• OSMA
  • SKSI

Eurovea 2 vzniká ako hĺbkový projekt pomocou pilót. Komplikáciou je blízkosť Dunaja

Nadväzuje na urbanistický koncept prvej fázy projektu Eurovea, ktorý dopĺňa. Okrem rozšírenia nákupného centra Eurovea bude zahŕňať dve kancelárske budovy, podzemné garáže a dva bytové domy, pričom jeden z nich bude aj prvý slovenský mrakodrap Eurovea Tower. Aktuálne už prebieha realizácia prác na podzemných železobetónových konštrukciách v otvorenej stavebnej jame. Článok sa venuje statickému návrhu hĺbkového založenia objektov pomocou veľkopriemerových pilót, ako aj ich následnej realizácii vzhľadom na geologické podložie aj tesnú blízkosť koryta rieky Dunaj.

Zakladanie polyfunkčného súboru Eurovea 2 možno z hľadiska jeho náročnosti rozdeliť na dva návrhové celky. Prvý tvoria dilatačné celky DC1, DC2, DC3 a DC5 s nižšou nadzemnou zástavbou. Geotechnický návrh pilót v tejto časti (na tlakové, ťahové a kombinované zaťaženie) predstavoval rozsiahlu, ale štandardnú úlohu.

Samostatnou a z geotechnického hľadiska mimoriadne náročnou úlohou však bolo zakladanie dilatačného celku DC4, ktorý tvorí veža Eurovea Tower s celkovou výškou 168 m so 45 nadzemnými a s tromi podzemnými podlažiami. Charakteristické zaťaženie od jadra veže predstavuje 850 MN, pričom v troch hlavných stĺpoch pôsobí zaťaženie 24 až 26 MN.

V podmienkach Bratislavy aj celej SR ide o najvyššiu realizovanú stavbu. Vzhľadom na náročnosť stavby a jej veľký rozsah sa objednávateľ diela rozhodol spolupracovať (či už v projektovej, alebo aj v realizačnej fáze projektu) so spoločnosťami, ktoré už majú dostatočné skúsenosti s hĺbkovým zakladaním stavieb v blízkom okolí, pričom už vo fáze projekcie musel projektant zakladania, ako aj audítor projektu zakladania zohľadňovať technické limity realizovateľnosti diela.

Šesť rôznych objektov

Autorom projektového riešenia návrhu pilót komplexu Eurovea 2 je spoločnosť Geotechnik SK, s. r. o., Žilina, ktorá je okrem iného aj autorom hĺbkového založenia projektu Klingerka. Audit geotechnického návrhu pilót zveril investor spoločnosti SPAI, s. r. o., Bratislava, ktorá navrhovala v blízkom okolí zakladanie väčšiny výškových stavieb – okrem iného aj všetkých etáp projektov Panorama City a Sky Park.

Realizáciou pilót bola poverená spoločnosť BAUER Spezialtiefbau Ges.m.b.H. – o. z., Bratislava, ktorá realizovala všetky geotechnické konštrukcie ako paženie a utesnenie stavebných jám, ako aj hĺbkové založenie uvedených projektov. Pri návrhu veľkopriemerových pilót je najdôležitejšou časťou súhrn podkladov so súvisiacou úrovňou ich spracovania. Na základe týchto podkladov sa vytvára geotechnický model použitý pri samotnom návrhu pilót.

Polyfunkčný súbor Eurovea 2 pozostáva zo šiestich objektov, rôzne výškovo a objemovo usporiadaných, ktorým dominuje objekt Eurovea Tower. Všetky objekty sú plynulo napojené na verejné priestory. Takéto rôznorodé členenie sa muselo zohľadniť aj pri návrhu zakladania, čomu najviac vyhovovala tzv. pilótodoska, čiže kombinovaný prenos zaťaženia do podložia. Jednu časť zaťaženia prenášajú pilóty, druhú zemina pod základovou doskou.

Vykonali päť zaťažovacích skúšok

Pri výškových budovách je dominantný druhý medzný stav, ktorý súvisí s nerovnomernými zložkami sadania. Tu sa musí zohľadniť aj vplyv geológie, ktorá má v rôznych hĺbkach ílovité zeminy s veľkou stlačiteľnosťou, pričom vlastnosti jednotlivých zemín v podloží stavby môžu byť veľmi rozdielne. Pri odbere neporušených vzoriek tak ich nehomogenita vytvára značné riziká a môže dôjsť k preceňovaniu výsledkov laboratórnych skúšok.

Podstatne spoľahlivejšie sú tak poznatky o správaní sa hotových stavieb v podobných podmienkach a výsledky monitoringu nových stavieb spolu s observačnou metódou, ktorá umožňuje vykonať potrebné korekcie projektov aj počas výstavby. Na to slúžia aj zaťažovacie skúšky pilót, na základe ktorých sa navrhne, overí, prípadne upraví daný geotechnický model.

Vzhľadom na vysokú finančnú náročnosť týchto skúšok sa v súčasnosti realizujú prakticky len pri veľkých líniových stavbách na overenie návrhu pilót pod danými navrhovanými objektmi. Pri projekte Eurovea 2 sa však vzhľadom na rozsah zakladania podarilo vyčleniť prostriedky na realizáciu piatich zaťažovacích skúšok. Samotné skúšky predchádzali realizačnému projektu, takže ich výsledky boli zahrnuté do výsledného návrhu pilót.

Koncept návrhu pilót

Spodnú stavbu polyfunkčného súboru Eurovea 2 predstavuje bezdilatačná doska podopretá pilótami – členená je len na základe dilatačných celkov hornej stavby. Rôzne vysoké objekty, najmä veža, spôsobujú v základovej škáre rôzne napätia, ktoré sa musia bezpečne preniesť do horninového prostredia. Významnou zložkou je aj vztlak vody, preto boli pilóty navrhované tak, aby sa zaťaženie z hornej stavby bezpečne prenieslo do podložia pri splnení požadovaného sadania.

Cieľom návrhu je hlbinné založenie tlakovými a ťahovými pilótami pod základovou doskou vo vytvorenej stavebnej jame, ktorá je zabezpečená pomocou dočasnej podzemnej pažiacej a tesniacej steny. Rozmiestnenie pilót pod nosnými časťami objektu zohľadňuje výškovú úroveň jednotlivých častí objektu a zároveň geologické pomery.

Pri návrhu pilót sa postupovalo v jednotlivých krokoch. Prvý krok predstavovali zaťaženia z hornej stavy s tuhými podperami a izolínie sadania základovej dosky, na základe ktorých sa podoprela základová doska pilótami pre dané zaťaženie a požadované sadnutie. Následne sa určili hodnoty pružín v danom podopretí, ktoré sa vniesli do statického modelu, a prebehla prvá iterácia.

Proces sa opakoval aj pri druhej iterácii. Po nej sa investor na návrh projektanta pilót a na základe odporúčania audítora pre zakladanie rozhodol pristúpiť k zaťažovacím skúškam pilót na overenie vytvoreného geotechnického modelu výpočtu, prípadne na jeho spresnenie.

Návrh skúšobného poľa

Na skúšobné pole (obr. 2) sa vyčlenilo miesto v západnej časti stavebnej jamy. Zaťažovacie skúšky sa realizovali zaťažovacím mostom, pričom v strede je skúšaná pilóta a na okrajoch sú ťahové pilóty. V rohoch poľa boli zabudované štyri kotevné pilóty s priemerom 1 200 mm a s dĺžkou 15 m. V kotevných pilótach boli zabudované kotviace laná na zakotvenie zaťažovacieho mosta.

V strede medzi kotevnými pilótami sa zrealizovalo päť skúšobných pilót s priemerom 900 mm a s rôznymi dĺžkami od 11 do 19 m. Všetky pilóty skúšobného poľa boli nesystémové. Do skúšobných pilót Pp5-4-SP a Pp5-5-SP a do kotevnej pilóty Pm16-SP-4 sa zabudovali tenzometre. Na základe ich hodnôt možno sledovať prenos síl v rôznych hĺbkach – prenosové funkcie – a stanoviť plášťové trenie.

Obr. 2 Skúšobné zaťažovacie pole | Zdroj: autori

Realizácia zaťažovacích skúšok

Zaťažovacie skúšky sa vykonali v dňoch 7. až 11. 10. 2019. Pri všetkých piatich skúškach sa stanovila zaťažovacia sila 4 500 kN, ktorá sa rozdelila do desiatich zaťažovacích stupňov. Pri skúškach sa meralo sadnutie pri danom zaťažení, pričom každý zaťažovací stupeň bol ustaľovaný až do splnenia kritéria, že prírastok sadnutia za 20 minút nebude väčší ako 0,1 mm. Po splnení tohto kritéria sa navodil ďalší zaťažovací stupeň.

Skúšobné pilóty Pp5-4-SP a Pp5-5-SP, ako sme sa už zmienili, boli inštrumentované. V každej z nich boli zabudované štyri tenzometre zapojené do datalogera, pričom hodnoty sa zaznamenávali a ukladali do PC v minútovom intervale. Aj v inštrumentovanej ťahovej pilóte Pm16-SP-4 boli zabudované štyri tenzometre.

Keďže táto pilóta bola zapojená v troch zaťažovacích skúškach, pri realizácii skúšok pilót Pp10-8-Sp a Pp10-9-SP sa zaznamenávali údaje z tenzometrov do datalogera a zároveň sa meralo jej povytiahnutie digitálnym odchýlkomerom na hlave pilóty. Vzhľadom na to, že dataloger sme mali zapožičaný len jeden, pri realizácii skúšky na pilóte Pp5-5-SP sa použil na skúšobnú pilótu.

Výsledky a vyhodnotenie zaťažovacích skúšok

Výsledky skúšok pre každú pilótu boli v podobe merania závislosti sadnutia od zaťaženia v čase. Pri pilótach Pp5-4-SP, Pp5-5-SP a Pm16-SP-4 sa na základe nameraných hodnôt odvodili hodnoty pomerného pretvorenia tenzometrov a priradili k jednotlivým zaťažovacím stupňom.

Tieto hodnoty sa poslali na vyhodnotenie s cieľom určiť prenosové funkcie a plášťové trenia prof. Ing. Jozefovi Hullovi, DrSc.Zároveň sa spracovali výsledky vypočítaných kriviek sadania so zakreslením nameraných hodnôt v rámci jednotlivých pilót. Tieto krivky sadania sa vypočítali pre neogénne podložie – počítalo sa s ním ako so stredne uľahnutým a uľahnutým, s pevnou konzistenciou.

Predmetom záverečného vyhodnotenia je sumarizácia nameraných a vypočítaných hodnôt a grafov zo zaťažovacích skúšok pilót a z inštrumentovaných pilót. Najväčšie sadnutia sa prejavili na pilóte Pp5-4-SP, pri poslednom zaťažovacom stupni sa nedosiahlo konečné ustálenie. Pri vyťahovaní výpažnice pilóty Pp10-9-SP sa vytiahol aj armokôš, následne sa odstránil betón z vrtu a osadil a zabetónoval sa nový armokôš. Tieto procedúry mohli ovplyvniť výsledky zaťažovacej skúšky.

Finančná úspora vďaka výpočtovému modelu

Na základe analýzy výsledkov z tenzometrov sa zistilo, že ide o plávajúce pilóty – zaťaženia sa prenášali len plášťovým trením. Výnimkou bola len najkratšia pilóta Pp5-4-SP s dĺžkou 11 m, pri ktorej sa prejavili aj prenosy časti zaťaženia pätou pilóty.

Pri analýzach prenosových funkcií sa prešetrovali aj vplyvy dĺžok pilót s priemerom 900 mm v rozsahu od 11 do 15 m. Na tento účel sa stanovili priemerné hodnoty síl v jednotlivých hĺbkach a tiež postup, ktorý by umožnil odvodiť hodnoty plášťových trení pre väčšie hĺbky ako 15 m, použiteľný aj pri pilótach s iným priemerom ako 900 mm.

Z analýzy sadania zo zaťažovacích skúšok pilót, výstupov meraní, vyhodnotenia skúšok prof. Hullom a z následných konzultácií s audítorom spodnej stavby sa dospelo k záveru, že výpočtový model na výpočet sadania pilót bude do hĺbky -26,65 m = 113,10 m n. m. Bpv počítať s neogénnymi pieskami ako stredne uľahnutými a od tejto hĺbky ako s uľahnutými. Použitie tohto geotechnického výpočtového modelu prinieslo skrátenie navrhovaných pilót a tým pádom aj výraznú finančnú úsporu pilótového zakladania.

pilota, skuska
Obr. 3 Realizácia skúšky na pilóte Pp10-8-SP | Zdroj: autori

Aplikácia výsledkov zaťažovacích skúšok do výpočtového modelu

Po vyhodnotení zaťažovacích skúšok sa pristúpilo k ich implementácii do nového geotechnického modelu, následne sa navrhli pilóty na jednotlivé zaťaženia a príslušné sadania. Potom sa urobila tretia iterácia, na základe ktorej sa navrhli tlakové a ťahové pilóty polyfunkčného súboru Eurovea 2.

Tu došlo oproti návrhu pôvodného geotechnického modelu k nahradeniu pilót s priemerom 1 200 mm za priemer 900 mm a k úspore dĺžok pri tlakových pilótach, čo prinieslo nielen úsporu priamych investičných nákladov na hĺbkové založenie diela, ale aj zefektívnenie času realizácie vŕtania pilót.

Audit geotechnického návrhu pilót

Pri navrhovaní náročných stavieb väčšieho rozsahu je štandardom vykonávanie statického a geotechnického auditu. V rámci auditu návrhu pilót stavby Eurovea 2 pod dilatačnými celkami DC1, DC2, DC3 a DC5 sa vykonala celá séria podrobných kontrolných výpočtov únosnosti tlakových pilót s priemermi 600, 900 a 1 200 mm a s dĺžkami 8 až 23 m pre prognózované sadanie v rozsahu 5 až 20 mm.

Vzhľadom na vysokú úroveň mimoriadnej návrhovej hladiny podzemnej vody (139,75 m n. m.) bolo potrebné posúdiť pilóty aj na výrazné ťahové účinky vplyvom vztlaku. Po realizácii zaťažovacích skúšok audítor spoločne s autorom projektu modifikovali geotechnický model s cieľom optimalizovať návrh pilót a nahradiť pilóty s priemerom 1 200 mm pilótami s menšími priemermi tak, aby bola realizácia efektívnejšia iba s použitím dvoch priemerov pilót (600, 900 mm), čím sa znížil pôvodne navrhnutý počet typov armokošov.

Audit statického návrhu zakladania veže Eurovea Tower, označovanej aj ako dilatačný celok DC4, sa zameral na stanovenie optimálnych dĺžok pilót tak, aby boli splnené limitné deformačné kritériá stanovené statikom hornej stavby, aby sa zachovala primeraná hospodárnosť návrhu a tiež sa zohľadnili technologické aspekty realizácie pilót.

eurovea tower, podorys
Obr. 4 Pôdorys pilót pod vežou Eurovea Tower | Zdroj: autori

Náročné sadanie veže

Z geotechnického hľadiska išlo o náročnú deformačnú úlohu, ktorej cieľom bolo prognózovať sadanie veže na kombinovanom pilótovo-doskovom základe. Pre prognózu sadania bolo absolútne rozhodujúce zohľadniť efekt vzájomného ovplyvňovania pilót v pilótovej skupine. Na riešenie takejto zložitej úlohy však nebolo možné použiť zjednodušujúce výpočtové prístupy, ktoré skúmajú spravidla stláčanie podložia a pracovný diagram jednotlivých pilót oddelene.

Optimalizáciu návrhu dĺžok pilót sme preto uskutočnili pomocou softvéru ELPLA, vyvinutého spoločnosťou GEOTEC Software (Kanada) špeciálne na riešenie pilótovo-doskových základov. Softvér je založený na modelovaní vrstevnatého polopriestoru metódami MKP pri zohľadnení pružno-plastického materiálového modelu zeminy.

Základnými geotechnickými parametrami vstupujúcimi do výpočtov týmto programom sú deformačné parametre zemín. Materiálový model zeminy dokáže pracovať s rozdielnymi deformačnými modulmi pri opakovanom zaťažení (po odľahčení výkopom) a s modulmi pre následné priťaženie prevyšujúce pôvodné geostatické napätie.

Výsledkom optimalizačného procesu bol návrh 136 ks vŕtaných pilót s priemerom 900 mm, ktoré podporujú základovú dosku s hrúbkou 3,0 m. Pod jadrom veže boli navrhnuté pilóty s dĺžkou 31,0 m, v ostatnej časti pôdorysu veže pilóty s dĺžkou 23,5 m.

Tomuto návrhu pilót zodpovedalo podľa výpočtu maximálne prognózované sadanie v strede veže 42 až 47 mm a sadanie na okrajoch veže 27 až 32 mm (obr. 5). Počas realizácie stavby sa bude sadanie veže a podložia monitorovať geodetickými a deformometrickými metódami a výsledky meraní sa budú priebežne porovnávať s výpočtovou prognózou sadania.

eurovea tower, veza
Obr. 5 Prognóza sadania veže Eurovea Tower | Zdroj: autori

Technické riešenie realizácie vŕtaných pilót

Z hľadiska realizácie opísaného navrhnutého projektového riešenia vŕtaných pilót s priemermi 600 a 900 mm v počte cca 1400 ks pilót s celkovou dĺžkou 21 314 bm s premenlivými dĺžkami od 8 m do 31 m pod úrovňou základovej škáry, ktorá sa nachádzala miestami až v hĺbke 14 m pod pôvodným terénom v utesnenej stavebnej jame, ktorej projektantom a zhotoviteľom bol realizátor pilótového založenia, bolo nevyhnutné zvoliť vhodný technologický postup.

Pilotážna úroveň na dne stavebnej jamy sa nachádzala približne 8 m pod trvalou normálnou hladinou spodnej vody mimo stavebnej jamy a realizácia pilót musela prebiehať počas prevádzky odvodnenia stavebnej jamy. Zhotoviteľ pilót realizoval v posledných rokoch vŕtané pilóty na vedľajších pozemkoch v rámci projektov Panorama Towers (2013), Panorama Pribinova 19 (2015), Panorama Landererova 12 (2016), Sky Park (2016 až 2017) a Klingerka (2019), takže mohol apli- kovať skúsenosti zo zakladania v podobných geologických podmienkach v blízkom okolí stavby Eurovea 2.

Vŕtali bezpečnou technológiou

Pri všetkých týchto stavbách nebolo z dôvodu geológie možné odvŕtať hlboké pilóty len klasickou technológiou, tzn. pod ochranou oceľovej pažnice. Zvodnené neogénne jemnozrnné piesky triedy S3 S-F, resp. S5 SC predstavujú počas vrtných prác vždy riziko z dôvodu ich vplavenia do pažnice, keďže ide o zvodnené piesčité šošovky. Tieto vrstvy sa zachytili aj v geologickom prieskume pre stavbu Eurovea 2, a to v celom podloží s viacerými úrovňami napätých tlakových zvodnených horizontov.

Z tohto dôvodu bolo nevyhnutné realizovať všetky pilóty len technológiou CFA. Pri tejto technológii sa zavŕta kontinuálny vrták až do finálnej hĺbky v úrovni päty pilóty a následne sa cez stred vrtáka betónuje pomocou betónovej pumpy pilóta od spodku smerom nahor za súčasného vyťahovania vrtáka zo zeminy, pričom vyvŕtaná zemina je zachytená na špirále vrtáka.

Tým, že sa vrt okamžite vypĺňa betónovou zmesou z otvoru na konci vrtáka, nehrozí vďaka stĺpcu betónovej zmesi hydraulické prelomenie dna vrtu pilóty z dôvodu napätých piesčitých polôh. Na základe uvedených skúseností boli všetky pilóty s maximálnou projektovanou dĺžkou 23,5 m zhotovené technológiou CFA. Štandardné vrtáky pre technológiu CFA dosahujú dĺžku približne 16 až 18 m, preto bolo nutné predĺžiť CFA vrtáky pomocou Kellyho tyče s dĺžkou 8 m v hornej časti vrtákov, vďaka čomu bolo možné dosiahnuť projektovanú hĺbku pilót.

Realizáciu pilót ukončili v júli

Problematických zostávalo 48 ks pilót navrhnutých v dilatačnom celku DC4 pod jadrom veže Eurovea Tower, ktorých projektovaná dĺžka 31 m od základovej škáry bola technológiou CFA nerealizovateľná z dôvodu limitu dĺžky CFA vrtákov. Jedinou možnosťou bolo realizovať tieto pilóty klasickou technológiou vŕtania s oceľovou výpažnicou, avšak v súvislosti s hydrogeologickými pomermi podložia je z dôvodu rizika tlakových neogénnych horizontov podzemnej vody pri použití tejto metódy vŕtania pilót nevyhnutné eliminovať tento vplyv hydraulickým pretlakom pomocou kvapaliny, ktorá vyvodí na dno vrtu väčší hydraulický tlak, ako je vztlak zvodneného piesčitého neogénu.

Z dna stavebnej jamy nebolo vzhľadom na jej hĺbku pod hladinou spodnej vody možné zabezpečiť dostatočný pretlak v pažnici ani pri použití polymérového alebo bentonitového výplachu. Jedinou možnosťou, pri ktorej bol zhotoviteľ schopný garantovať kvalitu zhotovenej pilóty, bola realizácia týchto 48 ks pilót s hluchým vrtom z vyššej pracovnej plošiny (približne 10 m nad hornou hranou pilót), ktorá musela byť trvalo nad úrovňou prirodzenej hladiny spodnej vody mimo stavebnej jamy.

Na zvládnutie celého rozsahu pilót bolo na stavbe nevyhnutné nasadiť štyri pilotážne súpravy, z toho 2 ks BAUER, typ BG 40, 1 ks BAUER, typ BG 28 a 1 ks Soilmec SR65. Realizácia všetkých pilót bola ukončená počas júla 2020, momentálne sa ešte na všetkých pilótach realizujú skúšky integrity pilót (PIT).

piloty, realizacia
Obr. 6 Realizácia pilót z dna stavebnej jamy | Zdroj: autori

TEXT: Ing. Boris Vrábel, PhD., Ing. Martin Balucha, PhD. Ing. Juraj Chropeň
FOTO A OBRÁZKY: autori

Boris Vrábel pôsobí v spoločnosti Geotechnik SK, s. r. o., Martin Balucha v spoločnosti SPAI, s. r. o., a Juraj Chropeň v spoločnosti BAUER Spezialtiefbau Ges. m.b.H. – o. z., Bratislava.

Článok bol publikovaný v časopise Inžinierske stavby 04/2020.