Moderné technológie výstavby viacúčelových ochranných a protihlukových valov z vystužených zemín
Časopis Inžinierske stavby Článok sa zaoberá technologickými aspektmi budovania moderných ochranných a protihlukových valov. Pozornosť zameriava na využitie geosyntetických materiálov, vystužených horninových konštrukcií, lokálnych a zlepšovaných zemín a vegetačných protihlukových bariér, doplnené o skúsenosti z realizovaných stavieb.
Rozvoj cestnej a železničnej infraštruktúry je nevyhnutnou podmienkou hospodárskeho rozvoja územia a zvyšovania mobility obyvateľstva. Súčasne však predstavuje významný zásah do okolitého prostredia, ktorý so sebou prináša negatívne vplyvy vo forme hlukovej záťaže, vizuálneho smogu, záberu územia a narušenia prirodzeného charakteru krajiny.
S rastúcimi požiadavkami na ochranu obyvateľstva a životného prostredia sa preto zvyšujú aj nároky na technické riešenia, ktoré dokážu tieto vplyvy účinne eliminovať pri súčasnom rešpektovaní ekonomických, priestorových a environmentálnych požiadaviek.
Protihlukové a ochranné valy dnes už nepredstavujú iba tradičné zemné násypy. Stávajú sa viacúčelovými inžinierskymi konštrukciami, ktorých úlohou je okrem zabezpečenia požadovanej protihlukovej alebo ochrannej funkcie aj efektívne využitie dostupného priestoru, hospodárne nakladanie so stavebnými materiálmi, začlenenie stavby do krajiny a znižovanie jej environmentálnej stopy počas výstavby aj prevádzky.
Súčasné technológie výstavby umožňujú tieto požiadavky napĺňať využitím geosyntetických materiálov, systémov vystužených horninových konštrukcií, efektívnym využitím lokálnych a zlepšovaných zemín či aplikáciou vegetačných protihlukových bariér v priestorovo obmedzených podmienkach. Výsledkom sú konštrukcie, ktoré spájajú požiadavky na technickú spoľahlivosť, hospodárnosť, environmentálnu udržateľnosť a kvalitné začlenenie do okolitého prostredia.
Moderné technológie budovania zemných valov
V súčasnosti sa v praxi vo veľkej miere používajú klasické protihlukové steny. Vzhľadom na svoju štíhlosť a namáhanie vetrom a dopravou si však spravidla vyžadujú hĺbkové zakladanie. Ochranné a protihlukové valy naproti tomu vďaka svojej vlastnej hmotnosti a plošnému rozsahu hĺbkové zakladanie väčšinou nevyžadujú a vystačia si s bežnou úpravou základovej škáry.
Okrem úspory na zakladaní predstavuje val zároveň priestor na uloženie prebytočnej zeminy z výkopových prác danej stavby, čím sa znižuje potreba jej odvozu na skládku a súčasne aj objem dovážaných násypových materiálov.
Moderné technológie preto smerujú k efektívnemu využívaniu dostupných materiálov, optimalizácii geometrie konštrukcie a minimalizácii environmentálnych dosahov výstavby.
Významný posun v tejto oblasti priniesol rozvoj geosyntetických materiálov, ktorých využitie umožňuje navrhovať konštrukcie s výrazne väčšou variabilitou tvaru a sklonu líca, ako aj efektívne zabezpečiť ich vystuženie, filtráciu, drenáž a ochranu proti erózii. Kľúčovú úlohu pritom zohrávajú najmä výstužné geosyntetické prvky, ktoré v kombinácii s vhodne navrhnutým lícom tvoria základ systémov vystužených horninových konštrukcií (VHK).
Systémy VHK predstavujú moderné riešenie umožňujúce realizáciu zemných valov s vysokou konštrukčnou variabilitou. Ich princíp spočíva v spolupôsobení zhutneného zásypového materiálu, výstužných geomreží a lícových prvkov, čím vzniká kompaktná konštrukcia s vysokou únosnosťou a dlhodobou stabilitou.
V závislosti od požiadaviek projektu možno použiť prefabrikované betónové panely alebo tvarovky (systémy MacRes® a MacWall®), drôtokamenné líce s kamennou výplňou (systém Mineral Terramesh®) alebo vegetačné líce umožňujúce prirodzené zazelenenie konštrukcie (systém Green Terramesh®).
Systémy VHK umožňujú navrhovať konštrukcie s rôznymi výškami, sklonmi a pôdorysnými tvarmi, čím efektívne reagujú na priestorové, technické aj architektonické požiadavky konkrétnej stavby.
Medzi hlavné výhody vystužených zemných konštrukcií v porovnaní s tradičnými PHS stenami patria:
- znížené nároky na zakladanie,
- možnosť uloženia prebytočnej zeminy z výkopových prác,
- využitie lokálneho materiálu,
- hospodárnosť návrhu,
- nízka uhlíková stopa (vďaka použitiu lokálnych materiálov),
- široká ponuka riešení.
Optimalizácia materiálov spätných zásypov pri výstavbe valov
Objem zemných prác pri výstavbe protihlukových a ochranných valov významne ovplyvňuje ekonomiku aj environmentálne dosahy realizácie. Moderný prístup preto smeruje k maximálnemu využitiu lokálnych zemín priamo zo stavby.
Ak ich vlastnosti nespĺňajú požadované parametre, možno ich zlepšiť pridaním vápna alebo hydraulických spojív, ktoré znížia plasticitu a vlhkosť a zvýšia pevnosť zeminy.
Pri návrhu VHK je nutné zohľadniť, že zlepšované násypy majú v dôsledku hydratácie vápna či cementu často zvýšené pH.
Bežné geosyntetické výstužné materiály sú vhodné do prostredia s pH v rozsahu približne 4 až 9. Mimo tohto rozsahu, najmä pri styku s vápnom alebo hydraulickými spojivami, môže pri vybraných výstuhách dochádzať k urýchlenej hydrolytickej degradácii.
V zmysle TKP31 ods. 3.4.2 je preto pri návrhu VHK so zlepšovanými zeminami nevyhnutné zvoliť výstužné geosyntetické prvky, ktoré nepodliehajú degradácii v zemnom prostredí a sú odolné proti zvýšenému pH prostredia (napr. ParaWeb, ParaGrid, ParaLink), a súčasne zohľadniť interakciu výstužného prvku so zásypovou zeminou a z nej vyplývajúcu dlhodobú návrhovú ťahovú pevnosť výstužných prvkov.
Referencie z aktuálne realizovaných stavieb
Strategické územie Valaliky – ochranný val
Jednou z významných aplikácií vystužených horninových konštrukcií je stavba Strategické územie Valaliky, ktorej súčasťou je objekt SO 271 Protihlukový zemný val pri ceste III/3813. Objekt bol navrhnutý ako protihlukové opatrenie pre strategické industriálne územie južne od mesta Košice s cieľom eliminovať negatívne účinky dopravnej prevádzky na okolité územie.
Protihlukový zemný val bol riešený ako vystužená horninová konštrukcia zo systému Mineral Terramesh®. Celková dĺžka konštrukcie presahuje 3,3 km a konštrukcia pozostáva z troch úsekov s dĺžkami 1 370,9 m, 1 710,0 m a 300,0 m. Výška zemného valu dosahuje približne 7 až 8 m. Z dôvodu priestorových požiadaviek a potreby umiestnenia protihlukovej bariéry čo najbližšie k zdroju hluku bola čelná strana navrhnutá v sklone 70°.
Takéto riešenie umožnilo redukovať záber územia v porovnaní s klasickým zemným valom s prirodzenými svahmi. Stabilita lícovej strany konštrukcie je zabezpečená systémom Mineral Terramesh®, ktorý pozostáva z drôtokamenného líca s následným prepojením s horizontálnymi geomrežami. Vystužený násyp je realizovaný po vrstvách postupným ukladaním a zhutňovaním zásypového materiálu s následným prepojením jednotlivých výstužných úrovní.
Lícovú časť tvorí oceľová dvojzákrutová sieť s povrchovou ochranou Polimac s kamennou výplňou. Z rubovej strany je val ukončený svahom v sklone 1 : 1,5, umožňujúcim realizáciu vegetačných úprav. Na ochranu svahu bola v tejto časti použitá trvalá protierózna rohož, ktorá zabezpečuje stabilizáciu povrchu nielen počas obdobia zakoreňovania vegetačného krytu, ale počas celej životnosti konštrukcie.
Na korune valu je osadená samostatná protihluková stena s výškou 3,0 m. Objekt SO 271 predstavuje príklad využitia systému Mineral Terramesh® pri rozsiahlych líniových stavbách, kde je potrebné kombinovať vysokú stabilitu, minimalizáciu priestorového záberu a vhodné začlenenie konštrukcie do krajiny.
Ochranný val Škoda Kvasiny
Ďalším príkladom využitia moderných technológií vystužených horninových konštrukcií je stavba Ochranný val Kvasiny, objekt SO 261 Ochranný val. Účelom konštrukcie je ochrana obytnej zóny obce Kvasiny od priemyselného areálu ŠKODA v jeho blízkosti.
Špecifikom tejto realizácie bolo maximálne využitie materiálov dostupných priamo na stavbe. Konštrukcia valu bola realizovaná zo zemín zlepšovaných hydraulickými spojivami získaných z výkopových prác v rámci stavby, čím sa minimalizovala potreba dovozu násypových materiálov s vhodnými parametrami a zároveň sa znížil objem odvozov prebytočných zemín.
Na dosiahnutie požadovaných mechanických vlastností bola zemina upravená hydraulickým anorganickým spojivom GEOSOL C30. Na základe preukazných skúšok bola stanovená optimálna dávka minimálne 3 % zmesového spojiva, ktorá zabezpečila splnenie požadovaných parametrov podľa projektovej dokumentácie.
V úseku km 0,030 – 0,155 je ochranný val riešený ako vystužená horninová konštrukcia MacRes® s kolmým lícom a premenlivou výškou približne 5 až 18 m. Čelný prvok konštrukcie je založený na pilótovom základe. Pod celou šírkou valu bola navrhnutá sanácia podložia, ktorá pozostávala zo štrkového vankúša s hrúbkou 0,65 m vystuženého výstužno-separačným geokompozitom MacGrid CW5S a z jednej vrstvy tkanej dvojosovej výstužnej geotextílie MacTex W2 15S s pevnosťou 150/150 kN/m.
V nadväzujúcom úseku km 0,155 – 0,420 tvorí vnútornú časť konštrukcia MacRes® s výškou približne 8 m (max. 9 m) s vystuženým nad násypom zo systému Green Terramesh® so sklonom 70°. Ide o dvojstupňovú konštrukciu s lavičkou v šírke približne 2,5 m. Vonkajší svah je riešený ako vystužený násyp bez lícového prvku so sklonom 1 : 2 až 1 : 1,5, pričom jeho povrch je chránený trvalou protieróznou georohožou MacMat R1 05.
Kombinácia systémov MacRes® a Green Terramesh® umožnila realizáciu vysokého ochranného valu pri obmedzených priestorových nárokoch a efektívnom využití upravených lokálnych zemín. Stavba predstavuje príklad udržateľného riešenia, ktoré spája optimalizáciu zemných materiálov, moderné technológie vystužených horninových konštrukcií a zníženie environmentálnych dosahov spojených s presunom stavebných materiálov.
D6 Petrohrad – Lubenec
Ďalším príkladom využitia moderných vystužených horninových konštrukcií určených na protihlukovú ochranu je aj stavba D6 Petrohrad – Lubenec, objekt SO 198.1 Zemné valy, Bílenec – časť armovaný svah. Objekt rieši realizáciu protihlukových zemných valov pozdĺž diaľnice D6 v úseku pri obci Bílenec, ktoré okrem funkcie ochrany pred hlukovou záťažou umožňujú aj uloženie časti prebytočných výkopových zemín.
Svahy orientované smerom k diaľnici sú navrhnuté ako strmé vystužené zemné konštrukcie s využitím systému Mineral Terramesh® v kombinácii s geosyntetickými výstužnými jednoosovými geomrežami ParaGrid® W900. Riešenie umožnilo výrazné zníženie priestorových nárokov oproti klasickým svahovaným násypom a zároveň efektívne využitie zemných materiálov priamo v rámci stavby. Celková dĺžka riešených valov je približne 720 m, ich výška dosahuje približne 6 m nad okolitým terénom.
D0 stavba 511, Běchovice – D1
Objekty SO 251 a SO 252 predstavujú významnú aplikáciu viacstupňových vystužených zemných konštrukcií zo systémov Mineral Terramesh® a Green Terramesh®. Konštrukcie VHK stabilizujú protihlukové valy a zároveň znižujú priestorový záber stavby. Vystužené svahy so sklonom 70° sú tvorené poddajnou kamennou alebo vegetačnou lícnou úpravou.
Do vystuženej časti bol vo veľkej miere použitý predrvený materiál z miestnych výkopových hornín spĺňajúci požiadavky na piesčité až štrkovité neplastické zeminy. Valy sú jedno- až trojstupňové s maximálnou výškou 10,0 m. Spolu bude z týchto systémov vybudovaných až niekoľko kilometrov protihlukových valov.
| Zdroj: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE
Vegetačné protihlukové bariéry Sonicmac®
V predchádzajúcich častiach boli prezentované možnosti využitia zemných valov v kombinácii s vystuženými horninovými konštrukciami pri realizácii ochranných a protihlukových opatrení. V prípadoch, kde sú požiadavky na minimalizáciu priestorového záberu alebo kde nie je možné realizovať rozsiahle zemné telesá, predstavujú ďalšie vhodné riešenie vegetačné protihlukové bariéry SonicMac®.
Systém SonicMac® kombinuje oceľovú nosnú konštrukciu s výplňou zo zhutneného zemného materiálu a lícovou úpravou z dvojzákrutovej šesťuholníkovej oceľovej siete. Jednotlivé prvky vytvárajú po vzájomnom spojení stabilnú konštrukciu s nízkymi nárokmi na priestor – šírka základne je 1,2 až 1,6 m. Systém je overený pre výšky približne od 2 do 5,4 m a umožňuje flexibilné riešenie protihlukových opatrení podľa podmienok konkrétnej stavby.
Na zabezpečenie dlhodobej životnosti v náročnom prostredí dopravných stavieb (ostreky rozmrazovacími soľami, účinky bludných prúdov pri jednosmernej trakcii) je použitá kombinovaná protikorózna ochrana oceľového drôtu nosnej siete prvkov Terramesh v kombinácii ZnAl a polymérneho povlaku PoliMac®. Súčasťou konštrukcie je protierózna ochrana a vegetačná vrstva umožňujúca postupné ozelenenie pomocou popínavých rastlín.
Výsledkom je konštrukcia, ktorá spĺňa požiadavky na akustickú ochranu a zároveň podporuje prirodzené začlenenie stavby do okolitého prostredia. Akustické skúšky preukázali hodnoty vzduchovej nepriezvučnosti približne 46 dB, čo podľa EN 1793-6 zodpovedá najvyššej kategórii D4. Konštrukcia zároveň odoláva dynamickému zaťaženiu od vetra, prejazdu vlakových súprav a údržby v blízkosti železničných tratí. Technológia realizácie umožňuje efektívnu výstavbu bez potreby masívneho zakladania a predstavuje ďalší nástroj na riešenie protihlukových opatrení v dopravnej infraštruktúre.
Záver
Moderné viacúčelové ochranné a protihlukové valy predstavujú efektívne riešenie na zmierňovanie negatívnych vplyvov výstavby na okolité prostredie. Využitie geosyntetických materiálov a systémov vystužených horninových konštrukcií Terramesh Green, Terramesh Mineral, MacRes a SonicMac spolu s optimalizáciou zásypových materiálov umožňuje navrhovať konštrukcie s vysokou funkčnou variabilitou, technickou spoľahlivosťou, efektívnym využitím priestoru a priaznivými environmentálnymi parametrami.
Predstavené realizácie potvrdzujú, že vhodná voľba technológie výstavby umožňuje vytvárať viacúčelové konštrukcie, ktoré účinne zmierňujú hlukovú a vizuálnu záťaž, rešpektujú špecifické podmienky územia a zároveň spĺňajú požiadavky na hospodárnosť a dlhodobú udržateľnosť.
Text: Ing. Martin Hanuštiak, Ing. Jaroslav Adamec,
MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o.
Foto: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o.
Zdroje
1. Interná dokumentácia a portfólio MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o.
2. Fotodokumentácia MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o.
3. TKP 31 Zvláštne zemné konštrukcie 02/2023.
4. STN 73 3041 Horninové konštrukcie vystužené geosyntetikou. Technické požiadavky.
5. Silnice-Železnice 2/2026. Hanuštiak, Fratrič: Vyztužené zemní konstrukce a zelené protihlukové bariéry jako součást moderních železničních koridorů.
6. Projektová dokumentácia: Strategické územie Valaliky.
7. Projektová dokumentácia: Ochranný val Kvasiny.
8. Projektová dokumentácia PDPS: D0 stavba 511, Běchovice – D1.
