Publiskajā telpā ir dzirdamas dažādas spekulācijas par “Z-Towers” konstrukciju drošumu. Vairākkārt esmu apgalvojis to, ka manuprāt “Z-Towers” ir drošākā augstceltne Rīgā, tālāk centīšos aprakstīt faktus kas, manuprāt, apliecina šo apgalvojumu.

Ēkas būvkonstrukciju risinājumi Latvijas būvnormatīvu un Eirokodeksu prasības pārsniedz ar uzviju

Ēkas projektēšanas sākumā tika piesaistīti vācu un šveiciešu inženieri. Tad arī tika uzdots ēkas drošuma līmenis. Ēka sākotnēji tehniskā projekta stadijā tika projektēta atbilstoši Eirokodeksu un Šveices būvnormatīvu prasībām. Kādēļ Šveices? Tādēļ, ka uzsākot projektēšanu 2006. gadā, Eirokodeksi vēl nebija tādā mērā sakārtoti lai uz tiem balstoties varētu izstrādāt tik nozīmīgas ēkas projektu.

Ēkas koncepcijas izstrādē tika piesaistīta Šveices inženieru kompānija, ar ko kopā mēs (IG Kurbads) vienojāmies ka visu konstruktīvo daļu rēķināsim mēs atbilstoši Latvijas būvnormatīviem un šveicieši atbilstoši viņu būvnormatīviem – visi risinājumi ir nepieciešami tādi, lai tiktu apmierinātas gan Latvijas, gan arī Šveices normatīvu prasības. Tas uzdeva šai ēkai pa kārtu augstāku drošuma līmeni salīdzinoši ar tā brīža Latvijas būvnormatīvu prasībām. Un kaut arī 2015. gadā Latvijā mēs beidzot pārgājām uz Eirokodeksiem, arī šobrīd šīs ēkas būvkonstrukciju risinājumi Eirokodeksu prasības pārsniedz ar uzviju.

Ir jāatzīmē, ka pasūtītāja komanda jau sākotnēji, kā arī turpmākā projekta attīstības laikā piesaistīja augstas klases inženierus ar pieredzi augstceltņu projektēšanā un šo procesu uzraudzībā. Pie projekta sākotnējas attīstības būtisku ieguldījumi sniedza Markuss Sailers no Obermeyer Planen + Beraten un Pauls Sirmais no Ierosme. No jau iepriekš pieminētās Šveices inženieru kompānijas (Pöyry Infra) es gribētu atzīmēt grupas vadītāju Jurgenu Peštu, kurš ar mums varēja dalīties savā iepriekšējā pieredzē Frakfurtes augstceltņu projektēšanā. Tika piesaistīts pasaules līmeņa vēja inženieris Jurgens Vakers (no Wacker Ingenieure) un Lietuvas vadošais ģeotehniķis Liudvikas Furmonavičus, kā arī vēl daudzi citi.

Daudzi inženieri no Vācijas arī noteica to, ka tika izdarīti salīdzinoši konservatīvi sākotnējie pieņēmumi. Rezultāta mēs esam ieguvuši ēku, kura ar drošuma līmeni varētu pārspēt arī daudzas vācu augstceltnes. Bet šī tomēr bija jauna pieredze Latvijā – gan būvēt 4 pazemes stāvus (10 000 kvadrātmetru izmērā katru) un izbūvēt tos apmēram 12 metrus zem jūras līmeņa, gan arī divas augstceltnes, kas augstuma ziņā ievērojami pārspēj visu kas līdz šim Rīgā būvēts.

Aprēķina atskaites rāda, ka maksimāli noslogotāko galveno nesošo konstrukciju noslodzes atbilstoši Eirokodeksiem nepārsniedz 78%. Bez tam ņemot vērā galveno nesošo konstrukciju vidējās noslodzes un dzelzsbetona plastiskumu, ēkas būvkonstrukcijām kopumā to faktiskās stiprības rezerves ievērojami pārsniedz aprēķina atskaitē noteiktās.

Pāļu pamati, pāļu testi un pamatu drošība

Ēka balstās uz urbtiem dzelzsbetona pāļiem, tie ir 90cm, 1,2m un 1,5m diametrā un iestrādāti dolomīta pamatslānī.

Tomēr projekta īstenošanas laikā būvspeciālistiem radās domstarpības par pāļu izbūvi. Tas nav nekas jauns – pāļi tiek iebūvēt vairāk kā 20 metrus zem zemes, tiem klāt neviens netiek, tā ir tā konstrukcija par ko visbiežāk  tiek izteiktas šaubas. Pāļi tika izbūvēti 2006. un 2007. gadā. 2008. gadā 4 pazemes stāvu izbūves ietvaros tie tika atrakti 12 metru dziļumā. 2009. gada sākumā tika uzsākta ekspertīze, kas turpinājās ar papildus detalizētiem pāļu testiem 2010. gadā un detalizētiem aprēķiniem 2011. gadā.

Par pāļu testiem. Pasūtītājs nodrošināja 3 pāļiem testus ar deformāciju un spriegumu mērīšanu pa visu to garumu ar iebetonētiem tenzometriem, kas mūs nodrošina ar unikālu informāciju par faktiskajiem grunšu nestspējas datiem. Šie pāļu testi nav ierindas testi – pārbaudes pāļos ir jāiebūvē dārgus mērinstrumentus. Ir jāveic ļoti uzmanīgu pāļu betonēšanu – lai procesā netiktu pārrauti vadi. Visbeidzot ir jāanalizē mērījumus, kas ir specifiski darbi, un kā veikšanai tika pieaicināts viens no vadošiem ģeotehniķiem Baltijā – Liudvikas Furmonavičus no Viļņas Tehniskās universitātes. Šādu testu izmaksas ir par kārtu lielākas kā parasti testi (tās ir rēķināmas desmitos tūkstošu), tādēļ reti kuru pasūtītāju izdodas pierunāt uz šādu testu finansēšanu. Cik mums ir zināms, šādi testi nav veikti nevienai Rīgas augstceltnei. Droši zināms ir tas, ka ja arī kāds ir veicis šādus testus, tad tie nav pieejami Latvijas konstruktoriem un ģeotehniķiem. Savukārt “Z-Towers” testu dati ir izmantoti pētījumos Rīgas Tehniskajā universitātē un ir publicēti, kas palīdz inženieriem pieņemt pareizākus lēmumus praktiskā projektēšanā. Šie dati netiek slēpti un ir papildus pievienotā vērtība Latvijas inženieru – konstruktoru un ģeotehniķu  izpratnei par Rīgas gruntīm.

Varam pastāstīt to, ka testējot urbto dzelzsbetona betona pāli ar diametru 620mm, kas dolomītā iedziļināts 1,2m, testa laikā pie 750 tonnu slodzes, izdevās mobilizēt tikai niecīgu daļu no pāļa gala pretestības. Pārliecinoši lielāko slodzes daļu uzņēma sānu berze, bez tam no testu rezultātiem varējām secināt, ka arī sānu berzes robežlielumi vēl netika sasniegti.

Pamatojoties uz pāļu urbšanas protokoliem un pāļu testu rezultātiem tika noteikta aprēķina nestspēja katram konkrētam pālim. Katram pālim no pāļu urbšanas protokoliem ir nolasīta pāļa augšējā un apakšējā augstuma atzīme devona mālā un dolomītā. No tā tika noteikts pāļa berzes laukums devona mālā un dolomītā, reizinot ar virsmas berzes pretestības aprēķina vērtībām tiek noteiktas pāļu berzes nestspējas. Pāļu berzes nestspēja tika summēta ar pāļa pieres nestspēju. Šādi tika veikti detalizēti aprēķini katram no 192 iebūvētajiem pāļiem.

Būvējot augstceltnes tika veikts nepārtraukts deformāciju monitorings. Uzmērītas pamatu deformācijas zem augstceltnēm ir viena centimetra robežās. Tas šāda izmēra ēkai tiešām ir ļoti niecīgs deformāciju lielums – ēkas kopējais augstums no pagraba plātnes līdz augšējajam pārsegumam pārsniedz 140 metrus. Līdzīga izmēra ēkām vācu inženieri tiecas uz 5 līdz 8 centimetru deformāciju nodrošināšanu. No vienas puses var apgalvot ka šīs ēkas pamati ir pārāk droši un bija iespēja ietaupīt. No otras puses ir jāatzīst, ka mums Rīgā ir salīdzinoši maza pieredze ar šādām milzīgām slodzēm uz pamatiem, tādēļ piesardzība ir pamatota.

Kad ēkas būvapjoms tika uzbūvēts un vairākus gadus netika konstatētas jaunas pamatu deformācijas, tad arī deformāciju monitorings tika pārtraukts. Bieži šādām augstceltnēm deformācijas turpinās daudzu gadu garumā. Tas fakts, ka “Z-Towers” pamatiem pēc visu slodžu pielikšanas deformācijas neprogresē, vēlreiz apliecina ka ar pamatu risinājumiem mēs esam krietnu soli drošības virzienā. Mums nav nekādu šaubu par šīs ēkas pamatiem.

Ēka ir projektēta uz paaugstinātām slodzēm.

Projektēšanas sākumstadijā konsultējoties ar vadošajiem vācu vēja inženieriem tika pieņemts lēmums ēku projektēt uz vēja slodzi atbilstoši lidostas Rīga datiem par maksimālajām novērotajām vēja slodzēm. Šī brīža Latvijas būvnormatīvi prasa rēķināties ar vēja slodzēm, kas ir par 20% mazākas par tām uz ko ir projektēti “Z-Towers”. Un arī pie šādām paaugstinātām vēja slodzēm ēkas horizontālās deformācijas nepārsniegs 10 centimetrus – tas nodrošina visaugstāko komfortu ēkas iemītniekiem, ir zināms ka Ņujorkas un Šanhajas augstceltnēm praksē tiek akceptētas vairākas reizes lielākas horizontālās deformācijas. Ēka spēj uzņemt arī seismiskās slodzes – ir veikti būvkonstrukciju aprēķini kas to apliecina, kaut arī Latvijas būvnormatīvi neuzstāj uz šādu aprēķinu veikšanu.

Tāpat ir veikti aprēķini lai pārbaudītu ēkas konstruktīvo integritāti. Aprēķini apliecina, ka ir pieļaujams ēkai izņemt jebkuru kolonnu, konstrukcijas ir pietiekami integrētas lai, kaut arī tas izraisītu pārmērīgas deformācijas un apdares plaisāšanu, ēka spētu pretoties sabrukumam – ēka ir sprādzienu un neparedzētu incidentu droša. Šīm nolūkam ēkā ir arī papildus paredzēts t.s. autrigera (outrigger) stāvs – tehniskais stāvs kurā visas kolonnas un ēkas centrālais kodols ir savienoti ar masīvām dzelzsbetona sienām visā stāva augstumā. Šīs autrigera sienas spēj pārdalīt slodzes starp galvenajiem nesošiem elementiem – kolonnām un kodolu. Ēka spēj nodrošināt arī prasības, ko uzstāda Unified Facilities Criteria – Design of Buildings to Resist Progressive Collapse UFC 4-023-03. Šīs projektēšanas vadlīnijas nāk no ASV aizsardzības ministrijas struktūrām (U.S. Army Corps of Engineers u.c.), un ir obligātas ASV valdības būvēm. Viss iepriekšminētais ļauj mums droši apgalvot, ka šī ir šobrīd drošākā augstceltne Rīgā.

Ēkas konstrukcijas ir ļoti detalizēti dokumentētas.

Ēkas būvniecības laikā dzelzsbetona konstrukcijām tika izstrādāti detalizēti darba rasējumi visaugstākajā detalizācijas pakāpē – tika izzīmēts un uzskaitīts katrs stiegrojuma stienis un detaļa. Un mēs kā autoruzraugi arī braucām pieņemt katru sastiegroto konstrukciju pirms betonēšanas – rezultātā mums ir radies liels stiegrojuma fotogrāfiju arhīvs. Mums ir pārliecība, ka viss tiešām ir uzbūvēts tā kā tas tika uzzīmēts. Ja būvnieku maiņas laikā ir pazuduši kādi formāli papīri ko paraksta darbu vadītājs un būvuzraugs, tad tas pēc būtības nemaina to, ka viss ir dokumentēts detalizācijas projektos. Šīs ēkas konstrukcijas ir dokumentētas daudz detalizētāk kā lielākā daļa līdzīgas būves Rīgā.

Pašsvārstību frekvenču mērījumi.

Vēl ir jāatzīmē to, ka būvniecības laikā – jau sasniedzot 40 metru augstumu virs bāzes stāviem, mēs sākām mērīt augstceltņu pašsvārstību frekvences. Uz katras konstrukcijas ir iespējams mērīt tās vibrācijas, tomēr konstrukcijām ir jābūt pietiekami “slaidām” lai no plašā vibrāciju spektra, ko uz tām var izmērīt, varētu izdalīt visas kontrukcijas pašsvārstību frekvenci, vismaz – pašsvārstību frekvences pirmo modu. “Z-Towers” gadījumā mums tas izdevās tikai sākot no brīža kad ēka bija uzbūvēta 46 metrus virs zemes. Kamēr būve bija zemāka, tikmēr tā nebija pietiekami “slaida”, vēja pulsācijas nespēja to pietiekami iesvārstīt, lai nepārprotami izdalītu pašsvārtību frekvences no garāmbraucošā transporta u.c. vibrāciju avotiem. Tātad – šāda pašsvārstību frekvenču mērīšana nav iespējama katrai kurai būvei, bet mums bija iespēja to uzsākt vēl pirms augstceltnes tika uzbūvētas līdz pusei.

Šo mērījumu galvenais iemesls – pārliecināties par to ka mūsu trīsdimensiju datoraprēķini ir pareizi. Mēs salīdzinājām augstceltņu izbūvēto būvapjomu pašsvārstību frekvences ar datorā modelēto izbūvēto būvapjomu pašsvārstību frekvencēm. Darbus veicām kopā ar RTU Būvmehānikas katedras speciālistiem. Pašsvārstību frekvenču teorētiskās un dabā izmērītās vērtības salīdzināšana tika veikta lai pārliecinātos par to, ka mūsu aprēķini atbilst tam kas dabā tiek uzbūvēts. Mēs konstatējām lielisku teorētisko un faktisko datu sakritību – atšķirības nepārsniedza 10% robežas. Pretējā gadījumā mums nāktos datoraprēķinus koriģēt, kas varētu prasīt arī korekcijas risinājumos. Līdz šim līdzīga prakse bija pielietota tiltu būvniecībā – pēc uzbūvēšanas tika mērītas tiltu pašsvārstību frekvences, ar ko iespējams pārliecināties par tiltu aprēķinu atbilstību situācijai dabā. Tiltu gadījumā tas ir iespējams tikai pēc visas konstrukcijas uzbūvēšanas. Bet mūsu gadījumā mēs ieguvām informāciju jau “pusceļā”, mums bija iespējas nepieciešamības gadījumā gan aprēķinus gan arī risinājumus koriģēt. Šo savu pieredzi mēs esam aprakstījuši vairākos zinātniskajos rakstos, un to man izdevās pārrunāt arī ar japāņu “Niken” inženieri Atsuo Konishi, kurš bija projektējis un turpina uzraudzīt 634 metrus augsto Tokijas TV torni “Sky Tree”. Pagodinošs ir fakts, ka Atsuo Konishi mūsu rakstu bija pamanījis lielajā zinātnisko rakstu klāstā, un ka tas viņu bija ieinteresējis. Kaut arī viņš atzina to, ka viņi izmanto līdzīgas metodes, viņi tās nepublicē un tiecas uz vēl labāku teorētisko un faktisko pašsvārstību frekvenču sakritību.

Mēs šī projekta attīstības laikā esam guvuši neatsveramu pieredzi. Tas ir sakāms ne tikai par būvizpētēm un projektēšanu, bet arī par būvniecību. Esam varējuši dabā novērot sākotnēju pieņēmumu pareizību, un apzināt tās lietas, kam jāvērš uzmanību citu Rīgas augstceltņu realizācijā. “Z-Towers” būvniecības procesam ir ievērojams zināšanu pienesums Latvijas inženieru aprindās – ar atziņām esam dalījušies gan lekcijās, gan arī rakstos un publikācijās.

Normunds Tirāns

Inž., Dr.sc.ing.