ENVIROMENTÁLNE TECHNOLÓGIE – nové stroje a zariadenia. RECYKLÁCIA – triedenie a úprava odpadov. OBNOVITEĽNÉ ZDROJE ENERGIE – energetická a materiálová efektívnosť.

Založenie mostných opôr pomocou technológie vystuženej zeminy


Mostné opory z vystuženej zeminy nie sú príliš frekventovaným riešením, ak hovoríme o riešení bez ďalších podporných prvkov úložného prahu, najčastejšie teda pilót. Napriek tomu sa v posledných pätnástich rokoch podarilo niekoľko mostných opôr čisto z vystuženej zeminy realizovať. Posledným a zatiaľ technicky najzložitejším objektom boli mostné opory diaľničných mostov na Slovensku na stavbe D1 v úseku Jánovce – Jablonov. Ide o tri mostné objekty – dva jednopólové (SO 211-00a, SO 211-00b) a jeden viacpólový (SO 216).


Jednopólové objekty sú súčasťou okružnej križovatky na krížení D1 s cestou II/533 v úseku Levoča – Spišská Nová Ves. Viacpólový most potom prekračuje ceste I/18 vedenú hlbokým údolím v tesnom susedstve obce Spišský Hrhov. S ohľadom na pomerne dobré základové podmienky pri viacpólovom moste a obmedzený rozsah článku sa v ďalšom texte budeme zaoberať problematikou objektov SO 211-00a a 211-00b.

 

Výpočet - Návrhová metodika

Postup výpočtu aj vlastný návrh konštrukcie opôr vo veľmi ťažkých podmienkach daných geologickými pomermi lokality aj mimoriadne vysokým zaťažením koncentrovaným na okraj vystuženého zemného bloku (mostné opory) nebol predmetom teoretických úvah, ale najmä výsledkom mnohoročných skúsenosti získaných na iných mostných objektoch v minulých rokoch. Návrh vystuženého zemného bloku bol vykonaný v súlade s britskou návrhovou metodikou tieback Wedge. Kvázihomogénny zemný blok navrhnutý pomocou tejto metodiky bol podľa zásad STN EN 1997 posúdený na celkovú stabilitu konštrukcie pre hraničný stav porušenia GEO/STR, tzn. dosiahnutie hraničného stavu je spôsobené porušením (alebo nadmernou deformáciou) základovej pôdy, v ktorom je šmyková pevnosť zeminy významná v poskytovaní odolnosti. Posúdenie bolo vykonané pomocou kruhovej aj polygonálnej šmykovej plochy, ktorá je pre prípad nehomogénneho prostredia vhodnejšia a lepšie vystihuje skutočný reálny mechanizmus poškodenia.


Návrh vystuženia

Rozloženie tuhosti vystužených prvkov po výške konštrukcie rešpektuje v návrhu požiadavku na deformačné správanie konštrukcie, keď sa predpokladalo, že napätie vo výstuhách vyvodí ich pomerné dĺžkové pretvorenie max. na úrovni 0,5 %. Táto hodnota pretiahnutia vo výstuhách pre konštrukcie mostných opôr je v súlade s normatívnym ustanovením normy STN 73 3041, resp. BS 8006. Nad rámec statického výpočtu potom bolo určené vystuženie – v miestach zvýšenej koncentrácie napätia (oblasť pod úložnými prahy) – doplnené o prídavné vystuženie zaisťujúce zachytenie extrémnych vodorovných síl a elimináciu vodorovných deformácií.

Konštrukcia opory

Vzhľadom na skutočnosť, že podložie bolo v najvrchnejšej vrstve tvorené prevažne fluviálnymi a povodňovými ílmi (triedy F6 / CI, CL) mäkkej až kašovitej konzistencie s vysokou hladinou spodnej vody, bola v oblasti mostných opôr navrhnutá plošná výmena zemín s nízkymi deformačnými charakteristikami a náhrada triedeným lomovým kameňom frakcie 0/200 mm. Mocnosť tejto úpravy bola určená hornou úrovňou fluviálnych štrkov, nachádzajúcich sa pod ílovitými zeminami, a pohybovala sa v rozmedzí 2,0-2,5 m. Koncepčné riešenie vlastnej opory predpokladalo zhotovenie oporných múrov pomocou technológií vystuženej zeminy s lícom tvoreným železobetónovými prefabrikovanými dielmi. Statická časť konštrukcie je zaistená pomocou geosyntetických výstužných prvkov, ktoré sú zatiahnuté do priľahlého násypového telesa na kotviacu dĺžku určenú statickým výpočtom. Osadenie úložného prahu na vystuženom zemnom telese je navrhnuté vo vzdialenosti 1,25 m od líca oporných múrov.

Rohy oporných múrov boli navrhnuté v odstupe 400 mm od teoretického zalomenia tak, aby sa jednotlivé časti múrov mohli deformovať samostatne bez vzájomného ovplyvnenia. Zalomený roh sa po dokončení výstavby a po prebehnutí podstatnej časti deformáciou zaistil pomocou obkladového gabionového koša.


 Výstavba

Pred začatím výstavby vlastných opôr bolo vykonané zlepšenie základových pomerov všetkých opôr oboch mostov. Pomerne plytká vrstva zvodnených jemnozrnných náplavových sedimentov bola vyťažená a nahradená kvalitnou štrkovou (obr. 1). 


Mostné opory z vystuženej zeminy nie sú príliš frekventovaným riešením, ak hovoríme o riešení bez ďalších podporných prvkov úložného prahu, najčastejšie teda pilót. Napriek tomu sa v posledných pätnástich rokoch podarilo niekoľko mostných opôr čisto z vystuženej zeminy realizovať. Posledným a zatiaľ technicky najzložitejším objektom boli mostné opory diaľničných mostov na Slovensku na stavbe D1 v úseku Jánovce – Jablonov. Ide o tri mostné objekty – dva jednopólové (SO 211-00a, SO 211-00b) a jeden viacpólový (SO 216).


Jednopólové objekty sú súčasťou okružnej križovatky na krížení D1 s cestou II/533 v úseku Levoča – Spišská Nová Ves. Viacpólový most potom prekračuje ceste I/18 vedenú hlbokým údolím v tesnom susedstve obce Spišský Hrhov. S ohľadom na pomerne dobré základové podmienky pri viacpólovom moste a obmedzený rozsah článku sa v ďalšom texte budeme zaoberať problematikou objektov SO 211-00a a 211-00b.

 

Výpočet - Návrhová metodika

Postup výpočtu aj vlastný návrh konštrukcie opôr vo veľmi ťažkých podmienkach daných geologickými pomermi lokality aj mimoriadne vysokým zaťažením koncentrovaným na okraj vystuženého zemného bloku (mostné opory) nebol predmetom teoretických úvah, ale najmä výsledkom mnohoročných skúsenosti získaných na iných mostných objektoch v minulých rokoch. Návrh vystuženého zemného bloku bol vykonaný v súlade s britskou návrhovou metodikou tieback Wedge. Kvázihomogénny zemný blok navrhnutý pomocou tejto metodiky bol podľa zásad STN EN 1997 posúdený na celkovú stabilitu konštrukcie pre hraničný stav porušenia GEO/STR, tzn. dosiahnutie hraničného stavu je spôsobené porušením (alebo nadmernou deformáciou) základovej pôdy, v ktorom je šmyková pevnosť zeminy významná v poskytovaní odolnosti. Posúdenie bolo vykonané pomocou kruhovej aj polygonálnej šmykovej plochy, ktorá je pre prípad nehomogénneho prostredia vhodnejšia a lepšie vystihuje skutočný reálny mechanizmus poškodenia.


Návrh vystuženia

Rozloženie tuhosti vystužených prvkov po výške konštrukcie rešpektuje v návrhu požiadavku na deformačné správanie konštrukcie, keď sa predpokladalo, že napätie vo výstuhách vyvodí ich pomerné dĺžkové pretvorenie max. na úrovni 0,5 %. Táto hodnota pretiahnutia vo výstuhách pre konštrukcie mostných opôr je v súlade s normatívnym ustanovením normy STN 73 3041, resp. BS 8006. Nad rámec statického výpočtu potom bolo určené vystuženie – v miestach zvýšenej koncentrácie napätia (oblasť pod úložnými prahy) – doplnené o prídavné vystuženie zaisťujúce zachytenie extrémnych vodorovných síl a elimináciu vodorovných deformácií.


Konštrukcia opory

Vzhľadom na skutočnosť, že podložie bolo v najvrchnejšej vrstve tvorené prevažne fluviálnymi a povodňovými ílmi (triedy F6 / CI, CL) mäkkej až kašovitej konzistencie s vysokou hladinou spodnej vody, bola v oblasti mostných opôr navrhnutá plošná výmena zemín s nízkymi deformačnými charakteristikami a náhrada triedeným lomovým kameňom frakcie 0/200 mm. Mocnosť tejto úpravy bola určená hornou úrovňou fluviálnych štrkov, nachádzajúcich sa pod ílovitými zeminami, a pohybovala sa v rozmedzí 2,0-2,5 m. Koncepčné riešenie vlastnej opory predpokladalo zhotovenie oporných múrov pomocou technológií vystuženej zeminy s lícom tvoreným železobetónovými prefabrikovanými dielmi. Statická časť konštrukcie je zaistená pomocou geosyntetických výstužných prvkov, ktoré sú zatiahnuté do priľahlého násypového telesa na kotviacu dĺžku určenú statickým výpočtom. Osadenie úložného prahu na vystuženom zemnom telese je navrhnuté vo vzdialenosti 1,25 m od líca oporných múrov.

Rohy oporných múrov boli navrhnuté v odstupe 400 mm od teoretického zalomenia tak, aby sa jednotlivé časti múrov mohli deformovať samostatne bez vzájomného ovplyvnenia. Zalomený roh sa po dokončení výstavby a po prebehnutí podstatnej časti deformáciou zaistil pomocou obkladového gabionového koša.

 

 

Výstavba

Pred začatím výstavby vlastných opôr bolo vykonané zlepšenie základových pomerov všetkých opôr oboch mostov. Pomerne plytká vrstva zvodnených jemnozrnných náplavových sedimentov bola vyťažená a nahradená kvalitnou štrkovou (obr. 1). Práce prebiehali pod hladinou spodnej vody, čo sťažovalo nielen samotné práce, ale najmä kontrolu dna odťažených jám.

Na upravenú základovú škáru v oblasti budúceho líca z betónových panelov bol vybetónovaný subtílny základový pás, ktorý slúžil na osadenie základného radu panelov. Tieto panely boli na rubovej strane vybavené horizontálnymi konzolami na zabezpečenie stability bez nutnosti dodatočného podopierania (obr. 2). 


Základové panely boli vykonané striedavo v dvoch výškach.

Po inštalácii výstužných geomreží a zásypu do úrovne nižších panelov pokračovala montáž ďalšími panelmi bez rubových konzol. 

Po dosiahnutí projektovanej výšky boli za lícom opory vybetónované mohutné úložné prahy (obr. 3), na ktoré boli následne osadené vysoké predpäté spínané betónové segmentové nosníky (obr. 4).

Po vytvorení záverných múrikov bol priľahlý násyp dosypaný na konečnú úroveň. Úložný prah zaťažený ťažkou betónovou nosnou konštrukciou spolu s násypom za uzatváracími múrikmi tak tvorí mimoriadne intenzívne zaťaženie veľmi blízko okraja opôr. Očakávané deformácie opôr boli hlavným kritériom návrhu a boli ďalej podrobne sledované.


Meranie

Pri všetkých mostných oporách bolo navrhnuté rozsiahle geodetické a geotechnické monitorovanie. Jednotlivé čiastkové merania v definovaných etapách boli priebežne vyhodnocované vzhľadom na predikované hodnoty. Súčasne sa vykonávala priebežná korelácia vstupných modelov a spresňovali sa predikcie výsledného správania konštrukcie, ktorá však v žiadnom sledovanom profile nepresiahla hodnoty stanovené projektom. Pri väčšine meraní vykazuje odlišné správanie opora 10 objektu 211-00b. Tento stav je spôsobený situovaním opory do miest pôvodného koryta Levočského potoka, geologickými vplyvmi a odlišnou geometriou konštrukcie. Geotechnické sledovanie zahŕňalo meranie presnej inklinometrie a hydrostatickej metódy sadania. Pre sledovanie stability podložia bol pri každej opore inštalovaný inklinometrický vrt dĺžky 15,0 m. Merania na inklinometrických vrtoch nevykazujú dotvarovanie vrstiev podložia vyššie ako 10 mm. Priebeh konsolidácie podložia vplyvom výstavby opôr a násypu bol sledovaný od počiatku výstavby celkovo na šiestich profiloch hydrostatickej nivelácie, umiestnených vo vzdialenosti 6,0, prípadne 17,0 m od líca oporných múrov. Dĺžka profilov bola potom premenná v závislosti od geometrie mostných opôr a pohybovala sa od 66 do 99 m.


Záver

Merania ukazujú, že namerané hodnoty zvislých a vodorovných pohybov všetkých opôr neprekročili v žiadnom sledovanom profile hodnoty predikované výpočtom. Tri mostné opory (SO211-00a 00, SO 211-00a 10, SO 211-00b 00) vykazujú podobné správanie a predikované hodnoty sú pre tieto objekty pomerne konzervatívne. Opora SO 211-00b 10 sa správa odlišne a vykazuje merané deformácie dvakrát až trikrát väčšie ako pri ostatných oporách.

Táto skutočnosť bola čiastočne predpokladaná vplyvom odlišnej geometrie z hľadiska pôdorysného tvaru lícnych panelov a najvyššej výšky objektu, z hľadiska najvyššieho pôsobiaceho zaťaženia a prítomnosti objektu SO 211-00c prevádzajúceho Levočský potok pod telesom násypu, kde už však nebola vykonávaná sanácia lomovým kameňom. Súčasne tu môžu pôsobiť najrôznejšie vplyvy, ktoré sú dnes ťažko stanoviteľné. Okrem najrôznejších klimatických vplyvov mohlo ísť o skutočnosť, že geologické pomery zistené v mieste tejto opory nezodpovedali skutočnosti a predpokladom, o ktorých sa uvažovalo vo výpočtoch.


(obr. 5)  Finálna opora

TEXT: Ing. Petr Hubík, Ing. Martin Kašpar,

Ing. Kristina Nachtneblová, PhD.

FOTO A OBRÁZKY: GEOMAT, s. r. o.

Práce prebiehali pod hladinou spodnej vody, čo sťažovalo nielen samotné práce, ale najmä kontrolu dna odťažených jám.

Na upravenú základovú škáru v oblasti budúceho líca z betónových panelov bol vybetónovaný subtílny základový pás, ktorý slúžil na osadenie základného radu panelov. Tieto panely boli na rubovej strane vybavené horizontálnymi konzolami na zabezpečenie stability bez nutnosti dodatočného podopierania (obr. 2). Základové panely boli vykonané striedavo v dvoch výškach.

Po inštalácii výstužných geomreží a zásypu do úrovne nižších panelov pokračovala montáž ďalšími panelmi bez rubových konzol. Po dosiahnutí projektovanej výšky boli za lícom opory vybetónované mohutné úložné prahy (obr. 3), na ktoré boli následne osadené vysoké predpäté spínané betónové segmentové nosníky (obr. 4).

Po vytvorení záverných múrikov bol priľahlý násyp dosypaný na konečnú úroveň. Úložný prah zaťažený ťažkou betónovou nosnou konštrukciou spolu s násypom za uzatváracími múrikmi tak tvorí mimoriadne intenzívne zaťaženie veľmi blízko okraja opôr. Očakávané deformácie opôr boli hlavným kritériom návrhu a boli ďalej podrobne sledované.


Meranie

Pri všetkých mostných oporách bolo navrhnuté rozsiahle geodetické a geotechnické monitorovanie. Jednotlivé čiastkové merania v definovaných etapách boli priebežne vyhodnocované vzhľadom na predikované hodnoty. Súčasne sa vykonávala priebežná korelácia vstupných modelov a spresňovali sa predikcie výsledného správania konštrukcie, ktorá však v žiadnom sledovanom profile nepresiahla hodnoty stanovené projektom. Pri väčšine meraní vykazuje odlišné správanie opora 10 objektu 211-00b. Tento stav je spôsobený situovaním opory do miest pôvodného koryta Levočského potoka, geologickými vplyvmi a odlišnou geometriou konštrukcie. Geotechnické sledovanie zahŕňalo meranie presnej inklinometrie a hydrostatickej metódy sadania. Pre sledovanie stability podložia bol pri každej opore inštalovaný inklinometrický vrt dĺžky 15,0 m. Merania na inklinometrických vrtoch nevykazujú dotvarovanie vrstiev podložia vyššie ako 10 mm. Priebeh konsolidácie podložia vplyvom výstavby opôr a násypu bol sledovaný od počiatku výstavby celkovo na šiestich profiloch hydrostatickej nivelácie, umiestnených vo vzdialenosti 6,0, prípadne 17,0 m od líca oporných múrov. Dĺžka profilov bola potom premenná v závislosti od geometrie mostných opôr a pohybovala sa od 66 do 99 m.


Záver

Merania ukazujú, že namerané hodnoty zvislých a vodorovných pohybov všetkých opôr neprekročili v žiadnom sledovanom profile hodnoty predikované výpočtom. Tri mostné opory (SO211-00a 00, SO 211-00a 10, SO 211-00b 00) vykazujú podobné správanie a predikované hodnoty sú pre tieto objekty pomerne konzervatívne. Opora SO 211-00b 10 sa správa odlišne a vykazuje merané deformácie dvakrát až trikrát väčšie ako pri ostatných oporách.

Táto skutočnosť bola čiastočne predpokladaná vplyvom odlišnej geometrie z hľadiska pôdorysného tvaru lícnych panelov a najvyššej výšky objektu, z hľadiska najvyššieho pôsobiaceho zaťaženia a prítomnosti objektu SO 211-00c prevádzajúceho Levočský potok pod telesom násypu, kde už však nebola vykonávaná sanácia lomovým kameňom. Súčasne tu môžu pôsobiť najrôznejšie vplyvy, ktoré sú dnes ťažko stanoviteľné. Okrem najrôznejších klimatických vplyvov mohlo ísť o skutočnosť, že geologické pomery zistené v mieste tejto opory nezodpovedali skutočnosti a predpokladom, o ktorých sa uvažovalo vo výpočtoch.


(obr. 5)  Finálna opora

TEXT: Ing. Petr Hubík, Ing. Martin Kašpar,

Ing. Kristina Nachtneblová, PhD.

FOTO A OBRÁZKY: GEOMAT, s. r. o.

Fotogaléria k článku