Sanácia zosuvu svahu pri obci Mírová pod Kozákovem
Časopis Inžinierske stavby Článok sa venuje sanácii takmer 100 m dlhého úseku jestvujúcej komunikácie III/2832 v havarijnom stave, priepustku a svahu pod komunikáciou v katastri Bělá u Turnova, obci Mírová pod Kozákovem v Libereckom kraji. V inkriminovanom úseku dochádzalo k vývoju svahových nestabilít, ktoré si vyžiadali rýchlu nápravu a realizáciu opornej konštrukcie. Tá bola realizovaná ako vystužená zemná konštrukcia v troch výškových etážach v kombinácii s drenážnou vrstvou.
Na komunikácii III/2832 boli v časti úseku pozorované dlhodobo sa vyvíjajúce poruchy, ktoré sa prejavovali tvorbou trhlín v asfaltovom kryte vozovky, ako aj prepadmi krajnice. To viedlo k čiastočnému uzavretiu prevádzky komunikácie v roku 2022, keď bola uzavretá jej polovica a došlo k obmedzeniu nákladnej dopravy s výnimkou zachovania autobusovej linky ako nevyhnutnej súčasti dopravnej obslužnosti tohto územia. Ďalší vývoj svahových pohybov (obr. 1, 2) viedol k celkovému uzavretiu tejto oblasti vo februári 2024 a bolo nariadené rýchle vyriešenie tohto problému a opätovné spustenie prevádzky komunikácie.
Výsledkom prehliadky stavby geotechnikom bolo odporúčanie realizovať sanáciu komunikácie vrátane priepustku a svahu pod komunikáciou v čo najkratšom možnom časovom horizonte. Zároveň sa mali stanoviť a navrhnúť vhodné opatrenia tak, aby bola komunikácia dlhodobo bezpečná a nedochádzalo k opakovaným problémom vedúcim k obmedzeniu dopravnej obslužnosti.
Na vykonanie potrebných opatrení bolo nutné uzatvoriť komunikáciu v celej jej šírke s vylúčením prevádzky. Viedla k tomu nutnosť odťažiť nekvalitný materiál, ktorý bol použitý na výstavbu komunikácie, a potreba vykonať samotnú sanáciu svahu vrátane opravy nefunkčného priepustku a dôkladného prevedenia povrchových vôd cez teleso cestnej komunikácie.
S cieľom zaistenia dlhodobej stability násypového telesa sa v rámci návrhu inžinierskych opatrení pristúpilo k výberu vhodnej opornej konštrukcie. V rámci projektových prác sa zvažovali nasledujúce varianty opornej konštrukcie:
- Ťažný/uhlový železobetónový oporný múr – konštrukcia s vysokou stabilitou so značnými nárokmi na založenie a realizáciu. Charakterizuje ju mokrý proces, nutný čas zrenia betónu a časovo pomerne náročné vyväzovanie výstuže.
- Gabionový oporný múr – flexibilná konštrukcia s priaznivou štruktúrou pre drenážnu funkciu trvalého zaistenia svahu. V daných podmienkach ide o technicky vhodné riešenie. Je nutný dovoz a nákup väčšieho množstva kameňa vhodného do gabionu a treba počítať s technologickou prácnosťou a časovou náročnosťou pri skladaní kameňa.
- Pilótová stena – konštrukcia vhodná do zložitých geotechnických podmienok, má však vysoké realizačné náklady. Je to funkčný, no v daných časových sledoch stavby technologicky a ekonomicky neprijateľný variant.
- Konštrukcia z vystuženej zeminy – efektívne riešenie kombinujúce výhody zemných a ťažných konštrukcií s možnosťou prispôsobenia sa geometrii terénu.
Na základe hodnotovej analýzy, ktorá zahŕňala predovšetkým rýchlosť a technologické kroky výstavby, estetiku a ekonomiku stavby, bola ako najvhodnejšia a v daných zložitých podmienkach optimálna zvolená konštrukcia z vystuženej zeminy. Táto konštrukcia je tvorená sypaninou z vhodného materiálu (zrnitý, dobre zhutniteľný materiál), ktorý je horizontálne vystužený polymérnymi výstužnými prvkami zaisťujúcimi stabilitu konštrukcie ako celku.
Líce konštrukcie bolo navrhnuté tak, aby sledovalo prirodzené smerové a výškové pomery v danej lokalite – išlo teda o konštrukciu so sklonom 60°, budovanú v troch samostatných etážach. Stabilizáciu a ochranu lícnej roviny zaisťovali oceľové zvárané koše vyplnené kamenivom, ktoré zabezpečujú nielen estetickú funkciu, ale aj ochranu proti erózii a degradácii líca.
Realizovaná konštrukcia mala tieto základné technické parametre:
- maximálna výška opornej konštrukcie: 5,0 m,
- dĺžka výstužných prvkov: maximálne 6,0 m,
- typ výstuže: geosyntetické výstuže typu PET s návrhovým odporom minimálne 31 kN/m,
- zásypový materiál: sypanina špecifikovaná ako Typ 2 podľa ČSN/STN EN 14475, hutnená na predpísanú mieru zhutnenia ID = 0,85.
Navrhnuté riešenie predstavuje technicky efektívnu, ekonomicky prijateľnú a vizuálne prispôsobivú metódu zaistenia svahu, ktorá vyhovuje miestnym geotechnickým podmienkam. Konštrukcia z vystuženej zeminy umožňuje bezpečnú prevádzku komunikácie a zároveň minimalizuje zásahy do krajiny a okolitého prostredia.
Geologická skladba lokality
Na lokalite bol v novembri 2023 vykonaný geotechnický prieskum, ktorý sa zameriaval na overenie geologickej stavby a určenie geotechnických vlastností zemín v priestore násypu a pod ním. V rámci prieskumu sa realizovali dve prieskumné sondy, jedna bola dynamicky zarážaná sonda a druhá ťažká dynamická penetrácia.
Ďalej sa odobrali vzorky, na ktorých bola stanovená šmyková pevnosť a stlačiteľnosť. Prieskum predpokladal približne 4,5 m hrubú vrstvu navážok, prevažne charakteru piesku štrkovitého (S2 SP) až štrku piesčitého (G2 GP), pod ktorou sa nachádzajú deluvio-eluviálne sedimenty – zmes prachu, ílu a piesku (F3 MS alebo S1 SW). Skalné podložie bolo zastihnuté v hĺbke 8,0 m pod terénom (obr. 3).
Na základe geologického prieskumu a prehliadky lokality bolo zrejmé, že ide o zosuv lokalizovaný na rozhraní vrstiev navážok. Násyp bol zároveň vybudovaný z nevhodných zemín obsahujúcich popolček, ale aj stavebnú suť a odpadový materiál ako plechovky, sklenené fľašky, textilný materiál a iné. Bolo navrhnuté odťaženie nevhodnej zeminy a jej nahradenie vhodnou sypaninou.
V rámci následných zemných prác (obr. 4) však bolo na stavenisku zastihnuté iné geologické prostredie ako v predloženom geotechnickom prieskume a projekte investora a zistili sa aj lokálne prítoky podzemnej vody. Vzhľadom na tieto skutočnosti a z hľadiska bezpečnosti práce, vykonávania zemných prác a používanej techniky boli zemné práce zastavené a investor objednal doplnkové geologické posúdenie lokality.
V auguste 2024 bolo vykonané doplnkové geologické posúdenie staveniska Rohliny III/2832. Prieskumné práce pozostávali zo štyroch kopaných sond a šiestich dynamických penetračných sond. Penetračnými sondami bol presne stanovený priebeh a povrch pieskovcov (F4 CS až S5 S6).
Vstupné údaje pre návrh – geotechnický model
Kritický profil
Bol stanovený tak, aby čo najpresnejšie vystihoval úsek s najnepriaznivejšími podmienkami z hľadiska globálnej stability aj deformačného správania konštrukcie. Profil zohľadňuje výskyt svahových deformácií (aktívnych aj reliktných), zvýšenú nasýtenosť zemín v dôsledku nepriaznivých hydrogeologických podmienok, ako aj prítomnosť zemín s nízkou únosnosťou, so zvýšenou stlačiteľnosťou alebo s nedostatočnou šmykovou pevnosťou v násypovom telese.
Geologický profil
Vychádzal z kolmého premietnutia dát inžinierskogeologického prieskumu (sond) do osi kritického profilu. Rozhranie geologických vrstiev medzi jednotlivými sondami bolo interpolované lineárne mimo body sond, pričom priebeh vrstiev kopíroval morfológiu terénu.
Charakteristika násypového materiálu v kontakte s geosyntetickými výstužami
Počítalo sa so štruktúrou a s vlastnosťami násypového telesa v rámci vystuženého bloku.
Typ použitej geosyntetickej výstuže
Špecifikovali sa druh výstužných prvkov a ich mechanické parametre.
Súbor zaťažení
Zahŕňa všetky pôsobiace zaťaženia, ktoré ovplyvňujú stabilitu a návrh konštrukcie (vlastná tiaž konštrukcie, dopravné zaťaženie, prípadné mimoriadne zaťaženie a pod.).
Návrh a posúdenie geotechnickej konštrukcie
Vzhľadom na to, že pôvodné násypové teleso bolo tvorené nevhodným materiálom a zároveň dochádzalo na viacerých miestach k svahovým pohybom, bolo nutné odťažiť prakticky celý jestvujúci násyp a takisto odstrániť pôvodný priepust vrátane vtokového objektu.
Výkop pre navrhnutú konštrukciu sa realizoval postupne po etážach so šírkou maximálne 6,0 m. Základová škára pod vystuženou konštrukciou je totožná s hornou hranou drenážnej vrstvy. Za konštrukciou, ako aj pod ňou, je realizovaná drenážna vrstva zo zeminy s otvorenou frakciou veľkosti 32/63 mm. Hrúbka tejto vrstvy je minimálne 300 mm za vystuženým blokom a 1 300 mm pod vystuženým blokom. Drenážna vrstva je na hornom aj spodnom povrchu obalená separačne filtračnou geotextíliou, ktorá spĺňa požiadavky predpisu Ministerstva dopravy ČR TP 97 pre geotextílie typu S1 s významnou filtráciou.
V prvej fáze bola stavba realizovaná v mieste jestvujúceho priepustku (obr. 5), následne prebiehala v smere staničenia ku križovatke komunikácií. Po výstavbe nového priepustku sa vybudovalo aj nové násypové teleso, ktoré bolo navrhnuté ako oporná konštrukcia z vystuženej zeminy so sklonom líca 60°. Návrh sa riadil zásadami pre vystužené zemné konštrukcie podľa predpisu Ministerstva dopravy ČR TP 97, ako aj normy ČSN EN 1997-1.
V posudzovanom geotechnickom modeli sa počítalo s premenným zaťažením v súlade s predpisom Ministerstva dopravy ČR TP 97, kapitoly 7, v charakteristickej hodnote 20 kPa. Vzhľadom na to, že ide o vystuženú zemnú konštrukciu s výškou nad 5,0 m, realizovanú v zložitých základových pomeroch, je zaradená do tretej geotechnickej kategórie.
Konštrukčné riešenie
V rámci geotechnického posúdenia bola navrhnutá oporná konštrukcia z vystuženej zeminy so sklonom líca 60° v troch výškových etážach (obr. 6. , ktorá pozostáva z týchto konštrukčných prvkov:
- geosyntetická výstuž, geomreža v zmysle ČSN/STN EN ISO 10318-1,
- poddajné lícové opevnenie, oceľová sieť v zmysle ČSN/STN EN 14475, vrátane dištančných a spojovacích prvkov,
- hrubozrnná sypanina Typu 2 alebo kvalitnejšia podľa ČSN/STN EN 14475.
Navrhnutý bol jeden druh výstužných geomreží v zmysle výrobnej suroviny, technológie výroby, ako aj pevnosti. Geomreže s funkciou vystužovania sú vyrobené z primárnej suroviny PET technológiou výroby tkania s výpočtovým odporom v ťahu so zohľadnením redukčných faktorov a čiastkových súčiniteľov minimálne 31 kN/m v súlade s predpisom ministerstva dopravy ČR TP 97:2021. Kotevná dĺžka geomreží je 8 m od líca konštrukcie, ich výškové rozostupy sú 600 mm.
Lícové opevnenie bolo navrhnuté z oceľových zváraných sietí s kovovým neželezným povlakom Zn95Al5 s priemerom drôtu 4 mm a osnovou drôtu 100 × 100 mm, resp. 50 × 100 mm na lícovej strane konštrukcie. Všetky spojovacie a dištančné prvky majú rovnako priemer 4 mm s povrchovou úpravou kovovým neželezným povlakom Zn95Al5. Pevnosť v ťahu oceľovej zváranej siete je minimálne 40 kN/m.
Za lícovými oceľovými sieťami bolo inštalované kamenivo v hrúbke 0,5 m. Veľkosť kameniva je 1,5- až 2-násobok veľkosti oka zváranej siete, objemová hmotnosť minimálne 2 300 kg/m3.
Vzhľadom na kontakt s geosyntetickou výstužou bola použitá hrubozrnná sypanina, Typ 2 podľa ČSN EN 14475, hutnená na predpísanú mieru (minimálne ID = 0,85), s technologickým krokom maximálne 300 mm, čo je polovica modulárnej výšky lícového opevnenia. Efektívny uhol vnútorného trenia sypaniny je minimálne 32° a maximálna veľkosť zrna 63 mm.
Konštrukcia z vystuženej zeminy je založená na štrkovej vrstve, ktorá slúži ako drenážna vrstva pre vodu, potenciálne vnikajúcu do telesa komunikácie. Táto vrstva slúžila pri výstavbe aj ako podkladová vrstva na pohyb stavebných strojov.
Návrhová životnosť vystuženej zemnej konštrukcie bola podľa trvanlivosti čiastkových geosyntetík stanovená minimálne na 50 rokov v prírodných zeminách s hodnotou 4 ≤ pH ≤ 9 a pri teplotách zeminy ≤ 25 °C.
Záver
Pri návrhu konštrukcií z vystuženej zeminy je nevyhnutné dodržovať súbor konštrukčných a geotechnických zásad, ktoré zahŕňajú predovšetkým:
- aplikáciu princípov medzných stavov podľa ČSN EN 1997-1 (Eurokód 7: Navrhovanie geotechnických konštrukcií – Časť 1:Všeobecné pravidlá) vrátane odporúčaných metód posúdenia stability a interakcie konštrukcie so zeminovým prostredím,
- využitie pokynov súvisiacich českých technických noriem a predpisov, predovšetkým predpisu TP 97 z roku 2021, respektíve TKP 30 z roku 2020, prípadne zahraničných odporúčaní, ako sú FHWA-NHI-00-043 (Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Design & Construction Guidelines) či BS 8006-1:2010 (Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills).
Nevyhnutnou podmienkou kvalitného a bezpečného návrhu je dostatočná skúsenosť s obdobnými typmi konštrukcií, ideálne podložená skúsenosťami z realizácií a prevádzkového monitoringu, čo umožňuje spätnú validáciu návrhových predpokladov a zaistenie spoľahlivého správania konštrukcie počas celej projektovanej životnosti.
Text: Ján Lajčák, Martin Kašpar, GEOMAT, s. r. o.
Foto: GEOMAT, s. r. o.
