asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví
Partneři kategorie

Statické zajištění kostela Sv. Jana Křtitele ve Sv. Janu pod Skalou

05.02.2009
Kostel Sv. Jana Křtitele ve Sv. Janu pod Skalou je významnou památkou, jednou z nejnavštěvovanějších v Chráněné krajinné oblasti Český kras. Po celou existenci této významné stavby se v různých časových intervalech projevovaly v její konstrukci zásadní poruchy prezentované trhlinami a deformacemi jako důsledky situování a založení stavby v lokalitě s mimořádně komplikovanou geologickou stavbou. Řešení těchto stavů, často víceméně nahodilá, spočívala v opakovaných opravách a částečných rekonstrukcích.

Kostel byl vystavěn v 16. století na pravém břehu potoka Loděnice (Kačáku), v bezprostředním kontaktu travertinové kupy, která pravděpodobně vznikla vysrážením uhličitanu vápenatého z dnes stále aktivního pramene pozoruhodné vody. V minulosti byl pramen považován za léčivý a ještě dnes je místními hojně využíván jako zdroj chutné a kvalitní vody. Kostel je orientován v podélné ose ve směru JZ – SV, jižní stěnou kostela lze z hlavní lodí vstoupit do travertinové jeskyně upravené v minulosti na skalní kostel s kryptou. Na jihovýchodní průčelí naléhá travertinová kupa až do výšky empory, která je vybudována v nadloží nad jeskyní.

Staticky narušený hlavní kostel s přilehlými podzemními prostorami jeskyně a krypty se stal pro společnost INSET, s. r. o., mimořádně zajímavou příležitostí, jak v roli vyššího dodavatele zajistit a provést soubor všech odborných činností zaměřených na zjištění a odstranění příčin havarijního stavebního stavu. Odpovědnost za pozvolný destrukční proces chátrání konstrukce kostela Sv. Jana Křtitele byla přičítána několika rizikovým faktorům. Převažovala úvaha o tlaku rozvolněných travertinových bloků z nadloží jeskyně nalehlých na jihovýchodní stěnu, uvažovalo se i o vlivu komplikovaných základových poměrů s narušeným zemním prostředím, a to zejména pod jihozápadním traktem kostela.

Historické zásahy do konstrukce kostela
Za zásadní zásahy do konstrukce směřované k odvrácení nebo omezení destrukčních jevů lze považovat tyto:
  • rok 1710 – výměna valené zděné klenby za dřevěnou (arch. Kryštof Dienzenhofer),
  • rok 1859 – zesílení zdí opěráky a opěrnou zdí ve spodní třetině výšky a zvýšení podlahy (v některých písemných pramenech se uvádí rok 1895),
  • rok 1974 – podchycení základů mikropilotovou stěnou – neúplné,
  • rok 1992 – ztužení horizontálními táhly v úrovni římsy asi v polovině výšky zdi.

I po realizaci posledního zásahu zůstal interiér kostela poškozený s četnými charakteristickými trhlinami umožňujícími alespoň hrubé odborné úvahy o příčinách defektů objektu a efektivním způsobu nápravy. Na některých z desítek trhlin, osazených v minulosti sádrovými pásky, byl zaznamenán rozvojový trend. Bylo zřejmé, že bez doplňujícího stavebního a geologického průzkumu nelze navrhnout účelné optimální statické zajištění jak z hlediska technického, tak z hlediska finanční náročnosti a dostatečné životnosti. Před důsledným statickým zajištěním by nebylo zodpovědné přistoupit k nutnému zrestaurování interiérů.

O Svatém Janu pod Skalou se oprávněně hovoří jako o jednom z nejkrásnějších míst českých krajů. Výjimečná přírodní lokalita se nachází uvnitř Chráněné krajinné oblasti Český kras a je považována za její perlu. Pod monumentální 180 metrů vysokou vápencovou skalní stěnou leží stejnojmenná malá obec s dominantním komplexem sakrálních staveb, jejichž nynější podoba pochází z přelomu 17. a 18. století. S benediktýnským klášterem sousedí a na něj stavebně přímo navazuje objekt pozdně barokního kostela Sv. Jana Křtitele. Ten je propojen s unikátním tzv. Skalním kostelem, upraveným spolu s kryptou z původní travertinové jeskyně. Podle pověsti ji obýval kolem roku  880 známý poustevník Ivan.

Zajištění stability jihovýchodní stěny kostela včetně jeskyně
Po dlouholeté snaze vlastníka objektu Římskokatolické farnosti v Berouně byl kostel Narození Sv. Jana Křtitele ve Sv. Janu pod Skalou zařazen do Programu záchrany architektonického dědictví, a tím byly zajištěny finanční prostředky pro realizaci zásadní etapy  – zajištění stability jihovýchodní stěny kostela včetně jeskyně. Jako podklad byl v zásadě využit ideový návrh renomovaného statika Ing. Jindřicha Rineše, specialisty na památkové objekty. Návrh zajištění kostela vyžadoval doplňující geologický a částečně i stavební průzkum jako podmínku pro zpřesnění a dopracování  realizačního projektu sanačních prací, navazujících na projekt sanace připravovaný v letech 1998 až 2006, kdy doznal podoby dokumentace pro stavební povolení (DSP).
Výchozí teorie o příčinách porušování kostela označovala za rozhodující horizontální tlaky bloků travertinového masivu na jihovýchodní stěnu, ke kterému je kostel v podstatě přizděn.

Návrh zajištění byl proto soustředěn na vybudování masivního horizontálního ztužení systému kostel – oddělené bloky travertinu – masiv travertinové kupy pomocí vějířů mikropilot. Autor návrhu si byl vědom nejistot vycházejících z nedostatečného průzkumu, proto byly součástí realizace zajišťovacích prací i práce průzkumné a diagnostické, jejichž výsledky posloužily ke zpřesnění modelu mechanizmů narušování statiky kostela a detailnímu návrhu jeho zajištění.

V rámci přípravné fáze byly provedeny práce doplňujícího průzkumu k získání podrobných informací o geologii a ověření parametrů vybraných částí stavební konstrukce. V úvodu průzkumné etapy byla zastoupena i stavební diagnostika, orientovaná na osvětlení příčin stávajících defektů stavebního stavu kostela. Síť instalovaných měřicích bodů v této etapě umožnila  i průběžnou bezpečnostní kontrolu během realizace vlastních vrtných, kotvicích a sanačních prací.

Průzkumné a diagnostické práce
S průzkumnými pracemi bylo započato po podrobném geodetickém zaměření, jehož součástí bylo i prostorové skenování exteriéru, interiéru a podzemních prostor objektu. Souběžně byly osazeny monitorovací prvky, jejichž umístění respektovalo požadavek statika objektu. Soubor měření zahrnoval měření na trhlinách, nivelační měření, měření náklonu jihozápadní stěny kostela, tvarových deformací empory, kůru a roviny patek klenby hlavní lodi kostela. Diagnostickými pracemi byly ověřovány případné pohyby na trhlinách a vzájemné posuny jednotlivých částí konstrukce. Dále byly ověřeny základové poměry v centrální části komplexu kostela a jeskyně, kde je zatížení soustředěno do základové spáry nosných pilířů.

Pro ověření statického schématu konstrukce byly provedeny i ověřovací sondy do zdiva. Vzhledem k celé řadě závažných omezujících faktorů (lokalizace stavby v chráněné krajinné oblasti – travertinová kupa je chráněným přírodním výtvorem, je v bezprostředním kontaktu s jedinečným vodním zdrojem) byl vyloučen intenzivní vrtný průzkum. Proto byla geologická stavba zájmového území ověřována převážně nepřímými geofyzikálními metodami. Výsledky byly navázány na relevantní informace z provedených geologických vrtů. Průzkumné vrty byly směřovány k ověření zemního prostředí pod základy v místech předpokládaných anomálií, k ověření charakteru a kondice základového zdiva včetně získání představy o poměrech na základové spáře. Parametry horizontálních vrtů z kostela byly navrženy tak, aby mohly být s výhodou následně využity k adjustaci kotev horizontálního zajištění. V horizontálních vrtech byla provedena inspekce kamerou a vrtným georadarem. Výsledky z dokumentace vrtů byly využity při návrhu technologie kotvení.

Souběžně probíhal i geologický průzkum geofyzikálními metodami uvnitř a v kontaktním okolí kostela. Jako nosné byly navrženy a realizovány plošná mikrogravimetrická měření, seizmická povrchová tomografie směřovaná do podloží kostela i bočního kontaktu s travertinovou kupu, georadarový průzkum podlahy celého objektu a stěn i stropu jeskynního kostela a multielektrodové elektrické odporové profilování. Syntézou interpretací výsledků jednotlivých průzkumných metod navázaných na informace z jádrových vrtů a doplněných o výsledky diagnostických­ sond vznikla velmi podrobná představa o geologické stavbě v podzákladí kostela, kláštera a zájmové oblasti travertinové kupy s jeskyní.


Obr. 6: Rychlostní řez povrchové seizmické tomografie
Průzkumnými a diagnostickými pracemi byly ověřeny proměnné mocnosti navážek, prostorové proporce travertinu, tloušťky zdiva a jeho kvalita. V konstrukci jihovýchodní stěny v místech bezprostředního kontaktu s travertinovým masivem byly zjištěny případy prolnutí (zazdění) rostlého travertinu do zdiva.


Svodným grafickým dokumentem zmíněné řady použitých průzkumných a observačních metod byl podrobný geologický řez, který je schematicky uveden na obr. 7. Při průzkumu byla ověřena i mělká úroveň hladiny podzemní vody, způsobená vývěrem minerálních vod, které se podílely na genezi dnes již ukončeného narůstání travertinové kupy.

Studiem archivních podkladů a jejich porovnáním s výsledky průzkumu a diagnostiky bylo zjištěno, že podchycení mikropilotami v roku 1974 nebylo provedeno v projektem navrženém rozsahu. Podchycena byla severozápadní obvodová zeď (obr. 7). Střední stěna, subtilnější a zčásti prolnutá s travertinovým blokem, podchycena nebyla.


Obr. 7: Řez AA´ objektem s vyznačením geologických poměrů a sanačních prvků

Tato významná informace byla následně zohledněna i v modelu příčin porušování kostela. Po konzultaci se statikem objektu byla zohledněna reálná úvaha, že k defektům v konstrukci dochází i vlivem neúnosného podloží s nerovnoměrným sedáním v základové spáře jihovýchodní stěny. Tím, že mohou sedat i oddělené travertinové bloky, dochází k jejich naklánění a následně ke vzniku horizontálních sil nasměrovaných na subtilní stěnu kostela.

Realizační práce
Na základě zjištěných skutečností byly navrženy úpravy původního zajištění, které vzhledem k průkazným výsledkům průzkumu statik akceptoval. Zpracování návrhu vlastní technologie zajistil dodavatel kotev a mikropilot Podzemní stavby KOSPER, a. s., Praha.

Horizontální prvky byly zredukovány na množství, které spolehlivě stabilizuje travertinové bloky ve stávající poloze a spojí je v jeden celek. Horizontální mikropiloty byly zrealizovány s hlavou v úrovni podlahy empory. Zajištění bylo ještě doplněno tyčovými kotvami ve výškové úrovni +0,9 m nad podlahou. Podlaha empory byla sepnuta samostatnými tyčovými táhly s možností rektifikace délky (síly napětí), napojenými křížovým kloubem na hlavu mikropiloty. Tím byla samostatně stabilizována zájmová část travertinové kupy s možností pohotově, aktivováním táhel v podlaze empory, podpořit stabilitu jihovýchodní stěny. Původní návrh předpokládal tuhé vzájemné propojení objektu s travertinovým masivem. Jihovýchodní stěna kostela a souběžná řada opěrných pilířů jeskyně byly navrženy ke stabilizaci pomocí tryskové injektáže do podzákladí, sloupy o průměru 600 mm v délce 11 m (až do skalního podloží tvořeného diabasem). Rozsah a parametry sanačních prací byly v součinnosti s technickým dozorem investora a statikem objektu průběžně optimalizovány ve snaze docílit maximálního efektu při respektování omezeného množství finančních prostředků.

Po stanovení způsobu a rozsahu zajišťovacích prací bylo nutné vyřešit technologii realizace, která by minimalizovala porušení travertinu a rizika možného rozvoje poruch kostela v důsledku provádění vlastních sanačních prací. Zastižený travertin má charakteristickou, velmi porézní strukturu, je velmi křehký (výsledky laboratorních zkoušek udávají objemovou hmotnost 1 600 kg/m3 a pevnost v tlaku 2,5 MPa). V součinnosti s dodavatelem sanačních prací firmy KOSPER Podzemní stavby, a. s., byly navrženy optimální a limitní hodnoty injektážích tlaků, napínací síly kotev a způsob těsnění injektáže, resp. betonáže kotev. S ohledem k výjimečnosti prameniště v dosahu sanačních prací bylo nutné navrhnout i odpovídající chemické složení použitých injektážních směsí a zajistit spolehlivou kontrolu rozptylu směsi v horninovém prostředí.

Ve shodě s názorem statika byl sledován způsob řešení, který nebude do konstrukce vnášet žádná druhotná zatížení. Proto byly tyčové kotvy předepnuty silou 10 kN, čímž bylo aktivováno plášťové tření na kořenu kotvy a její hlavici. Zhlaví kotev bylo řešeno jako trubková průchodka jihovýchodní stěnou délky asi 1 m s vnější navařenou šroubovicí. Byla umístěna v horní partii travertinu (značně porézního) kombinovaném se zdivem tloušťky do 200 mm a zalita cementovou směsí. Tím se zvětšila roznášecí plocha a minimalizoval se tlak na masiv.

Zajímavou a praktickou přidanou hodnotou celému řešení je instalace siloměrů v hlavách tyčových kotev a stálá přístupnost k rektifikačnímu prvku tyčových táhel v podlaze empory. Odečty na siloměrech lze provádět ručně, v případě indikace významných změn zavést i kontinuální automatické sledování se záznamem, resp. přenosem naměřených dat. Přístup k rektifikačním prvkům táhel v podlaze empory umožňuje měnit sílu napětí upraveným momentovým klíčem.

Nasazená, poměrně sofistikovaná souprava tryskové injektáže umožňovala řízení prací pomocí vlastního monitoringu. S ohledem k výjimečnosti prostředí a odvrácení sebemenších škod byl provozní monitoring doplněn o sledování svislých deformací podchycovaných prvků. Sledování bylo prováděno pomocí strunových deformometrů kotvených do zdiva 0,5 m nad úrovní, ve které byly návrty sloupů tryskové injektáže (TI), a stropem. Měření bylo prováděno kontinuálně s 10minutovým intervalem ukládání hodnot.
Jako injektáž byla na základě výše uvedených skutečností zvolena cementová směs (C : V = 2,5 : 1). Tento výběr podpořily hlavně potřebné nulové objemové změny. Tím bylo eliminováno riziko poškození porézní struktury travertinu při hydrataci. Riziko nekontrolovatelného rozlití směsi spojené s přímým ohrožením vodního režimu významného pramene – nejsilnější přirozené pramenné vývěry v CHKO Český kras – bylo výrazně sníženo injektáží kořenů kotev a mikropilot do vrtu v celé délce opatřeném rukávcem ze syntetické tkaniny (punčochou) typu C 50.002 s velikostí ok 0,3 mm. Tím byl zajištěn odtok přebytečné vody a urychlení hydratace injektáží směsi. Rukávce finálně vytvořily mezilehlou vrstvu mezi zainjektovaným prostorem kotvy a pláštěm vrtu. Tímto opatřením byl výrazně omezen očekávaný obtížně řízený rozptyl injektážní hmoty v extrémně porézním horninovém prostředí a vyloučen havarijní únik injektážní směsi. 

Závěr
Hlavní průzkumné a diagnostické práce proběhly od června do srpna 2007, v září byla dopracována realizační dokumentace a od října 2007 do poloviny prosince 2007 bylo provedeno vlastní zajištění objektu, a to včetně dokončovacích prací (povrchové úpravy stěn a pokládky dlažby na podlaze empory – byla rozebrána kvůli usazení táhel a vrtání mikropilot v rozsahu asi 60 m2). Všechny práce byly řízeny a organizovány tak, aby pracovní činnosti probíhaly pouze v pracovní dny a nebyl narušen program církevních obřadů. Omezen byl pouze vstup do jeskyně, a to po dobu jednoho víkendu v důsledku obsazení prostor vrtací technikou. 

Významným zobecňujícím poznatkem z popsané realizace průzkumných a sanačních prací je ověřená možnost provádět průzkumné práce a statické zajištění objektu v bezprostřední návaznosti. Nutnou podmínkou je jasný cíl prací, technicky zdatný zhotovitel schopný operativně reagovat na poznatky průzkumu a samozřejmě ochota zúčastněných stran přijmout přiměřené riziko. To bylo pro objednatele v daných dodavatelských vztazích výrazně eliminováno tím, že smluvním partnerem celé akce byl řešitel průzkumu, nikoliv zhotovitel sanačních prací. Organizace a kontrola vlastního statického zajištění tak byla v odpovědnosti statika a geotechnika, což zjednodušilo celý přípravný proces a umožnilo operativní zásahy i v průběhu realizace.

Během přípravy a realizace všech etap statického zajištění nevznikly díky odpovědnému přístupu, vstřícnosti a ochotě všech zainteresovaných stran komplikace v plánovaném využívání kostela. V té souvislosti je nutné vyzdvihnout ohleduplný způsob práce a chování zaměstnanců dodavatele sanačních prací. I z tohoto hlediska je pečlivý výběr dodavatele nezbytný předpoklad k zvládnutí náročných stavebních činností uvnitř fungujícího kostela v poutním místě. Všechny práce byly provedeny v řádném termínu, bez víceprací a nedodělků a celá akce ukončena kolaudačním souhlasem. 


Ing. Jaromír Augusta, František Trázník
Foto a obrázky: archiv INSET s. r. o.

Společnost INSET s. r. o. je zaměřena především na provádění geologického průzkumu, geotechnického monitoringu, průzkumu pro zakládání staveb, posuzování stavebních konstrukcí, navrhování sanačních opatření a kontrolu provádění staveb.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media