Pilótové základy na stavbe Panorama City v Bratislave

Počas výstavby diela Panorama City – I. etapa v Bratislave, ktoré sa nachádza v susedstve novej budovy SND, nákupnej zóny Eurovea, ako aj výškového objektu Tower 115, bolo nevyhnutné navrhnúť a v extrémne krátkom čase aj zrealizovať hĺbkové založenie pomocou vŕtaných železobetónových pilót až do hĺbky 25,0 m pod úroveň základovej škáry. K tomuto riešeniu viedli výsledky geologického prieskumu a projektovaná výška obidvoch vežových častí objektu.

Okrajové podmienky a návrh pilót

Investor diela Panorama byty, s. r. o. (J&T Real Estate), sa spolu s generálnym dodávateľom, spoločnosťou Chemkostav, a. s., obrátili na našu spoločnosť so zadaním zrealizovať kompletné hĺbkové založenie diela v priebehu jedného mesiaca. To pri rozsahu asi 370 pilót s celkovou dĺžkou približne 6 200 m predstavovalo požiadavku na výber vhodnej technológie vŕtania, ako aj na koncept logistiky a postupu prác tak, aby sa jednotlivé pilotážne súpravy navzájom neobmedzovali, resp. nepoškodili pri práci už hotové pilóty. Koncept nášho technického návrhu hĺbkového založenia sme v dostatočnom predstihu prekonzultovali s projekčnou kanceláriou SPAI, ktorá následne spracovala aj realizačný projekt (autori: Balucha, Kostúr). Pri statickom návrhu bolo treba zohľadniť trojuholníkové pôdorysy obidvoch veží objektu – tie vzhľadom na svoju stavebnú výšku až 108,0 m dosahujú pri relatívne malej pôdorysnej ploche veľké zaťaženia. Z pohľadu statiky hornej stavby sa definovala maximálna hodnota sadania pod výškovou časťou na úrovni 25 mm, resp. 15 mm pod časťami mimo výškových objektov. Založenie je koncepčne riešené tak, že základová doska bude pod všetkými vertikálnymi nosnými prvkami podopretá pilótami, pričom sa uvažuje dosko-pilótový model, pri ktorom časť zaťaženia prevezme dostatočne tuhá základová doska cez kontaktné napätie v základovej škáre a časť prevezmú pilóty. Realizačný projekt uvažoval priemery pilót 630 mm, resp. 880 mm, a to s dĺžkami od 4,0 m až do 25,0 m. Z hľadiska rozmiestnenia ide o samostatne situované pilóty, pri extrémnych zaťaženiach z hornej stavby sú navrhnuté dvojice až trojice pilót. Vzhľadom na namáhanie postačuje vystuženie pilót oceľovými armokošmi približne len na 65 % ich dĺžky, čo pri maximálne dlhých pilótach predstavuje 16,0 m dlhé armokoše. Navrhnutú únosnosť bolo treba počas realizácie diela aj overiť a preukázať tromi nedeštruktívnymi zaťažovacími skúškami na systémových pilótach tak, aby sa potvrdili závery statických výpočtov.

Obr. 3  Realizácia pilót vrtnými súpravami BAUER BG28 a BG40

Geologické pomery a ich vplyv na zvolenú technológiu pilotáže

Záujmové územie sa nachádza v západnej časti Podunajskej nížiny a z geologického hľadiska je budované sedimentmi neogénu a kvartéru. Kvartérne zeminy tvoria sedimenty Dunaja a ide najmä o štrky, konkrétne piesčité štrky s mocnosťou do 10,0 m. Na báze štrkov sa vyskytujú balvany s veľkosťou 0,5 m až 1,0 m. Neogénne podložie je budované ílmi s polohami jemnozrnného piesku. Piesok je umiestnený výškovo aj polohovo nepravidelne, vznikajú šošovky, ktoré sú zavodnené a môžu byť navzájom poprepájané. Napätá hladina spodnej vody v týchto pieskovitých polohách môže pri klasickom vŕtaní pilót pomocou oceľových výpažníc spôsobovať problémy počas vŕtania (zaplavenie vrtu jemnozrnným pieskom), resp. pri betonáži pilóty (rozplavenie betónu pri nevhodne zvolenej receptúre betónu s nízkym obsahom cementu), takže môže dôjsť k vyplavovaniu napätej spodnej vody popri jednotlivých prútoch výstuže pilót, čiže k tzv. efektu krvácania pilóty. V tomto geologickom prostredí možno použiť vŕtanie pomocou oceľových výpažnic len v tom prípade, ak sa bude vŕtať s pomocou bentonitovej suspenzie vo výpažnici, čím sa dosiahne dostatočný pretlak proti napätej hladine vody v piesčitých šošovkách. To však prináša výrazne spomalenie produkcie, ako aj zníženie návrhového plášťového trenia pilót. Z dôvodov uvedených vyššie sme na vŕtanie pilót zvolili technológiu CFA realizovanú kontinuálnym špirálovým vrtákom. Pri tejto technológii sa kontinuálny vrták zavŕta až do finálnej hĺbky v úrovni päty pilóty a následne sa pilóta betónuje cez stred vrtáka pomocou betónovej pumpy odspodu smerom nahor za súčasného vyťahovania vrtáka zo zeminy. Vyvŕtaná zemina sa pritom zachytáva na špirále vrtáka. Tým, že sa vrt okamžite vypĺňa betónovou zmesou z otvoru na konci vrtáka, vďaka stĺpcu betónovej zmesi nehrozí hydraulické prelomenie dna vrtu pilóty z dôvodu napätých piesčitých polôh. Po kompletnom zabetónovaní pilóty až nad úroveň finálnej hornej hrany sa do čerstvej betónovej zmesi osadí výstuž pilóty – armokôš.

Časť pilóty prebetónovaná nad finálnu hornú hranu sa pred realizáciou podkladových betónov odbúra. V rámci realizácie bolo treba riešiť ešte menší problém so štandardnými vrtákmi na technológiu CFA. Tie totiž dosahujú dĺžku asi 16,0 až 18,0 m a z toho dôvodu by sa nedali vyvŕtať pilóty s priemerom 880 mm až do hĺbky 25,0 m v zmysle realizačného projektu. Riešenie sme našli v predĺžení formou Kellyho tyče s dĺžkou 6,0 m, resp. 8,0 m v hornej časti vrtákov. Vzniklo tak vrtné náradie s priemerom 880 mm s celkovou dĺžkou 26,0 m, vďaka ktorému sa dosiahla projektovaná hĺbka pilót. Aby sa pri tejto dimenzii vrtného náradia podarilo prekonať plášťové trenie pôsobiace na vrták počas vŕtania v hĺbke 25,0 m, bolo potrebné nasadiť našu najsilnejšiu vrtnú súpravu v regióne BAUER BG40, ktorá má v tejto konfigurácii prevádzkovú hmotnosť približne 120 t. Ako druhú vrtnú súpravu na všetky pilóty s priemerom 630 mm a na pilóty s priemerom 880 mm do hĺbky 22,0 m sme nasadili upravenú vrtnú súpravu BAUER BG28, rovnako s predĺžením vrtákov pomocou Kellyho tyče a s prevádzkovou hmotnosťou približne 105 t. Vzhľadom na vysokú hmotnosť vrtnej súpravy BAUER BG40 nám v tom čase nebol povolený nadrozmerný transport cez Prístavný most v Bratislave. Aby sme dodržali extrémne krátky čas na realizáciu diela, museli sme pristúpiť k neštandardnému odľahčeniu vrtnej súpravy demontážou pásového podvozka s hmotnosťou približne 16 t (každý pás má hmotnosť asi 8 t) a protizávaží s hmotnosťou približne 21 t.

Obr. 4  Pri šírke stavebnej jamy približne 45 m bolo dôležité skoordinovať logistiku dodávky materiálov aj kontinuálny odvoz vývrtku z pilót na medziskládku v rámci stavenisk

Realizácia diela

Samotná príprava realizácie vrátane výroby armokošov, ako aj mobilizácia technológie prebehli v extrémne krátkom čase. Pilóty sa na stavbe začali realizovať od 18. septembra 2013 prvou vrtnou súpravou BAUER BG28, čo bolo iba osem kalendárnych dní od objednávky diela zo strany generálneho dodávateľa. Následne sa 21. septembra 2013 začala realizácia vrtných prác aj druhou vrtnou súpravou BAUER BG40, ktorá pracovala od prvého dňa v dvojzmennej nepretržitej prevádzke tak, aby sa mohli splniť míľniky v rámci jednotlivých etáp diela a aby sa dodržal konečný termín 18. októbra 2013. Čas na realizáciu diela zahŕňajúceho 370 pilót s celkovou dĺžkou 6 200 m tak bol nakoniec skutočne len jeden mesiac (postup prác a nasadenie vrtných súprav vidieť na obr. 2 a 3). Všetky termíny stanovené objednávateľom diela aj investorom sa dodržali, pričom konečný termín ukončenia pilotáže sa dokonca podarilo skrátiť z pôvodného dátumu 18. 10. 2013 o osem kalendárnych dní – posledná pilóta sa zrealizovala 10. 10. 2013.Pri šírke stavebnej jamy približne iba 45 m (obr. 4) bolo dôležité skoordinovať logistiku dodávky materiálov (armokoše, betón), ako aj kontinuálny odvoz vývrtku na medziskládku v rámci staveniska. Každá vrtná súprava bola obsluhovaná betónovými pumpami na pásových podvozkoch, ktoré sa dopĺňali z autodomiešavačov. Vzhľadom na zvolenú technológiu CFA pilót bolo nevyhnutné mať na stavbe pred začiatkom betonáže každej pilóty pri každej vrtnej súprave dostatočný počet plných betónových domiešavačov (pri pilótach s dĺžkou nad 20,0 m to boli štyri domiešavače na jednu súpravu), aby sa betonáž neprerušila. Na druhej strane, vozidlá nesmeli stáť na stavbe príliš dlho, aby sa neprekročil dovolený čas spracovateľnosti betónu.  Kvalita betónu z hľadiska jeho spracovateľnosti a stability počas celkového času vykládky (najmä schopnosť udržať množstvo vody aj pri tlaku betónového stĺpca v hĺbke 25,0 m) zohrávala kľúčovú úlohu pri následnom zabudovávaní armokošov s dĺžkou až 16,0 m do zabetónovanej pilóty. Ak by betón vo väčších hĺbkach vplyvom veľkého tlaku čerstvej betónovej zmesi v pilóte príliš rýchlo strácal vodu, výrazne by sa zmenila jeho konzistencia a ohrozila možnosť bezproblémového zabudovania armokošov.

Receptúra betónovej zmesi sa tak upravila zvýšením množstva cementu a jemnozrnných častíc, čím sa zvýšila povrchová plocha jemnozrnných častíc v betóne, ktorá je rozhodujúca z hľadiska naviazania vody. V spolupráci s dodávateľom betónu sa ešte pred samotnou realizáciou podarilo našemu technológovi vyvinúť receptúru betónu vyhovujúcu konkrétnym geologickým podmienkam, keďže piesčité polohy v neogéne, ktoré neboli nasýtené vodou, ihneď po navŕtaní a následnej betonáži pilót „vysávali” zámesovú vodu z betónu v pilóte. Kvalita betónových zmesí sa pred zabudovaním overovala aj štandardnými postupmi, napríklad kužeľom rozliatia (Slump Flow Test). Zároveň sa pravidelne odoberali vzorky na laboratórne skúšky pevnosti a nepriepustnosti betónu.Na základe požiadavky stavebného dozoru, resp. objednávateľa diela, sa vykonali nezávislou odborne spôsobilou spoločnosťou aj skúšky integrity pilót (PIT), v rámci ktorých sa skúmalo, či sa nenarušila homogenita drieku pilóty po celej dĺžke až po pätu. Dynamické zaťažovacie skúšky mali overiť splnenie podmienok spoľahlivosti pri medznom stave používateľnosti (SLS – Service Limit State). Na základe požiadavky statika bolo limitným kritériom maximálne prípustné sadanie pri charakteristickom zaťažení so stanovenou hodnotou smax = 25 mm (pod vežami) a smax = 15 mm (mimo veží). Dynamické zaťažovacie skúšky sa realizovali na troch systémových skúšobných pilótach s priemerom 880 mm. Pri zaťažení Fck = 4 790 kN bolo na skúšobnej pilóte stanovené sadanie s = 11,6 mm, pričom pri zohľadnení korelačného súčiniteľa (STN EN 1997-1, tab. A.11, n ? 2 skúšky) vyšlo s = 1,60 × 11,6 mm = 18,6 mm, tzn. s < smax = 25 mm. Všetky tri skúšobné pilóty splnili podmienky spoľahlivosti pri medznom stave používateľnosti (limitné sadanie). Možno tak zhodnotiť, že vykonané dynamické zaťažovacie skúšky potvrdili správnosť návrhu pilót projektantom SPAI.

Obr. 2  Postup prác

Záver

Na výstavbe diela Panorama City – I. etapa v Bratislave prebieha momentálne veľmi intenzívne betonáž skeletových železobetónových konštrukcií vežových objektov a dochádza k postupnému priťažovaniu základovej dosky, resp. pilót, pričom sa neustále monitoruje sadnutie objektu pomocou veľmi presnej nivelácie.

TEXT: Ing. Juraj Chropeň

FOTO: autor

Juraj Chropeň je v spoločnosti BAUER Spezialtiefbau Ges.m.b.H. – o. z. obchodno-technický riaditeľ.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.