Az Államigazgatási Főiskola főépületének és környezetének geodéziai és geotechnikai vizsgálata az épületkárosodás okainak és a beavatkozás lehetőségeinek megállapítására

Kovács Zoltán okl. építőmérnök,
a Szent István Egyetem Ybl Miklós Műszaki Főiskolai Kar főiskolai adjunktusa
Keszey Zsolt okl. geotechnikai szakmérnök, a GEOHIDRO KFT
ügyvezető igazgatója
Keszeyné Say Emma okl építőmérnök, a Szent István Egyetem Ybl Miklós
Műszaki Főiskolai Kar főiskolai adjunktusa

A jelen cikkünkben egy esettanulmány segítségével kívánunk bemutatni egy tervezési, vizsgálati folyamatot.

A feladat lehatárolása

Az Államigazgatási Főiskola (Budapest, XI. Ménesi út 5.) épületegyüttesében jelentős károsodások jelentkeztek, amelyek nagy része a sportlétesítmény megvalósítása után a többszintes oktatási szárny szerkezeti elemeiben keletkezett.

A vizsgálatokat 1996–97. évben, a helyreállítást 1997-ben, az ellenőrző méréseket pedig 1997–98-ban végeztük el. A vizsgálataink fő célja az volt, hogy

• felderítsük a mozgások okait,
• megállapítsuk azok időbeni lefolyását, és
• javaslatot adjunk a mozgások és ezzel együtt a károsodások megszüntetésére.

A Főiskola két ütemben épült ki, először az oktatási szárny készült el, majd mintegy 10 évre rá a fedett sportlétesítmény, uszodával. Az altalaj- és szerkezeti-mozgások a sportlétesítmény, illetve a hozzá kapcsolódó támfalak megépülte után váltak jelentőssé.

Károsodások leírása

A helyszínen szemmel látható, észlelhető károk a következők voltak:

• az oktatási szárny K-i homlokzatán, különös tekintettel a terasz és az ÉK-i sarok közötti szakaszon több cm-es, néhol dm-es nagyságrendű elmozdulásokat lehetett észlelni;
• a földszinti és az emeleti nyílászárók nagyfokú szögtorzulást szenvedtek;
• a lépcső 4-5 cm-es alakváltozása az egész szerkezet elcsavarodásában jelentkezett;
• az épület körüli járda, illetve a térburkolat nem volt folytonos; az észlelt legnagyobb károsodások helyén nem volt burkolat;
• a terasz megbillent, az épület felé lejtett;
• a területen lévő fáknak a tereplejtéssel azonos irányú dőlése volt látható.

Átvizsgáltuk a korábbi terveket, valamint begyűjtöttük az idevonatkozó információkat, és az alábbiakat állapítottuk meg:

• a főépülethez az első ütemben készült övszivárgó, az akkori funkciójától eltérően, nem harántolja át a teljes – relatíve vízvezető – felső agyagösszletet;
• a második ütemben épült sportlétesítmény munkagödrének megtámasztásához készült végleges, kihorgonyzás nélküli, befogott résfal alja viszont beköt a kemény, gyakorlatilag vízzáró agyag, agyagmárga rétegbe;
• az épület K-i homlokzatával megközelítőleg párhuzamosan futó résfal mögött nem készült végig hátszivárgó, illetve szakaszosan lett kiépítve; pont a lépcső és az épület sarka közötti szakasz előtt mintegy 9 m hosszban nincs szivárgó;
• a résfal kivitelezését követően 7-12 cm nagyságú, vízszintes irányú elmozdulásokat észleltek a résfal felső élénél.
• 
  

A terület vizsgálata

A károsodások okainak kiderítésére talajmechanikai feltárásokat és vizsgálatokat, statikai számításokat és geodéziai méréseket végeztünk.

Talajmechanikai vizsgálat

A terület altalaja három rétegösszlettel jellemezhető:

• áthalmozott építési törmelékkel kevert agyag feltöltés, melynek vastagsága 0,7-2,2 m;
• a feltöltés alatt 2,7-7,0 m vastagságú, felső erodálódott, talajvízjárta sárga-sárgásbarna Kiscelli agyag található, mely laza vízáteresztő; talajvíz hatására kompresszibilis, és talajfizikai jellemzői alapvetően megváltoznak;
• a legalsó rétegösszlet, az eredeti fekvésű Kiscelli agyag, mely kemény konzisztenciájú, gyakorlatilag vízzáró; jellemzően sárgásszürke, szürke; vízérzékeny, tehermentesítés és talajvíz hatására talajfizikai jellemzői kedvezőtlenné válnak.

Vizsgáltuk még, a lejtőirányú mozgást előidéző, kialakult csúszólap határvonalát is. E mélységhatáron a talajfizikai jellemzők a legkedvezőtlenebb értékekkel vehetők figyelembe    (r = 1,9 g/cm³,    f = 5^o,    c = 20 kN/m²).

A talajvíz helyzetét a magasabb domborzat felől szivárgó vizek és a korábbiakban beépített víztelenítő rendszerek befolyásolják. A talajvíz járatokban szivárog, helyének fúrásokkal történő felderítése véletlenszerű. A talajvízszintekre vonatkozó mérési adatok jól mutatják a résfal visszaduzzasztó hatását, illetve azokon a szakaszokon, ahol hátszivárgó van, ott annak leszívó hatását.

Előzetes geodéziai felmérés

A kialakult helyzetet geodéziai mérésekkel rögzítettük. A felmérés szerint az oktatási épületegyüttes a sportlétesítmény felé, pontosabban az ÉK-i sarok felé billen. Az egyes pillérek közötti süllyedéskülönbség a 6,5 cm-t is elérte. A további pillérek közötti süllyedés elérte a 15 cm-t is.

A külső járdalemez süllyedésének tendenciáját követi az I. szint erkélyének süllyedése. Érdekes volt megállapítani, hogy a mért legnagyobb süllyedést a kisebb terhelésű alapok szenvedték, miközben az épület alaptestjeinek méretei alig különböznek egymástól.

A korábbi geodéziai mérések eredményei alapján feltételezhető, hogy az épületalapok alatti talajösszlet konszolidációja még nem fejeződött be, így a süllyedés mértékének további növekedése egyéb helyeken is várható. Időbeni folyamata jelenleg ismeretlen.

Vizsgálati eredmények összegzése

A károsodást kiváltó okok

A létesítmények károsodásának főbb okai az alábbiakban foglalhatók össze.

Az egyik kiváltó ok a csapadékvizeknek az épület alapjához történő leszivárgásában keresendő.

Az épület alapozásához rézsűsen kiemelt munkagödör visszatöltés – a feltárások szerint – nem kellően tömörített, kőtörmelékes agyagtalajjal történt. E laza betöltés a beszivárgó csapadékvizeket az alapozási síkig, illetve alá vezette, átáztatva ezzel az altalajt. Így a nagy terhelésű pilléralapok alatt nagymértékű összenyomódás jött létre, a pillérek megsüllyedtek. A beszivárgás az épület K-i homlokzatának egy rövid szakaszára (lépcső és az épület sarok) koncentrálódott, mivel itt ér véget a térburkolat, és a megbillent terasz felületén összegyűlő csapadékvíz is ide gravitált. Ennek következménye a lépcső süllyedése is.

A másik kiváltó ok a sportlétesítmény és a résfalak építésével függ össze.

A hegy felől érkező rétegvizek egy része az épülethez készült övszivárgó alatt tovább folyik. A később épített, gyakorlatilag vízzáró agyagrétegbe bekötő résfal azonban lezárja e rétegvizek szabad mozgásának útját. A résfal visszaduzzasztó hatása miatt a hátszivárgó nélküli szakaszon – mely véletlenszerűen megegyezik a koncentrált beszivárgás szakaszával – a talajvíz nyomásszintje nagymértékben megemelkedett. Ezzel tovább fokozódott a felszíni vizek által már átáztatott és így leromlott talajfizikai jellemzőjű talajtömegben a veszélyes csúszólapok kialakulásának lehetősége.

A fellazult talajban a víz(nyomás)szint felemelkedett, tovább rontva az altalaj talajfizikai paramétereit. Erre halmozódott a résfalak építésénél előállt 7-12 cm-es vízszintes elmozdulás, melynek hatására a mögöttes földtömegben expanzió jött létre. E fellazult, átázott, lecsökkent talajfizikai paraméterekkel bíró rétegben kialakult egy csúszólap (esetleg csúszólapok), mely feltehetően elérte az oktatási szárny alapjait is. A feltárások szerint a csúszólap(ok) a két különböző keménységű kiscelli agyag találkozási felületén – melynek síkja a felszíni lejtésnél nagyobb esést mutat – alakult(ak) ki. Az eltérő tulajdonságú agyagrétegben különböző nagyságrendű süllyedések keletkeztek, mint ahogy azt a geodéziai mérések is szemléltetik.

Javaslatok a mozgást kiváltó okok megszüntetésére

Az épület állagának óvása, további romlásának megelőzése érdekében a legfontosabb teendő a felszíni (csapadék) vizek távoltartása a létesítmények alapjaitól.

Ez a következő három fő munkafeladatból áll.

1.    A meglévő burkolatok helyreállítása, a csapadékvíz biztonságos összegyűjtése. Ennek érdekében vagy a burkolat szintjének változtatásával helyre kell állítani az eredeti lejtési viszonyokat, vagy az ellenesésű részeken vízgyűjtő folyókák utólagos beépítésével lehet a csapadékvizeket biztonságosan összegyűjteni, majd elvezetni a lépcső mellett az angol-aknában lévő csatornába.

2.    A meglévő burkolat meghosszabbítása az épület sarkáig. Ezzel lehet a beszivárgást megakadályozni és a csapadékvizeket elvezetni mind az épület, mind a lépcső alapozásától. Az új burkolat szerkezete, kialakítása célszerűen egyezzen meg a korábbi burkolatéval.

3.    A burkolat alatti rézsűt füvesíteni kell. Az előző két feladattal párhuzamosan a meglévő burkolatokat helyre kell állítani. A fagyási károkat meg kell szüntetni, a repedéseket, hézagokat (főleg az alapok mellett) kitisztítás után képlékeny anyaggal gondosan ki kell tölteni. A megsérült szigeteléseket (épületek körül) helyre kell állítani.

A fenti három teendő időben és jelentőségében a legfontosabb volt. Ezek bármikor, akár párhuzamosan is elvégezhetők voltak. A cél az volt, hogy a mielőbbi megvalósulásukkal a további beszivárgásokat meg lehessen akadályozni.

A helyreállítási munkák másik beavatkozási területe az alapok melletti és a támfal mögötti altalaj kiszárítása volt. A szivárgó víz megcsapolását, nyomásszintjének csökkentését függőleges szivárgóval a K-i homokfal mentén volt célszerű elvégezni. Azonban a meglévő első emeleti terasz a gépi kivitelezést nem tette lehetővé. Hasonló volt a helyzet a résfal mellett létesítendő szivárgó kivitelezésével is, amelynél a kivitelezés az épület előtti területrész újabb elmozdulását eredményezhette volna. Gyakorlatilag megoldható módszerként végül is maradt egy mélyebb szinten beépíthető vízszintes drén vagy drén-rendszer kivitelezése. A drén-rendszer kiépítésére vonatkozóan három alapváltozatot dolgoztunk ki.

Ellenőrző geodéziai vizsgálatok

A továbbiakban a mozgásoknak, azok időbeni lefolyásának és a beavatkozások hatásának nyomon követésére két évig rendszeres és részletes, felsőrendű pontosságú geodéziai méréseket végeztünk.

Ezen mérések alapján lehetett eldönteni, hogy az első ütemben betervezett – minimálisan szükséges – beavatkozások elegendőek-e, vagy további (pl. résfalak hátrahorgonyzása) munkákra is szükség lesz.

A méréseknek kettős célja volt:

• egyrészt folyamatosan figyelemmel kísérni és rögzíteni a feltételezhető mozgások jellegét, nagyságát és tendenciáját, ezzel ellenőrizve a beavatkozások hatásosságát,
• másrészt a folyamatos figyelés lehetőséget biztosít a beavatkozások esetleges módosítására és további intézkedések szükségességének megítélésére.

A mérési pontok kijelölése és mérése

Az épületen magassági mozgásmérést végeztünk, annak főleg a nagyobb süllyedést szenvedett részére koncentrálva. Ez szám szerint 20 magassági pont beépítését jelentette. A mérési helyeket úgy jelöltük ki, hogy a nagyobb mozgások környezetébe több pont kerüljön, illetve a körbemérhetőség is biztosítható legyen.

A támfal felső részére 3 mérési pontot helyeztünk el. Ezeknek mértük mind a magassági, mind a vízszintes mozgását. (1. ábra)

A mérési pontokat mindenhol a szerkezeti betonba rögzítettük, a burkolatok mozgásától függetlenítve. Kiinduló helynek a Ménesi, illetve Mányoki utat választottuk, melyeket relatíve mozgásmentesnek ítéltünk meg, tekintve hogy az utcák esetleges együttes mozgása az épület helyi károsodását nem befolyásolja.

A magasságméréseket optikai mikrométeres, kompenzátorral ellátott, felsőrendű szintezőműszerrel végeztük. A mérések előtt és után a műszert horizontferdeségre megvizsgáltuk.

A 15-ös számú pont aktuális magasságát a mozgásmentesnek tekintett magassági alappontból kiindulva az „A” jelű mérési vonalon keresztül mérési sorozatonként újra és újra meghatároztuk. A további pontok magassági értelmű mozgás-meghatározásának az alapja a 15-ös számú pont ily módon meghatározott magassága lett. (2. ábra)

A vízszintes mozgásméréshez nagy pontosságú, koincidenciás leolvasó berendezéssel ellátott teodolitot használtunk. A szögméréseket két-két független felállással, két távcsőállásban, négy-négy fordulóban mértük, kényszerközpontosító berendezés felhasználásával.

A pontok környezetének beépítettsége miatt a vízszintes mozgásvizsgálati hálózat kialakítása az alábbi módon volt lehetséges. (3. ábra)

Az 1000-es, ill. 2000-es pontok által meghatározott egyenes elhelyezkedése a I, II, III pontok által kijelölt vonallal közel párhuzamosan történt. Ezen két pont egyenesét bázisnak tekintve, az ábrán a 10 000-es, ill. a 20 000-es pontszámmal jelölt mozgásmentes alappontokat poláris koordinátaméréssel határoztuk meg. Az így kapott alappontok koordinátáit mérési sorozatonként változatlannak tekintve, az 1000-es, 2000-es pontokat a beillesztett sokszögelés módszerével, sorozatonként újból és újból meghatároztuk. Maguk a mozgásmérő helyek (I, II, III) ezen 1000-es, ill. 2000-es pontról poláris pontmeghatározással nyertek koordinátát.

A távolságméréseket nagypontosságú elektronikus mérőállomással, álláspontonként 4-4 független irányzással, egy-egy irányra vonatkozóan 20-20 mérést téve végeztük el.

Mérési eredmények és kiértékelésük

Hat felsőrendű geodéziai méréssorozat készült. Az alapmérést az okok megszüntetésére irányuló beavatkozások előtt végeztük. Értékei viszonyítási alapként szolgáltak a további mérésekhez.

Az egyes méréssorozatok eredményei alapján süllyedési szintvonalakat szerkesztettünk.

Az első ellenőrző mérések jól alátámasztják a korábbi megállapításunkat, miszerint:

az egész épület mozog, süllyed, mely összetevődik a domboldal lassú kúszásából adódó kisebb lejtőirányú mozgásból és az erre szuperponálódott – a támfal visszaduzzasztó káros hatása miatti – helyi jellegű, nagyobb mértékű süllyedésből.

Az időközben elkészült támfal mögötti szivárgó-rendszer, valamint az egyéb beavatkozások hatása még nem jelentkezik a rövid időtartam miatt.

A második ellenőrző méréssorozat eredményei alapján a következők állapíthatók meg:

A domboldal még lassú kúszási folyamatban van. Az elkészült beavatkozások hatása kezd érvényesülni. A támfal mögötti szivárgó rendszer megcsapoló hatására a talajvízszint csökken, melynek következtében az épület alatti átázott talajban a konszolidációs folyamatok lelassultak, a süllyedések csökkentek. Érthető módon ennek mértéke a legkisebb az ÉK-i sarok környezetében (a legnagyobb károsodás helye), hiszen a koncentrált csapadékvíz beszivárgás miatt is az átázottság itt a legerőteljesebb és itt van a legnagyobb terhelések helye is.

A harmadik eredménysorozat már egyértelműen alátámasztja a korábbi feltételezéseket, miszerint a visszaduzzasztott talajvízszint csökkentése következtében a konszolidáció lelassul, a süllyedési folyamatok idővel gyakorlatilag megszűnnek. A későbbiekben csak a talajvízszint ingadozásából, hőhatásból és a nagyon lassú kúszási folyamatból származó elmozdulások eredő mozgása fog érvényesülni, amely az eddigi mérések alapján nem tekinthető még teljes mértékben bizonyítottnak.

A negyedik és ötödik ellenőrző mérések eredményei alapján mondhatjuk, hogy a növekvő relatív elmozdulásokat a környező területen beszivárgó csapadék is nagymértékben befolyásolhatja, mivel talajvízszint emelkedést eredményezhet. Feltételezésünk szerint az épületet övező gravitációs drén csak az épület kerületén és az alapozási mélységig hatékony. Az épület alatti területen (áramlási térben) kialakuló víznyomásokat csak részben vagy egyáltalán nem befolyásolja. A mérési eredmények jól alátámasztják a korábbi vizsgálataink megállapításait, miszerint a talajvízszint csökkenés vagy emelkedés következtében lejátszódó konszolidációs folyamatok lelassulhatnak, ill. felgyorsulhatnak.

Összefoglalás, következtetések, javaslatok

A megbízás tárgyát képező mozgásvizsgálat két éves vizsgálati eredményeit szemlélve megállapítható volt, hogy

• a geodéziai elmozdulás-mérések előtt telepített víztelenítő rendszer hatékony volt, mivel az épület-uszoda közötti támfalra ható víznyomás lecsökkent, a relatív elmozdulások is csökkenő tendenciát mutattak,
• az épület K-i részének konszolidációja felgyorsult, azonban a mozgási folyamatok tendenciája szakaszosan változó,
• a víztelenítő rendszer nem hat ki az épület távolabbi (ÉNY-i) része alá, ezért ott változó előjelű hullámzás mutatkozott a mérések során.

Összegezve az eredményeket, megállapítható, hogy a mozgásokat, illetve a károsodásokat kiváltó okok megítélése helytálló volt. Az okok megszüntetésére javasolt és ez alapján elkészült beavatkozások helyesnek és hatékonynak bizonyultak. A geodéziai mérési rendszer kiépítése és a folyamatos mérések szükségesek voltak.

Az eredmények alapján a tendenciák jól nyomon követhetők. A kisebb süllyedő, emelkedő mozgásokat jelentősen befolyásolják a duzzadó agyag mozgásai is.

Geodetical investigation the main building and surroundings of the College for Public Administration

Kovács, Z.-Keszey, Zs.-Mrs.Keszey Say, E.:
Summary

The article deals with an investigation of a building damage, during this significant subsoil and structural motions have been appeaved.

To find out the reasons of the damages

–    soil mechanical explorations and analysis

–    statics calculations and

–    geodetical measurements 2 years along have been prepared.

Based on these has been made the investigation of the opportunities of the intervention.

The interventions, suggested and prepared to stop the reasons, were right and effective, that were verified by the geodetical measurements.