Bratislavská Vydrica je príkladom moderných riešení na zabezpečenie svahov v náročných podmienkach

Hradné bralo pri projekte Vydrica zabezpečujú železobetónové prvky v spolupôsobení s kotevnými prvkami, ktoré spolu vytvárajú geotechnickú konštrukciu.

Poznáte výhody Klubu ASB? Stačí bezplatná registrácia a získate sektorové analýzy slovenského stavebníctva s rebríčkami firiem ⟶

výrazne stúpajúcim charakterom navrhlo zabezpečenie svahu. Zárez s premenlivou výškou približne 20 až 35 m je stabilizovaný pomocou trvalých kotevných prvkov, t. j. kombinácie trvalých lanových kotiev a trvalých pasívnych tyčí. Kotevné prvky sú na prednej strane zárezu ukončené a ukotvené v železobetónových konštrukciách – nosníkoch, hlaviciach, stenách.

Projekt Vydrica sa nachádza v centre hlavného mesta pod Bratislavským hradom. Na území od nábrežia smerom k hradu sa v prvej fáze projektu vsadili do terénu s výrazne stúpajúcim charakterom tri objekty a ulica bývalého Oeserovho radu. V prvej etape projektu, na dĺžke približne 170 m, vznikol v danom teréne zárez s výškou približne 20 až 35 m, ktorý bolo treba trvalo zabezpečiť. Zárez do skalného brala v takomto rozsahu spadá podľa STN EN 1997 do 3. geotechnickej kategórie [2].

Geologicky tvoria hradný kopec povrchové vrstvy navážok a sutí (približne 1 až 2 m). Pod nimi je podložie tvorené skalnými horninami, ktoré smerom k Dunaju postupne upadajú a v spodných úrovniach sa vyskytujú vrstvy štrkov. Z podrobného inžiniersko-geologického prieskumu, po zrealizovaní jadrových vrtov z hornej úrovne zárezu, sa stanovili parametre hornín do výpočtov.

Na základe výpočtov z programov pre návrh geotechnických konštrukcií sa navrhlo riešenie stability brala pomocou technológie maloprofilového vŕtania a striekaného betónu. Na zabezpečenie stability sa navrhla sústava kotevných prvkov so železobetónovými konštrukciami, ktoré budú spolu tvoriť trvalé zabezpečenie brala. Paženie sa navrhlo tak, aby zohľadňovalo všetky statické aj estetické požiadavky.

Návrh stabilizácie

Návrh a následná realizácia spočívali v stabilizovaní jednotlivých etáží výkopu trvalými kotevnými prvkami s rôznymi dĺžkami podľa statického výpočtu a dočasným torkrétom (vystuženým striekaným betónom). Následne trvalú funkciu preberajú železobetónové konštrukcie.

Plánovaná ulica Oeserovho radu rozdeľuje zárez na dve časti. V hornej časti zárez dosahuje výšku približne 4 až 17 m a v spodnej časti výšku približne 18 a 16 m. Horná časť zárezu (nad úrovňou ulice) je zabezpečená trvalými horninovými klincami s dočasným torkrétom a trvalou železobetónovou stenou. Zároveň je v potrebných úrovniach zárez stabilizovaný trvalými lanovými kotvami so železobetónovými nosníkmi. Finálny vzhľad konštrukcie dotvára predsadený kamenný múr.

V spodnej časti sú navrhnuté trvalé horninové klince s trvalým torkrétom a trvalé lanové kotvy v potrebných úrovniach so železobetónovými hlavicami. Pod úrovňou ulice je spodná časť zárezu ukrytá za budovami, priestor medzi budovami a zárezom však nebude zasypaný, ale zostáva prázdny a trvalo prístupný pre monitoring a trvalú kontrolu kotiev.

Definovanie parametrov výpočtu

Na základe parametrov horninového prostredia a zadanej geometrie zárezu sa realizovali výpočty a pre každý rez sa navrhli kotevné prvky a k nim prislúchajúce kotevné sily. Výpočty sa realizovali vo viacerých programoch, aby čo najlepšie vystihovali skutočné podmienky na stavbe. Sústava kotevných prvkov spolu vytvára vystuženie podložia, ktoré pôsobí ako gravitačný múr so značnou hrúbkou (obr. 1) a zabezpečuje stabilitu zárezu.

Navrhnutá sústava kotevných prvkov musela spĺňať stanovený celkový potrebný stabilizačný odpor na bm rezu pažiacej konštrukcie (v kN/m). Zároveň sa z výpočtu definoval zemný tlak na celú konštrukciu paženia. Z programu vychádza návrhová hodnota zemného tlaku (v kN/m²), ktorý pôsobí na pažiacu konštrukciu rovnomerne po celej jej výške, tzn. plošne na navrhovanú opornú konštrukciu.

Pri návrhu samotnej železobetónovej steny, ktorá tvorí zabezpečenie hornej časti zárezu, bolo treba zohľadniť pôsobiaci zemný tlak a zároveň sa musela stena posúdiť a navrhnúť na prenesenie kotevných síl od horninových klincov (pasívnych prvkov). Pasívne prvky prenášajú silu po celej svojej dĺžke plášťovým trením.

Pre kotevný detail, ktorý je zaintegrovaný do steny, však bolo treba brať do úvahy pri pretlačení maximálnu hodnotu únosnosti výstuže klinca, ktorá by potenciálne mohla prísť do kotevnej hlavy. Všetky pasívne prvky sú navrhnuté v dvojitej antikoróznej ochrane na zabezpečenie trvalej funkcie.

Okrem pasívnych prvkov tvoria podstatnú časť stabilizácie trvalé aktívne kotevné prvky. Pre každý rez paženia sa navrhli trvalé lanové kotvy, s počtom lán od 5 až po 19, s rôznymi dĺžkami v závislosti od statického výpočtu daného rezu. V jednotlivých kotevných úrovniach sa navrhli železobetónové nosníky alebo hlavice a trvalé lanové kotvy predopnuté na požadované sily.

Trvalé lanové kotvy sú navrhnuté s dopínateľnými kotevnými hlavami, čo umožňuje v prípade potreby, na základe vyhodnotení monitoringu, ich dopnúť, prípadne uvoľniť. Preto sa pre každý typ kotvy stanovili kotevné a skúšobné sily, na ktoré sa navrhli jednotlivé železobetónové konštrukcie (nosníky a hlavice).

Vzhľadom na širokú škálu navrhnutých prvkov (pasívne/aktívne, rôzne typy ocele a priemery výstuže, počet lán pri lanových kotvách) bolo treba navrhnúť kotevný detail pre každý prvok tak, aby plnil trvalú funkciu stability zárezu.

Návrh a tvorba modelu železobetónových konštrukcií

Prístup k návrhu jednotlivých železobetónových konštrukcií závisel najmä od skutočnosti, či išlo o ukončenie pasívnymi kotevnými prvkami, alebo aktívnymi kotevnými prvkami. Vždy sa dimenzovali všetky typy železobetónových konštrukcií – pätky, nosníky aj steny.

V prípade pasívnych kotevných prvkov sa konštrukcie (nosníky, steny) modelovali bez uváženia pružného polpriestoru – prvky sa podopreli bodovými podperami buď s nekonečnou tuhosťou, alebo ako pružné v mieste horninových klincov, resp. kotevných tyčí a zaťažili sa predpísaným zemným tlakom.

V prípade aktívnych (predpínaných) prvkov sa železobetónové prvky modelovali na pružnom podloží a zaťaženie prestavovali predpínacie sily.

Príklady jednotlivých nosných železobetónových konštrukcií zabezpečujúcich horninové klince a kotevné tyče sú uvedené ďalej v texte.

Železobetónová stena označená ako OM1

Ide o najkomplexnejšiu konštrukciu v rámci celej I. etapy. Po odťažení zárezu s výškou približne 16 m na dĺžke max. 170 bm, ktorý sa dočasne zabezpečil torkrétom, sa realizovala na celej tejto ploche železobetónová stena s hrúbkou 300 mm, do ktorej sa zakomponovali aj kotevné nosníky (obr. 2, 3).

Na prikotvenie sa navrhli horninové klince s tyčovou výstužou ANP SAS 550 s priemerom 25 až 32 mm v rastri 2 × 2 m, zaintegrované do železobetónovej steny. V potrebných úsekoch sa použili pasívne tyče z vysokopevnostnej ocele typu ANP SAS 950/1050 s priemerom 47 mm, s trvalou kotevnou hlavou predsadenou pred železobetónovú stenu.

Stena je rozdelená na dilatačné celky, približne 15 bm, ktoré sa zabezpečili proti priesakom vody. Medzi torkrét a stenu sa osadil drenážny geokompozit na odvod presakujúcej vody do odvodňovacieho potrubia v päte steny (obr. 3). V stene sa realizovali po celej ploche aj odvodňovacie otvory s priemerom 70 mm v rastri 5 × 5 m.

Železobetónová stena sa dimenzovala z hľadiska únosnosti na charakteristické zaťaženie 50 kN/m², avšak rozhodujúce plochy výstuže pre túto konštrukciu určila kombinácii s uvážením rozdielu teplôt medzi rubom a lícom 30 stupňov (obr. 4). Keďže horninové klince v rastri 2 × 2 m výrazne eliminovali ohybové namáhanie železobetónovej steny s hrúbkou 300 mm, ani pri zaťažení 50 kN/m² neboli potrebné plochy výstuže také veľké, ako potrebná plocha výstuže vyplývajúca z rozdielu teplôt.

Súčasťou železobetónovej steny sú aj železobetónové kvetináče realizované formou vloženej vylamovacej výstuže pri betonáži steny.

Stena sa realizovala šplhacím debnením DOKA Dam Formwork, ktoré sa vo vyšších častiach kotvilo s ohľadom na polohy horninových klincov predpísaným technologickým postupom (obr. 6).

Stena sa vo finále obložila žulou a vo vyšších častiach gabionmi, pričom v mieste hlavíc predpínaných nosníkov sa vynechali otvory na kontrolu kotiev.

Železobetónová stena označená ako WR4 (nepredpínané – pasívne prvky)

Pôdorysne zalomená železobetónová stena s rozmermi približne 17 × 4,5 m a s hrúbkou až 800 mm (obr. 7) ukončovala pasívne tyče WR 75 (únosnosť jednej tyče na medzi klzu = 3 690 kN, únosnosť na medzi pevnosti = 4 572 kN) v rastri približne 1 × 1,5 m až 1,5 × 2,5 m. Keďže tyče WR 75 (ANP SAS 835/1035) sú pasívne (nepritláčali stenu prepínacími silami ku svahu) a pod pätou steny pokračoval svah, bolo treba tento prvok s celkovou hmotnosťou 1 500 kN zabezpečiť proti zosunu šikmo vŕtanými mikropilótami (pozri rez A-A a B-B na obr. 7).

Vďaka tomu bude celý potenciál kotevných tyčí WR 75 využitý na prenos zemného tlaku a zachytenie potrebných kotevných síl na bm rezu stabilizácie brala (návrhová hodnota zemného tlaku tu bola 78 kN/m²) a tyče nebudú namáhané prídavným šmykovým namáhaním od prípadného sadnutia steny.

Šikmo vŕtané mikropilóty v päte steny zabezpečovali okrem vlastnej tiaže steny aj zvislé prídavné zaťaženie z krátkej konzoly v korune steny. Aj napriek veľkému zaťaženiu konštrukcie bola stena dobre dimenzovateľná na ohyb, jej hrúbku však určilo namáhanie šmykom.

Železobetónové nosníky zabezpečujúce tyče WR 75 (nepredpínané – pasívne prvky)

Prútové železobetónové prvky zabezpečujúce ukončenie kotevných tyčí WR 75, vo vzájomnej osovej vzdialenosti približne 1 m, s rozmerom 850 × 1 500 mm (obr. 9) sa dimenzovali jednoducho ako spojité nosníky podopreté v mieste WR tyčí tuhými podperami, zaťažené rovnomerným zaťažením (obr. 10), ktoré sa rovná približne únosnosti tyčí (asi 4 300 kN/m). Nosníky sa uložili na terén na rozdiel od WR4, takže nebolo treba riešiť ich podopretie prídavnými prvkami.

Železobetónové nosníky s predpätými lanovými kotvami

V rámci I. etapy statického zabezpečenia sa realizovalo 7 nosníkov kotvených 5-, 8- a 10-lanovými kotvami a 3 nosníky kotvené 19-lanovými kotvami. Nosníky sa namáhali silami od predopnutia kotevných lán (nosníky nie sú z predpätého betónu). Všetky tieto nosníky sú zaintegrované do steny OM1 (obr. 2, 3). Okrem týchto desiatich nosníkov sa realizovali aj 3 nosníky mimo steny OM1, ich návrh z hľadiska namáhania železobetónu bol však pri všetkých nosníkoch rovnaký.

Nosníky s 5-, 8- a 10-lanovými kotvami, s rozmerom prierezu približne 700 × 1 000 mm sú dlhé maximálne 30 m a majú kotvy v jednom rade vo vzájomnej osovej vzdialenosti 2 m. Predpínacie sily sa pri týchto nosníkoch pohybujú maximálne 1 605 kN (návrhová hodnota pre jednu 10-lanovú kotvu).

Nosníky s 19-lanovými kotvami majú rozmery prierezu 1 000 × 2 000 mm pri jednoradovom variante a 1 000 × 3 000 mm pri dvojradovom variante. Ich dĺžka sa pohybuje od 10 do 30 m.

Nosníky sa modelovali ako dosky na pružnom podloží. Hornina na kontakte s kotevnou doskou má také geotechnické parametre, že je schopná bezpečne preniesť kontaktné napätia vyvolané predpätím zemných kotiev. Hodnoty týchto napätí sa pohybujú v intervale približne 800 až 2 500 kPa. Maximálne zatlačenie kotevnej dosky do horniny sa bude pohybovať v intervale 4 až 10 mm. Tieto predpokladané hodnoty kontaktného napätia a deformácií vychádzajú z odhadovanej pružinovej konštanty podložia 200 MN/m³.

Charakteristická únosnosť 19-lanovej kotvy Rtd je 4 064 kN a maximálna skúšobná sila do kotvy Ppmax je 4 241 kN.

Predpätie kotiev je stála zložka zaťaženia, preto sa na výpočet návrhovej hodnoty použil parciálny súčiniteľ zaťaženia γG = 1,35. Z uvedeného vyplýva, že hodnota návrhovej sily by mala byť 4 250 × 1,35 = 5 737,5 kN. Pri návrhu sa uvažovala hodnota charakteristického zaťaženia 4 250 kN a návrhové zaťaženie 6 000 kN pre jednu kotvu.

Model nosníkov ako dosiek na pružnom podloží umožnil dobre vystihnúť aj ohyb v priečnom smere prierezu, ktorý bol vzhľadom na rozmery nosníkov rovnako významný ako v pozdĺžnom smere.

Železobetónové hlavice s predpätými lanovými kotvami

Veľká časť svahu v spodnej časti sa zabezpečila 19-lanovými kotvami so železobetónovými hlavicami (obr. 14). Pre každú jednu 19-lanovú kotvu sa navrhla železobetónová hlavica s rozmermi 2 × 2 × 1 m. Maximálne kontaktné napätie pod pätkou dosahovalo hodnotu 1,5 MPa, vypočítanú z celkového návrhového zaťaženia 6 000 kN pôsobiaceho na plochu 4 m². Pätky sa dimenzovali veľmi jednoducho matematicko-analyticky ako konzolové dosky s vyložením 1 m na toto kontaktné napätie (1 500 kN/m²).

Káblovod zabezpečený proti zosunu

Kotevné tyče sa použili okrem zabezpečenia svahu aj na zabezpečenie iných železobetónových konštrukcií, ako napríklad na založenie konštrukcie šikmého káblovodu v západnej časti územia. Predmetná železobetónová konštrukcia vo svahu sa zároveň stabilizovala proti zosunutiu 4 kusmi kotevných tyčí WR 75 v spodnej a strednej časti základovej dosky káblovodu (obr. 15).

Záver

Realizácia stabilizačných opatrení na stavbe Vydrica je vynikajúcim príkladom kombinácie moderných geotechnických a stavebných riešení zabezpečenia svahov v náročných podmienkach. Vďaka použitiu trvalých lanových kotiev, pasívnych tyčí a železobetónových konštrukcií, ktoré tvoria nosníky, hlavice a steny, sa zabezpečila stabilita svahu s výrazným stúpaním terénu.

Tieto opatrenia sú navrhnuté s ohľadom na dlhodobú funkčnosť a odolnosť proti geologickým vplyvom, pričom sa využívajú najnovšie technológie, ako napríklad trvalé lanové kotvy s dopínateľnými kotevnými hlavami, čo umožňuje monitorovanie a prípadnú dodatočnú reguláciu stability. Estetické a technické riešenia projektu sú v súlade s požiadavkami na ochranu pamiatkovej zóny a príkladne kombinujú bezpečnosť so zachovaním architektonickej hodnoty územia.

Ide o komplexný prístup k riešeniu geotechnických výziev v oblasti historických mestských častí, ktorý môže slúžiť ako model pre budúce projekty podobného rozsahu.

TEXT A OBRÁZKY: Ing. František Hladký, s. r. o., Ing. Daniela Piliarová, Keller špeciálne zakladanie, spol. s r. o.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály 1/2025