Riešenie komunikácie v mäkkom podloží

Plošné založenie násypu pomocou geobunkovej štruktúry je čoraz častejšie riešenie pri realizácii násypov na veľmi neúnosnom a nehomogénnom podloží s vysokou hladinou podzemnej vody. Trasa novo budovanej komunikácie často prechádza cez miesta bývalých rybníkov, skládok odpadov alebo priemyselných areálov, kde sa predpokladá značne nerovnomerné sadanie konštrukcie. Hlavnou riešenou problematikou je tak v tomto prípade zabezpečenie rovnomerného priebehu najmä postkonštrukčného sadania konštrukcie a zároveň umožnenie čo najrýchlejšej výstavby.

Spoľahlivým, ale často veľmi nákladným alebo dokonca nerealizovateľným riešením je nahradenie nekvalitnej zeminy vhodným materiálom, prípadne aplikácia prvkov špeciálneho zakladania. K bežným technológiám patria pilóty, či už vŕtané alebo razené, k moderným technológiám patria štrkové pilóty, hĺbkové zlepšenie vápnom alebo cementom a iné.

Alternatívou k týmto technológiám je výstavba násypu na systéme geobunkovej štruktúry (geobunkový matrac). Geobunková štruktúra vytvára pod násypom tuhú základovú plošinu (zvyčajne vysokú 1 m), ktorá zmierňuje účinky nerovnomerného sadania, obmedzuje horizontálne deformácie v podloží, zvyšuje únosnosť základovej pôdy na dosiahnutie väčšej stability a umožňuje rýchlejšiu výstavbu.

Vždy, keď sa stavba realizuje na mäkkom alebo nestabilnom podklade, existuje možnosť sadania: to môže zahŕňať geologické vplyvy spôsobené poklesom, ako aj vplyvy spôsobené človekom, ako sú napríklad poddolované územia. Na druhej strane, keď sa nadložie na pôvodnom podloží do značnej miery zvýši, vzniká problém rozdielneho sadania alebo kolapsu. V banských dielach nahromadené materiály alebo haldy spôsobujú veľké priťaženia.

Nerovnomerné sadanie môže byť zmiernené konštrukciou geodosky na rozloženie zaťaženia na zem. Za extrémnych okolností môže byť táto platforma podopretá aj na pilótach, napríklad v rámci násypovej infraštruktúry. Výkon tejto platformy možno zvýšiť použitím vysokopevnostných geosyntetických geomrieží, ktoré absorbujú, šíria, premosťujú alebo rozptyľujú vertikálne zaťaženie smerom nadol do podložia alebo pilót. Hoci sa riešenia zdajú byť priamočiare, v tomto je krása dobrého technického riešenia; návrh takýchto zásahov si vyžaduje skúsenosti a hlboké pochopenie vlastností geosyntetík.

Netkaná geotextília ako súčasť riešenia

Pre zabezpečenie stability konštrukcie je medzi jednotlivé konštrukčné vrstvy vložená netkaná geotextília, ktorá zabraňuje migrácii, miešaniu materiálov i zatláčaniu štrkodrvy, resp. štrkopieskov do podložia. Rovnako tak je netkaná geotextília ideálnym riešením pre zabezpečenie separácie konštrukčných vrstiev za súčasného umožnenia voľného prúdenia vody. Netkaná geotextília je odolná voči chemickým látkam, plesniam a baktériám.

Netkaná geotextília pod štrk musí byť dostatočne odolná voči prerazeniu, aby vydržala napätie a nárazy počas zasýpania i pri samotnom užívaní. Na náš trh dodávame netkanú geotextíliu PP alebo netkanú geotextíliu PES vyrábanú technológiou vpichovania a následnou obojstrannou tepelnou úpravou. Uvedený spôsob výroby zabezpečuje, že netkaná geotextília dosahuje vysoké pevnosti už pri nízkej plošnej hmotnosti a predstavuje ideálne riešenie pre zabezpečenie separácie EPS polystyrénu a PVC izolačnej fólie.

Polypropylénové geotextílie sú vhodné ako deliace vrstvy pod nosnými násypmi na mäkkom podloží, ako filtračná vrstva v drenážnych zariadeniach. K hlavných výhodám patrí nízka plošná hmotnosť, minimálna nasiakavosť vody a nenavíjanie sa na vrtáky pri kotvení v konštrukcii strešného plášťa.

Funkcie netkanej geotextílie

Netkaná geotextília v konštrukcii strešného plášťa slúži jednak ako ochrana hydroizolačnej fólie tak aj ako separačná vrstva medzi tepelnú izoláciu z EPS polystyrénu a PVC izolačnou fóliou pri aplikácii mechanicky kotvených systémov. Zároveň sa netkaná geotextília používa ako separačná vrstva medzi štrkový zásyp a tepelnoizolačnými doskami z XPS v plochých strechách.

Výber vhodného riešenia

Z pohľadu projektanta je jediným plne spoľahlivým riešením, ktoré zabezpečí v takto extrémnych podmienkach absolútne bezchybnú konštrukciu, výmena nekvalitných zemín za vhodný zásypový materiál. Táto úprava je však veľmi náročná predovšetkým na rýchlosť výstavby, celkové zemné práce, odvedenie podzemných vôd a zabezpečenie stavebnej jamy (mocnosť neúnosných zemín dosahovala až 6 m). Preto bola pre investora táto varianta ekonomicky neprijateľná a nereálna.

Z technického pohľadu je ďalej možné v návrhu uvažovať s najrôznejšími konvenčnými technológiami špeciálneho zakladania stavieb, ktoré sú z najrôznejších príčin nevhodné prípadne podmienečne vhodné a / alebo ťažko nasaditeľné či finančne značne nákladné.

Alternatívnym riešením je potom (po odťažení pripovrchových vrstiev rybničných sedimentov) vystavať na báze násypu sanačné kvázihomogénnu zeminovú dosku s využitím stabilizačných geosyntetík. V závislosti na kvalite podložia, absolútnej veľkosti celkového sadania a celkových finančných nákladoch je možné túto riešiť troma technológiami:

• roznášací vankúš zo štrkovitej zeminy vystužený vrstvami stabilizačných geomreží, ktoré zrovnoměrňujú sadanie, ale viacmenej neredukujú jeho absolútnu veľkosť
• trojrozmerná geobunková štruktúra, ktorá zrovnoměrňuje sadanie a redukuje maximálnu hodnotu deformácie približne na polovicu voči riešeniu klasickým spôsobom
• roznášacia platforma (Load Transfer Platform - LTP), ktorá kombinuje vystužený roznášací vankúš a hlbinné základy (pilóty), tzv. obmedzuje sadanie na minimálne (nulové) hodnoty

Vzhľadom k typu konštrukcie (násypové teleso) a vzhľadom zlým základovým podmienkam bola zvolená technológia založenia konštrukcie s využitím geobunkovej štruktúry, ktorá sa používa v prípadoch s výrazne neúnosným podložím.

V podstate sa jedná o trojrozmerný základový prvok tvorený výstužnými a stabilizačnými geosyntetikami, ktorý je charakteristický svojou vysokou priestorovou tuhosťou. Z hľadiska priestorového rozmiestnenia geomreží v matraci potom rozoznávame dve skladby tejto konštrukcie "Chevron (šípka)" a "Diamond (diamant)", kedy druhá skladba je tuhší variant riešenia geobunkovej štruktúry.

Takto vytvorená trojrozmerná kvázihomogénna základová štruktúra potom v konštrukcii zaisťuje to, že sa v násype neprejavujú rozdielne vlastnosti podložia, pretože štruktúra nedovoľuje, resp. prakticky odstraňuje nerovnomerné sadanie a vodorovné posuny v podloží.

Sekundárnymi prínosy geobunkovej štruktúry sú:

• vytvorenie pracovnej plošiny umožňujúce samotné sprístupnenie staveniska
• vytvorenie plošnej drenáže prerušujúcej kapilárnu vzlínavosť a oddeľujúcej zeminu násypu od účinkov spodnej vody
• zvýšenie stability konštrukcie násypu, pretože dochádza k napriameniu potenciálnych šmykových plôch prechádzajúcich geobunkovou štruktúrou

Návrh riešenia

Na základe vrstevnicového plánu boli určené miesta s nedostatočne únosným podložím a stanovený rozsah použitia geobunkovej štruktúry. Vzhľadom na požiadavku minimalizácie zásahu do existujúceho násypu bola geobunková štruktúra navrhnutá separátne po oboch stranách násypu v dvoch samostatných konštrukciách.

V priečnom smere potom bola táto modifikovaná varianta umiestnená v dvoch výškových úrovniach a v dvoch rôznych šírkach 10 m resp. 12 m. Na zabezpečenie celkovej tuhosti násypu a vzájomnej interakcie jednotlivých štruktúr bola navrhovaná konštrukcia doplnená dvoma vrstvami priečneho stuženie.

Prvý stužením bolo vzájomné prepojenie samostatných konštrukcií geobunkovej štruktúry pomocou tuhých jednoosových monolitických geomreží, ktoré boli zaviazané na dĺžku min. 10 m do základovej škáry geobunkovej štruktúry. Tieto prepojovacie stužujúce prvky boli umiestňované symetricky po oboch stranách násypu v rozstupoch po 20 m a boli následne spojené v úrovni koruny geobunkovej štruktúry.

Prepojenie oboch štruktúr pravej a ľavej strany násypu potom bolo vykonané aj v najnižšom mieste násypu, kde bolo vykonané prekopanie násypu na šírku 10 m pre vytvorenie prepojovacieho drenážneho rebra. V tejto oblasti bola geobunková štruktúra uzavretá do tvaru písmena "H". V ďalšej fáze výstavby potom bola celá konštrukcia plošne spevnená druhou vrstvou stužujúcich geomreží, ktoré boli uvažované približne v polovici celkovej výšky násypu (v úrovni koruny existujúceho násypu).

Vyššie popísanými stabilizačnými a výstužnými opatreniami bola, z geotechnického hľadiska, zaistená homogénnosť oboch častí novo budovaného násypu a tiež, aj zvýšená celková stabilita konštrukcie.

Princíp výpočtu geobunkovej štruktúry

Princíp návrhu geobunkovej štruktúry vychádza z analógie medzi správaním zemín a stláčaním kovov medzi dvoma tuhými doskami. V mäkkom podloží sa vplyvom rastúceho zaťaženia pohybuje pole napätia smerom k stredu štruktúry. Pri prekročení kritickej hodnoty zaťaženia dochádza k vytlačeniu zeminy do strán a k následnému porušeniu konštrukcie. Návrh geobunkovej štruktúry tomuto javu zabraňuje.

Zásada návrhu je súčasť normatívneho prístupu podľa BS 8006: 2010 Code of practice for strengthened / reinforced soils and other fills.

Všeobecne sú celkové dimenzie geobunkovej štruktúry závislé na vlastnostiach zemín v podloží a na type zásypového materiálu. Výška geobunkovej štruktúry je najčastejšie 1 m. Rozstup hlavných nosných stien závisí predovšetkým od uhla vnútorného trenia sypaniny použitej k zásypu geobuniek, kedy sa s rastúcou hodnotou zvyšuje ich rozstup.

V návrhu nášho násypu bolo uvažované so štrkovitou sypaninou frakcie 32/63 mm, ktorá umožnila realizovať hlavné nosné steny v rozstupe po 1 m. Pri posudzovaní dimenzií jednotlivých prvkov geobunkovej štruktúry (stena, základňa a diagonála) sa vychádza z aktuálnej únosnosti zemín v podloží a z určenia maximálneho horizontálneho napätia pôsobiaceho na modulovú radu geobunky.

Konsolidačná analýza

Nevyhnutnou súčasťou návrhu bolo takisto vykonanie konsolidačnej analýzy. Výpočet bol vykonaný metódou konečných prvkov s využitím programu PLAXIS, kedy bolo vypočítané, že celkové sadanie násypu bude v rozmedzí hodnôt 12-16 cm s tým, že predpokladaná deformácia po výstavbe zodpovedá cca 70% z celkového sadanie telesa (cca 10 cm).

Realizácia geobunkovej štruktúry

Výstavba geobunkovej štruktúry bola vykonávaná v nasledujúcich krokoch:

1. pokládka netkanej separačnej geotextílie Geomatex NTB
2. pokládka stabilizačnej geomreže
3. postavenie pozdĺžnych stien z jednoosej geomreže, ich uchytenie a napnutie vo zvislej polohe
4. prepletenie priečnych stien z jednoosej geomreže
5. zásyp po častiach zrnitým materiálom frakcie 32/63 mm

Príklady stavieb

Sanácia železničného násypu pri Holubiciach (1997)

Po daždivom období v roku 1997 došlo na úseku násypu železničnej trate Brno-Přerov v blízkosti železničnej stanice Holubice k opakovanému porušeniu násypu, vedúcemu k finálnemu kolapsu konštrukcie. Preto sa pristúpilo k oprave vo forme kompletnej rekonštrukcie postihnutej časti. Výsledným riešením bol sendvičový násyp založený na geobunkovej štruktúre.

Prieskum postihnutej oblasti potvrdil, že pod násypom sa vytvorila mäkká a zvodnelá vrstva, ktorá sa vytláča mimo oblasť násypu. Násyp bol odstránený spolu s najproblematickejšou časťou podložia. S cieľom zvýšiť únosnosť podložia bola vybudovaná geobunková štruktúra z tuhých geomreží, ktorá presahovala pätu násypu tak aby sa dosiahlo na okraj zvodnelej oblasti. Na oddelenie zvodnelej zeminy a kvalitného kameniva v geobunkách sa použila separačná geotextília.

Založenie novo budovaného násypu rekonštruovanej cesty II/405 Příseka - Brtnice (2010)

V rámci rekonštrukcie cesty II/405 prechádzala trasa plánovanej komunikácie miesta bývalých rybníkov a riečnych korýt. V týchto úsekoch sa navrhlo založenie násypu na geobunkovej štruktúre. Pri návrhu rozmerov štruktúry sa vychádzalo zo skúseností zo zahraničných realizácií, kde sa podobné problémy úspešne riešili realizáciou geobunelovej štruktúry.

Takto vytvorená trojrozmerná kvázi homogénna základová štruktúra v konštrukcii zabezpečuje, že sa v násype neprejavujú rozdielne vlastnosti podložia, pretože štruktúra prakticky eliminuje nerovnomerné sadanie a horizontálne posuny v podloží. Z výsledkov meraní na dokončenej konštrukcii vyplýva, že geobunková štruktúra tu umožnila znížiť veľkosť predpokladaných deformácií násypov o 45 % a umožnila rýchlu výstavbu násypu v súlade s plánovaným harmonogramom výstavby.

Založenie novo budovaného násypu obchvatu Nového Veselí (2019)

Navrhovaná komunikácia je súčasťou prestavby cesty II/353 Jihlava-Žďár nad Sázavou, ktorá má slúžiť na zlepšenie napojenia Jihlavy a Žďáru nad Sázavou na diaľnicu D1. Ide o novostavbu dvojpruhovej komunikácie v základnom šírkovom usporiadaní S 9,5/70, ktorá odvedie tranzitnú dopravu mimo zastavané územie dotknutých obcí v rozsahu podľa územnoplánovacej dokumentácie.

V niektorých úsekoch je násyp komunikácie vedený v oblastiach s extrémne nízkou únosnosťou zemín v podloží. Pri návrhu konštrukcie geobunkovej štruktúry v týchto lokalitách sme vychádzali zo skúseností získaných pri výstavbe cesty II/405 Príseka-Brtnice, kde boli podobné podmienky.

Možnosti založenia násypov pomocou geosyntetiky

V závislosti na kvalite podložia a veľkosti predpokladaného vertikálneho, alebo horizontálneho pretvorenia konštrukcie a v závislosti na predpokladanom časovom priebehu sadania možno vo všeobecnosti navrhnúť založenie násypov pomocou geosyntetiky tromi spôsobmi:

tags: #riešenie #komunikácie #v #mäkkom #podloží

Populárne príspevky:

• Kompletný sprievodca pestovaním zeleru
• Zdravý a chutný mrkvový dezert
• Recept na bravčové pliecko na šťave
• Ako zdravo pribrať s proteínmi
• Maďarská spotreba mlieka verzus Európa