Geotechnika pro dopravní stavby – cesta k jejich úspěšné realizaci

Stále větší dopravní zatížení velkých měst spolu s rostoucími požadavky na kvalitu a ochranu životního prostředí v nich klade zvýšené nároky na komplexní přípravu investic do infrastruktury. A právě environmentální nároky na koncepci dopravních staveb jsou důvodem pro stále častější užívání tunelů, estakád a mostů při řešení dopravy ve velkých městech. Zvyšující se podíl těchto náročných technických děl s sebou nese i zvýšené nároky na podrobnost a komplexnost poznání prostředí, v němž mají být budovány.

Dokonalé poznání inženýrskogeologických a geotechnických podmínek návrhu a realizace jednotlivých staveb a jejich pře­hledná a srozumitelná interpretace jsou dnes již samozřejmým požadavkem, který je na dodavatele průzkumu kladen. Ale nejen geotechnické problémy, ale i problematika vlivu stavby na životní prostředí v co nejširším záběru dnes již musí být řešena v etapě přípravy dopravních investic. Otázky akustického zatížení, exhalace, ovlivnění režimu podzemních vod, vliv výstavby a následného provozu na stávající objekty – to vše dnes musí projektant zvažovat a pro svá řešení nutně potřebuje kvalifikované podklady.

Geotechnický sled výstavby
Pokud se zaměříme na problematiku výstavby dálničních a silničních úseků, zaměřuje se činnost geotechnika na sled výstavby vymezeného úseku a řešení geotechnických problémů vznikajících v průběhu jeho realizace. Jedná se o sled při provádění přípravy terénu, sled provádění štěrkopískových pilot a dalších sanačních opatření pod násypy, sled při sypání násypů a hloubení zářezů, sled při instalaci prvků geotechnického a geodetického monitoringu, jako jsou měřiče pórových tlaků, hydrostatické nivelace, vodorovná inklinometrie, geodetické body na konstrukcích a podobně, sled vrtaných pilot a FRANKI pilot pro založení mostních objektů, účast na kontrolních dnech stavby a jednání ohledně problému při výstavbě, porovnání inženýrskogeologických poměrů zjištěných v průběhu stavebních prací s poměry předpokládanými geotechnickým průzkumem, zápisy skutečností zjištěných při geotechnickém dozoru do stavebních deníků, konzultační a odborná spolupráce s technickým dozorem investora, autorským dozorem projektanta a zpracování závěrečné zprávy o geo­technickém sledu prací.

MÚK Bravantice a přiléhající levý svah SO 101 s patrnými výrony (říjen 2006)

Ohumusované svahy SO 101 a MÚK Bravantice (červen 2007)

Rekultivované svahy SO 101 a MÚK Bravantice po uvedení dálničního úseku do provozu (červen 2008)
–>–>
Geotechnické zkušebnictví a monitoring
V oboru geotechnického zkušebnictví, jehož využití vede k úspěšné realizaci liniových inženýrských staveb, je výhodné uplatňovat a kombinovat různé druhy měřicích metod. Při výstavbě těles dálničních a silničních úseků, mostních objektů, MÚK a tunelů dochází ve zvýšené míře k interakci mezi horninovým prostředím a stavebními konstrukcemi, a je proto nutné podle typu navrhované konstrukce zvolit vhodnou průzkumnou metodu a metodu geotechnického monitoringu.

Jedná se zejména o:

• statické a dynamické penetrační zkoušky DP, CPT, CPTU včetně odběru vzorků zemin a penetrační zkouška výslovně doporučená v Eurokódu 7, tzv. Marchettiho dilatometr DMT,
• ověřovací statické a dynamické zatěžovací zkoušky základové půdy, pláně komunikace, násypů a záhozů zatěžovacími deskami 700 až 10 000 cm²,
• velkorozměrné zatěžovací a smykové zkou­šky pro stanovení hodnot pevnostních a přetvárných vlastností zemin a hornin,
• ověřovací zatěžovací statické zkoušky velkorozměrových pilot, mikropilot, pilířů tryskové injektáže,
• tahové zkoušky mikropilot,
• tahové zkoušky kotevních prvků, zemních hřebíků,
• měření napětí na kotvách zárubních, opěrných a milánských stěn,
• sled stability svahů a zářezů extenzometrickým, geodetickým měřením a svislou inklinometrií,
• měření sedání násypů metodou vodorovné inklinometrie,
• měření napětí v zeminách a na kontaktu dvou prostředí pomocí tlakoměrných buněk,
• měření pórových tlaků podloží pod násypy pro ověření konsolidace pomocí piezometrů,
• měření vlhkosti zemin metodou elektrické impedanční spektrometrie,
• ověření propustnosti těsnicích vrstev násypů in situ,
• laboratorní zkoušky mechaniky zemin a hornin,
• stanovení objemových hmotností zemin in situ,
• geofyzikální práce – široké spektrum metod VES, MRS, SOP, seizmická tomografie, DEMP, VDV.

Matematické modelování
U zemních a stavebních konstrukcí je v sou­časnosti již nezbytné využívat metody matematického modelování geotechnických problémů. V tomto oboru expertní činnosti jsou řešeny úlohy posouzení opěrných konstrukcí a pažení, posouzení stupně stability svahů, zářezů a násypových těles, posouzení hlubinných i plošných základů a únosnosti podloží tělesa komunikace a posouzení stability skalního masivu a skalních stěn.

Speciální geotechnické úlohy jsou řešeny pomocí softwarů využívajících metodu konečných prvků. Touto metodou je možné výpočtem posoudit stabilitu navrhovaných opěrných konstrukcí a pažení, deformační zóny od prováděných podzemních děl, zemních těles pozemních komunikací z hlediska maximálního vývinu deformací, stupně stability spolu s maximální možnou hodnotou pórových tlaků při sypání a časového průběhu konsolidace. Na základě prováděných měření deformací a pórových tlaků jsme schopni stanovit dobu, za kterou bude možné odtěžit přitěžovací násyp, kdy bu­de možné zahájit pilotáž opěr, které se provádějí na odtěžené části násypu, aby nedocházelo k negativnímu plášťovému tření vlivem neukončené konsolidace násypu.

Monitoring podzemních děl
Pro monitoring výstavby podzemních děl v podobě ražených i hloubených tunelů, štol, kolektorů a šachet se využívají tyto metody:

• geotechnický sled ražby zahrnující i pravidelný odběr vzorků zemin s následným vyhodnocením laboratoří mechaniky zemin,
• konvergenční měření primární a sekundární obezdívky podzemních staveb,
• geodetická měření portálů, milánských a pilotových stěn,
• měření svislé deformace horninového prostředí v okolí podzemního díla pomocí extenzometrických kotev instalovaných ve vrtech hloubených jak z povrchu území, tak radiálním směrem přes obezdívku,
• měření vodorovné deformace horninového prostředí pomocí inklinometrických vrtů hloubených z povrchu území a situovaných co nejblíže rubu ostění,
• geodetická měření v podzemí kontrolující správnost osazení výztuže a betonáž obezdívky,
• hydromonitoring v podobě sledování oscilace hladin podzemní vody ve vystrojených vrtech s ručním či kontinuálním odečtem a ve studnách v blízkém okolí ražby doplněný pravidelnými rozbory chemismu vod,
• nivelační měření tzv. poklesové kotliny vznikající na povrchu vlivem ražby a nadzemních stavebních objektů, zejména v případech ražby podzemních konstrukcí v oblastech s nadzemní zástavbou,
• sledování vývoje poruch na nadzemních objektech v oblasti tzv. poklesové kotliny,
• hluková měření sledující účinky ražby z hlediska povolených limitů hluku v obydlené oblasti,
• náklonoměrná měření objektů pomocí osazených náklonoměrných destiček,
• deformetrická měření trhlin objektů způsobených propagací deformací na povrchovou zástavbu,
• měření bludných proudů, posouzení korozní agresivity.

Závěr
Úkolem tohoto článku nebylo vyjmenovat všechny možné a v současnosti dostupné průzkumné a monitorovací metody využívané v přípravě a realizaci dopravních staveb, ale zdůraznit nezbytnost spolupráce mezi investorskými organizacemi připravujícími investice v dopravní infrastruktuře, projekčními kancelářemi a geotechniky. Jejich vzájemná komunikace od přípravy projektu až po jeho dokončení je nezbytná pro dosažení úspěchu v podobě realizace například nového dálničního úseku, víceúrovňové křižovatky či silničního tunelu ve stále složitějším legislativním, finančním a v neposlední řadě i geologickém prostředí, ve kterém v současnosti nové dopravní stavby vznikají. Pouze správně odborně provedený geo­technický průzkum v rozsahu a komplexnosti odpovídající náročnosti připravované stavby může vést k minimalizaci neočekávaných problémů během výstavby a eliminaci neočekávaných vícenákladů, které tyto problémy zákonitě generují. Rovněž kontinuální sled výstavby a monitoring využívající celou škálu moderních metod měření chování stavebních objektů a geologického prostředí v průběhu výstavby poslouží k jejímu zvládnutí a sníží významným způsobem rizika havárie či mimořádných událostí.
 
Ing. David Rupp
Foto: GEOtest

David Rupp působí jako oborový manažer geotechniky ve společnosti GEOtest, a. s.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.