Realizácia podzemných tesniacich stien protipovodňovej ochrany

Témou článku je realizácia podzemných tesniacich stien, ktoré sú súčasťou práve prebiehajúcej výstavby protipovodňových opatrení na riekach Morava a Dunaj. Úlohou týchto podzemných tesniacich stien je zvýšenie nepriepustnosti telesa existujúcich a novobudovaných zemných hrádzí pozdĺž týchto vodných tokov. V niektorých úsekoch tvorí vystužená podzemná tesniaca stena základy pre nadzemné protipovodňové múriky, resp. pre mobilné protipovodňové zábrany, a má aj statickú funkciu. Podzemné tesniace steny boli realizované viacerými druhmi bezvýkopových technológii, pričom pôvodná zemina sa preinjektováva, resp. premiešava so samotvrdnúcou suspenziou.

Podzemné tesniace steny ako účinná ochrana pred povodňani
Povodne sú prirodzený a do určitej miery predvídateľný jav. Celosvetovo sú povodne obávaným prírodným rizikom, ktoré spôsobuje najväčšie straty na ľudských životoch. Účinky klimatických zmien spôsobia v budúcich rokoch zvýšené riziká vzniku povodní, ktorým nemožno celkom zamedziť. Možno však znížiť povodňové riziko, prípadne frekvenciu povodní ako i výšku povodňovej vlny.

Priebeh povodne sa dá ovplyvniť viacerými spôsobmi:

• výstavbou hrádzí, úpravou vodných tokov a iných opatrení, ktoré výšku povodňovej vlny skôr zvyšujú a sú zamerané najmä na urýchlenie povrchového odtoku,
• výstavbou priehrad, poldrov a ostatných stavebných opatrení, ktoré vodu zadržujú,
• zvýšením retenčnej kapacity povodia umelo vytvorenými meandrami, obnovou lužných lesov so snahou zadržať vodu v povodí a odtok vody spomaliť.

Bratislava – protipovodňová ochrana na Dunaji
Na Dunaji momentálne prebiehajú stavebné práce na budovaní protipovodňovej ochrany hlavného mesta Bratislava, ktorými by sa mala zabezpečiť odolnosť proti účinkom tisícročnej vody. Práce sa začali v roku 2007 s termínom dokončenia projektu v septembri 2010. Sústava protipovodňovej ochrany sa začína na sútoku Dunaja a Moravy pri obci Devín a končí sa až pod vodným dielom Gabčíkovo, pri obci Sap.

Cieľom je zrekonštruovať nedostatočné a vybudovať nové protipovodňové hrádze, múriky a mobilné prvky na oboch brehoch Dunaja, na ľavom brehu rieky Morava a ľavostrannej ochrannej hrádzi kanála vodného diela Gabčíkovo. Protipovodňové stavby sa rea­lizujú aj v rámci projektov River Park a Eurovea­, ktoré budú v počiatočnom a koncovom bode naväzovať na už budované alebo pripravované prvky protipovodňovej ochrany.

Obr. 1: Priečny rez podzemnou tesniacou stenou MIP, d = 0,6 m

Realizácia podzemnej tesniacej a pažiacej steny – MIP (Mixed-In-Place)
Realizáciu protipovodňovej ochrany spomenutého projektu Eurovea pomocou podzemnej tesniacej a pažiacej steny vykonávala spoločnosť BAUER Spezialtiefbau Ges.m.b.H.,o. z., Bratislava. Územie obchodného centra sa nachádza na ľavom brehu Dunaja medzi Starým mostom a mostom Apollo. Toto územie je v bezprostrednom kontakte s riekou Dunaj, pričom ide o inundačné územie ľavého brehu Dunaja, ktoré je nechránené proti povodniam. Navrhovaná protipovodňová ochrana zabezpečuje ochranu objektov tohto centra a zároveň zabezpečuje protipovodňovú ochranu územia mesta Bratislavy pred 1 000-ročnou vodou.

V prvom úseku pôdorysnej dĺžky približne 85,0 bm tvorí protipovodňovú ochranu podzemná tesniaca stena budovaná z koruny novonasypanej zemnej hrádze na kóte 140,25 m n.m. Spodný okraj podzemnej tesniacej steny musí byť asi o 2,0 m vyššie ako úroveň neo­génneho podložia, t. j. hĺbka tesniacich stien je 15,0 až 16,0 m. Pôvodné technické riešenie v tendrovej dokumentácii predpokladalo realizáciu podzemných tesniacich stien zo stĺpov tzv. tryskovej injektáže, pričom sa predpokladala minimálna 600 mm hrúbka telesa injektáže po zabudovaní. Alternatívnym riešením realizácie podzemnej tesniacej steny bolo jej vyhotovenie technológiou MIP (Mixed-In-Place) pomocou vrtnej súpravy BAUER RG 20. Hlavné argumenty, ktoré rozhodli v prospech alternatívneho riešenia, boli cena, kvalita a rýchlosť realizácie.

Pod skratkou MIP (Mixed-In-Place) sa rozumie technológia zmiešavania zeminy v podloží so samotvrdnúcou suspenziou priamo na mieste vŕtania (in situ). Počas premiešavania sa za stáleho pridávania suspenzie cez trojitý priebežný špirálovitý vrták vypĺňajú prázdne póry v štruktúre pôvodnej zeminy. Ide o bezvýkopovú technológiu. Zvolená technológia MIP podzemných tesniacich stien je bezvibračná, pričom táto požiadavka bola nevyhnutná z dôvodu existujúceho kanalizačného zberača v blízkosti plánovanej podzemnej tesniacej steny. Zhotovenie každej MIP-lamely je zaznamenané protokolom o realizácii. Tieto digitálne záznamy obsahujú okrem iných údajov aj dosiahnuté hĺbky vŕtania a priebeh spotreby MIP-suspenzie v závislosti od hĺbky vŕtania.

Obr. 2: Priečny rez podzemnou vystuženou stenou MIP, d = 0,6 m

Druhú časť protipovodňovej ochrany medzi objektom podzemných garáži Eurovea a Starým mostom tvorí vystužená podzemná tesniaca stena (obr. 2). Rovnako ako v prvej časti bola v tendrovej dokumentácii navrhnutá tesniaca stena z tzv. tryskovej injektáže, pričom ako statické prvky v tejto podzemnej stene sa navrhli vŕtané železobetónové pilóty s priemerom 900 mm v definovaných vzdialenostiach. Aj v tomto prípade sa našlo alternatívne riešenie pomocou technológie MIP podzemných tesniacich stien. Prenos ohybových momentov a horizontálnych síl namiesto pôvodného návrhu železobetónových pilót zabezpečujú v riešení valcované oceľové profily HEB 360 s dĺžkou 6,5 m. Oceľové nosníky sa vkladali počas realizácie do ešte nezatuhnutej lamely MIP podzemnej steny v osových vzdialenostiach 2,4 až 2,5 m.

V ďalšej fáze výstavby sa zrealizoval základový pás, ktorý spĺňa funkciu stužujúceho venca na hornej hrane MIP podzemnej steny pre oceľové HEB nosníky. V konečnej fáze sa vybudoval železobetónový oporný múr vrátane definitívnej úpravy terénu.

Počas realizácie podzemných tesniacich a pažiacich podzemných stien MIP boli odobraté vzorky použitej suspenzie na overenie jej parametrov po 28 dňoch. Na odobratých vzorkách sa dosiahol súčiniteľ filtrácie 7,5.10-8 m/s a pevnosť v prostom tlaku pre statickú stenu 9,6 N/mm². Tieto namerané hodnoty s dostatočnou rezervou spĺňali požadované kritériá stanovené hlavným projektantom diela.

Angern an der March – protipovodňová ochrana rieky Moravy
V apríli 2006 sa na rakúskom brehu rieky Moravy neďaleko hraníc so Slovenskom pod vplyvom silnej povodňovej vlny pretrhla protipovodňová hrádza na dvoch miestach v dĺžke 50 až 100 m. V postihnutej oblasti bolo zaplavených celkovo asi 350 rodinných domov a veľké plochy úrodnej pôdy. V dôsledku týchto povodní vznikli na majetku vo viacerých obciach v dolnom Rakúsku pozdĺž hraničnej rieky Morava veľké materiálne škody.

Počas sanačných opatrení sa nanovo vyprofilovalo celé teleso zemnej hrádze, zabudovali sa odvodňovacie čerpadlá a drenážny systém. Ďalším z významných prvkov na zvýšenie kvality protipovodňovej ochrany bolo vytvorenie tesniacej clony pomocou oceľových štetovníc a realizácia tenkej lamelovej podzemnej tesniacej steny (thin cut-off-wall) v osi telesa zemnej hrádze.

Realizácia podzemnej tesniacej steny – tenká lamelová stena
Úlohou tejto podzemnej clony je zvýšiť nepriepustnosť hrádze pri povodňovom stave na rieke Morave. Celkovo sa realizovalo asi 34 000 m² podzemných tesniacich stien, pričom práce sa rozdelili do viacerých etáp. Hĺbka podzemnej tesniacej lamelovej steny sa pohybuje do 10,0 m, pričom sa predpokladalo votknutie tesniacej steny približne do hĺbky 1,0 m do prirodzene nepriepustného podložia. V úseku, kde je hĺbka tesniacej steny len 6,0 m od koruny hrádze, sa úmyselne neplánovalo votknutie päty steny do nepriepustného horizontu podzemnej vody v povodí rieky tak, aby bol tento horizont čiastočne prepojený s normálnou hladinou v koryte.

Na realizáciu tenkej lamelovej tesniacej steny sa použil stroj BAUER RG 20 s vibračným zariadením Müller MS 25H (800 kN, 28 Hz) celkovej prevádzkovej hmotnosti asi 80 t (obr. 3).

Realizácia podzemnej tesniacej steny prebieha zavibrovaním injektážnej lafety, a to vpichmi do podložia. Injektážnu lafetu tvorí špeciálne upravený IPB oceľový nosník, pričom jeho päta je zosilnená a má v spodnej časti nainštalované injektážne dýzy. Zemina v podloží je počas zavibrovávania nosníka v závislosti od svojej krivky zrnitosti buď roztlačená alebo zhutnená. Počas zavibrovávania oceľového nosníka do podložia sa pomocou injektážnych otvorov do zeminy vháňa samotvrdnúca suspenzia, ktorá zabezpečuje stabilitu otvorenej lamely a zároveň plní tesniacu funkciu. Vplyvom prítomnosti samotvrdnúcej suspenzie na päte nosníka sa dosiahne počas zavibrovávania lafety výrazná redukcia trenia medzi zeminou a IPB nosníkmi. Pri vyťahovaní oceľového nosníka vyplní samotvrdnúca suspenzia voľný priestor (dutiny), ktorý vznikol počas vibrovania nosníka. Realizácia vpichov nasleduje kontinuálne za sebou a miera ich prekrytia predstavuje hrúbku pásnice IPB nosníka.

Suspenzia na realizáciu tenkej lamelovej tesniacej steny
Vzhľadom na to, že celý rozsah prác sa uskutočňoval v osi koruny protipovodňovej hrádze v dĺžke niekoľkých kilometrov, bolo potrebné zabezpečiť vhodnú logistiku na dopravu samotvrdnúcej suspenzie. Samotvrdnúca suspenzia pre tenkú lamelovú podzemnú stenu sa vyrábala zo suchej zmesi, ktorá bola uskladnená v silách, v centrálnom miešacom zariadení na ploche zariadenia staveniska. Odtiaľ sa suspenzia prečerpávala do podtlakovej cisterny a následne pomocou traktora sa prepravovala po korune hrádze do mobilného zásobníka.

Použitá samotvrdnúca suspenzia má spĺňať tieto kritériá:

• priepustnosť 1,10-9 m/s,
• 28-dňová pevnosť v tlaku › 0,7 Mpa,
• objemová hmotnosť 1,51g/cm³.

Čas realizácie celkovej plochy 34 000 m² podzemných tesniacich lamelových stien predstavoval 4,5 mesiaca v jednosmennej prevádzke. Požadované utesnenie násypového telesa zemnej hrádze je dosiahnuté jednak zhutnením zeminy vplyvom vibrácii IPB nosníka, jednak vyplnením pórov v zemine samotvrdnúcou suspenziou. Po vytvrdnutí suspenzie (asi 10 dní) je tesniaca lamelová stena odolná voči erózii.

Schlosshof – protipovodňová ochrana rieky Moravy
Protipovodňová ochranná hrádza v blízkosti obce Schlosshof a Rußbach v okrese Gänserndorf na kilometri 44,565 až 50,405 je súčasťou komplexu ochranných hrádzí na rakúskom brehu rieky Moravy neďaleko hraníc so Slovenskom. Na tomto mieste sa nachádza sútok riek Morava a Dunaj, pričom Dunaj spôsobuje vzdutie hladiny Moravy. Aj táto oblasť bola zasiahnutá silnými povodňami v rokoch 2002 a 2006. Z tohto dôvodu sa pristúpilo k obnove a rozšíreniu profilu pôvodného zemného telesa hrádze s následným utesnením jadra hrádze tesniacou podzemnou stenou s minimálnou hrúbkou 550 mm.

Na realizáciu podzemných stien sa opäť využila technológia MIP (Mixed-In-Place) pomocou 3-špirálových vrtákov (obr. 5). V niektorých úsekoch pre stiesnené pomery nebolo možné použiť vrtnú súpravu BAUER RG 25 s celkovou prevádzkovouj hmotnosťou asi 125 ton, takže sa použila kompaktná technológia WSM (Wet-Speed Mixing). Pri realizácii podzemnej tesniacej steny pomocou WSM dochádza k vysokorýchlostnému premiešavaniu zeminy so samotvrdnúcou suspenziou (obr. 6).

Celý rozsah prác, t. j. 32 600 m² podzemných tesniacich stien, bol ukončený začiatkom októbra 2008. V tomto roku prebieha výstavba ďalších úsekov série protipovodňových opatrení na rieke Morava, ktoré sa takisto realizujú uvedenými technológiami.

Ing. Juraj Chropeň
Foto: BAUER Spezialtiefbau Ges.m.b.H., o. z., Bratislava

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

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.