Podchytávanie základov mikropilótami

Základ je prvok, ktorý prenáša zaťaženie od stavby do geologického podložia a hrá tak kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní stability celej stavby z hľadiska sadania. Sadanie každej stavby je normálny jav, avšak nadmerné a nerovnomerné sadanie môže mať za následok narušenie statiky a v niektorých prípadoch až ohrozenie stavby ako takej. Časový priebeh sadania u drvivej väčšiny stavieb nie je zdokumentovaný a prakticky sa nadmerné pohyby odhalia až v priebehu životnosti stavby na základe viditeľných prejavov (trhliny, evidentné poklesy a pod.) Treba poznamenať, že v určitých prípadoch môže dôjsť aj k opačnému javu, tzv. dovrchnému pôsobeniu síl zo základovej pôdy, ktoré majú snahu objekt dvíhať. Takáto situácia sa môže vyskytnúť pri doskových základoch napr. pôsobením vztlaku podzemnej vody pri zvýšení jej hladiny. V praxi je to však prípad pomerne zriedkavý.

Úlohou podchytenia je preniesť zaťaženie zo stavby z bezprostredného okolia základovej škáry do hlbších vrstiev geologického podložia tak, aby sa pohyby stabilizovalialebo sa im predišlo v prípade, že ide o preventívny krok.

Príčiny nadmerného alebo nerovnomerného sadania bývajú rôzne. Môže ísť o nesprávny návrh založenia vyplývajúci z neznalosti geologického podložia, chyby v priebehu výstavby, ale sadajú aj stavby, ktoré boli založené správne, ale v priebehu času sa zmenili parametre základovej pôdy (napr. z dôvodu kolísania hladiny podzemnej vody). Sanačné zásahy sú v takýchto prípadoch pomerne náročné a musia sa realizovať tak, aby spoľahlivo viedli k odstráneniu príčiny sadania. Pre úspešnú sanáciu možno stanoviť tento postup:
Analýza príčin → návrh opatrení → odstránenie príčin → kontrola účinnosti → odstránenie následkov.
Celý proces môže trvať aj niekoľko rokov a kľúčovým faktorom pre úspešný výsledok je analýza príčin.

Treba poznamenať, že nie všetky trhliny v stavebných konštrukciách sú zapríčinené nadmerným alebo nerovnomerným sadaním stavby. V niektorých prípadoch, hoci aj trhliny skutočne vznikli v dôsledku sadania, pohyby konštrukcie už môžu byť ustálené a náklady na podchytenie by boli zbytočne vynaloženými prostriedkami. Pri správnom stanovení príčin poruchy stavby je preto dôležitým prvkom monitoring pohybu základovej konštrukcie. Táto fáza môže trvať niekoľko mesiacov i rokov, pretože rýchlosť sadania nemusí mať v čase lineárny priebeh, ale môže kolísať v závislosti od rôznych faktorov (napr. od kolísania výšky hladiny vody v rieke, ktoré ovplyvňuje výšku hladiny podzemnej vody v jej blízkosti a pod.). Výsledkom analýzy by mali byť informácie, na základe ktorých bude možné rozhodnúť o vhodnej forme sanácie a jej základných parametroch.

Na tomto mieste treba zdôrazniť kľúčovú úlohu inžinierskogeologického prieskumu pri návrhu sanácie. Ešte vždy investor v snahe ušetriť finančné prostriedky pomerne často obmedzí rozsah IG prieskumu. Ten však, naopak, treba navrhnúť tak, aby poskytol dostatočný obraz o zložení a vlastnostiach geologických vrstiev záujmového územia. Výsledky vhodne zvoleného IG prieskumu spolu s výsledkami analýzy príčin sú nevyhnutným predpokladom efektívneho návrhu sanačných opatrení.

K odstráneniu porúch stavebných konštrukcií, ktoré vznikli v dôsledku nadmerných alebo nerovnomerných pohybov ich základových prvkov (trhliny, skrížené výplne stavebných otvorov a pod.), sa môže pristúpiť až po konsolidácii pohybov overenej monitoringom.

Preventívne sa podchytávanie používa najmä v prípadoch, keď  zvyšuje zaťaženie plánovanou rekonštrukciou, poprípade zmenou užívania stavby. Ďalej je to vtedy, keď sa v tesnej blízkosti stavby chystá zakladanie nového objektu so základovou škárou pod úrovňou základovej škáry jestvujúcej budovy, čím dôjde k zásahu do jej nosného podložia.

Určujúcim faktorom pri návrhu podchytenia ako preventívneho opatrenia je znalosť pôvodného stavu a predpokladanej zmeny (dodatočné priťaženie stavby, pôdorysné a výškové usporiadanie stavebnej jamy atď.). Aj v tomto prípade sú výsledky kvalitne vykonaného IG prieskumu nevyhnutné  z hľadiska efektívneho riešenia. Monitoring pohybu stavebnej konštrukcie zase referuje, čo sa so stavbou deje v priebehu realizácie zmeny, a umožní reagovať na prípadné pohyby, ktoré by mohli stavbu ohroziť.

Jednou z najčastejších technológií používaných pri podchytávaní základov je mikropilotáž. Mikropilóta je štíhly statický prvok (priemer do 300 mm), ktorý prenáša tlakové a v určitých prípadoch i ťahové sily zo stavebnej konštrukcie do horninového prostredia. Mikropilotáž sa používa často, pretože pomerne dostupná.

Z hľadiska technológie výroby sa mikropilóty delia do dvoch skupín. Prvú skupinu tvoria mikropilóty, pri ktorých sa výstuž vkladá do vyvŕtaného otvoru. Ako výstuž slúži buď armokoš, alebo častejšie hladká oceľová rúra (rúrové injektované mikropilóty). Do druhej skupiny patria okrem iných zavŕtavané a injektované mikropilóty, pri ktorých vrtná tyč slúži zároveň ako výstuž mikropilóty. Nové európske normy delia mikropilóty na vŕtané a zarážané.

Pri tejto klasickej geotechnickej technológii tvorí výstuž mikropilóty hrubostenná oceľová rúra s priemerom 60 až 120 mm, v ktorej sú v určitých vzdialenostiach od seba vyvŕtané otvory prekryté gumovými manžetami. Po vyvŕtaní otvoru s priemerom 100 až 300 mm a jeho vyplnení cementovou zálievkou sa osadí výstuž a zálievka sa nechá zatvrdnúť.  Potom sa pomocou dvojitého obturátora urobí injektáž jednotlivých etáží. Pri injektáži sa vplyvom tlaku   poruší zálievka a dôjde k penetrácii injektážneho média do okolia vrtu. Ak sa injektuje len časť dĺžky mikropilóty, hovoríme o koreňovej mikropilóte. Prenos sily zo základovej konštrukcie je zabezpečený prostredníctvom hlavy osadenej na ústie rúry (výstuže). Je to najčastejší druh mikropilóty, používaný nielen na podchytávanie základov, ale v celej geotechnickej praxi. Antikoróznu ochranu zvyčajne zabezpečuje dostatočné, normou stanovené krytie cementovým kameňom, ktoré sa dosiahne použitím centrátora.

Základ technológie vychádza z používania injekčných zavŕtavacích tyčí v Európe, ktoré sa označujú súhrnným názvom IBO (InjektionsBOhranker alebo Injection Boring anchor). Dlhodobo sa štandardne používali v baníctve a podzemnom staviteľstve na svorníkovanie, v súčasnosti sa však stále viac uplatňujú aj v geotechnike ako mikropilóty, zemné kotvy a zemné klince.

Výstuž zavŕtavaných a injektovaných mikropilót tvoria duté závitové tyče. Na ich aplikáciu sa používa prevažne rotačno-príklepné vŕtanie. Ako vrtný nástroj slúži jednorazová vrtná korunka. Cez ňu prúdi na dno vrtu výplachové médium, ktorým je cementová suspenzia alebo injektážna malta s presne určenými parametrami. Pri vŕtaní slúži ako pažiaca suspenzia vývrtu, ktorá zabezpečuje stabilitu stien počas vŕtania. Po dovŕtaní na požadovanú hĺbku sa znečistená suspenzia vytlačí z vývrtu čistou a tá po zatvrdnutí plní úlohu výplne. Mikropilóta je vyrobená v jednom technologickom kroku bez dodatočnej injektáže, čo ju najväčšmi odlišuje od rúrovej injektovanej mikropilóte. Táto vlastnosť sa najviac prejaví pri vŕtaní v ťažkých geologických podmienkach. V tomto prípade treba pri klasických mikropilótach pažiť vrty v celej dĺžke, čo vyžaduje nasadenie ťažšieho vrtného strojného zariadenia. Naopak, pri realizácii zavŕtavaných a injektovaných mikropilót možno použiť vrtné zariadenie, ktoré má jednoduchšiu konštrukciu a výrazne nižšiu hmotnosť.

Keďže funkciu výstuže plní závitová tyč, zavŕtavaná mikropilóta dokáže preniesť na kontakte výstuže a cementového kameňa približne tri a pol násobne väčšie zaťaženie oproti hladkej rúrovej mikropilóte s rovnakou prierezovou plochu.

V prípade mikropilót možno v závislosti od typu a dôležitosti konštrukcie zvoliť rôzne spôsoby antikoróznej ochrany, ktoré sú uvedené ďalej.

Krytie výstuže cementom stanovuje príslušná norma a jeho hrúbka sa pohybuje podľa typu mikropilóty od 20 do 30 mm v neagresívnom prostredí. S minimálnym krytím výstuže súvisí otázka trhlín, ktoré vzniknú v tomto cementovom obale pri namáhaní prvku. Aby cementový obal plnil funkciu antikoróznej ochrany výstuže, nesmú trhliny vzniknuté pri namáhaní prvku mať väčšiu šírku ako 0,1 mm. Na základe matematických simulácií a laboratórnych skúšok sa určila prípustná medza namáhania, pri ktorej sa v cementovom kameni už vytvárajú trhliny, ale ešte neprekračujú povolenú hrúbku 0,1 mm. Táto prípustná medza normálového namáhania sa využíva na dimenzovanie trvalých prvkov.

Tento spôsob dimenzovania výstuže geotechnických prvkov u nás zvyčajný, ale nové európske normy ho povoľujú za predpokladu, že úbytok preukázala skúška. V princípe ide o predimenzovanie výstuže o predpokladaný úbytok, ktorý nastane vplyvom korózie.

V prostredí so zvýšenou agresivitou možno použiť tyče s povrchovou úpravou a pre veľmi agresívne prostredie tyče z nehrdzavejúcej ocele, ktoré sa však používajú len v skutočne mimoriadnych prípadoch.

Zavŕtavané a injektované mikropilóty sa v našej geotechnickej praxi zatiaľ nepoužívajú masovo. Príčinou je pravdepodobne vyššia cena materiálových vstupov.

Na druhej strane, jednoduchý a efektívny spôsob aplikácie s použitím menej náročných strojových zariadení môže pri predpokladanom zvyšovaní ceny práce prispieť k postupnému rozšíreniu a spopularizovaniu tejto technológie aj u nás.