Geotechnické konštrukcie na diaľnici D3 v úseku Čadca, Bukov – Svrčinovec

Článok opisuje geotechnické riešenia použité na diaľnici D3 v úseku Čadca, Bukov – Svrčinovec, ktorý bol uvedený do prevádzky na konci roku 2020. Diaľnica je v danom úseku trasovaná v koridore, ktorý prechádza husto zastavanými časťami územia s množstvom inžinierskych sietí a v tesnej blízkosti železničnej trate, čo si vyžiadalo v niektorých častiach tohto úseku rôzne výškové vedenie pre jednotlivé jazdné pásy diaľnice. To sa dosiahlo použitím rôznych typov a kombinácií geotechnických konštrukcií.

Stavba v úseku Čadca, Bukov – Svrčinovec je na našom území súčasťou diaľničného ťahu D3 Hričovské Podhradie – hranica SR/PR. Po dobudovaní všetkých jej úsekov bude zároveň súčasťou medzinárodnej európskej cesty E 75, ktorá spája oblasti severného Poľska (Baltické more) s južnými oblasťami Grécka (Stredozemné a Egejské more). Prechádza v trase Gdansk – Katowice – Čadca – Žilina – Bratislava – Budapešť – Belehrad – Skopje – Atény. Cesta E 75 je zároveň súčasťou transeurópskej magistrály (TEM) v severojužnom smere.

Úsek Čadca, Bukov – Svrčinovec je súčasťou diaľničného ťahu D3, ktorý sa v križovatke Hričovské Podhradie napája na diaľnicu D1, tvoriacu základný diaľničný ťah u nás v smere východ – západ. Opisovaný úsek D3 dopĺňa diaľničnú sieť v smere Žilina – Kysucké Nové Mesto – Čadca – Skalité, čím vytvára s úsekom D1 od Bratislavy jednu zo severojužných dopravných osí Slovenska (obr. 1).

V súbehu s plánovanou diaľnicou D3 doprava viedla a aj v súčasnosti vedie po existujúcich cestách I/11 a I/12, ktoré sú využívané aj tranzitnou medzištátnou prepravou. V opisovanom úseku diaľnice D3 prechádzali tieto komunikácie pred jeho uvedením do prevádzky intravilánom mesta Čadca a obce Svrčinovec, čo výrazne znižovalo plynulosť a rýchlosť dopravy, znehodnocovalo životné prostredie nadmerným hlukom a exhalátmi a ohrozovalo bezpečnosť a zdravie obyvateľov týchto sídiel.

Obe komunikácie vyúsťujú na hraničných priechodoch – cesta I/11 na priechode SR/ČR (Svrčinovec/Mosty u Jablunkova) a cesta I/12 na priechode SR/PL (Skalité/Zwardoň). Samotná cesta I/11 bola do sprevádzkovania predmetného úseku diaľnice D3 na tomto mieste preťažovaná najmä tranzitnou nákladnou dopravou a nevyhovovala jej požiadavkám.

Riešením nepriaznivej dopravnej situácie bolo vybudovanie novej súbežnej kapacitnej komunikácie. Diaľnica D3 má v predmetnom úseku význam aj z hľadiska tranzitnej medzištátnej dopravy. Na začiatku úseku je napojenie na existujúcu komunikáciu označovanú v súčasnosti ako cesta I/11A (aktuálne sa končí tunelom Horelica vybudovanom zatiaľ iba s jednou tunelovou rúrou), ktorá sa v budúcnosti, po vybudovaní ďalších diaľničných úsekov, zaradí do diaľnice D3. Diaľničný úsek D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec sa napája na úsek diaľnice Svrčinovec – Skalité – hranica SR/PL, pričom predmetný hraničný priechod umožňuje prejazd nákladnej dopravy v smere do Poľska a späť.

Zásadný význam pre úsek diaľnice D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec malo vybudovanie križovatky Svrčinovec, ktorá je súčasťou úseku D3 Svrčinovec – Skalité. Táto križovatka umožnila sprevádzkovanie riešeného úseku diaľnice D3 a zároveň zabezpečila dopravné spojenie smerom na Českú republiku. Touto mimoúrovňovou križovatkou sa teda vyriešilo prepojenie diaľnice a cesty I/11 vo všetkých dopravných smeroch, čím sa v tomto bode vytvorila možnosť prepojenia troch európskych štátov – Poľska, Česka a Slovenska (na obr. 1 križovatka v hornom krúžku).

Hlavnou, ale nie jedinou budovanou komunikáciou stavby opisovaného úseku diaľnice D3 bola, samozrejme, diaľnica D3, ktorá je vybudovaná v kategórii D 24,5/80. Jej hlavnou funkciou po dobudovaní všetkých úsekov bude (a na vybudovaných úsekoch už je) predovšetkým prevedenie tranzitnej osobnej a nákladnej dopravy v severojužnom smere na trase európskeho dopravného koridoru, odľahčenie súčasnej hlavnej severojužnej dopravnej spojnice na území Slovenska medzi hraničnými priechodmi Trstená – Šahy, odľahčenie hraničného priechodu Trstená od nákladnej dopravy a využitie kapacitného hraničného priechodu Skalité.

Ďalšou významnou vybudovanou komunikáciou v rámci tohto úseku diaľnice D3 bola úprava cesty I/11, ktorá bola vybudovaná vo funkčnej triede B1, v kategórii MZ 14,0/50 a modifikovaná na MZ 11,5/50. Súčasťou stavby bol aj krátky privádzač na začiatku križovatky Podzávoz, ústiaci na navrhovanú miestnu komunikáciu funkčnej triedy B2, kategórie MZ 12/40, spájajúci diaľnicu s cestou I/11 a III/2016.
Celková dĺžka úseku D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec je 5 673 m. Úsek bol otvorený pre verejnosť 21. 12. 2020.

Geotechnické konštrukcie

Vzhľadom na morfológiu terénu si vyššie predstavený diaľničný úsek vyžiadal z geo-
technického hľadiska výstavbu celkovo 29 objektov oporných a zárubných múrov, z ktorých 22 je situovaných priamo v rámci diaľnice D3, 7 múrov bolo potrebné zrealizovať v rámci úprav ostatných cestných komunikácií. Celkový prehľad múrov je zhrnutý v tab. 1.

Okrem vyššie uvedených múrov bolo niekoľko menších múrov včlenených do iných súvisiacich objektov. Mimo oporných a zárubných múrov boli na tomto úseku stavby navrhnuté a realizované aj sanačné opatrenia na zvýšenie stability územia, ktoré boli riešené v samostatných stavebných objektoch SO 061-00 až SO 065-00. V týchto sanačných opatreniach sa riešilo spevnenie svahov klincovaním a odvodnenie pomocou subhorizontálnych odvodňovacích vrtov.

Z názvov objektov je zrejmé, že značná časť múrov je situovaná v súbehu s iným múrom, pričom v jednom priečnom reze môžu byť v súbehu až 4 konštrukcie múrov. Tento fakt vznikol následkom zložitých priestorových pomerov v trase diaľnice v riešenom úseku – jej koridor vedie v intraviláne mesta Čadca v súbehu s miestnymi komunikáciami a so železničnou traťou, pričom samotná trasa diaľnice je v značnom rozsahu situovaná vo svahoch s rôznymi sklonmi, v niektorých miestach s preukázanou nestabilitou.

Aby bola diaľnica navrhnutá čo najefektívnejšie, bolo výškové vedenie jednotlivých jazdných pásov v úseku v súbehu so železničnou stanicou rozdielne. Treba poznamenať, že v dôsledku situovania diaľnice v intraviláne bolo nutné v niektorých jej úsekoch realizovať veľké množstvo preložiek inžinierskych sietí. Pri prevádzaní cez koridor diaľnice bolo najkomplikovanejšie prevedenie vodných stavieb (kanalizácií, vodovodov a miestnych tokov), ktoré pri križovaní diaľnice prekonávajú relatívne veľké výškové rozdiely, čo si takisto vyžadovalo realizáciu dočasných geotechnických konštrukcií pre stavebné jamy týchto objektov.

Celková dĺžka múrov, ktoré boli vybudované v rámci predmetného úseku diaľnice D3, predstavuje cca 6 351,31 m, čo je viac ako dĺžka samotného úseku diaľnice. Aj tento údaj ukazuje určitú časť geotechnickej náročnosti tohto diaľničného úseku. Z uvedenej celkovej dĺžky pripadá 5 756 m na konštrukcie, ktoré sú priamo súčasťou diaľnice D3, resp. jej križovatiek. Zvyšná časť v dĺžke 595 m pripadá na konštrukcie múrov, ktoré prináležia k rekonštrukcii súvisiacich komunikácií, najmä miestnej komunikácie v úseku U Špindli – Bukov a v križovatke Podzávoz.

Technické riešenia geotechnických konštrukcií

V opisovanom úseku diaľnice D3 bolo použité široké spektrum geotechnických konštrukcií a ich kombinácií.

Pilótové steny

V najväčšej miere boli použité pilótové steny, ktoré sú spolu na 2 946 m dĺžky múrov a celkovo na 10 objektoch zárubných a oporných múrov. Pilótové steny tvoria na zárubných múroch spravidla hlavný typ konštrukcie, na oporných múroch sú použité na zabezpečenie globálnej stability daného úseku diaľnice.

Na štyroch múroch sú pilótové steny použité s iným typom konštrukcie. Múr 281-04 na ľavej strane diaľnice D3 využíva pilóty spolu s kotvením horninovými kotvami na zabezpečenie globálnej stability daného úseku diaľnice. Pilótová stena je na tomto múre celá pod úrovňou upraveného terénu, nad terén vystupuje len časť konštrukcie tvorená vystuženou zemnou konštrukciou a uholníkovým železobetónovým múrom v korune.

Vystužená zemná konštrukcia má zvislé líce z tvaroviek MacWall. Uholníkový železobetónový múr v korune bol použitý z dôvodu vedenia kanalizácie diaľnice na strane múru – vystuženú zemnú konštrukciu teda nebolo možné použiť po celej výške až po korunu múru (obr. 3). Na stredovom múre 281-06 je v úseku dlhom cca 270 m obdobná kombinácia konštrukcií s tým rozdielom, že na strane múru nie je vedená kanalizácia diaľnice a jeho koruna je tým pádom ukončená monolitickou železobetónovou rímsou, zakotvenou do telesa diaľnice dvojicou vysokopevnostných geomreží Paralink.

Ďalšou kombinovanou konštrukciou je múr 281-09, kde je pilótová stena kotvená v dvoch úrovniach dominantným a viditeľným prvkom múru (aj keď ukrytým pod obkladom). Korunu obdobne a z rovnakých dôvodov ako na múre 281-04 tvorí monolitický uholníkový múr (obr. 4).

Takmer rovnaký typ konštrukcie ako na múre 284-04 je použitý aj na múre 281-10. Rozdiel oproti múru 281-04 je ten, že koruna múru je ukončená na hrane násypového telesa diaľnice D3 zákrytovými doskami bez dodatočných geotechnických konštrukcií a líce vystuženej zemnej konštrukcie je v sklone 86° (obr. 5).

Spolu sa na troch múroch použila pilótová stena v úseku dlhšom ako 500 m, a to na múre 281-09 v dĺžke 624,5 m, čo je najdlhšia pilótová stena na tomto úseku D3, na múre 281-09 v dĺžke 507,5 m a na múre 281-08 v dĺžke 521 m.
Najväčší výškový rozdiel medzi korunou pilótovej steny a upraveným terénom pred pilótovou stenou je na zárubnom múre 281-08 a má hodnotu 10,3 m.

Vystužené zemné konštrukcie

Z hľadiska dĺžkového rozsahu sú vystužené zemné konštrukcie druhým najpoužívanejším typom geotechnickej konštrukcie na tomto úseku diaľnice D3 – sú použité na dĺžke 1 950,4 m. Z pohľadu lícového opevnenia boli použité tri typy týchto konštrukcií. V najväčšom rozsahu sa použili vystužené zemné konštrukcie s lícom z maloformátových betónových tvaroviek typu MacWall.

Tento typ tvaroviek umožňuje vytvoriť líce vystuženej zemnej konštrukcie zvislé, ale aj sklonené v sklone 86°. Tieto konštrukcie boli použité na 7 múroch, pričom ich celková dĺžka je 1 165 m. Na piatich múroch je sklonené líce konštrukcie, na dvoch (281-04 a 281-06) je zvislé líce. Najvyššia takáto konštrukcia má výšku 10,9 m, a to na múre 281-11-02, ktorý zabezpečuje pravú stranu vysokého násypu pravého jazdného pásu diaľnice. Globálnu stabilitu tohto múru zabezpečuje železobetónový prah založený na mikropilótach a kotvený trvalými lanovými horninovými kotvami (obr. 6).

Najdlhšia takáto konštrukcia je použitá na múre 281-10, a to v dĺžke 305 m.
V o niečo menšom rozsahu sa použili vystužené zemné konštrukcie s lícom z  betónových prefabrikátov stredného rozmeru typu MacRes. Tento typ lícového prvku vytvára zvislý líc vystuženej zemnej konštrukcie a bol použitý na piatich múroch. Najdlhšia takáto konštrukcia je na múre 281-15 v dĺžke 273 m (obr. 8) a najvyššia takáto konštrukcia je použitá na múre 283-10 s maximálnou výškou až 13,15 m.

Posledným typom týchto konštrukcií, ktorý bol zároveň použitý v najmenšom rozsahu, boli vystužené zemné konštrukcie s lícom tvoreným gabionmi, konkrétne systém Terramesh. Tento systém má výstuhu, ktorá vystužuje zemné teleso, zabudovanú priamo v lícovom gabionovom prvku. Výstuhy môžu byť ešte dodatočne doplnené o štandardné geomreže. Tento typ konštrukcie bol použitý na dvoch múroch v celkovej dĺžke 112 m s maximálnou výškou 5 m.

Železobetónové uholníkové múry

V značnom rozsahu boli použité aj železobetónové uholníkové múry – aj keď len na troch oporných múroch, ale zato v celkovej dĺžke 1 042 m. V najväčšom rozsahu bol tento typ konštrukcie využitý na stredovom múre 281-06, na ktorom tvorí koncové časti múru v dĺžke 50 m na začiatku múru a 668 m na konci múru, spolu tak ide o 718 m. Uholníkové múry boli v tomto prípade založené plošne.

Na múroch 281-02 a 281-03 boli uholníkové konštrukcie založené na mikropilótach a zároveň boli kotvené horninovými kotvami (obr. 2). Múr 281-02 je zároveň najvyšším múrom tohto typu na danom úseku diaľnice D3 s maximálnou výškou cca 10 m (merané od základovej škáry po korunu múru).

Kotvené klincované zárezy

Na troch zárubných múroch (281-11-01, 281-12 a 281-13) bola použitá konštrukcia klincovaného zárezu s lícom zo striekaného betónu, doplnená systémom kotevných prahov kotvených trvalými lanovými horninovými kotvami. Pohľadovú úpravu týchto konštrukcií tvoria obklady gabionovými košmi. Dĺžka týchto konštrukcií je 762 m, maximálna výška takto ochráneného zárezu je takmer 14 m (múr 281-13, obr. 7).

Samotné klincované zárezy boli ako dočasná konštrukcia použité vo veľkom rozsahu aj na zabezpečenie výkopov pre realizáciu konštrukcie iných múrov v rámci objektov hrubých terénnych úprav.

Monolitické gravitačné betónové múry

Tento typ konštrukcie bol na danom úseku výstavby diaľnice D3 použitý oproti iným konštrukciám v najmenšom rozsahu, a to celkovo na 447 m dĺžky. Použitý bol v konštrukciách zárubných múrov 283-01, 283-03 (obr. 4), 283-04 a na konci múru 281-08. Spravidla bol tento typ múru kombinovaný s dočasným zabezpečením výkopu pomocou klincovania so striekaným betónom. Vystuženie týchto múrov bolo len konštrukčné, na obmedzenie tvorby zmrašťovacích trhlín, a povrchová úprava bola riešená pohľadovým betónom. Najdlhšiu takúto konštrukciu predstavuje múr 283-04, ktorý má dĺžku 182 m. Výška týchto múrov nepresahuje 6 m.

Zaujímavosti technických riešení

V roku 2019, v čase výstavby úseku diaľnice D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec, vstúpil do platnosti technický predpis TP 010/2019, ktorý predpisuje úroveň zachytenia zvodidiel použitých na pozemných komunikáciách a nahradil predpis TP1/2005, platný v čase začiatku výstavby diaľničného úseku. V zmysle pôvodne platného predpisu bolo na väčšine objektov múrov aj mostov navrhnuté zvodidlo s úrovňou zachytenia H2. Objednávateľ diela si dal spracovať analýzu dosahov na rozostavané časti stavby predmetného úseku diaľnice D3 a na základe toho sa rozhodol požiadať zhotoviteľa o zapracovanie požiadaviek nového predpisu TP 010/2019.

Vzhľadom na rozostavanosť diela v tom čase bola táto úloha v niektorých prípadoch pomerne komplikovaná. V dôsledku trasovania diaľnice cez intravilán mesta Čadca je na mnohých úsekoch umiestnená v korunách múrov a na rímsach mostov protihluková stena. V zmysle platných predpisov však nemôžu do deformačnej zóny zvodidiel zasahovať žiadne konštrukcie, teda ani protihlukové steny. Zapracovanie požiadaviek tohto predpisu znamenalo zmenu úrovne zadržania na väčšine múrov a mostov z triedy H2 na triedu H3, čo malo za následok zväčšenie šírky ríms na mostoch a múroch, aby bolo možné osadiť protihlukové steny v dostatočnej vzdialenosti od zvodidiel.

Najväčšiu komplikáciu spôsobila táto požiadavka na stredovom múre 281-06 na jeho konci. Rozšírenie rímsy uholníkového múru nebolo na časti, kde sa končila protihluková stena, možné, lebo toto rozšírenie kolidovalo so zvodidlom navrhnutým na spodnej strane múru. Z toho dôvodu bola na tomto úseku navrhnutá rímsa vytvarovaná v tvare zvodidla typu New Jersey, ktorá tu tvorí zároveň pohľadovú úpravu múru (obr. 9).

Ďalším málo používaným riešením bola realizácia subhorizontálnych odvodňovacích vrtov s použitím plastových výpažníc. K tomuto riešeniu sa pristúpilo z dôvodu, že štandardne používané oceľové výpažnice majú obmedzenú životnosť a po nejakom čase skorodujú, následkom čoho na nich dochádza k poruchám. Funkčnosť takýchto odvodňovacích vrtov sa môže následne znížiť, prípadne sa vrty stanú nefunkčné, čo môže spôsobiť kolaps inej geotechnickej konštrukcie alebo aktiváciu svahových pohybov.

Vzhľadom na charakter územia, kde sa toto riešenie použilo, bolo cieľom projektanta maximalizovať životnosť týchto konštrukcií. Ako pažnice subhorizontálnych odvodňovacích vrtov sa použili perforované výpažnice DURVINIL RFS s priemerom 140 mm. Na odvodnenie štrkových stienok v objekte 065-00 sa použil špecializovaný drenážny systém z PVC „Rehau drenážne pažnice“ s priemerom min. 140 mm. Použité systémy na paženie subhorizontálnych odvodňovacích vrtov zaručujú vysokú životnosť realizovaných odvodňovacích opatrení a vďaka väčším priemerom týchto výpažníc je zabezpečená aj väčšia odolnosť proti ich zanášaniu, čím sa zároveň znižujú nároky na frekvenciu čistenia týchto vrtov.

Záver

Cieľom vybudovania predmetného úseku diaľnice D3 bolo zlepšiť dopravnú situáciu v okresnom meste Čadca a jeho širšom okolí, ktoré dlhodobo trpelo dopravnými zápchami z dôvodu jeho polohy na frekventovanom významnom medzinárodnom dopravnom ťahu. Realizácia stavby pozitívne ovplyvnila dopravnú situáciu v Čadci a jej širšom okolí. Odstránili sa značné straty času vodičov a cestujúcich a podstatne sa zlepšil dopravný komfort účastníkov premávky. Zároveň sa pozitívne ovplyvnilo životné prostredie v blízkosti už existujúcich komunikácií, keďže tranzitná doprava bola z cesty I/11 presmerovaná na vybudovaný úsek diaľnice D3. V neposlednom rade došlo aj k sanácii území postihnutých svahovými deformáciami v intraviláne mesta Čadca.

Stavbou sa vyriešilo vybudovanie modernej a kapacitnej pozemnej komunikácie (diaľnice) pre bezpečné a plynulé vedenie prevažne tranzitnej automobilovej dopravy cez územie mesta Čadca.

Dosiahnutie vyššie uvedených cieľov sa podarilo vyriešiť len vybudovaním navrhnutej diaľničnej stavby. Konfigurácia územia, zástavba napojená tesne na existujúce komunikácie, obsadenosť reálneho koridoru ostatnými dopravnými a prírodnými líniovými prvkami, miestne komunikácie a trať ŽSR neumožnili zvýšiť kapacitu pôvodne existujúcich komunikácií do tej miery, aby plnili vyššie opísaný účel. Zvýšenie kapacity dopravného koridoru v hustej obytnej zástavbe nebolo prijateľné. Jediným spôsobom splnenia stanovených cieľov bola výstavba diaľnice spolu s ďalšími súvisiacimi komunikáciami a objektmi.

Geotechnické konštrukcie tvoria významný prvok tohto diaľničného úseku, keďže značnú časť telesa diaľnice chránia a tvoria práve tieto konštrukcie. Alternatívou k nim by bolo náročné technické riešenie s využitím mostných, prípadne tunelových objektov, ktoré by boli pravdepodobne ako z investičného, tak aj z prevádzkového hľadiska podstatne nákladnejšie. Mohutné využitie geotechnických konštrukcií tak pomohlo znížiť celkové náklady na stavbu aj v jej budúcnosti a zároveň zlepšiť stabilitu širšieho okolia územia diaľnice. Predmetný úsek diaľnice je príkladom širokého využitia rôznych typov geotechnických konštrukcií zvolených s ohľadom na konkrétne parametre ich umiestnenia a zohľadňujúcich v danom čase aktuálne požiadavky objednávateľa na funkčnosť a prevádzku týchto konštrukcií.

TEXT: Ján Boltvan
FOTO A OBRÁZKY: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o.

Ján Boltvan pôsobí v spoločnosti Amberg Engineering Slovakia, s. r. o., Pracovisko Banská Bystrica.

Literatúra
Diaľnica D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec – Dokumentácia na realizáciu stavby (DRS).