Sztuczne jezioro odbijające bryłę nowoczesnego domu [Case Study]

Naszym zadaniem było zaprojektowanie kilku zbiorników wodnych, na potężnej działce 8 ha przy nowoczesnej architekturze Przemka Olczyka (Underpass Home – Mobius Architekci). Architekt przedstawił zamysł zbiorników w koncepcji domu, do nas należały wykończenia i opracowanie technologii realizacji. Projektanci współtworzący koncepcję to Łukasz Kilarski i Jakub Gardner.

Kształt mniejszych zbiorników, „przyklejonych” do budynku, został przez nas powtórzony 1 do 1. To dwa prostokątne zbiorniki:

• jeden przy wjeździe do garaży na poziomie piwnicy ~900 m2
• drugi na tarasie ~200 m2 oraz
• trzeci i największy zbiornik o powierzchni 5800 m2, którego kształt przemodelowaliśmy ze względu na perspektywy widokowe oraz chęć zachowania drzew istniejących na terenie – sosny, dla której powstała wyspa oraz starej wierzby.

W artykule przedstawiamy proces i dobre praktyki zastosowane w naszym projekcie ogrodu, aby podzielić się kapitałem zgromadzonej wiedzy. Z przyjemnością pomożemy kompetencyjnie osobom mierzącym się z podobnymi przedsięwzięciami.

Proces projektowy dla stawu kąpielowego

Chronologia pracy przedstawiała się następująco:

1. Opracowanie koncepcji całego ogrodu
2. Ustalanie kształtu zbiorników w rzucie – obrysu lustra wody
3. Posadowienie wysokościowe lustra wody
4. Wybór technologii oczyszczania wody i opracowanie zamysłu funkcjonowania hydrauliki filtracyjnej
5. Uzgodnienia międzybranżowe, znalezienie rozwiązań
6. Opracowanie projektu budowlanego

Projekt był rozciągnięty w czasie i z uwagi na wiele niezależnych czynników oraz ścisłe powiązanie z procesem architektonicznym – zajął blisko 3 lata od rozpoczęcia pracy do momentu oddania dokumentacji budowlanej. W trakcie tego okresu intensywne zaangażowanie zespołu nad pracami projektowymi zajęło 6-8 miesięcy. Za opiekę merytoryczną nad projektem hydrauliki i oczyszczania wody odpowiadał Marcin Gąsiorowski.

Technologia stawów kąpielowych

Wszystkie zbiorniki zostały zaplanowane w technologii samooczyszczających stawów kąpielowych tzn. w oparciu o pochodzącą z Niemiec technologię oczyszczania wody wyłącznie metodami naturalnymi.

Na podstawie badań wody, która będzie wykorzystywana do napełniania zbiornika (tutaj jest to studnia głębinowa) przeliczyliśmy precyzyjnie ilość oraz rodzaj roślinności sadzonej w stawie oraz koniecznych złóż mineralnych, które razem wyłapują niepożądane pierwiastki powodujące np. nadmierny rozrost glonów. Te naturalne filtry, wsparte mechanicznym obiegiem wody przez baterie komór filtracyjnych, zapewnią czystą i przejrzystą taflę przez cały rok.

Woda gruntowa nie miesza się w żaden sposób z wodą w stawach. Zastosowaliśmy także zabezpieczenia przed wodą opadową spływającą z okolicznego terenu, która mogłaby zmieniać skład chemiczny wody w stawie. Jedynie woda deszczowa dostaje się do zbiorników.

Całe zbiorniki są uszczelnione i odcięte od podłoża za pomocą folii EPDM, dodatkowo zabezpieczonej przekładkami z włókniny i podsypką piaskową z cementem.

Jak działa filtracja w stawie

Woda jest filtrowana w obiegu zamkniętym. Pompy zasysają ją przez odpływy denne i skimery do komór filtracyjnych, a stamtąd tłoczą przez filtry mineralne przerośnięte roślinnością filtracyjną.

Filtry mineralne to podwodne rowy o długości ok. 200 mb i szerokości 2m (ok. 7% powierzchni stawu), wypełnione kruszywami wapiennymi o frakcjach 2/8 i 8/16 na wysokość ok. 1 m, na dnie których ułożono tłoczące rury drenarskie DN100. W takich rowach kluczowy jest równomierny przepływ, dlatego:

• przekroje, ilości i długości rur oraz wydajności pomp zostały precyzyjnie przeliczone,
• dno stawu jest w tym obszarze płaskie,
• ściany boczne rowów są dodatkowo uszczelnione po bokach od sąsiadujących warstw dna, aby wymusić pionowy przepływ wody w filtrze.

Z powierzchni woda razem z zanieczyszczeniami zasysana jest przez osiem skimerów a z dna – przez dwa odpływy denne.

Ze względu na wielki rozmiar zbiornika zastosowaliśmy specjalnie zaprojektowane odpływy denne w postaci kręgów betonowych fi 1 m uszczelnionych z zewnątrz EPDM. Odpływy od góry przykryliśmy kopulastymi koszami fi 1,2 m z siatki o oczkach 5 mm, która zatrzymuje gałęzie i inne zanieczyszczenia mogące zapchać odpływy. Skimery zostały umieszczone w ścianie betonowej stanowiącej również podparcie ścieżki – podestu z deski biegnącego wokół stawu, zawieszonego nad wodą. Przy tej samej ścianie umieściliśmy komory filtracyjne. Mur oraz podest ułatwiają dostęp do urządzeń i ich czyszczenie.

W komorach filtracyjnych znajdują się kolejno:

• komora z osadnikiem
• wyjmowane sita z pianki poliuretanowej o coraz mniejszej średnicy oczek (1x mata 10 PPI = 10 kanalików na cal, 2x mata 20 PPI = 20 kanalików na cal)
• worki z substratami filtracyjnymi
• kosze ssące pokryte gęstą siatką nylonową, które z czasem porastają organizmami filtrującymi wodę (zwierzęta planktonowe wielkości 1-2 mm).

Wnętrze komory filtracyjnej, worki i kosze ssące zostały tak skonstruowane, aby ochronić zooplankton, który mógłby dostać się do pomp i filtrów mineralnych, gdzie organizmy zginęłyby i zapchały system.

Całe dno stawu zostało zasypane żwirem – grysem wapiennym, ze względu na jego dobre właściwości sorpcyjne. Dno stawu, które nie jest filtrem mineralnym, a w którym rosną rośliny jest filtrem hydrobotanicznym. Ta część zajmuje ok. 1900 m2 (ok. 33 % powierzchni stawu) i zostało ukształtowane tak, aby pod ozdobną warstwą żwiru znalazło się ok. 12 cm substratu uszczelnione warstwą ok. 3 cm gliny. Dzięki temu korzenie roślin mają zapewnione podłoże do roślin, które nie miesza się z wodą i nie zanieczyszcza jej chemicznie ani mechanicznie.

Ukształtowanie terenu wokół stawu

Wykopanie stawu wiąże się z przemieszczeniem ok. 15 000 m3 ziemi. Podobna ilość powstaje w wyniku budowy domu, którego spora część znajduje się pod ziemią. Zadbaliśmy o to, aby tej ziemi nie wywozić, ale zagospodarować ją na miejscu.

Koncepcja ogrodu, który zakładamy tu na zupełnie płaskiej działce, uwzględnia wykorzystanie tych potężnych mas ziemnych w formie łagodnych pagórków rozciągniętych po całym terenie. Cały ogród, który tworzymy na ziemi kiedyś wykorzystywanej na cele produkcyjno – przemysłowe powstaje pod hasłem „zwracamy działkę naturze” co jest żywym ideałem promowanej w naszej pracowni koncepcji Ogrodu Minimalnego.

Humus – wierzchnia warstwa żywej gleby do głębokości 40 cm został zmagazynowany w hałdach, a ziemia z głębokich wykopów (tzw. martwica) posłużyła do uformowania szkieletu wzniesień, które pokryliśmy warstwą humusu o miąższości 20-30 cm.

Zabezpieczenie przed zalaniem

Z 6000 m2, bo taka jest powierzchnia wody w dużym i małym zbiorniku (są połączone ze sobą), może podczas najbardziej intensywnej ulewy powstać jednorazowo 70 m3 (takie obliczenie można wykonać za pomocą naszego kalkulatora deszczu). Znacznie większą ilość wody otrzymamy w wyniku długotrwałych, wielodniowych opadów. Aby zabezpieczyć dom przed zalaniem zastosowaliśmy kilka rozwiązań.

1. Staw wyposażyliśmy w grawitacyjne przelewy bezpieczeństwa, które jako pierwsze odprowadzą nadmiar wody zbierającej się podczas deszczu do rowów melioracyjnych. Przelewy działają na zasadzie połączenia odpływów dennych ze studzienką o średnicy 1,5 m wyposażoną w odpływ o średnicy 200 mm umieszczony na odpowiedniej wysokości.

2. Poza tym wokół stawu, tuż za jego naturalną linią brzegową liczącą 5000 mb, zamontowaliśmy drenaż, który wyłapuje zarówno wodę napływającą do stawu jak i może przyjąć nadmiar wody przelewającej się.

3. Dodatkowo część linii brzegowej na długości ~60 mb zaniżyliśmy o 5 cm tworząc przelew awaryjny na teren za stawem. Już na etapie koncepcji tak zaprojektowaliśmy wysokość lustra wody, aby wykorzystać naturalnie ukształtowanie terenu i po przeciwnej stronie od domu zaaranżować rozlewisko zdolne przyjąć najbardziej agresywne i długotrwałe opady deszczu. Teren rozlewiska również został zdrenowany, rozsączony gruntowo oraz awaryjnie do rowu melioracyjnego.

Warto wspomnieć, że także najniższa część dna stawu została zabezpieczona poprzez wykonanie drenaży opaskowych pod folią EPDM. Taka opaska pomaga zabezpieczyć się podczas budowy lub ewentualnego opróżniania stawu. Zabezpiecza przed napływem wód gruntowych oraz powstawaniem pęcherzy z powietrzem pod folią.

Poszanowanie istniejących drzew

Metoda zaproponowana do realizacji zadrzewień naturalistycznych

Na całym terenie wykorzystaliśmy wszystkie zastane drzewa. Niektóre, młodsze, przesadzaliśmy koparkami, aby ich lokalizacja wpasowała się w nową koncepcję zagospodarowania, w której 2,8 ha (ok. 35% powierzchni działki) przeznaczyliśmy pod zagajniki i zalesienia. Nie stosowaliśmy tam typowej metody Miyawaki, ale sadzonki są posadzone w dużej liczbie i bardzo gęsto, aby konkurowały ze sobą o światło i rosły szybciej.

Szczególną uwagą otoczyliśmy drzewa przy stawie – dla sosny, którą wpasowaliśmy idealnie w zakończenie osi widokowej, stworzyliśmy wyspę, do której biegną kładki zawieszone nad wodą. Dla wierzby zaproponowaliśmy nieznaczne przesunięcie lokalizacji domu oraz obejście w ścieżce wraz z ławką otaczającą pień. Aby zapewnić możliwość oddychania korzeniom, każde drzewo posiada nieuszczelnioną folią EPDM powierzchnię gruntu wokół pnia odpowiadającą w przybliżeniu powierzchni przynajmniej połowy jego korony.

Przedmiotem rozważań było czy wierzba rosnąca tuż nad wodą nie będzie źródłem nadmiernego zanieczyszczenia zbiornika, ale jej liście, jako zawierające kwas salicylowy, mają nawet korzystny wpływ na parametry wody.

Kładki i pomosty

Zgodnie z koncepcją architekta cały duży staw został otoczony ścieżką spacerową. W pierwotnej wersji był to w całości podest z deski zawieszony nad ziemią. W trakcie realizacji podest został częściowo wymieniony na ścieżkę gruntową, jako taras wiszący inwestorzy pozostawili go tylko wiszącego nad wodą. W średnim stawie znajduje się z kolei przejazd dla samochodów nad wodą do parkingu w piwnicy.

W projekcie zaproponowaliśmy dwa rozwiązania techniczne dla wykonania zawieszonych kładek:

1. fundament wykonany pod folią EPDM i budowa słupów nośnych z wodoszczelnego betonu na EPDM z przekładką z włókniny
2. fundament i słupy nośne wykonane z przebiciem folii EPDM i wywinięcie EPDM ponad lustro wody

Legalizacja

Stawy kąpielowe, w przeciwieństwie do Niemiec gdzie ta idea i technologia się narodziły, nie mają własnej kategorii w polskim prawie. Nie ma wobec tego prostej ścieżki, z której można skorzystać aby je zbudować i konieczne są rozwiązania kreatywne.

Stawy pierwotnie planowano zgłosić jako zbiorniki przeciwpożarowe, ale ostatecznie włączono je do pozwolenia na budowę domu jako bezodpływowe, retencyjne zbiorniki na deszczówkę.

Aby uniknąć konieczności uzyskiwania decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach budowy stawów (na podstawie ppkt. f pkt. 89. par. 2 Rozporządzenia w sprawie przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko), głębokość wody w stawach ustaliliśmy poniżej 3m.

Budowa stawów kąpielowych – proces

Realizacja projektu rozpoczęła się 2021 r. i jest potężnym przedsięwzięciem obejmującym równolegle budowę domu i jego otoczenia, w momencie pisania artykułu nie zakończono jeszcze prac.

Wszystkie prace są wykonywane pod nadzorem projektowym członków naszego zespołu – projektanta ogrodu oraz projektanta stawu kąpielowego, a także specjalistów od poszczególnych kwestii technicznych.

Wykopy i formowanie terenu

Pierwszym etapem było ukształtowanie terenu – prace ziemne, polegające na:

1. zdjęciu humusu i hałdowaniu go
2. wykonaniu wykopów pod dom i stawy
3. zabezpieczenie wykopów przed napływową wodą gruntową
4. ukształtowanie z urobku zgodnie z projektem ukształtowania terenu oraz wytycznymi projektanta, aby uzyskać jak najbardziej naturalny charakter pejzażu
5. humusowanie całego terenu glebą żywą
6. sadzenie drzew, siew trawników i łąk kwietnych.

Wykonanie hydrauliki i uszczelnienie zbiorników

Orurowanie obiegów filtracji jest zadaniem wykonywanym częściami, na różnych etapach budowy stawu. Część rur musi być położona pod uszczelnieniem, a po położeniu folii EPDM wykonuje się przejścia szczelne i obrabia połączenia.

Instalacja hydrauliczna obejmuje:

• zasysanie wody z dna zbiorników przez spusty denne do studzienki rozdzielczej
• zasysanie wody z powierzchni za pomocą skimmerów do filtrów mechanicznych
• tłoczenie wody z filtrów mechanicznych do filtrów mineralnych
• przelewy grawitacyjne łączące zbiorniki ze sobą
• przelewy bezpieczeństwa na wypadek przepełnienia się
• drenaże dna i obwodowe.

Wykończenie i posadzenie roślin

Po położeniu folii EPDM:

1. wykonywane są wylewki betonowe wokół spustów dennych i pod plażami,
2. zasypywane kruszywa w filtrach hydrobotanicznych i mineralnych oraz warstwy podłoża dla roślin,
3. sadzone rośliny
4. i równocześnie zbiornik zalewany jest wodą.
5. Po zalaniu wodą wykonywany jest test sprawności systemów hydraulicznych i ewentualne poprawki i regulacje.
6. Następnie ekosystem stabilizuje się, co zajmuje do 3 lat.

Po tym okresie można spodziewać się krystalicznie czystej wody, ale pływać można oczywiście już od samego początku.