcji.

Proponowane wstępnie rozwiązanie polegało na ewentualnej rezygnacji z wykonania obudowy pirsu w formie grodzi na rzecz pojedynczej ścianki szczelnej kotwionej. Zbadano stopień zagęszczenia do rzędnej -25 m w siedemnastu miejscach przy pomocy sondy dynamicznej ciężkiej (DPSH). Określono także stan gruntów spoistych oraz pobrano próbki w dwunastu punktach przy użyciu sondy SPT. Następnie oszacowano wytrzymałość na ścinanie gruntu w warunkach bez odprowadzenia wody za pomocą sondy krzyżakowej FVT w dziewiętnastu otworach.

W wyniku przeprowadzonych badań określono układ warstw geologicznych. Okazało się, że warstwa gruntów organicznych (iłów, namułów) o miąższości od 1 do 7 m ze średnią rzędną spągu około -12 m względem poziomu morza zalega bezpośrednio pod dnem morskim. Warstwa charakteryzuje się niską wytrzymałością na ściskanie, ścinanie i stopniem plastyczności około 0,42. Określono ją jako nieprzydatną z punktu widzenia ewentualnego posadowienia ścianki szczelnej, które byłoby możliwe dopiero w niższych warstwach, gdzie zalegają piaski gliniaste i piaski odpowiednio w stanie luźnym lub średnio zagęszczonym.

Zoptymalizowane rozwiązanie: ściana kombinowana HZ-AZ i piasek w konstrukcji pirsu

Ostatecznie przyjęto rozwiązanie alternatywne: falochron północny i wschodni na bazie stalowej ścianki szczelnej, nabrzeże płytowe posadowione na elementach nośnych kombinowanej ścianki szczelnej i trzech rzędach pali o nachyleniu 20:1. Wspomniana ścianka szczelna nabrzeża skonstruowana została z elementów nośnych – podwójnych profili HZ 775B-26 i wypełniających – AZ25 o długości do 28,3m, wykonanych ze stali ASTM-A690, produkcji firmy ArcelorMittal. Zaraz po wprowadzeniu elementów wypełniających, elementy nośne ścianki kotwiono przy pomocy ukośnych pali z profili HP 400x122 o długości 26 m, zakończonych tarczami kotwiącymi, co znacznie zmniejszało ryzyko uszkodzenia wznoszonej konstrukcji na skutek falowania.

Do pogrążania elementów ścianki oraz jej kotwienia użyto platformy podnoszonej Odin. Pogrążanie elementów wypełniających i kotwiących odbywało się wyłącznie przy użyciu kafara. Pierwsza faza pogrążania elementów nośnych również przeprowadzona była przy zastosowaniu techniki wibracyjnej, jednak pogrążanie na odcinku ostatnich czterech metrów odbywało się przy użyciu młota hydraulicznego. Zmiana metody pogrążania miała na celu uzyskanie danych do określenia nośności tych elementów.

Po odpowiednim zaawansowaniu budowy obudowy pirsu, rozpoczęto refulację. Początkowo, w celu zasypania strefy bezpośrednio za ścianką, pogłębiarka nasiębierna wyrzucała w kierunku pirsu mieszankę piasku i wody, która, poruszała się po wysokim łuku i opadała wewnątrz pirsu (tzw. rainbowing). Następnie, ze względu na ograniczony zasięg wyrzucanego urobku, zastosowano rurociągi, które pozwoliły na transportowanie urobku wgłąb pirsu. W jednym cyklu transportowano około 6000 m3 piasku. Ilość ta odpowiadała ładunkowi około 700 ciężarówek. Ilość piasku niezbędną do całkowitego wypełnienia pirsu oszacowano na 2,22 mln m3.

Wymagania dotyczące obciążenia

Powierzchnia pirsu obciążona jest przede wszystkim przez kontenery, które składowane są w czterech warstwach, dając obciążenie placu 50kN/m2. Poszczególne stosy kontenerów obsługiwane są przez 16 kołowe suwnice bramowe RTG (Rubber Tired Gantry) na podwoziu pneumatycznym o maksymalnym nacisku 159 kN/koło. Ciągniki z trajlerami o maksymalnym nacisku 115kN/oś są stosowane do dostarczania kontenerów na plac składowy. Dopuszczalne osiadania poszczególnych elementów pirsu na skutek wszelkich obciążeń, zarówno stałych jak i zmiennych, zostały ściśle określone w Specyfikacji Technicznej Klienta.

Monitoring osiadań zainicjowano już w trakcie budowy. Miał on na celu kontrolę budowanego, zalądawianego obszaru i weryfikację przyjętych założeń i rozwiązań projektowych. Wyniki badań i pomiarów prowadzone w trakcie realizacji budowy potwierdziły słuszność przyjętych założeń projektowych i rozwiązań konstrukcyjnych.

Tekst: dr inż. Lechosław Bierawski, Hochtief Polska/Constructalia