Zakladanie halových objektov

Podklady k návrhu

Rozľahlé halové objekty sa obvykle situujú v údolných nivách, kde vrchné vrstvy podložia tvoria kvartérne zeminy. Pôvodne nerovný povrch terénu bol v minulosti veľakrát zarovnávaný a prípadné erózne ryhy, vyťažené materiálové jamy alebo terénne depresie v blízkosti miest boli desaťročia vyplnené inertným odpadovým mate­riálom, resp. tuhým komunálnym odpadom. Pokiaľ sa do reliéfu predtým nezasahovalo, pri realizovaní halových objektov je mnoho razy potrebné v jednej časti pôdorysu terén upraviť odkopom a v druhej časti zhotoviť násyp. Premenlivá hrúbka pokryvných vrstiev, nerovnorodé pevnostné aj deformačné charakteristiky zemín a kolísanie hladiny podzemnej vody vytvárajú také podmienky pre zakladanie, ktoré pri použití zaužívanej technológie vedú k predimenzovaniu alebo k poddimenzovaniu základov v tej časti pôdorysu, v ktorej sa vyskytli geologické anomálie.

To znamená, že aj kvalitný inžinierskogeologický prieskum ponecháva  projektantovi viacero otvorených otázok, ktoré treba riešiť. Vhodným spôsobom, ktorý minimalizuje riziká nesprávneho návrhu, je včasná komunikácia medzi projektantom a geológom, pričom dôležitú úlohu tu zohráva aj investor.

V prevažnej miere sa budujú nové halové objekty. V niektorých prípadoch sa však pristupuje k rekonštrukcii starších hál, ktoré sa obvykle dopĺňajú prístavbou, a novým spôsobom využitia získaných priestorov. Treba zdôrazniť, že takého riešenia sú podstatne náročnejšie už aj z toho dôvodu, že chýba dokumentácia existujúcej haly a celá projektová príprava si vyžaduje náročnú rekognoskáciu, ktorá sa v prípade zakladania nie vždy opiera o presné informácie.

Zakladanie nosných konštrukcií

Základným konštrukčným prvkom hál sú železobetónové alebo oceľové stĺpy. V podmienkach únosných a málo stlačiteľných zemín, akými sú stredne uľahnuté až uľahnuté štrkovité a piesočnaté zeminy, sa pod stĺpy navrhujú základové pätky (obr. 1 a 2), väčšinou štvorcového pôdorysného tvaru. So stĺpom sa spájajú buď jednoduchým vložením do kalicha, napojením na vyčnievajúcu výstuž, privarením na príložky alebo priskrutkovaním k zapusteným tŕňom.

Pri statickom návrhu základových konštrukcií sa odporúča:

• medzný stav únosnosti posúdiť aj z hľadiska účinkov vodorovných síl a momentov, vstupujúcich do základovej pätky,
• pri hodnotení medzného stavu používateľnosti preukázať splnenie podmienky nerovnomerného sadania susedných pätiek, tvoriacich súčasť analyzovaného rámu.

V prípade, že sa pod základovou škárou nachádza stlačiteľná vrstva, treba podložie správne upraviť. Jednou z možností je prehĺbenie výkopu až po únosnú polohu (obvykle ju tvoria uľahnuté štrkovité zeminy) a nevhodnú vrstvu nahradiť štrkovým vankúšom. Toto tradičné riešenie však môže byť za určitých okolností aj nevhodné. Pri veľkých objemoch je napríklad neekonomické a v prípade výskytu vyššej hladiny podzemnej vody je ukladanie a zhutňovanie vankúša technologicky nerealizovateľné. V snahe pridŕžať sa tradičných postupov je pri hĺbke vody do 1 m vhodné nahradiť štrkový vankúš vrstvou betónu nízkej pevnosti (technológiou betónovania pod vodou).

Obr. 2 Ukotvenie oceľových stĺpov do základových pätiek		Obr. 4 Detail zhotovovania štrkových pilierov

Ako príklad možno uviesť objekt (1) so základovou pätkou (2,5 × 2,5 m), ktorá je  zaťažená zvislou silou V = 4 480 kN a ohybovým momentom M = 83 kNm, a jej základová škára je v hĺbke 1,95 m. Po úprave 1 m vrstvy kyprých štrkov pod základovou škárou sa výpočtom preukázalo predpokladané sadanie v intervale 15 až 27 mm (väčšie sadanie sa viazalo na nižšiu hodnotu modulu pretvorenia zemín podložia). Správnosť riešenia potvrdzuje úspešná realizácia a bezporuchová prevádzka objektu.

Modernou metódou je napríklad aj zlepšenie (zhutnenie) stlačiteľnej vrstvy na začiatku prác. Nakoľko sa halové objekty stavajú ďalej od existujúcej zástavby, možno pri tomto riešení použiť ťažkú mechanizáciu. Nadmerné sadanie sa môže vyskytovať už v zeminách s viac ako desaťpercentným podielom jemnozrnných častíc. Metódy zlepšovania zemín sa v tomto prípade orientujú na zhutnenie alebo vystužovanie nevhodných vrstiev. Z technológií zhutňovania sa aj v našich podmienkach rozšírilo zhotovovanie štrkových pilierov (príp. štrkových pilierov prelievaných betónom) metódou hĺbkového vibračného zhutňovania. V niektorých prípadoch sa darí uplatniť aj dynamickú konsolidáciu (3). Schémy základných pracovných operácií a detail zhotovovania štrkových pilierov sú uvedené na obr. 3 a 4.

Geologické podmienky a konkrétne zaťaženia si často vyžadujú zakladať zvislé nosné konštrukcie na pilótach. Okrem obvyklých vŕtaných pilót sa môžu zhotoviť pilóty roztláčajúce zeminu do strán (obr. 5) alebo s rozšírením drieku v žiadanej hĺbke (obr. 6).

Zaujímavým riešením sú aj baranené pilóty. V našich podmienkach používajú najmä ihlanové baranené pilóty (obr. 7). Vyrábajú sa podľa potreby v dĺžkach do 6 m. Práca s nimi je rýchla, jednoduchá a roztláčaná zemina do strán pri zahlbovaní významnou mierou zvyšuje únosnosť pilótového základu. Pod nosný stĺp sa podľa veľkosti zaťaženia umiestňujú samostatne alebo v skupine. Na hlavy pilót sa ukladá základová pätka.

Obr. 5 Vŕtaná pilóta s roztláčaním  zeminy do strán		Obr. 6 Nástroj na rozšírenie drieku pilóty

Návrh podláh

Umiestňovanie hál na pozemky so zložitými základovými pomermi a zároveň požiadavka investorov na prenesenie čo najväčších zaťažení na podlahy viedla k zavedeniu nových spôsobov zakladania.

Jedným z riešení je napríklad vystu­žovanie podkladových vrstiev geosynteti­kou. Tieto vrstvy sú často podopierané vertikálnymi prvkami (štrkovými piliermi alebo pilótami). Základný rozdiel medzi nevy­stuženou a vystuženou roznášacou vrstvou je v potrebnej hrúbke. Nevystužená podkladová vrstva má na neúnosné podložie rovnaký účinok ako vystužená vrstva s tuhou georohožou, ktorej hrúbka je o 42 % menšia. To vedie k zásadnej úspore ukladaných štrkovitých zemín. Navrhovanie týchto konštrukcií je však stále vo vývoji. Svetoví výrobcovia geosyntetiky zaviedli výpočtové postupy, ktoré zohľadňujú okrem odlišného mecha­nizmu spolupôsobenia výstuže so zeminou aj ­osobitosti geosyntetiky.

Známy je napríklad membránový princíp alebo vytvo­renie klenbového účinku vo vystužovanej vrstve. Medzi sebou sa tieto dve riešenia navzájom odlišujú mechanizmom prenášania zaťaženia z podlahy do podložia. Dôležitou zložkou návrhu (platí pre membránový aj klenbový princíp) je aj voľba druhu vertikálnych podporných prvkov (napr. pilót) vzhľadom na ich tuhosť a najmä spôsob pôdorysného rozmiestnenia (štvorcový alebo trojuholníkový raster). Vhodnejšia je konštrukcia s trojuholníkovým rozmiestením pilót, ktorej návrhové rozpätie geomreže je kratšie o 21 % a geomreže sú namáhané menšími ťahovými silami. Z toho vyplýva, že použitie membránového alebo klenbového princípu sa viaže na typ geomreže, čo treba zohľadniť pri uplatnení zvoleného výpočtového modelu.

Membránový princíp je vhodný najmä pri vystužovaní podložia násypov. Pri návrhu podkladových vrstiev podláh a komunikácií treba splniť predovšetkým prísne kritériá zabraňujúce deformáciám – podmienky medzného stavu používateľnosti, ktorým lepšie vyhovujú tuhé geomereže vytvárajúce klenbový efekt.
V prípade použitia geomreže vhodnej na vystuženie podložia násypu do podkladových vrstiev podláh treba rátať s vyšším počtom výstuží, resp. s výstužami vyššej pevnosti alebo zväčšením hrúbky vystužovanej vrstvy. Pri návrhu si treba dať pozor na správne použitie jednoosových alebo dvojosových geomreží.

Záver

Príspevok poukazuje na najčastejšie problémy, ktoré treba prekonávať pri zakladaní halových objektov. Každá úloha si totiž vyžaduje osobitný prístup s komplexným zvážením požiadaviek a možností, neobchádzajúc ani ekonomickú stránku projektu.

prof. Ing. Peter Turček, PhD.
Foto: autor

Príspevok je jedným z výstupov grantovej úlohy agentúry VEGA č. 1/3320/06 pod názvom „Interakcia vybratých geotechnických konštrukcií s horninovým prostredím“.

Literatúra:
(1)    Turček, P.: Založenie predajného centra Baumaxmarkt v Bratislave na Bajkalskej ulici. (Expertíza). T-G, Senec, 2001.
(2)    Turček, P.: Veľmi zaťažené podlahy na málo únosnom podloží. In: Optimalizácia geotechnických konštrukcií, Bratislava, STU Bratislava, 2001, s. 205 – 208
(3)    Turček, P. – Hulla, J.: Zakladanie stavieb. Bratislava, JAGA, 2004, 360 s.