Gabionové konštrukcie na R1

V rámci výstavby rýchlostnej cesty R1 v úseku od Nitry po Tekovské Nemce sa okrem iných inžinierskych konštrukcií realizovali aj gabionové konštrukcie, ktoré svojím rozsahom a technickým riešením možno považovať za výnimočné a zriedkavé stavebné diela. V tomto článku sústredíme pozornosť najmä na gabionové obklady na úseku Nitra, západ – Selenec a v menšej miere na gabionové oporné múry na tom istom úseku.

Gabionové obklady

V rámci výstavby rýchlostnej cesty R1 od Nitry po Tekovské Nemce sa gabionové obklady použili na viacerých objektoch ako finálna pohľadová úprava pilótových stien a železobetónových oporných múrov. Samotné obklady nemajú z hľadiska stabilizácie svahov a násypov žiadnu statickú funkciu, tvoria iba architektonický prvok. Architekt a dizajnový poradca pri výstavbe rýchlostnej cesty navrhol rozčlenenie všetkých gabionových konštrukcií na dve časti, a to na spodnú tmavú (použitie tmavšieho andezitového kameňa ako výplne gabionov) a vrchnú svetlú časť (použitie svetlého kremenca), pričom poloha farebného rozhrania medzi týmito časťami vychádza zo zlatého rezu. Najrozsiahlejším gabionovým obkladom budovaným v rámci výstavby PPP projektu rýchlostnej cesty R1 je obklad pilótových stien objektov SO 220 a SO 221 na úseku Nitra, západ – Selenec (obr. 1). Ide o obojstranný hlboký zárez stabilizovaný kotvenými pilótovými stenami. Celková dĺžka objektu je viac ako 600 m. Ako finálna pohľadová úprava pilótových stien bol navrhnutý gabionový obklad so šírkou 0,4 m, ktorý v najvyššom mieste dosahuje výšku až 9 m nad základom. Tieto parametre vytvárajú stavebné a technické dielo jedinečné v celosvetovom meradle.

Samotná gabionová konštrukcia a systém jej kotvenia do nosnej železobetónovej konštrukcie boli navrhnuté s ohľadom na sily a zaťaženie, ktoré pôsobia na konštrukciu gabionového obkladu. Najväčším zaťažením je tiaž samotnej gabionovej konštrukcie, ktorá pri výške 9 m a šírke 0,4 m predstavuje až 72 kN/m (líniové zaťaženie). Túto tiaž musí bezpečne preniesť základový prah, na ktorom je gabionový obklad založený. Vplyvom toho, že takmer celá časť tiaže obkladu je tvorená tiažou výplňového kameňa, ktorý predstavuje nesúdržný materiál s určitým uhlom vnútorného trenia, spôsobuje kamenná výplň okrem zvislej zložky tiaže aj horizontálne sily, ktoré majú tendenciu roztláčať driek gabionovej konštrukcie do strán. Tieto horizontálne sily sa po výške obkladu lineárne zväčšujú smerom k základu, kde je ich hodnota najväčšia. Všetky prvky gabionového obkladu (spojovacie prvky, výstužné prvky, priečky gabionovej konštrukcie) boli navrhnuté a optimalizované na pôsobenie týchto síl. Hoci sa pri bežných gabionových konštrukciách pri návrhu jednotlivých prvkov systému s týmito účinkami v statických výpočtoch zvyčajne nepočíta, pri tejto konštrukcii predstavovalo dostatočné nadimenzovanie týchto prvkov jeden z kľúčových predpokladov fungovania konštrukcie.

Ďalším podstatným prvkom konštrukcie je kotevný systém gabionového obkladu, ktorý musí zabezpečiť stabilitu konštrukcie najmä z hľadiska pôsobenia horizontálnych síl (prevažne sanie a tlak vetra). Pôvodne uvažovaný spôsob kotvenia obkladu (horizontálne uložené oceľové U-profily v každej gabionovej bunke) sa počas fázy prípravy výrobno-technickej dokumentácie (VTD) zmenil na spôsob kotvenia a stabilizácie zvislými oceľovými profilmi IPE , ktoré sú do nosnej pilótovej steny kotvené bodovo cez závitové tyče, vlepované do betónu chemickou kotvou a prechádzajú priebežne cez driek gabionovej konštrukcie po celej jeho výške (obr. 2).

Obr. 2  Kotvenia a stabilizácia zvislými oceľovými profilmi IPE

Tento spôsob kotvenia v porovnaní s pôvodne projektovaným spôsobom cez horizontálne U-profily umožňuje prirodzené sadanie gabionovej konštrukcie a nevyvoláva lokálne nadmerné preťaženie zváraných gabionových panelov v mieste ich styku s kotevnými prvkami, ktoré by ináč mohlo vzniknúť v priebehu dosadania gabionovej konštrukcie. Kotvenie oceľových profilov IPE do betónovej steny je nadimenzované na horizontálne sily pôsobiace na konštrukciu, ktoré sú vyvolávané najmä saním a tlakom vetra. Tiaž samotného gabionového obkladu vyvoláva v navrhnutom kotvení reálne iba menej významné sily (ak je gabionový obklad úplne zvislý, tieto sily sú teoreticky nulové). Na bezpečnej strane sa však pri návrhu kotvenia uvažoval istý vplyv tejto tiaže, ktorý môže nastať vplyvom imperfekcií zvislosti obkladu (tiaž obkladu nakloneného smerom od steny by vyvolávala nepriaznivé ťahové sily v kotvení). V skutočnosti sa však obklad realizoval s istým minimálnym náklonom smerom k stene, čo má pozitívny vplyv na sily v kotevných elementoch. Celá výstavba gabionovej konštrukcie vráta­ne montáže kotevných prvkov trvala približne tri mesiace a bola dokončená tesne pred spustením rýchlostnej cesty do prevádzky. Okrem objektov SO 220 a SO 221 sa v rámci výstavby PPP projektu rýchlostnej cesty R1 realizovalo ďalších päť gabionových obkladov menšieho rozsahu. Za spomenutie stojí aj gabionový obklad železobetónovej steny SO 202-01 v mieste križovatky Lehota na úseku Nitra, západ – Selenec (obr. 3).

Obr. 3  Gabionový obklad železobetónovej steny SO 202-01 v mieste križovatky Lehota na úseku Nitra, západ – Selenec

Pri tomto obklade sa použila kombinácia zváranej gabionovej konštrukcie s pletenou dvojzákrutovou sieťou. Dôvodom tejto nezvyčajnej kombinácie dvoch rôznych gabionových systémov bolo optické zjednotenie pohľadového líca gabionového obkladu so susednými gabionovými múrmi, ktoré boli navrhnuté práve z dvojzákrutového šesťhranného pletiva.

Monitorovanie gabionových obkladov SO220, SO221

Gabionové obklady pilótových stien na objektoch SO220 a SO221 možno považovať za významné konštrukcie z hľadiska ich rozsahu a technického riešenia, preto sa už počas projektovej prípravy a spracovávania VTD uvažovalo o ich sledovaní a monitorovaní počas výstavby, ako aj počas prevádzky na rýchlostnej ceste. Časový priebeh pôsobenia horizontálnych síl vyvolaných tiažou samotnej kamennej výplne gabionového obkladu na priečne deformácie jeho drieku je monitorovaný zabudovanými tenzometrami (obr. 4), ktoré sú umiestnené v gabionových košoch v mieste najväčších očakávaných deformácií, t. j. v mieste tesne nad terénom, kde tiaž výplňového kameňa vyvoláva najväčšie horizontálne sily.

Obr. 4  Tenzometre zabudované na miestach najväčších očakávaných deformácií

Tenzometre boli osadené v úseku, kde dosahuje gabionový obklad svoju maximálnu výšku 9 m. V každom z dvoch objektov sa inštalovali dva tenzometre, čiže spolu sú k dispozícii merania zo štyroch tenzometrov. Nulté meranie sa uskutočnilo po naplnení a uzavretí radu gabionového obkladu, v ktorom boli tenzometre osadené. Ďalšie merania sa potom uskutočnili po dokončení každého ďalšieho vyššieho radu, vysokého 0,5 m, až do plného zaťaženia (naplnenie všetkých 18 radov obkladu). Nasledujúce merania sa potom realizovali v rôznych časových intervaloch počas prevádzky na rýchlostnej ceste (obr. 5).

Obr. 5  Merania počas prevádzky na rýchlostnej ceste R1

Ostáva spomenúť, že presnosť tenzometrického merania je 0,01 mm, pričom sa meria roztlačenie gabionového koša (zmena vzájomnej vzdialenosti prednej a zadnej steny obkladu). Výsledky z monitorovania pomocou tenzometrov v gabionovom obklade sa porovnávajú s výsledkami monitorovania pomocou dynamometrov osadených v kotvení pilótovej časti statického zabezpečenia múru. Predpokladalo sa, že vplyvom postupného priťažovania spodného radu gabionového obkladu (v ktorom bol umiestnený tenzometer) vyššími radmi bude dochádzať k zväčšovaniu horizontálnych síl vyvolaných narastajúcou tiažou samotného výplňového kameniva, a teda k zväčšovaniu priečnej deformácie (priečneho roztlačenia) gabionových košov. Tieto deformácie boli zaznamenané tenzometrami. Po dokončení konštrukcie a jej spustení do prevádzky sa predpokladalo, že gradient priečnej deformácie sa bude s postupom času znižovať, čo v podstate zodpovedá stavu, že v gabionovej konštrukcii po jej začiatočnom dosadnutí už nedochádza k žiadnym ďalším deformáciám a sadaniam, ktoré by signalizovali prebiehajúce nepriaznivé procesy v konštrukcii. Po približne dvoch rokoch od dokončenia a odovzdania diela možno na základe doterajších meraní konštatovať, že sa tieto predpoklady napĺňajú. Časový priebeh deformácií zaznamenaných tenzometrami je znázornený na obr. 6.

Obr. 6  Priebeh priečnej deformácie gabionového obkladu

Z nameraných hodnôt možno konštatovať:

1. Počas výstavby (priťažovania) gabionového obkladu možno jednoznačne sledovať zväč­šovanie priečnej deformácie drieku gabionového obkladu (tzv. vybúlenie), čo je plne v súlade s predpokladmi (rastúca sila = rastúca deformácia). Veľkosť deformácie sa pohybuje rádovo v desatinách milimetra.
2. Po ukončení výstavby gabionového obkladu sa tenzometrické merania prerušili z dôvodu stavebných prác spojených s konštrukciou aktívnej zóny a vrstiev vozovky. Tieto práce sú spojené s vibráciami a dynamickými účinkami na gabionový obklad. Deformácie vyvolané dynamickými účinkami hutniacich mechanizmov boli zaznamenané tenzometrami. V grafe s priebehom deformácií na tenzometroch je preto diskontinuita, ktorá vyjadruje skokovú zmenu deformácie vzniknutú v dôsledku dynamických účinkov vibračných mechanizmov, prípadne deformáciu vzniknutú v dôsledku mechanického namáhania tenzometrov pri prebiehajúcich stavebných prácach.
3. V ďalšom priebehu prevádzky obkladu možno sledovať mierne narastajúcu deformáciu, ktorej veľkosť sa pohybuje rádovo v stotinách milimetra.

Okrem opísaného sledovania deformácií gabionového obkladu sa priebežne vizuálne kontroluje stav kotevných prvkov obkladu (obr. 7). Na obidvoch objektoch sa cez driek gabionového obkladu uložilo päť plastových chráničiek, ktoré umožňujú prístup periskopickej kamery ku kotevným prvkom. Tieto chráničky boli umiestnené na miestach, kde sa ešte pred realizáciou gabionového obkladu zaznamenali najväčšie priesaky a výrony vody zo svahu a kde je teda najväčší predpoklad vzniku korózie na kotevných prvkoch. Všetky kotevné prvky boli chránené dvojstupňovou galvanickou ochranou – žiarové pozinkovanie + antikorózny náter. Počas prvých dvoch rokov od dokončenia diela neboli zaznamenané na kotevných prvkoch žiadne vizuálne prejavy korózie.

Obr. 7  Priebežná vizuálna kontrola stavu kotevných prvkov obkladu

Gabionové oporné múry

Masívne gravitačné gabionové oporné múry sa okrem iných úsekov realizovali najmä v križovatke Lehota na 1. úseku rýchlostnej cesty R1 Nitra, západ – Selenec pri mostnom objekte SO202. Počas vykonávania zemných prác došlo na čiastočne odťaženom svahu k zosuvu. Tento zosuv dal podnet na intenzívnejšie a podrobnejšie sledovanie deformácií oporného gabionového múru a svahu, ktorý je ním stabilizovaný. V samotnom svahu v tesnej blízkosti za rubom gravitačného gabionového múru sú zabudované tri inklinometrické tyče, ktoré zaznamenávajú priebeh deformácií. Na základe doterajších výsledkov možno konštatovať, že v samotnom svahu nedochádza k žiadnym deformáciám, ktoré by signalizovali jeho pohyby. Okrem inklinometrov zabudovaných do svahu sa samostatne monitoruje aj čelo gabionovej konštrukcie s možným výskytom deformácií, ktoré priamo nesúvisia s prípadnými pohybmi svahu. Gabionová konštrukcia nie je tuhá a vždy v nej dochádza k istým deformáciám vplyvom viacerých faktorov (doprava, teplotné a objemové zmeny a podobne). Povolené hranice deformácií sú dané normami a technologickými predpismi. Na presnú identifikáciu príčin deformácií slúži súbežné monitorovanie líca gabionového múru a zemného telesa za rubom tak, aby sa kontrolovala stabilita gabionovej konštrukcie z hľadiska statiky, ale aj vizuálnej stránky. Líce gabionového múru sa monitoruje dvoma nezávislými geodetickými spôsobmi, a to trigonometrickou metódou a pozemnou fotogrametrickou kamerou s vysokým rozlíšením. Na jeseň 2013 sa na čelo gabionovej konštrukcie osadili antikorové pásky, ktoré sú inštalované tak, že pevne kopírujú povrch čela gabionovej konštrukcie (obr. 8).

Obr. 8  Antikorové pásky s geodetickými terčmi na za­znamenávanie pohybov v líci gabionovej konštrukcie

Na tieto pásky sú osadené geodetické terče, ktorými možno presne sledovať a zaznamenávať pohyby v líci gabionovej konštrukcie. Fotogrametrickou metódou v kombinácii s trigonometrickým zameraním sa dajú detailne sledovať deformácie celého čela gabionovej konštrukcie v rastri bodov približne 2 × 2 cm. Tento podrobný monitoring prebieha len niekoľko mesiacov a v súčasnosti ešte nemožno vysloviť jednoznačný záver, či v čele gabionovej konštrukcie dochádza k posunom alebo nie. Doteraz zaznamenané deformácie sa pohybujú rádovo v milimetroch, čo je v tolerancii presnosti metódy merania. Relevantné výsledky budú známe až po vyhodnotení meraní z dlhšieho časového obdobia.

Záver

Cieľom autorov bolo bližšie opísať konštrukciu gabionových obkladov a gravitačných oporných múrov realizovaných v rámci výstavby PPP projektu rýchlostnej cesty R1. Rozsah a parametre vybraných gabionových objektov si vyžadovali detailné technické riešenie ich konštrukčného systému, ako aj dlhodobé monitorovanie ich stavu počas užívania. Na základe doterajších výsledkov monitoringu možno konštatovať, že v daných konštrukciách už prebehli počiatočné deformácie spôsobené dosadnutím výplňového kameniva a postupne v nich nastáva ustálený stav bez ďalších relevantných nadmerných deformácií. Autori veria, že predkladaný článok prispeje k väčšej popularite gabionových konštrukcií a k lepšiemu pochopeniu ich špecifických vlastností, ktoré sú v mnohom odlišné od iných stavebných konštrukcií.

TEXT: Ing. Pavel Šoukal, Dr. Ing. Andrej Tosecký
FOTO: ROCK-Build

Pavel Šoukal je technickým riaditeľom spoločnosti Granvia Construction, s. r. o.
Andrej Tosecký je konateľom spoločnosti
ROCK-Build, s. r. o.

Literatúra
1.    Technicko-kvalitatívne podmienky MDVRR, časť 31 – Zvláštne zemné konštrukcie, 2009.
2.    STN EN 14 475 – vykonávanie špeciálnych geotech­nických prác – vystužené zemné konštrukcie, 2007.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.