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

Zakládání staveb – vyztužení báze násypů

24.06.2013
Mnoho staveb se v poslední době realizuje v méně vhodných podmínkách pro jejich zakládání. Bez ohledu na to však musejí být dodrženy všechny kvalitativní nároky vyplývající z budoucího využití stavby.
Velmi dobrým příkladem jsou liniové stavby, především silniční a železniční koridory. Ať už jde o novou výstavbu cest, nebo o modernizaci železničních tratí k dosažení vyšších rychlostí, kvalitativní vyhotovení těchto staveb musí být velmi vysoké, aby se umožnila plynulá a bezpečná přeprava. Při stavbě zemních násypů na nevhodných, stlačitelných zeminách se musí konstrukce zabezpečit proti vzniku deformací. Konstrukce jsou navrhovány tak, aby byly zabezpečeny proti nerovnoměrnému sedání, nebo se zajistí kontrolované sedání, případně se urychlí konsolidace podloží už během výstavby.

Zlepšováním vlastností zemin se rozumějí takové technické zásahy do přírodního geologického prostředí nebo uměle budovaných zemních konstrukcí, jejichž cílem je zvýšit únosnost podloží, tedy pevnost zemin, dosáhnout rovnoměrného sedání pod celým objektem, snížit absolutní hodnotu sedání ve stlačitelných zeminách, urychlit konsolidaci a podobně.

Způsob zlepšování závisí na požadovaných výsledných vlastnostech zeminy a na druhu stavby. Kromě technických nároků je třeba současně zvážit i ekonomickou efektivnost navrhovaného řešení. Intenzivní rozvoj technologií v posledních letech umožnil, že některé metody donedávna využívané jen k zlepšování vlastností zemin postupně přebraly úkol přenášet zatížení (například proudová injektáž, vyztužené zeminy a podobně). Zlepšení vlastností zemin v bázi násypů se dá dosáhnout různými metodami, obecně mohou být rozděleny do dvou hlavních kategorií:
  • povrchová zlepšení vlastností podloží:
  1.  vyztužování zemin,
  2. výměna neúnosných vrstev,
  3. chemické zlepšení existující zeminy a jiné;
  • hloubková zlepšení vlastností zemin:
  1. vrtané štěrkové pilíře,
  2. hloubkové promíchávání se zhutňováním,
  3. hloubková injektáž,
  4. mikropiloty a jiné.

Použití geosyntetik
Současný rozmach používání vyztužených zemin souvisí s rozvojem výroby geosyntetik. Výztužné, především geosyntetické prvky se ke zlepšování zemin stále častěji používají na dopravních stavbách. Vyztužování báze zemních těles má své nesporné výhody. Tímto způsobem lze ve vhodných podmínkách dosáhnout vysoké hospodárnosti projektu. Je to tak především díky jednoduché manipulaci, relativně nízké ceně, možnosti výstavby i v zimním období a v neposlední řadě i ve velmi pestré nabídce řešení.

Geomříže na vyztužování báze násypů
K výstavbě násypů na neúnosných, snadno stlačitelných základových zeminách se metody zlepšování vlastností podloží dělí do dvou kategorií. Jde o:
  • metody, s nimiž je zabezpečována stabilita násypu bez kontroly sedání (obr. 1),
  • metody, při nichž se kromě zabezpečení celkové stability minimalizuje i sedání násypu.

Obr. 1 Metody zabezpečení stability násypu bez kontroly sedání
a) vyztužení báze násypu, b) vyztužení báze násypu v kombinaci s vertikálními drény, c) vyztužení báze násypu výztužnou matrací

Zabezpečení stability násypu bez kontroly sedání
Vyztužení báze násypu
Ke stabilitě násypu, který je realizován na neúnosné půdě, přispívá především skluzová odolnost základové půdy. Aby se zabránilo překročení skluzové odolnosti v zemním násypu i v základové půdě, umístí se do základové spáry geomříž (obr. 2 až 4). Snížení velikosti nerovnoměrného sedání není v tomto případě primární funkcí vyztužení.

Velkou pozornost je třeba věnovat faktu, že překročení celkové stability násypů na neúnosném podloží je nejkritičtější během výstavby. Hlavním důvodem je, že relativně nízká propustnost snadno stlačitelných zemin neumožňuje dosáhnout úplné konsolidace podloží v době výstavby. Tím nastává riziko kolapsu, a to především za předpokladu, že konsolidace se neuskutečnila před ukončením výstavby.

Po dosažení úplné konsolidace podloží skluzová odolnost podkladových vrstev nabyde takových hodnot, že potřeba výztužných geomříží ve většině případů zanikne. Geomříže se potom navrhují tak, aby tahové napětí v základové spáře v období mezi koncem výstavby a dobou, kdy nastane úplná konsolidace, bylo menší než únosnost navržených geomříží.

Výztuž v bázi násypu na neúnosném podloží stabilizuje násyp tím, že zabraňuje příčnému roztahování násypu, vytlačení základové půdy a lokálnímu skluzu části násypu. Stabilizující tahovou sílu ve výztužné geomříži tvoří skluzová napětí mezi zeminou v podloží a v násypu. Tím se zachytí tahové napětí a omezí se tvoření nepravidelných deformací, které vznikají v zemním tělese při vysokém stlačení. Zároveň se zabrání vzniku trhlin a zmenší se rozdíly v sedání. Když se použije vhodné výztužné geosyntetikum, není nutné použít filtrační a separační vrstvu mezi násypem a podložím.






Obr. 2 až 4 Vyztužení báze násypu geomřížemi ParaLink

Vyztužení báze násypu v kombinaci s vertikálními drény
Doba potřebná ke konsolidaci (a tedy i nárůst skluzové únosnosti) neúnosných zemin je možné snížit použitím různých technicky a ekonomicky výhodných řešení. Existuje mnoho metod, například štěrkové piloty, vertikální drény, hloubkové promíchávání se zhutňováním a jiné. Vertikální drény se kombinují s výztužnými geomřížemi. Výztužné geomříže je ideální ukládat až po realizaci vertikálních drénů. Při dodatečné realizaci drénů by se totiž geomříž mohla poškodit. Někdy je ukládání geomříží před realizací drénů nevyhnutelné. V tomto případě je třeba při návrhu uvažovat o úbytku tahových pevností v místě ­vrtání.

Vyztužení báze násypu výztužnou matrací
V případě umístění násypů na neúnosném podloží se obvykle v bázi násypu rozprostírala roznášecí podkladová vrstva ze sypkého materiálu. Nejprve se jako separační vrstva, která zabraňovala promíchávání zemin, začala používat geotextilie. Z hlediska vyztužování násypu šlo o významné zlepšení. Podstatně lepších výsledků se však začalo dosahovat vložením několika řad výztužné geosyntetiky do podkladové vrstvy. Ve vyztužených zeminách se díky tomu napětí do hloubky šíří pod úhlem 38 až 50° (běžně pod úhlem 30°).

Výztužná matrace (obr. 5 a 6) je trojdimenzionální konstrukce, kterou tvoří soustava uzavřených buněk. Tyto buňky jsou přímo osazeny na neúnosné podloží, jsou tvořeny geosyntetickou výztuží, někdy v kombinaci s ocelovou dvouzákrutovou sítí a následně vyplněné štěrkovitým materiálem. Výška konstrukce je ve většině případů přibližně 1 m.


Obr. 5 Vyztužení báze násypu výztužnými matracemi. Kombinace drátokamenných košů a výztužné geotextilie


Obr. 6 Vyztužení báze násypu výztužnými matracemi. Kombinace drátokamenných košů a výztužných geomříží ParaLink

Začlenění výztužných geomříží, případně sítí do násypu vytváří:
  • kvalitní spoj na rozhraní neúnosného podloží a zeminy násypu,
  • relativně pevnou desku, která zabezpečuje rovnoměrné rozložení zatížení a jeho přenos do podloží.
Tyto vlastnosti matrací snižují deformace neúnosného podloží a vytvářejí vysokou skluzovou odolnost a vysokou únosnost základové spáry v bázi násypu. Tato metoda vyztužování podloží je velmi účinná u poměrně plytkých vrstev nevhodných zemin, kde je poměr šířky násypu a hloubky nevhodné zeminy větší než čtyři.

Zabezpečení stability násypu, včetně minimalizace sedání
Vyztužení násypů na pilotech

Neúnosné, silně stlačitelné podloží znamená pro vyšší násypy nejen problém se stabilitou, ale i příliš dlouhé konsolidační sedání a přílišné deformace. Znamená to konkrétní ohrožení svahů násypu, plastické vytlačování měkkých zemin v podloží, dlouhodobé nekontrolovatelné sedání a rozdílné sedání mezi jednotlivými úseky trasy v případech, kde se trasa dopravní stavby nedá pro prostorové a směrové uspořádání odklonit od problémových úseků. Z inženýrskogeologického hlediska jde o místa s výskytem mokřadů, močálů, rašelinišť, ale i plně saturovaných jemnozrnných zemin, případně nevhodných antropogenních zemin.

K zakládání násypových těles na neúnosném podloží se zabezpečením minimálního sedání je možné použít systémy zakládání pomocí mikropilot, velkoprůměrových pilot, případně jiné systémy hloubkového zakládání. Princip násypu s mikropilotami je znázorněn na obr. 7. Zakládání násypů na pilotách nepatří k novým technologiím; první aplikace byly realizovány v Anglii v sedmdesátých letech minulého století. V daném období se používaly piloty s velkoplošnými hlavami, které zabezpečovaly přenos zatížení od dopravy a násypu na piloty a následně do únosného podloží. Od osmdesátých let minulého století se díky novým technologiím začaly vyrábět geomříže s vysokými pevnostmi v tahu, které se ukázaly jako vhodný konstrukční prvek pro uvedené aplikace (obr. 8 a 9). Použití vysokopevnostních geomříží:
  • umožnilo redukci rozměrů hlavy pilot, což mělo významný vliv na celkovou cenu stavby,
  • zjednodušilo technologii zhotovení roznášecí vrstvy nad hlavami pilot – takzvané vyztužení základny násypu,
  • umožnilo geometrickou úpravu uspořádání pilot proti původnímu systému a redukci jejich počtu,
  • umožnilo použít tento systém s vysokou účinností ve velmi nevhodných inženýrskogeologických poměrech.
Tato řešení nesporně přinášejí užitek i investorům staveb. Při zabezpečení požadovaných parametrů stavby přinášejí značnou finanční úsporu.


Obr. 7 Princip násypu s mikropilotami


Obr. 8 Instalace geomříží ParaLink na hlavách pilot v bázi železničního násypu

Geosyntetické výrobky vhodné k vyztužování podloží
Produkty vhodné k vyztužování neúnosných podloží se dělí na tři základní skupiny:
  • výztužné geomříže,
  • výztužné tkané geotextilie,
  • drenážní geokompozity.

Výztužné geomříže
Vysokopevnostní geomříže – pevnost od 200 do 1 350 kN/m – plošné jednoosové geomříže tvořené z jednoosových kompozitních geosyntetických pásů. Každý podélný pás má jádro z polyesterových vláken s vysokým modulem elasticity a nízkou průtažností obalené v odolném polyetylenovém plášti.

Tyto geomříže jsou vhodné pro vysoká namáhání, hlavně při vyztužování bází vysokých násypů a násypů nad pilotami. Mají velmi vysoký poměr dlouhodobé a krátkodobé pevnosti.

Geomříže střední pevnosti (s pevností od 40 do 200 kN/m) jsou většinou tkané geomříže na bázi polyesteru obalené polymerovým obalem. Geomříže mohou být jednoosové, případně dvouosové.

Výztužné tkané geotextilie
Tkané geotextilie jsou vhodné k vyztužování vrstev z jemnozrnných materiálů. Vyrábějí se na bázi polypropylenu s maximální pevností do 100 kN/m v obou směrech, případně polyesteru s tahovou pevností do 800 kN/m v obou směrech. Výztužné geotextilie mají kromě výztužné funkce i funkci separační.

Drenážní geokompozity
Drenážní geokompozity jsou vyrobeny z drenážního jádra s různým tvarem a z netkané geotextilie umístěné na jedné nebo obou stranách drenážního jádra. Tyto geokompozity jsou vhodné k odvodnění plání vozovek, železnic, podloží násypů, k urychlení konsolidace, případně ke snížení hladiny podzemní vody.

Závěr
Vyztužené zeminy představují hospodářsky a technicky kvalitní řešení zakládání násypů na neúnosném podloží. Postupně nahrazují, případně doplňují tradiční metody zlepšování zemin. Aby byly návrhy co nejefektivnější a byly přitom zachovány požadavky na bezpečnost a funkčnost, konstrukce se na základě praktických poznatků neustále optimalizují. Kromě zakládání jsou vhodné i k výstavbě opěrných konstrukcí, sanacím sesuvů, zabezpečení konstrukcí proti propadům do podzemních prostorů a podobně. Zároveň jde o estetická a k životnímu prostředí šetrná řešení.

Literatura
1.    Turček, P. – Hulla, J.: Zakladanie stavieb. Bratislava: JAGA GROUP, 2004.
2.    Drusa, M. – Prelovský, B.: Problémy pri navrhovaní a realizácii vysokých násypov na neúnosnom podloží. In: Geosyntetika v stavebníctve. Žilina: 2007, s. 123–131.
3.    BS 8006, (1995): Code of Practice for Strengthened/Reinforced Soils and Other Fills. London: British Standards Institution.
4.    ParaLink Geocomposite Products BBA certificate. British Board of Agrément.
5.    www.maccaferri.com.

TEXT: Ing. Jaroslav Adamec
FOTO: Maccaferri Central Europe

Jaroslav Adamec je projektovým manažerem společnosti Maccaferri Central Europe, s. r. o.

Článek byl uveřejněn v Realizace staveb.

Komentáře

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

Další z Jaga Media