Θεμελίωση επί Πασσάλων Θαλάσσιων «Μεταλλικών Πύργων»

Θεμελίωση επί Πασσάλων Θαλάσσιων «Μεταλλικών Πύργων» Pile Foundations of Steel Jackets Χατζηγιαννέλης, Ι. Λουκάκης, Κ. Πολιτικός Μηχανικός, Archirodon NV, Athens Engineering Department Πολιτικός Μηχανικός, Archirodon NV, Athens Engineering Department ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Προκατασκευασμένοι «Μεταλλικοί Πύργοι» (Steel Jackets) χρησιμοποιούνται συχνά στην κατασκευή θαλάσσιων εξεδρών. Η θεμελίωση των φορέων αυτών γίνεται συνήθως με μόνιμους πασσάλους, ενώ για την προσωρινή έδραση τους στον πυθμένα χρησιμοποιούνται προσωρινοί πάσσαλοι ή επιφανειακές θεμελιώσεις. Στο παρόν άρθρο περιγράφονται οι βασικές αρχές σχεδιασμού και κατασκευής της μόνιμης και της προσωρινής θεμελίωσης θαλάσσιων Μ.Π. και παρουσιάζεται ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα προσωρινής θεμελίωσης Μ.Π., όπου η αρχικώς προταθείσα βελτίωση του εδάφους και προσωρινή επιφανειακή θεμελίωση αντικαταστάθηκαν από επαναχρησιμοποιούμενους πασσάλους και προσωρινούς βραχίονες στήριξης. ABSTRACT : Steel Jackets are marine structures, commonly utilized in civil offshore construction practice. These structures are usually founded on permanent piles, whereas temporary piles or shallow footings are employed during their temporary placement on the seabed. A synopsis of deep and shallow foundation design and practice employed in jacket engineering is presented in this paper. A case study of jackets founded on piles is also described, where the shallow foundations through permanent mudmats and ground improvement via preloading, required for the temporary support of the jackets, were replaced during construction by temporary reusable brackets and piles. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η συνεχώς αυξανόμενη ανάγκη εκμετάλλευσης των φυσικών πόρων και μετατροπής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχουν οδηγήσει σε σημαντικές εξελίξεις το πεδίο της «μηχανικής (γεωτεχνική - στατική - δυναμική) των θαλάσσιων κατασκευών». Ωκεάνιες και παράκτιες σταθερές εξέδρες - πλατφόρμες μορφώνονται συνήθως από μεταλλικούς πύργους (Μ.Π., Steel Jackets) οι οποίοι προκατα-σκευάζονται, ρυμουλκούνται, ποντίζονται και θεμελιώνονται στον θαλάσσιο πυθμένα με συστήματα βαρύτητας ή με πασσάλους, ειδικά σε περιπτώσεις δυσμενών γεωτεχνικών συνθηκών. Τα συστήματα βαθιών θεμελιώσεων περιλαμβάνουν είτε ομάδες πασσάλων που εφαρμόζονται σε θαλάσσιες εξέδρες, είτε μονο-πασσάλους μεγάλης διαμέτρου που χρησιμοποιούνται σαν βάθρα θεμελίωσης ανεμογεννητριών. Η μελέτη της θεμελίωσης των Μ.Π. περιλαμβάνει και την προσωρινή φάση έδρασης τους στον θαλάσσιο πυθμένα πριν την κατασκευή της μόνιμης βαθιάς θεμελίωσης. Οι σταθερές θαλάσσιες εξέδρες αποτελούν συνήθη εφαρμογή τόσο σε λιμενικά έργα, π.χ. προβλήτες ελλιμενισμού (berths), θέσεις πρόσδεσης (dolphins) πλοίων, όσο και στις κατασκευές ανοικτής θαλάσσης (π.χ. ανεμογεννήτριες, και εξέδρες άντλησης πετρελαίου). Τα έργα αυτά σχεδιάζονται για τα συνήθη φορτία λειτουργίας αλλά και για σημαντικά περιβαλλοντικά φορτία (κυματικά, ανέμου, ρευμάτων, σεισμικά, κ.α.). Οι Μ.Π. αποτελούνται από κύρια κοίλα μέλη τα οποία 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 1

συνθέτουν έναν πλαισιακό φορέα και από ενδιάμεσα δευτερεύοντα στοιχεία (braces). Η συναρμολόγηση τους, συνήθως με συγκόλληση των μεταλλικών μελών, γίνεται στην ξηρά, ενώ στη συνέχεια μεταφέρονται με πλωτά μέσα στην θέση εγκατάστασης τους, όπου ποντίζονται και εδράζονται προσωρινά στον θαλάσσιο πυθμένα μέχρι την κατασκευή της μόνιμης θεμελίωσης τους. Εάν τα κύρια μέλη του φορέα είναι σχετικά μικρής διαμέτρου, οι πάσσαλοι της μόνιμης θεμελίωσης κατασκευάζονται εξωτερικά του Μ.Π. μέσω μόνιμων βραχιόνων στήριξης προσαρτημένων στη βάση των κατακόρυφων μελών του Μ.Π. (Σχήμα 1). Εάν τα κύρια μέλη του Μ.Π. είναι μεγαλύτερης διαμέτρου, τότε οι πάσσαλοι της μόνιμης θεμελίωσης κατασκευάζονται μέσω των κυρίων μελών (Σχήμα 2). Οι βαθιές θεμελιώσεις στη θάλασσα περιλαμβάνουν το πλήρες φάσμα των μεθόδων κατασκευής και των τύπων πασσάλων που χρησιμοποιούνται και στην ξηρά, όπως μεταλλικοί εμπηγνυόμενοι πάσσαλοι, πάσσαλοι με διάτρηση, με ή χωρίς σωλήνωση και επιτόπου όπλιση και σκυροδέτηση (φρεατοπάσσαλοι), ή πάσσαλοι μεταλλικοί εμπηγνυόμενοι σε μαλακά/χαλαρά εδαφικά υλικά με διάτρηση από το εσωτερικό τους στον υποκείμενο βράχο και σκυροδέτηση της οπής (rock sockets). Σχήμα 1. Μ.Π. με μόνιμα πέδιλα για την προσωρινή έδραση, θεμελιωμένος με πασσάλους μέσω μόνιμων εξωτερικά προσαρτημένων βραχιόνων στήριξης Figure 1. Jacket structure with mudmats for the temporary and skirt piles for the permanent support Σχήμα 2. Μ.Π. με μόνιμα πέδιλα θεμελιωμένος με πασσάλους μέσω των κύριων μελών του Figure 2. Jacket structure with mudmats and leg piles Η θεμελίωση των Μ.Π. στην φάση της προσωρινής έδρασης τους επί του θαλάσσιου πυθμένα επιτυγχάνεται είτε με προσωρινούς πασσάλους, είτε με ειδικά μόνιμα επιφανειακά πέδιλα (mudmats, Σχήματα 1 και 2). Στην περίπτωση αυτή συχνά απαιτείται επίσης εξυγίανση της επιφανειακής στρώσης στην οποία εδράζεται ο φορέας. 2. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΠΥΡΓΩΝ Η διαδικασία κατασκευής ενός Μ.Π. (ή μιας θαλάσσιας πλατφόρμας) επί πασσάλων περιλαμβάνει έξι βασικά κατασκευαστικά στάδια (Gerwick, 2000): α) συναρμολόγηση του φορέα στην ξηρά, β) φόρτωση - στερέωση σε πλωτό μέσο, και μεταφορά (ή ρυμούλκηση) στη θέση εγκατάστασης, γ) εκφόρτωση και ανύψωση, δ) πόντιση, ε) έδραση στον θαλάσσιο πυθμένα, και στ) κατασκευή της μόνιμης θεμελίωσης. Η επιλογή της μεθόδου κατασκευής και του τύπου των πασσάλων εξαρτάται κυρίως από την στρωματογραφία στην περιοχή θεμελίωσης. Στην περίπτωση βαθιών εδαφικών αποθέσεων χρησιμοποιούνται μεταλλικοί εμπηγνυόμενοι πάσσαλοι, ενώ πάσσαλοι με διάτρηση και επιτόπου σκυροδέτηση (φρεατοπάσσαλοι) χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις βραχώδους υποβάθρου. Συνδυασμός κατασκευής με έμπηξη μεταλλικού σωλήνα και στη συνέχεια διάτρηση μέσω αυτού και κατασκευή φρεατοπασσάλου χρησιμοποιείται σε περίπτωση που το βραχώδες υπόβαθρο καλύπτεται από επιφανειακές εδαφικές αποθέσεις. Κατά τη διάρκεια της προσωρινής τοποθέτησης στον 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 2

θαλάσσιο πυθμένα, ο Μ.Π. στηρίζεται συνήθως σε επιφανειακά θεμέλια-πέδιλα, όπως ενισχυμένες μεταλλικές πλάκες (mudmats) ικανές να μεταφέρουν με ασφάλεια τα φορτία της ανωδομής στο έδαφος θεμελίωσης. Εναλλακτικά, ο Μ.Π. μπορεί να εδρασθεί προσωρινά πάνω σε «προεγκατεστημένους» προσωρινούς πασσάλους. Ο Μ.Π. παραμένει ισοσταθμημένος μέχρι την κατασκευή των μόνιμων πασσάλων θεμελίωσης και την μόνιμη σύνδεση του με αυτούς, για να αποφευχθεί η ανάπτυξη καμπτικής έντασης στον φορέα. Οι (μόνιμοι) πάσσαλοι κατασκευάζονται με συμβατικά μηχανήματα μέσω των κύριων μελών του Μ.Π., ή μέσω μόνιμων εξωτερικών βραχιόνων (skirts) προσαρτημένων στη βάση τους. Η μόνιμη σύνδεση των πασσάλων με τον Μ.Π. εξασφαλίζεται με πλήρωση του δακτυλίου μεταξύ του κάθε πασσάλου και του αντίστοιχου μέλους του φορέα με (τσιμεντ)ενεμάτωση (Σχήμα 3), ενώ η διατμητική αντοχή στη σύνδεση ενισχύεται με σπείρες σιδηροπλισμού που έχουν συγκολληθεί στην εσωτερική παρειά του μέλους του Μ.Π. και δρουν ως διατμητικά κλειδιά. Έτσι, επιτυγχάνεται η μεταφορά του φορτίου από τον φορέα στους πασσάλους, και στη συνέχεια δια της πλευρικής τριβής από τους πασσάλους στο έδαφος θεμελίωσης. Διάφορες μέθοδοι κατασκευής πασσάλων παρουσιάζονται στα Σχήματα 3 έως 6. Στο Σχήμα 3 ο μεταλλικός πάσσαλος εμπηγνύεται στο έδαφος μέσα από το κύριο μέλος του Μ.Π. και στη συνέχεια συνδέεται με αυτό μέ τσιμεντενεμάτωση του ενδιάμεσου δακτυλίου και με διατμητικά κλειδιά. Τα Σχήματα 5 και 6 παρουσιάζουν δύο περιπτώσεις κατασκευής πασσάλου με διάτρηση στο βραχώδες υπόβαθρο μετά από έμπηξη προσωρινού ή μόνιμου μεταλλικού σωλήνα δια των υπερκείμενων εδαφικών στρώσεων (Σχήμα 4). Στο Σχήμα 5 το διάτρημα στον βράχο πληρώνεται με σκυρόδεμα και ο μεταλλικός πάσσαλος τοποθετείται εντός της οπής όσο το σκυρόδεμα είναι νωπό. Στη συνέχεια ο προσωρινός εξωτερικός μεταλλικός σωλήνας ανασύρεται και ο μεταλλικός πάσσαλος συνδέεται με τον Μ.Π. με ενεμάτωση του ενδιάμεσου δακτυλίου. Στην περίπτωση του Σχήματος 6, ένας συμβατικός φρεατοπάσσαλος κατασκευάζεται δια του μόνιμου μεταλλικού περιβλήματος με τοποθέτηση κλωβού οπλισμού και επιτόπου σκυροδέτηση. Σχήμα 3. Εμπηγνυόμενος πάσσαλος μέσω του μέλους του Μ.Π. σε εδαφικά υλικά Figure 3. Driven steel pile through jacket leg into soil deposits 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 3

Σχήμα 4. Πάσσαλος σε βράχο: έμπηξη σωλήνα, διάτρηση δια του μέλους του Μ.Π. Figure 4. Construction of rock socket; drilling through jacket leg and steel casing Σχήμα 5. Μόνιμος μεταλλικός πάσσαλος σε οπή με νωπό σκυρόδεμα Figure 5. Installation of steel pile in concrete-filled rock socket Σχήμα 6. Κατασκευή φρεατοπασσάλου δια του μόνιμου μεταλλικού περιβλήματος Figure 6. Construction of R.C. pile connected to permanent steel casing 3. ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΦΟΡΕΩΝ Ο σχεδιασμός της θεμελίωσης θαλάσσιων Μ.Π. (ή εξεδρών) ακολουθεί τις γενικές αρχές σχεδιασμού τυπικών θεμελιώσεων (επιφανειακών ή βαθιών). Η στήριξη του φορέα τόσο κατά την φάση της τοποθέτησης του στον πυθμένα όσο και κατά τη διάρκεια των εργασιών κατασκευής της μόνιμης θεμελίωσης γίνεται συνήθως με επιφανειακή θεμελίωση. Τα φορτία σχεδιασμού σε αυτή την φάση περιλαμβάνουν περιβαλλοντικά φορτία με μικρότερη περίοδο επαναφοράς, και κατά- 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 4

σκευαστικά φορτία (π.χ. από μηχανήματα που εδράζονται σε προσωρινές πλατφόρμες επί του Μ.Π. για την διάτρηση ή έμπηξη των μόνιμων πασσάλων φωτ. 3), τα οποία συχνά καθορίζουν την μορφή της θεμελίωσης και τη μεθοδολογία κατασκευής των πασσάλων. Σε περίπτωση χαλαρών επιφανειακών αποθέσεων συχνά απαιτείται βελτίωση του εδάφους για να μεταφερθούν με ασφάλεια τα φορτία του Μ.Π. στον θαλάσσιο πυθμένα μέσω της επιφανειακής θεμελίωσης. Εκσκαφή και αντικατάσταση, προφόρτιση, δονητική συμπύκνωση (vibrocompaction), δονητική αντικατάσταση-χαλικοπάσσαλοι (vibroreplacement) αποτελούν συνήθεις μεθόδους βελτίωσης του εδάφους. Η μελέτη και διαστασιολόγηση της επιφανειακής θεμελίωσης βασίζεται σε συμβατικές μεθόδους σχεδιασμού (π.χ., υπολογισμός φέρουσας ικανότητας, υπολογισμός καθιζήσεων), όπου η διαφορική καθίζηση μεταξύ πεδίλων ερευνάται διεξοδικά και λαμβάνεται υπόψη ως ιδιαίτερη φόρτιση στην επίλυση του φορέα. Στην μελέτη της βαθιάς θεμελίωσης οι πάσσαλοι σχεδιάζονται για να παραλάβουν τα κατακόρυφα και οριζόντια φορτία που καταπονούν τον φορέα. Το απαιτούμενο μήκος των πασσάλων υπαγορεύεται από τα κατακόρυφα φορτία και υπολογίζεται με τις κλασικές μεθόδους σχεδιασμού (π.χ., Tomlinson, 2001). Σε περιπτώσεις θεμελίωσης πασσάλων σε βραχώδες υπόβαθρο με υπερκείμενη εδαφική στρώση συνήθως αγνοείται συντηρητικά η συνεισφορά της πλευρικής τριβής της επιφανειακής στρώσης στον υπολογισμό της φέρουσας ικανότητας των πασσάλων. Επίσης, η αντοχή της αιχμής των πασσάλων είτε αγνοείται, είτε λαμβάνεται υπόψη με μεγάλο συντελεστή ασφαλείας, καθώς για την πλήρη ενεργοποίηση της απαιτείται μεγάλη σχετικά μετακίνηση. Το απαιτούμενο μήκος εμπηγνυόμενων πασσάλων προσδιορίζεται με δυναμικούς τύπους ή με κυματική ανάλυση. Ακόμη, μπορούν να εφαρμοστούν διάφορες μέθοδοι σχεδιασμού βασισμένες σε επιτόπου δοκιμές (π.χ., API RP-2A). Συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι υπολογισμού της οριακής πλευρικής τριβής πασσάλων παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Η αντίσταση σε πλευρική φόρτιση των πασσάλων προσεγγίζεται είτε με τη θεώρηση μίας ιδεατής πάκτωσης σε ένα θεωρητικά εκτιμώμενο βάθος, είτε με την θεώρηση ελαστικής δοκού που εδράζεται σε οριζόντιες ελατηριωτές στηρίξεις (p-y). Στον σχεδιασμό των πασσάλων λαμβάνονται υπόψη φαινόμενα σχετιζόμενα με τη φύση του έργου, όπως υποσκαφή από ρεύματα ή τη δράση των πλοίων, κόπωση λόγω της ανακυκλιζόμενης δράσης των κυματικών φορτίων, διάβρωση λόγω του θαλασσίου περιβάλλοντος, μεταβολή της μάζας του πασσάλου με το χρόνο λόγω ανάπτυξης μικρο-οργανισμών, κ.α. Η μελέτη της θεμελίωσης περιλαμβάνει επίσης τον υπολογισμό της σύνδεσης των πασσάλων με τον Μ.Π. (π.χ., με τον κώδικα API RP-2A). Πίνακας 1. Αξονική φόρτιση πασσάλων: Μέθοδοι σχεδιασμού, Οριακή Τριβή Table 1. Pile design methods Limit skin friction. Είδος εδάφους Βράχος Μεθοδολογία- Κώδικας AASHTO (2002) Tomlinson (2001) Fleming et al (1998) Οριακή πλευρική αντοχή f su = 0.15 q u για q u 1.9MPa f su = 0.21 q u για q u >1.9MPa f su = α β q u, α και β εξαρτώνται από το q u και τις ασυνέχειες της βραχόμαζας, αντίστοιχα f su = 1.3 (p a q u ) 0.5 Άργιλοι API (2000) f su = α c u ; α είναι συνάρτηση της ενεργούς εδαφικής τάσης Άμμοι API (2000) f su = K σ v tanδ; K εξαρτάται από το είδος του πασσάλου και η γωνία δ από το N SPT 4. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Στη συνέχεια παρουσιάζονται στοιχεία από ένα πρόσφατα ολοκληρωμένο λιμενικό έργο στα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα που εξυπηρετεί την εκφόρτωση υγροποιημένων προϊόντων υδρογονανθράκων. Το έργο περιλαμβάνει δύο προβλήτες κάθε ένας από τους οποίους αποτελείται από μία κεντρική πλατφόρμα και αρκετά «δελφίνια» πρόσδεσης και παράθεσης (mooring and breasting dolphins) που μορφώνονται από Μ.Π. Η στρωματογραφία στην περιοχή του έργου αποτελείται από ~ 7m 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 5

θαλάσσιες επιφανειακές αποθέσεις (χαλαρή ιλυώδης άμμος με 0 5 κρούσεις στην δοκιμή τυποποιημένης διείσδυσης SPT) και το βραχώδες υπόβαθρο (ασβεστιτικοί ψαμμίτες και ιλυόλιθοι με ενστρώσεις γύψου). Η βραχόμαζα παρουσιάζει υψηλό μεν δείκτη RQD, αλλά χαρακτηρίζεται ως πτωχή έως πολύ πτωχή (weak to very weak) με βάση την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη. Η μελέτη της θεμελίωσης των Μ.Π. περιλαμβάνει α) τον υπολογισμό της προσωρινής επιφανειακής θεμελίωσης για τη φάση της τοποθέτησης των Μ.Π. στον πυθμένα και της κατασκευής των μόνιμων πασσάλων, και β) τον υπολογισμό της μόνιμης βαθιάς θεμελίωσης των φορέων. Η μελέτη των πασσάλων έγινε με την μέθοδο αβ (κατά Tomlinson) με κατανομή της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη 1MPa, 2MPa, και 3MPa για τα βάθη 0-3m, 4-7m και >10m, αντίστοιχα, με γραμμική μεταβολή με το βάθος στα ενδιάμεσα διαστήματα. Συντηρητικά, αγνοήθηκαν στον προσδιορισμό του απαιτούμενου μήκους των πασσάλων η συνεισφορά των επιφανειακών στρώσεων στην αντοχή τριβής και η αντίσταση της αιχμής του πασσάλου στην συνολική αξονική φέρουσα ικανότητα του. Η βαθιά θεμελίωση περιλαμβάνει έμπηξη πάσσαλων διαμέτρου 1067mm δια των κατακόρυφων μελών των Μ.Π. έως τη στρώση του βραχώδους υποβάθρου. Στη συνέχεια γίνεται διάτρηση οπών στο βράχο (rock socket) δια των μεταλλικών πασσάλων για την κατασκευή φρεατοπασσάλων από οπλισμένο σκυρόδεμα διαμέτρου 900mm και μήκους 11 μέτρων. Η αρχικώς προταθείσα μέθοδος θεμελίωσης για την προσωρινή έδραση των Μ.Π. στον θαλάσσιο πυθμένα περιελάμβανε τα εξής στάδια: α) εκσκαφή σε βάθος 2.8μ των περιοχών όπου επρόκειτο να πατήσουν τα κύρια μέλη των Μ.Π. και επαναπλήρωση με χαλίκι, β) προφόρτιση αυτών των περιοχών με μπλόκια από άοπλο σκυρόδεμα βάρους 23t, γ) έδραση των Μ.Π. με μόνιμα πέδιλα μόνιμα προσαρτημένα στη βάση των κύριων μελών, διαμέτρου 3μ (Σχήμα 7) πάνω στη στρώση από χαλίκι, και δ) νέα προφόρτιση με τοποθέτηση μπλοκιών βάρους 40t στην άνω πλευρά των πεδίλων. Σχήμα 7. Αρχική λύση προσωρινής στήριξης του Μ.Π με πέδιλα και προφόρτιση Figure 7. Initial solution for the temporary support of steel jacket with mudmats and preloading Σχήμα 8. Εναλλακτική λύση προσωρινής στήριξης του Μ.Π με αποσπώμενους βραχίονες και προσωρινούς πασσάλους Figure 8. Alternative solution for the temporary support of steel jacket with temporary steel brackets and reusable piles Στην φάση της κατασκευής μελετήθηκε και υιοθετήθηκε από τον ανάδοχο του έργου (Archirodon Construction Overseas) μία εναλλακτική μέθοδος για την προσωρινή έδραση των Μ.Π. μέσω προσωρινών - αποσπώμενων βραχιόνων στήριξης και επαναχρησιμοποιούμενων μεταλλικών πασσάλων διαμέτρου 711mm σε οπές με προδιάτρηση 600mm (Σχήμα 8). Οι βραχίονες στήριξης ήταν εφοδιασμένοι με υδραυλικούς γρύλους για την ισοστάθμιση του Μ.Π. Η διαδικασία κατασκευής περιέλαβε τα ακόλουθα 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 6

βήματα: α) έμπηξη προσωρινών μεταλλικών πασσάλων, β) πόντιση του Μ.Π., έδραση στους προσωρινούς πασσάλους δια των πρόσθετων βραχιόνων, και ισοστάθμιση του Μ.Π., γ) έμπηξη με τη χρήση πλωτών γερανών μεταλλικών πασσάλων δια των κατακόρυφων μελών του Μ.Π. έως το βραχώδες υπόβαθρο, δ) ενεμάτωση των δακτυλίων μεταξύ των μεταλλικών πασσάλων και των μελών του Μ.Π, ε) τοποθέτηση επί του Μ.Π. μεταλλικής πλατφόρμας εργασίας και μηχανημάτων κατασκευής των πασσάλων (φωτογραφίες 1 έως 3), και διάτρηση οπών στον βράχο, στ) τοποθέτηση του κλωβού οπλισμού εντός των οπών και επιτόπου σκυροδέτηση με πλωτούς γερανούς. Μετά το πέρας των εργασιών τόσο οι προσωρινοί μεταλλικοί πάσσαλοι όσο και οι αποσπώμενοι βραχίονες αφαιρούνται ώστε να επαναχρησιμοποιηθούν στον επόμενο Μ.Π. Με την υιοθετηθείσα λύση επιταχύνθηκε σημαντικά η διαδικασία κατασκευής καθώς χρονοβόρες εργασίες όπως εκσκαφή του πυθμένα και αντικατάσταση των χαλαρών εδαφικών στρώσεων, καθώς και η ανάγκη για προφόρτιση εξαλείφθηκαν πλήρως. Ακόμη, μειώθηκε το κόστος του έργου αφού δεν χρειάστηκαν τα βαριά μόνιμα μεταλλικά πέδιλα. Επιπλέον, μειώθηκαν σημαντικά οι κίνδυνοι που σχετίζονται με κατασκευή προσωρινών έργων σε συνθήκες ανοικτής θαλάσσης. Τέλος, βελτιστοποιήθηκε η χωροστάθμηση των Μ.Π. αφού οι υδραυλικοί γρύλοι καλύπτουν υψομετρικές διαφορές στην τοποθέτηση έως και 300mm. Φωτογραφία 1. Μ.Π. με αποσπώμενους βραχίονες στήριξης Photograph 1. Jacket with temporary support brackets Φωτογραφία 2. Κολλάρο έδρασης προσωρινής πλατφόρμας σε κύριο μέλος του Μ.Π. (αριστερά). Πλατφόρμα έδρασης μηχανημάτων διάτρησης φρεατοπασσάλων (δεξιά). Photograph 2. Collar for the support of temporary platform on jacket leg (left). Temporary platform for the operation of pile drilling equipment (right). 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 7

Φωτογραφία 3. Τοποθέτηση του διατρητικού μηχανήματος πάνω στην πλατφόρμα εργασίας (αριστερά). Διάτρηση πασσάλων δια του κατακόρυφου μέλους του Μ.Π (δεξιά). Photograph 3. Placement of drilling rig on temporary platform (left). Drilling of rock socket through jacket leg (right). 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Θαλάσσιες κατασκευές όπως προβλήτες ελλιμενισμού και πυλώνες πρόσδεσης πλοίων, πλατφόρμες ανοικτής θαλάσσης, κ.α., συνήθως περιλαμβάνουν «Μεταλλικούς Πύργους» (Steel Jackets) που προκατασκευάζονται στην ξηρά, και στη συνέχεια ρυμουλκούνται και ποντίζονται στην θέση εγκατάστασης τους. Στη φάση της προσωρινής τοποθέτησης τους στο θαλάσσιο πυθμένα και ενώ κατασκευάζεται η μόνιμη βαθιά θεμελίωση τους, οι φορείς αυτοί εδράζονται σε προσωρινούς πασσάλους ή μέσω επιφανειακών θεμελιώσεων (συχνά με ταυτόχρονη βελτίωση των επιφανειακών εδαφικών στρώσεων). Η επιλογή της καταλληλότερης μεθόδου κατασκευής και του τύπου των πασσάλων εξαρτάται από τις επιτόπου γεωτεχνικές συνθήκες και τις απαιτήσεις του έργου (χρονοδιάγραμμα κατασκευής, διαθέσιμα μηχανήματα κατασκευής και υλικά πασσάλων, κ.α.). Η μελέτη των θεμελιώσεων (επιφανειακών, βαθιών, βελτίωση εδάφους) βασίζεται στις βασικές αρχές σχεδιασμού θεμελιώσεων στην ξηρά. Παράγοντες όπως οι δυσμενείς γεωτεχνικές συνθήκες, τα ακραία περιβαλλοντικά φορτία και η κατασκευή σε συνθήκες ανοικτής θαλάσσης απαιτούν καινοτόμες κατασκευαστικές λύσεις. Μία τέτοια περίπτωση παρουσιάζεται στο άρθρο ετούτο, όπου η αρχικώς προταθείσα επιφανειακή θεμελίωση Μ.Π. με μόνιμα πέδιλα και η βελτίωση του εδάφους με προφόρτιση, αντικαταστάθηκαν από επαναχρησιμοποιούμενους πασσάλους και προσωρινούς βραχίονες στήριξης με σημαντικά οφέλη στην εμπρόθεσμη, οικονομική και ασφαλή ολοκλήρωση του έργου. 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ AASHTO LRFD (2002), "Standard Specifications for Highways." 17th Ed. API RP-2A (2000), "Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design." 21st Ed. Gerwick, B.C. Jr. (2000). "Construction of Marine and Offshore Structures." 2nd Ed. CRC Press. Fleming, W.G.K., Weltman, A.J., Randolph, M.F. & Elson, W.K. (1998). "Piling Engineering." 2nd Ed. Taylor & Francis. Tomlinson, M.J. (2001). "Foundation Design and Construction." 7th Ed. Pearson Education Limited. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 8