Aukščiausių dangoraižių pamatai ne visuomet būna giliausi

Žmonės nuo žilos senovės mėgdavo gyventi gražiose, saugiose vietose ant kalvų, prie vandens, prie svarbių kelių, bet ne visada pagrindas, ant kurio jie statydavo savo namus, būdavo tvirtas ir patikimas.

Ką daryti, kad didelėmis pastangomis ir su šviesiomis viltimis statytas būstas nesusmegtų į silpną gruntą, nepakryptų į kurį nors šoną, nesupleišėtų? Atsakymas buvo surastas: naudoti polius, gilinti juos iki stipraus pagrindo, o ant polių statyti šventovę, rūmus, tiltą ar kuklų, jaukų gyvenamąjį namą.

Praėjo šimtai metų. Žmonėms tapo per maža gražių, erdvių, bet žemų pastatų. Jie su vis didesnėmis viltimis ėmė žiūrėti į dangų. Kai XX a. pradžioje vis aukščiau ir vis greičiau ėmė skraidyti aviatoriai su savo nuostabiais orlaiviais, statybų inžinieriai nusprendė pakutenti debesis dangoraižiais.

„Dangoraižis“ (angl. Scyscraper) – taip burlaivių epochoje anglų jūrininkai vadino aukščiausią laivo stiebą. Inžinieriams patiko šis pavadinimas aukštesniems nei 150 m pastatams apibūdinti. Dabar tokių pastatų pasaulyje daug – 2019 m. pabaigoje 4953 buvo visiškai užbaigti, o dar 978 statomi. 170 pastatytų dangoraižių aukštis viršija 300 m, dar 126 tokie statomi.

Daugiausia dangoraižių, aukštesnių nei 150 m, pastatyta Kinijoje – 2090. Antroje vietoje Jungtinės Amerikos Valstijos – 801. Jungtiniuose Arabų Emyratuose ir Japonijoje – po 252. Pietų Korėjoje – 220. Australijoje – 110. Singapūre, Malaizijoje, Vokietijoje, Rusijoje ir kitose šalyse – mažiau nei po šimtą,

Kiekvienam dangoraižiui būtinas patikimas pamatas. Niekas nenori, kad dangoraižis svirtų kaip Pizos bokštas, nors žemesnių pastatų projektuotojai leidžia sau panašius pokštus (sąmoningai suprojektuotus pasvirusius pastatus).

Kad aukštas medis nuo audrų nenuvirstų, reikalingos galingos, gilios, tvirtai įkibusios į gruntą šaknys. Kad dangoraižis stovėtų taip, kaip nori projekto autorius ir užsakovas, turi būti galingi, gilūs pamatai. Dažniausiai tokie pamatai – polinės plokštės (gelžbetoninės plokštės ant gilių gręžtinių arba frezuotų polių), kurios sunkų dangoraižį laiko tiek poliais (ypač jų šonine trintimi), tiek plokšte. Tuo polinės plokštės skiriasi nuo tradicinių polinių pamatų, kur laiko tik poliai.

Aukščiausias pasaulyje dangoraižis šiuo metu – „Burj Khalifa“ (išvertus į lietuvių kalbą – „Chalifo bokštas“) Jungtiniuose Arabų Emyratuose. Jis taip pavadintas Jungtinių Arabų Emyratų prezidento Chalifo bin Zayido Al Nahyano garbei.

Dangoraižio aukštis – 828 metrai. Jį pastatė ir savininke tapo bendrovė „Emaar Properties“, įgyvendindama JAV architekto Adriano Smitho projektą. Statyba buvo pradėta 2004-aisiais, baigta 2009 metais. Statybai vadovavo inžinierius Gregas Sangas iš Naujosios Zelandijos.

Bokšto statybai buvo naudojamas specialus, cheminių medžiagų priedais modifikuotas ypač stiprus betonas (maždaug tris kartus stipresnis už normaliai statyboms naudojamą betoną). Dėl dienos karščio buvo betonuojama tik naktimis.

2008 m. balandžio mėnesį „Burj Khalifa“ (tada jis dar vadinosi „Burj Dubai“) tapo aukščiausiu pasaulio pastatu, perėmė šį titulą iš Taivane esančio dangoraižio „Taipei 101“ (508 m aukščio). 2010 m. sausio 4 dieną „Burj Khalifa“ buvo iškilmingai atidarytas, gavo savo dabartinį pavadinimą.

„Chalifo bokšto“ statyba kainavo apie 1 mlrd. eurų. Jis matomas iš 100 km atstumo. Viršūnės svyravimų amplitudė pučiant stipriam vėjui – 1,5 m.

„Burj Khalifa“ šiandien – aukščiausias pasaulio dangoraižis.(Nuotr. panaudota pagal CC BY 2.0 licenciją).

Kaip visada, pradėta buvo nuo pamatų. Juos įrengė Vokietijoje, Bavarijos mieste Šrobenhauzene, netoli Miuncheno būstinę turinti bendrovė „Bauer Spezialtiefbau“, viena geotechninės statybos ir jai skirtų specialiųjų mechanizmų gamybos lyderių pasaulinėje rinkoje. Jos partnerė įrengiant pamatus buvo bendrovė „Middle East Foundation“. 200 gręžtinių polių (skersmuo – 1,5 m) buvo įgilinti 50 m, kad atremtų pastatą į tvirtą smiltainio uolieną. Dar 650 polių (jų skersmuo – 0,9 m) buvo įgilinta iki 36 m gylio, dirbo kaip kabantys (trinties) poliai smėliniame grunte.

Prieš pradedant įrengti darbinius polius (tuos, kurie laiko dangoraižį), „Burj Khalifos“ statybos sklype buvo atlikti specialiai pagamintų eksperimentinių polių bandymai statine apkrova. Vienas polis buvo išbandytas 6000 t (60 MN) apkrova. Maksimali vertikali skaičiuojamoji apkrova vienam darbiniam poliui – 37 MN.

„Burj Khalifos“ poliai remiasi į tvirtą smiltainį (Nuotr.: researchgate.net)

Įrengiant gręžtinius polius, buvo atsižvelgta į agresyvų betono atžvilgiu druskingą Persų įlankos vandenį.

Polius jungė bendram darbui 3,7 m storio, 7000 m² ploto gelžbetoninė plokštė. Iš viso poliams ir juos jungiančiai plokštei po „Burj Khalifos“ bokštu pagaminti buvo sunaudota 45 000 m³ betono.

Nepaisant šiuo metu užimamos pirmosios vietos pasaulyje pagal aukštį, „Chalifo bokšto“ pamatai nėra patys giliausi. 50 m gylio gręžtinių polių visiškai pakako, nes gruntinės sąlygos buvo palankios: paviršiuje – smėlis, po juo – smiltainis (natūraliai susicementavęs smėlis), į kurį buvo atremti didžiausias apkrovas laikantys poliai.

Daug gilesni pamatai yra kito dangoraižio, kuris buvo pastatų aukščio pasaulio rekordininku nuo 1998 iki 2004 m., – Malaizijos sostinėje Kvala Lumpūre pastatytų bokštų dvynių „Petronas Towers“.

Bokštai dvyniai „Petronas Towers“ turi giliausius pasaulyje pamatus. (Nuotr. panaudota pagal CC BY-SA 3.0 licenciją).

Jų aukštis – 452 m, o pamatai siekia net 125 m gylį. Iki šiol tai pasaulio rekordas, kurį pasiekė prancūzų bendrovė „Soletanche-Bachy“, įrengdama tokio gylio baretes (stačiakampio skerspjūvio polius, betonuojamus išfrezuotoje grunte ertmėje).

Barečių išdėstymas „Petronas Towers“ pamate. (Nuotr.: soletanche-bachy.com)

Rekordinio gylio pamatams Kvala Lumpūre įrengti buvo panaudoti „Soletanche-Bachy“ inžinierių sukurti specialūs galingi mechanizmai – hidrofrezos (prancūziškai – Hydrofraise).

Standartinę hidrofrezos konstrukciją sudaro ant galingo bazinio mechanizmo pakabinamas 12–16 m aukščio metalinis rėmas,. Jo apačioje yra du frezos tekiniai, kurie sukasi į vidų ir tokiu būdu frezuoja gruntą. Pastarasis, susimaišęs su sienelių stabilumui užtikrinti naudojama bentonitinio molio suspensija, išsiurbiamas lauk ir nukreipiamas į valymo stotį. Joje išvalyta molio suspensija grąžinama į tranšėją, o atskirtas gruntas išvežamas.

Parengus tranšėją, į bentonitinio molio suspensiją įleidžiami armatūros karkasai, po to betonuojama povandeniniu būdu iš apačios į viršų. Betonas palaipsniui išspaudžia iš tranšėjos molio suspensiją, kol užima visą jam numatytą tūrį.

Ši „Bauer BC 50“ hidrofreza pasiekė 228 m gylį. (Nuotr.: mqworld.com)

Tradicinis išfrezuoto segmento ilgis – 2,80 m, plotis – nuo 0,60 iki 2,50 m.

Kitų bendrovių sukurti analogiški mechanizmai vadinami „Hydromill“ (italų „Soilmec“ gamybos), „Trench Cutter“ (pagaminti Vokietijoje, Didžiojoje Britanijoje ir JAV). Naujausias „Soilmec“ bendrovės hidromalūnas gali pasiekti 250 m gylį. Pastatų pamatų statybai tokio gylio vargu ar kada prireiks, bet hidroelektrinių užtvankų nelaidaus vandeniui gelžbetoninio ekrano įrengimui tai gali būti reikalinga.

2019 metais „Bauer“ konstruktorių sukurta hidrofreza „BC 50“ buvo panaudota Kanadoje, Saskačevano provincijoje, ieškant deimantų kimberlituose. Ji sugebėjo įsigilinti ir išsiurbti uolienų pavyzdžius iš 228 m gylio.

2018 metais Sankt Peterburge baigtas statyti aukščiausias šiuo metu Europoje pastatas – „Lachta Centras“ (462 m). Jis ypatingas tuo, kad pastatytas Suomių įlankos pakrantėje ant nestabilių gruntų. 2 m skersmens gręžtinių polių gylis – iki 82 m, jie padu remiasi į labai tvirtus molius. Polius pagamino bendrovės „Bauer Spezialtiefbau“ Rusijos padalinys. Labai didelis dėmesys buvo skiriamas pamatų įrengimo kokybės kontrolei, iš specialių gręžinių šalia polių matuoti įtempimai grunte.

„Lachta Centras“ – šiuo metu aukščiausias Europos dangoraižis (Nuotr. panaudota pagal CC BY 2.0 licenciją)

Betonuojant Sankt Peterburgo dangoraižio pamato plokštę, buvo pasiektas nepertraukiamo betonavimo pasaulio rekordas, įregistruotas Gineso rekordų knygoje: per 49 valandas iš 13 betonavimo taškų buvo suklota 19 624 m³ betono. Šiam objektui tuo metu betoną gamino visos Sankt Peterburgo miesto ir srities betono gamyklos.

„Lachta Centro“ rekordinio pamatų plokštės betonavimo momentas. (Nuotr.: sisgeo.com)

Šiuo metu jau įrengti būsimojo aukščiausio pasaulio dangoraižio pamatai. Jungtiniuose Arabų Emyratuose pagal ispanų architekto Santiago Calatravos projektą statomas „Dubai Creek Tower“, kurio aukštis bus 1300 metrų. Pamatų plokštės baretės siekia 74 m gylį. Jas jau įrengė „Soletanche-Bachy“ geotechnikai. Dirbo 4 hidrofrezos.

Toks turėtų būti „Dubai Creek Tower“, kai jį pastatys. (Nuotr.: emaar.com)

Straipsnį parengė Danutė Sližytė ir Rimantas Mackevičius (Vilniaus Gedimino technikos universiteto Statybos fakulteto Gelžbetoninių konstrukcijų ir geotechnikos katedros docentai, technikos mokslų daktarai).