Sanácie porúch základov pamiatkových objektov

Pred samotným začatím podchytávania základov treba zabezpečiť konštrukcie susednej budovy (najmä štítový, prípadne iný styčný múr) podoprením. Výnimku tvorí nasadenie technológií prúdovej injektáže a vo väčšine prípadov aj technológie mikropilotáže, pri ktorých sa nemusia konštrukcie budovy podchytávať. Ak je susedná budova v tesnej blízkosti renovovanej budovy (čo je najmä prípad mestských historických jadier), treba pred realizáciou prác zabezpečiť aj konštrukcie renovovanej budovy.

Zníženie napätia v základovej škáre budovy možno dosiahnuť napríklad tradičnými technológiami, predovšetkým prehĺbením základu až po úroveň dostatočne únosnej horniny alebo rozšírením plochy základu, prípadne kombináciou oboch spôsobov. Podmurovanie alebo podbetónovanie sa môže použiť na sanáciu základov budov vysokých približne do 5 podlaží, založených na pásoch alebo doskách (Vlček, 1991). Rozšírenie základov tradičnými technológiami sa však spája s rizikom vzniku nerovnomerných deformácií, pretože zemina pod novými, rozšírenými časťami základu má tendenciu stláčať sa (na rozdiel od zeminy pod pôvodným základom nie je natoľko skonsolidovaná). V tomto prípade treba vniesť do základovej škáry predpätie – tlak, ktorý môže dosahovať až 50 % hodnoty pôvodného tlaku budovy na základovú škáru (Witzany, 1999). Pri použití tradičných spôsobov sanácie základov môže hroziť aj obnovenie starých, medzičasom skonsolidovaných porúch. Aktuálne je najmä pri takých historických stavbách, ktoré sa v priebehu storočí hmotovo vyvíjali, čoho dôsledkom boli rozličné prístavby a nadstavby v rôznych obdobiach, realizované rôznymi spôsobmi, z rôznych materiálov a s rozdielnou odbornou i remeselnou úrovňou.

Pri sanácii menších porúch základov malých stavieb (napríklad ľudových domov, vidieckych hospodárskych budov, objektov drobnej architektúry), najmä tých, ktoré sú pamiatkovo chránené, možno premurovať základovú konštrukciu. Predpokladom úspechu použitia tejto technológie je predovšetkým vyriešenie poruchy podzákladia (ak taká existovala), spôsobenej napríklad vyplavovaním jeho častíc vodou z porušeného dažďového zvodu, vodovodnej alebo kanalizačnej inštalácie, z nadmerného čerpania vody zo studne a pod.

Prenos základovej škáry do hlbšej úrovne možno dosiahnuť ich podmurovaním (Vlček, 1991). Základy sa podmurúvajú najmä tehlami, kameňom, betónovými tvarovkami a pod. Budova, ktorej základy sa budú podmurúvať, sa najprv z vonkajšej strany zabezpečí šikmými vzperami a z vnútornej strany sa jej konštrukcie vzoprú medzi jednotlivé vodorovné stropné a schodiskové konštrukcie. Vzpery sa dôkladne vyklinujú alebo sa rektifikačnými zariadeniami dokonale rozoprú tak, aby sa obmedzilo sadanie alebo iné posuvy konštrukcií.

Podmurovanie prebieha tak, že sa konštrukcia základov (z vonkajšej aj vnútornej strany) obkope po celej dĺžke plánovaného pracovného záberu. Základy sa striedavo podkopávajú do novej, vyprojektovanej hĺbky základovej škáry po úsekoch dlhých približne 1 m, pričom realizácia výkopov a podmurovania by pre väčšiu bezpečnosť mala prebiehať v poradí úsekov jeden – päť – tri – sedem a pod. tak, aby nasledujúce úseky, na ktorých sa pracuje, boli od seba vzdialené (podľa situácie) najmenej 1 až 3 m. Po vykopaní sa každý úsek neodkladne podmuruje. Rozšírenie sa realizuje z oboch strán konštrukcie, výnimočne (pri základoch užších ako 50 cm) len z jednej strany. Týmito spôsobmi sa dajú rozšíriť aj základy stĺpov. Technológia podmurovania základov môže byť vhodná na renovácie pamiatkových objektov, pretože spĺňa hlavné zásady prístupu k ich obnove, avšak pred rozhodnutím o jej uplatnení treba zvážiť, či dosiahnutý efekt sanácie bude dostatočný a či niektorá z progresívnych metód nebude (hoci do určitej miery v rozpore so zásadami pamiatkovej obnovy) pre výsledný efekt sanácie vhodnejšia.

Namiesto podmurovania sa základy môžu aj podbetónovať. Použije sa na to zavlhnutá, rýchlotuhnúca betónová zmes, ktorú treba po uložení dokonale zhutniť. Dôležité je tiež dôsledné vyplnenie stykovej škáry medzi pôvodným základom a novou konštrukciou podbetónovaním expanzným betónom (obsahujúcim expanzný cement). Pri podbetónovaní sa podobne ako pri podmurúvaní postupuje striedavo po úsekoch. Práce možno vykonávať na viacerých úsekoch súčasne za predpokladu, že úseky sú od seba také vzdialené, aby sa nenarušila stabilita objektu. Po zrealizovaní výkopu sa po úsekoch dlhých 1 m prehĺbi výkop až na úroveň základovej škáry nového základu a pôvodný základ sa po úsekoch podkope a podbetónuje. Betónová zmes sa ukladá na zhutnený štrkový podsyp hrubý 5 cm. Veľmi dôležité je uloženú betónovú zmes dokonale zhutniť. Rozšírenie sa realizuje z oboch strán konštrukcie, výnimočne len z jednej strany. Medzi spodnou plochou pôvodného základu a hornou plochou doplneného základu sa nechá medzera asi 3 až 5 cm. Táto medzera sa potom dobetónuje expanzným betónom. Po vyhotovení prvého úseku sa prejde na striedavé vyhotovenie ďalších úsekov.

Na sanácie porúch základov i podložia budov sa dnes úspešne využívajú progresívne technológie hĺbkových základov, prenášajúce zaťaženie do väčších hĺbok – najmä technológie injektáže a pilotáže (predovšetkým mikropilotáže). Ich realizácia je náročnejšia a vyžaduje si špeciálne stroje. Zvyčajne bývajú aj nákladnejšie, hoci pri veľkých budovách nemusí byť rozdiel nákladov medzi tradičným a progresívnym spôsobom sanácie veľký. Výsledky progresívnej sanácie základov však bývajú veľmi dobré a zdá sa, že aj dlhodobo účinné. Tieto technológie ponúkajú v mnohých prípadoch riešenie porúch, ktoré nebolo (s porovnateľným efektom) možné realizovať tradičnými technológiami, a preto majú svoje miesto aj pri obnove pamiatkových objektov.

Technológia injektáže je príkladom modernej technológie vyvinutej a desaťročia úspešne používanej na zakladanie novostavieb. Jej použitie sa však postupne rozšírilo aj na riešenie problémov jestvujúcich stavieb. Pod injektážou sa rozumie vtláčanie tekutých zmesí, ktoré po čase zatvrdnú, do podložia. Dosiahne sa tým spevnenie, prehĺbenie alebo rozšírenie základov, resp. spevnenie, utesnenie či spevnenie aj utesnenie podložia stavby alebo stien výkopu. Usporiadanie injekčných vrtov, použitie injekčných zmesí či návrh injekčných tlakov sú podmienené konkrétnou situáciou renovovanej stavby. Injektážne vrty sa môžu realizovať kolmo alebo šikmo, a to jednorazovo alebo postupne, pričom injekčné zmesi môžu, ale nemusia byť rovnaké. Musia však spĺňať tieto požiadavky (Hulla – Turček, 1998):

Veľmi dôležitou etapou realizácie injektážnych prác je ich kontrola, ktorá sa pri zeminách a skalnatých horninách od seba výrazne odlišuje. Pri injektážach existuje takmer vždy nebezpečenstvo nežiaduceho úniku injektážnej látky do podzemných trhlín, kavern, jaskýň, otvorov alebo dokonca stavebných priestorov, ktoré nemusia byť vopred známe. V prípade neprimerane veľkej spotreby injektážnej látky je preto treba injektáž prerušiť a odborne posúdiť situáciu. V injektáži je vhodné pokračovať napríklad až po zatvrdnutí už nainjektovanej zmesi, ktorá môže menšie netesnosti podložia uzavrieť, alebo po dodatočnom zásahu, ktorý objavené otvory uzavrie, alebo možno presunúť injektáž na iné vhodné miesto.

Na renováciu základov (rozšírenie i prehĺbenie), na spevnenie podložia i vytvorenie paženia či oporných stien možno dnes použiť progresívnu technológiu pilotáže, pri ktorej sa do podložia zhotovujú v skupinovom aj individuálnom rozmiestnení pilóty rôznych rozmerov a tvarov. Hlavnou funkciou pilót je prenášanie zaťaženia z konštrukcie do hlbších a únosnejších vrstiev, resp. paženie či tesnenie. Pilóty sa môžu použiť aj na zhotovovanie súvislých podzemných železobetónových stien, ktoré nemusia byť v priamom kontakte so základmi. Môže sa z nich vytvoriť podzemná ohrada renovovanej budovy, ktorá môže mať rôzny účel (napríklad môže zabraňovať prítoku podzemných vôd, predbežne zabezpečovať prehlbovanie stavebnej jamy, staticky zabezpečovať budovu). Ak sa takto uzatvorí priestor okolo renovovanej budovy, možno v ňom robiť výkopy bez vrúbenia, spevňovať okolitú zeminu v tesnom okolí stavby a pod.. Pilóty sa podľa profilu rozdeľujú na mikropilóty (asi do 30 cm), pilóty (od 30 do 60 cm) a veľkoprofilové pilóty (nad 60 cm, pri renováciách sa však dnes v podstate nepoužívajú).

Technológia vtláčania, ktorá je najstarším spôsobom zahlbovania pilót, sa dnes používa len okrajovo (Witzany, 1999).

Technológiu baranenia (vrážania strojom) nie je pri renováciách historických objektov vhodné používať, pretože jej realizácia spôsobuje pomerne značné otrasy, ktoré by mohli renovovanú budovu, resp. jej okolie poškodiť.

Mikropilóty sa zhotovujú najmä vŕtaním otvorov, do ktorých sa vkladá výstuž, ktorá sa potom zabetónuje. Pilóty sa realizujú postupne, v skupinách, v úseku dlhom približne 1 až 1,5 m. Vŕtané pilóty sa môžu použiť aj ako bočná opora základov. Vtedy sa z pilót zhotoví súvislá podzemná stena tak, aby boli jednotlivé pilóty čo najtesnejšie vedľa seba. Postup realizácie podzemnej pilótovej steny býva nasledujúci – prvá, tretia, piata pilóta, za ňou druhá, štvrtá a podobne. V prvej fáze výroby mikropilóty sa zhotoví vrt s priemerom približne 12 až 15 cm. Na jeho zrealizovanie sa zvyčajne používajú vŕtačky s malým priemerom, ktoré sa dajú umiestniť aj v tesnej blízkosti existujúcich konštrukcií. Do pripraveného vrtu sa osadí výstuž, ktorú môžu tvoriť hrubostenné oceľové rúrky, tyčové výstuže, prípadne výstužné koše (málo používané). Najčastejšie sa používajú hrubostenné oceľové rúrky (70 až 108 mm) spájané závitom a v spodnej časti vybavené výtokovými otvormi krytými manžetou. Cez ne sa do rúrky vtláča cementová kaša, ktorá vrt postupne vyplní. Dôležitým krokom je vytvorenie injektovaného koreňa pilóty, čo sa však nemusí realizovať v skalných horninách. Pri vtláčaní cementovej kaše sa postupuje po úrovniach vysokých približne 0,5 m. Napokon sa vnútro hrubostennej rúrky vyplní ochrannou cementovou zálievkou a mikropilóta sa napojí (napríklad naskrutkovateľnou oceľovou hlavou) na konštrukciu základov. Mikropilótu je dôležité aktivovať vnesením predpätia tak, aby mohla prenášať vonkajšie zaťaženie. Mikropilóty majú značnú nosnosť (približne 250 až 700 kN), ktorú však treba vždy experimentálne overiť. Možno ich použiť na ťažko prístupných miestach vnútri budov, v štôlňach, šachtách atď. a možno ich osadzovať kolmo, šikmo, prípadne aj cez staré murivo.

V súčasnosti sú známe tri systémy prúdovej injektáže (Hulla – Turček, 1998). Jednoduchý systém používa vrtné zariadenie aj na injektovanie. Injekčná zmes sa pri ňom vypúšťa jednou alebo viacerými dýzami. Lúč zmesi vniká do zeminy pod vysokým tlakom, ktorú rozrušuje a zároveň vyplňuje. Dvojitý systém používa dve do seba zasunuté rúry, ktorými sa injekčná zmes a vzduch dopravujú k dýzam oddelene. Aj pri tomto systéme injekčná zmes rozrušuje a zároveň utesňuje, ale jej lúč sa chráni vzduchovým prúdom, čím sa zvyšuje účinnosť metódy. Trojitý systém má najvyššiu účinnosť. Do dolnej časti zariadenia sa samostatne privádza voda, vzduch a injekčná zmes. Prúd vody chránený vzduchom rozrušuje zeminu, do ktorej sa vtláča injekčná zmes samostatnou dýzou pod nižším tlakom.

Častým dôvodom na prehlbovanie základov je požiadavka na vytvorenie nových podzemných priestorov pod úrovňou jestvujúcej budovy, väčšinou pod úrovňou jej suterénneho či suterénnych priestorov. Tie sa využívajú najmä na podzemné garáže alebo ako miesta na výrobné či technické zariadenia budov. V historických jadrách miest (ale nezriedka aj v iných lokalitách) sa však v podloží stavby nachádza kultúrna vrstva obsahujúca archeologické nálezy z predchádzajúcich storočí či dokonca tisícročí. Takéto situácie sa väčšinou riešia záchranným archeologickým výskumom, ktorý sa vykonáva v súlade s časovými a finančnými možnosťami majiteľa (investora), resp. štátu. Treba pritom však upozorniť na skutočnosť, že archeologický výskum sa vždy realizuje na dobovej úrovni vedeckého poznania (odhliadnuc od iných vplyvov, napríklad od tlaku investora na rýchly a zároveň povrchný výskum) a jeho vykonaním sa kultúrna vrstva obyčajne zničí. Zaniká tým tiež možnosť vrstvu opätovne preskúmať, napríklad po určitom čase, keď sa budú môcť uplatniť modernejšie a presnejšie metódy výskumu. Príkladov takejto situácie máme veľa. Rozhodnutie o zničení či ponechaní kultúrnej vrstvy je otázkou dobového finančného a užívateľského kompromisu a prináleží účastníkom procesu výstavby. Z technologického hľadiska treba uviesť, že existuje možnosť, ako kultúrnu vrstvu zachovať – „obkročiť“ a nové podzemné priestory zrealizovať až pod ňou. Možno to zabezpečiť napríklad technológiou prúdovej injektáže (záchrana vrstvy židovského cintorína pod budovou Českej Poisťovne vo Vladislavovej ulici v Prahe).