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

Zakládání staveb ve složitých podmínkách

27.01.2011
Problematika zakládání staveb provází obyvatele naší planety odedávna. Moderní metody speciálního zakládání staveb přinesly civilizované společnosti nové možnosti zpřístupnění a využití území, kde doposud nemohla rozvinout stavební aktivity.
Některá nezastavěná území a místa nebyla využita z důvodů, jako jsou například komplikované majetkoprávní vztahy, chráněné krajinné a archeologické oblasti nebo naopak neatraktivní polohy. Pokud se však území jevila jako nedotknutelná a problematická z hlediska inženýrskogeologických, hydrogeologických či klimatických poměrů, konfigurace terénu, vodního režimu nebo často i přístupu stavební mechanizace, s vývojem vědy a techniky se situace měnila, mění a jistě měnit bude. Dávná společenství i my v současnosti si celkem logicky vybíráme pozemky s jednoduchými základovými poměry. Ovšem i pozemky po mnoho desetiletí i staletí ležící ladem a bez zájmu našich předků či v moderní době investorů se postupně zaplňují, obydlují, nebo dokonce stávají lukrativními, protože lidská populace již našla technické a technologické prostředky pro překonání obtíží.

Dříve nevyužité a z hlediska historie v podstatě nevyužitelné lokality jsou například poddolovaná území, kde se geotechnici musejí zabývat nepříznivými projevy, jako jsou propady, závaly, nerovnoměrné sedání objektů na povrchu a podobně, ať při návrhu nových základových konstrukcí nebo při jejich sanacích. Respekt vzbuzují sesuvná území nebo oblasti, které jsou k sesuvným projevům náchylné geologickou nebo hydrogeologickou skladbou či morfologickým vývojem. Samozřejmě sem patří i antropologické vlivy. Častým zdrojem sesuvů jsou například flyšová pásma, jílovitá neogenní podloží nebo obecně industriální činnost člověka.

Některé oblasti a území zahrnující i významné rozlohy států nebo okolí vodních toků s častým výskytem povodní jsou periodicky nebo stále zaplavovány vodou. Zde téměř vždy pro všechny nově budované objekty je třeba zajistit kvalitní založení vzhledem k destrukčním vlivům vodního proudu nebo desítkám metrů neúnosných fluviálních sedimentů.

Další problematické oblasti z hlediska zakládání jsou ty, kde se v podstatné míře vyskytují podloží tvořená organickými zeminami nebo již zmíněnými velmi měkkými sedimenty. V České republice známe mnoho případů, kdy dochází k poruchám vlivem špatného, respektive neodpovídajícího způsobu založení v prostředí objemově nestálých zemin. Jedná se například o vysychající jíly nebo prosedavé spraše.
Fenoménem posledních let je stavění na plochách, které vznikají rekultivací starých řízených i divokých skládek či v místech výskytu navážek velkých mocností (více než 3 m). Plochy s ekologickou zátěží, respektive skládky s kontaminací, lze povětšinou řešit jen pomocí displacementových metod, neboť jakýkoliv vývrtek nebo výkopek, který se musí dekontaminovat, se vždy stává velmi nákladnou překážkou.

Samostatnou a v moderním stavebnictví podstatnou kapitolou jsou oblasti se seizmickou nebo nadměrnou dynamickou aktivitou. Jedná se o geografická území, jako je Japonsko, nebo místa ovlivněná například dynamikou blízkých strojů.

Naši předkové nebo nedávno ještě i my sami jsme často měli respekt z komplikací a nadměrných finančních nákladů, které by mohly vzejít z budování objektů v sesuvném nebo poddolovaném území či přes širší vodní toky a podobně. Hledala se řešení spočívající v nalezení jiné geotechnicky jednodušší lokality nebo jiné trasy dopravní stavby. Samozřejmě velmi jednoduché a nenáročné stavby zde byly a mohly být budovány, avšak výstavba náročných objektů a inženýrských staveb byla vždy závislá na moderních a nadstandardních metodách zakládání staveb. Dosti těžko přicházely a přicházejí do úvahy metody klasického, respektive plošného zakládání, neboť únosné a stabilní podloží zde převážně nebývá v odpovídajícím dosahu. Proto bylo a je nutné využít hlubinné zakládání nebo hloubkové zlepšování zemin, které tyto podmínky zajistí.

Hlubinné zakládání
Hlubinné zakládání v současnosti již zcela reprezentují pilotové základy nebo podzemní stěny. Piloty nacházejí využití velmi rozsáhlé, často až neodpovídající potřebám geotechnického problému. Jisté však je, že bez vrtaných velkoprůměrových pilot by bylo již v podstatě nemyslitelné zakládat do nepříznivých geologických podmínek staticky náročné konstrukce. Jsou známy případy zakládání na pilotách délky do 150 m (Hongkong) nebo průměrů až 3 m (USA). Objevují se další moderní typy pilotáží, zdokonalily se především technologie provádění velkoprůměrových železobetonových pilot.

Problémy s přenosem velkých zatížení do větších hloubek přes neúnosné vrstvy lze rovněž vyřešit lamelami podzemních stěn, avšak nezbytnost použití pažicích suspenzí tuto metodu eliminuje, proto je jednoznačně efektivnější pro konstrukce pažicí.

Prvky hlubinného zakládání, jako jsou piloty a podzemní stěny, dramaticky změnily k lepšímu možnosti sanování a zajišťování svahů proti sesuvům.

Pilotové založení mostu My Thuan Bridge
Ilustračním příkladem nezbytného založení na pilotách může být výstavba mostu přes řeku Mekong My Thuan Bridge v jižním Vietnamu, která probíhala v letech 1997 až 2000. Jedná se o dálniční most s celkovou délkou 1 535,2 m (obr. 1). Bez existence a možnosti nasazení pilotáže by nebylo možné vyrobit základové prvky pylonů v toku řeky. Ty jsou založeny na 16 kusech pilot průměru 2,50 m a délky asi 92 až 94 m. Vrty pro vlastní železobetonové piloty byly hloubeny drapákem, v horní části na plášti chráněny ocelovou pažnicí, v celé délce armovány, v patě pak injektovány. Veškeré práce se realizovaly z plovoucího ocelového pontonu. Piloty překonávají desítky metrů říčních sedimentů a až 28 m hloubky vodního toku. Kvartérní sedimenty, tedy prachovité jíly a písky obsahující v povrchové části významnou organickou příměs, vykazují měkkou konzistenci až do hloubky 20 m.

Sanace sesuvného území v areálu královopolské cihelny v Brně
Areál bývalé královopolské cihelny, dnes obchodního centra Tesco, byl pro stavební účely odbornými stavebními kruhy dlouho vnímán vhledem k inženýrskogeologickým poměrům jako zcela nevhodný (obr. 2). V roce 2003 zde však přesto byla zahájena příprava území, která byla ukončena na podzim roku 2004 souběžně s otevřením obchodního centra.



Bylo třeba zabezpečit svahy při zářezu ­hloubky až 30 m a výšky až 10 m do tehdejší figury svahů, kdy svah na východní straně byl postižen rozsáhlým fosilním sesuvem (obr. 3), rozděleným do mnoha dílčích, které z důsledků klimatických a antropogenních vlivů opakovaně procházely stavem mezní rovnováhy.



Poruchovost, respektive deformace svahů byla důsledkem přítomnosti měkkých až tuhých jílů s vysokou plasticitou, vysokou pórovitostí, výrazným podílem prachovitých částic a podobně. Řešení sanace a úpravy svahů se nakonec ukázalo jako vyhovující proto, že se využilo na jedné straně moderních produktů (vrtané železobetonové piloty o průměru 1 220 mm a délce maximálně 16,5 m), na druhé straně klasických postupů. Z technologického hlediska je zásadní, že bez využití výkonných pilotovacích souprav by bylo nemyslitelné sanovat aktivní sesuvné území takovou rychlostí. Veškeré klasické postupy vybudování opěrné stěny by ztroskotaly ­právě kvůli nemožnosti zhotovit základy do hlou­bky bezpečně pod smykovou plochu.

Hloubkové zlepšování zemin
Z důvodu vzrůstající potřeby využití podmínečně vhodných i nevhodných základových půd nacházejí v poslední době stále širší uplatnění jak ve světě, tak i v České republice metody hloubkového zlepšování zemin.

Princip těchto metod spočívá ve vylepšení fyzikálních, mechanických, deformačních či chemických vlastností zemin, tvořících dané podloží. V minulosti jsme se setkávali s řešením podobných úloh pouze pomocí hlubinného zakládání na pilotách, méně často pak s výměnou zeminy či pouze s jejím povrchovým zlepšením (například vápnění). Přenos zatížení několik desítek metrů hlubokými základovými prvky (piloty a podobně) tak, aby dosáhly únosného podloží, může být velmi neekonomický a vpravdě i zbytečný. Využití zemin stávajícího podloží vyvažuje náklady na výkopy a vývrtky zemin spojené s jejich odvozem a uložením na skládku. Tímto způsobem lze zakládat konstrukce všeho druhu. V některých přímořských zemích je trvalou snahou získávat nové plochy na úkor moře, což rovněž přináší potřeby hloubkové úpravy podloží, respektive mořského dna.

Někdy se můžeme setkat i s aplikací historicky již prověřených metod hloubkového zlepšování zemin, jako je předkonsolidace násypem nebo dynamická konsolidace pomocí ubíjení závažím. Modernější způsoby jsou hloubkové vibrování, vyztužování či stabilizace. Vyztužování podloží můžeme provádět pomocí ocelových prvků nebo především pomocí již dnes obvyklých štěrkových pilířů. Velmi moderní je hloubkové míchání některých zemin s cementem nebo vápnem (Deep Soil Mixing). Další standardní možností vylepšení podloží je například zrychlení konsolidace pomocí vertikálních geodrénů nebo injektáže, zmrazování.

Hloubkové vibrační zhutňování a vibrované štěrkové pilíře
Podstatou těchto metod je využití hloubkového vibrátoru jako zdroje mechanické energie, kterou se upravují mechanicko-deformační parametry zemin i v hloubkách, v nichž již nelze dosáhnout požadovaného efektu tradičním povrchovým způsobem. Metody hloubkového vibračního zhutňování jsou snadno přizpůsobitelné a prováděcí doby jsou poměrně krátké. Následné stavební práce mohou probíhat v krátkých časových odstupech a na zlepšené základové půdě se poté pracuje jako při standardním plošném zakládání. Z tohoto důvodu jsou tyto metody zvláště hospodárné. Další předností je ohled na životní prostředí, protože do podloží jsou zabudovávány převážně jen přírodní materiály.

První hloubkový vibrátor byl vyvinut firmou Keller a patentován v roce 1934. V sou­časnosti již existuje velké množství lepších typů a způsobů hloubkového vibračního zhutňování založených právě na využití vibrační energie. Hloubkové zhutňování velkých ploch nad i pod hladinou vody lze urychlit použitím více vibrátorů současně (obr. 4). Využití metod hloubkového vibračního zhutňování do budoucna lze spatřovat například v oblastech rekultivací starých živelných skládek komunálního nebo i jiného odpadu, kdy lze hloubkovými vibrátory objem skládek zmenšovat a zrychlit jejich konsolidaci, hnilobné procesy.



V rámci výstavby hypermarketu Carrefour (dnes Tesco) v Brně – Králově Poli v roce 2004 byla vybudována i křižovatka s mostem v prostoru retenční nádrže-močálu Červený mlýn. Podloží pod násyp výšky asi 4 m zde bylo proto třeba zlepšit štěrkovými pilíři (obr. 5), neboť holocenní navážky a organické sedimenty v nádrži by vzhledem k extrémně krátkému termínu  zprovoznění komunikace (4 měsíce) vykazovaly nadměrné sedání. Toto sedání by nebylo akceptovatelné především v přechodové zóně mostu.



Deep Soil Mixing
Velmi moderní technologií hloubkového zlepšování zemin je Deep Soil Mixing (DSM). Jedná se o mechanické hloubkové míchání zemin, které může mít rozličné postupy a výrobní procesy (obr. 6). V některých zemích jsou podmínky pro použití této metody vhodnější, a tudíž se zde tato metoda vyvíjí dynamičtěji a je pak i hojněji nasazována. Metoda je náročná a je závislá na návrhu správné receptury, tedy na mísicí energii, množství a druhu pojiva a dalších faktorech.



Velmi zajímavé jsou dva příklady použití mokrého procesu DSM pro založení v Polsku. Prvním jsou tři 78 m vysoké turbíny nové větrné elektrárny zakládané ve velice špatných geologických podmínkách. Přímo pod úrovní základové spáry byl zastižen měkký prachovitý jíl o mocnosti vrstvy až 5,5 m. Pod ním se nachází vrstva ulehlého hrubého písku a štěrku. Pro eliminaci nerovnoměrného sedání byl navrhnut a proveden základový systém s použitím 88 pilířů DSM o průměru 80 cm. Druhým pak je založení několikaposchoďového komerčního a zábavného centra se zatížením až 16 500 kN na 187 základových patkách. Exkluzivní projekční a stavební návrh zahrnoval provedení 2 793 pilířů DSM o průměru 90 cm (obr. 7) a celkové délce 15 082 m. Pod základovou spárou se vyskytovala kyprá vrstva navážky o mocnosti až 1,5 m, místy tvořená organickou zeminou. Dále pak do hloubky asi 4,5 m byl měkký prachovitý jíl.



Závěr
Nedostatečná technická a technologická vybavení, respektive znalosti nedovolovaly dříve budovat či zakládat mosty nebo estakády jako například v Normandii nebo Velký Belt v Dánsku. Mrakodrapy v Hongkongu by v místních měkkých sedimentech nikdy nemohly dosáhnout tak úžasných výšek. Velmi aktuální je budování umělých Palmových ostrovů ve Spojených arabských emirátech, kde si požadovaný efekt bez nasazení metod hloubkového zlepšování nelze vůbec představit. Odvahu vybudovat dvojkolejnou železniční trať v úseku Třebovice–Rudoltice měli i naši předkové v 19. století, ale efektivní metody pro eliminaci sesuvných jevů se daly využít až v dnešní době. Typickým příkladem nepříznivých inženýrskogeologických poměrů, se kterými se bylo nutné vyrovnat pomocí moderních metod speciálního zakládání tak, aby bylo možné založit plánované stavby, jsou například lokalita bývalé královopolské cihelny v Brně – Králově Poli i delta řeky Mekong v jižním Vietnamu, stejně jako neřízené skládky po celém území ČR a výsypky v severních Čechách.
Ve všech uvedených lokalitách a v nepřeberném množství jim podobných se dříve nedaly náročné konstrukce zakládat, a tudíž ani plánovat. Dnes zde stojí spolehlivé objekty, které přinášejí společnosti užitek, a nikdo se již nepozastavuje nad tím, že to často i po dlouhá staletí nebylo vůbec možné.


Literatura
1.    Topolnicki, M.: Wet Deep Soil Mixing – execution and design practice in Poland. In German National Geotechnical Conference, Dortmund, 2008. Interní dokument Keller Grundbau GmbH. 2008, 8 s.
2.    Svoboda, P.: Založení mostu My Thuan Bridge – Vietnam. In: Sborník příspěvků 29. konference zakládání staveb 2001. Brno: Akademické nakladatelství CERM pro Českou geotechnickou společnost Českého svazu stavebních inženýrů a SEKURKON, 2001, s. 76–80.
3.    Realizační projektová dokumentace: dopravní napojení areálu Carrefour – Královo Pole. Okružní křižovatka Sportovní: sanace podloží – štěrkové pilíře. Zodpovědný projektant Petr Svoboda. Praha: KELLER – speciální zakládání, 2004.
4.    Svoboda, P.: Použití metody Deep Soil Mixing v ČR. In: Inženýrské stavby, 2008, č. 4, s. 54–56.
5.    Svoboda, P.: Sanace svahů v areálu Královopolské cihelny v Brně. In: Sborník příspěvků 32. konference Zakládání staveb Brno 2004. Brno: Akademické nakladatelství CERM pro Českou geotechnickou společnost ČSSI a SEKURKON, 2004. s. 141–146.



Ing. Petr Svoboda, Ph.D.
FOTO: KELLER – speciální zakládání

Petr Svoboda je prokuristou v společnosti KELLER – speciální zakládání, spol. s r. o, a autorizovaným ­inženýrem v oboru geotechnika.

Článek byl uveřejněn v časopisu
Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.

Komentáře

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

Další z Jaga Media