Geotechnické objekty (tesniace vane podjazdov) na modernizovanom úseku železničnej trate Zohor – Malacky

Spoločnosť Valbek SK, spol. s r. o., pokračuje v projektových prácach na stavbe „Modernizácia železničnej trate Zohor – Malacky“ na stupni DSPRS, v prípade jedného podjazdu na stupni DUR a následne DSPRS. Článok sa venuje mimoúrovňovým kríženiam cestnej a železničnej infraštruktúry v lokalitách jestvujúcich úrovňových krížení.

Ide o vytvorenie mimoúrovňových krížení cestnej a železničnej infraštruktúry v lokalitách týchto jestvujúcich úrovňových krížení:
• SO 04-33-03 ŽST Malacky, tesniaca vaňa na MK ul. Gen. M. R. Štefánika (DSPRS), obr. 1,
• SO 04-33-04 ŽST Malacky, tesniaca vaňa na MK ul. Továrenská (DSPRS), obr. 1,
• SO 04-33-11 ŽST Malacky, tesniaca vaňa pre MK v nžkm 25,542 ul. Jána Kollára (DSPRS), obr. 2,
• SO 03-33-07 Zohor – Malacky, ZAST Plavecký Štvrtok, tesniaca vaňa na ceste III/1103 (DUR / DSPRS), obr. 3.

Technológia podzemných tesniacich stien

Podzemné tesniace steny (tzv. milánske steny) predstavujú železobetónové prvky, ktoré sa v súčasnosti pomerne často využívajú ako konštrukčné jednotky, a to obvykle z dvoch dôvodov. Pri nami riešených konkrétnych prípadoch spomenieme aj tretí dôvod:

1. Počas výstavby stavebnej jamy pre zhotovenie tesniacej vane sú použité ako paženie zvislých stien.
2. Sú navrhnuté ako dočasné tesniace obvodové steny stavebnej jamy podjazdu – z toho dôvodu je namieste požiadavka, aby bolo zabezpečené odčerpanie vôd z cestných komunikácií. V opačnom prípade by pri zatopení podjazdu a znefunkčnení jeho využitia mohlo dochádzať k nežiaducim/nebezpečným situáciám (napríklad dopravné obmedzenia, neprejazdnosť pre záchranné zložky a pod.)
3. Pod hornou nosnou mostnou konštrukciou/doskou slúžia ako spodná stavba mosta (súčasť integrovanej opory – polrámu).

Technologický postup pri budovaní monolitických podzemných stien

Pri budovaní podzemných stien je veľmi dôležité vytvorenie technického zázemia, tzn. vytvorenie plôch na umiestnenie čistiacej a čerpacej techniky suspenzie. Ďalej musí vzniknúť miesto na uloženie odpadovej suspenzie v prípade, že nie je transportovaná zo stavby. Pre pohyb ťažobnej a transportnej mechanizácie je nevyhnutné vytvoriť dostatočne únosné pracovné plošiny.

Na čo najpresnejšie hĺbenie rýh sa budujú vodiace stienky. Sú to betónové, po oboch stranách realizované stienky, obyčajne slabo vystužené zváranými sieťami. Ich výška je najmenej 0,8 m, najčastejšie však 1,0 – 1,5 m, hrúbka je 0,2 – 0,3 m.

Vnútorný rozmer medzi vodiacimi stienkami je o 50 až 100 mm väčší, ako je šírka hĺbiaceho nástroja. Takto realizované stienky sa na určitú vzdialenosť zahradia a napustia sa pažiacou suspenziou. V ostatných miestach sa rozoprú alebo zasypú zeminou.

Ryhy sú hĺbené pomocou špeciálnej ťažkej mechanizácie. Pri hĺbení v mäkkých horninách (zeminách) sa používajú drapáky.

Podzemné steny sa budujú s hrúbkami 400, 600, 800 a 1 000 mm. Hrúbka 400 mm je medzná z dôvodu možnosti betonáže sypákovými rúrami a, naopak, hrúbka 1 000 mm, prípadne aj väčšia sa používa iba výnimočne, no je to aj v našom prípade, čo vysvetlíme ďalej.

Pri použití drapáka s dĺžkou 2,5, resp. 3,0 m sa hĺbia jednotlivé lamely jednozáberovo alebo trojzáberovo (obr. 5 a 6).

Po vyhĺbení lamely (pod pažiacou suspenziou) sa ryha vyčistí od napadanej zeminy a skontroluje sa kvalita pažiacej suspenzie. Čistenie sa vykoná prečistením v čističke suspenzie. Ďalej sa osadia kútové pažnice, ktoré tvoria ploché prierezy s navlečeným „water-stopom“. Water-stop je gumená alebo plastová membrána, ktorá zabraňuje prenikaniu vody cez pracovné škáry susedných lamiel. Následne sa osadí výstuž vo forme armokoša.

Veľmi podstatné je, aby mali armokoše zložené z pozdĺžnych a priečnych nosných prútov zaistenú tuhosť pre transport a spúšťanie do ryhy. Potrebná tuhosť sa dosiahne vložením spojovacích diagonál. Armokôš sa osadzuje vcelku, pretože spojovanie výstuží v ryhe je zložité. Na vyvesenie armokoša o vodiace stienky a zabezpečenie jeho presnej vertikálnej polohy slúžia závesné háky (súčasť armokoša). Na armokôš sú inštalované dištančné telieska pre dostatočné krytie výstuže.

Po prečistení pažiacej suspenzie, maximálne však do dvoch hodín, sa začne s betonážou. Betónuje sa pomocou sypákových rúr pod pažiacou suspenziou. Sypáková rúra je na hornom konci opatrená násypkou kužeľovitého tvaru, ktorá je schopná pojať dostatočné množstvo betónu tak, aby betonáž prebehla plynule. Pred začiatkom betonáže sa sypáková rúra opatrí zátkou a spustí sa do ryhy tak, aby nedošlo k premiešaniu betónu so suspenziou.

Rúra s násypkou sa naplní betónom a vytiahne sa o výšku rovnajúcu sa priemeru rúry. Pri ďalšom postupe betonáže sa rúra pozvoľna vyťahuje. Jej koniec však musí zostať ponorený v betóne najmenej na hĺbku 3,0 m, a to zvlášť vtedy, ak sa betónuje viacerými sypákovými rúrami. Pri šírke lamely 2,5 m sa používa jedna rúra, pri 3-záberovej lamele so šírkou 6 až 7 m sa používajú najmenej dve rúry. Rúra sa skracuje zásadne zhora, pričom je nutné sledovať, aby nedošlo k saciemu efektu.

V priebehu betonáže sa pažiaca suspenzia odčerpáva, prečisťuje a skladuje na ďalšie možné použitie. Stena sa prebetónuje tak, aby jej projektovaná výška bola z neznečisteného betónu. Kútové pažnice sa vyťahujú po zatuhnutí betónu a po vyhĺbení ryhy susednej lamely, keďže tieto pažnice zvyknú slúžiť ako vodiace pre drapák.

Po odťažení zeminy sa steny obyčajne kotvia predpätými kotvami do okolitej zeminy podľa statického výpočtu. No vzhľadom na požiadavku zhotoviteľa v zmysle žltého ­FIDIC-u – „nepoužiť kotvenie za žiadnu cenu“ – sme podľa statického výpočtu boli donútení navrhnúť hrúbku lamiel na spomínaných „málo obvyklých“ 1 000 mm.

Monolitické podzemné steny sa oproti prefabrikovaným budujú častejšie vzhľadom na menšie ekonomické a časové nároky. Jednou z ich mála nevýhod oproti prefabrikovaným stenám môže byť nerovný povrch, ktorý kopíruje steny vyhĺbenej ryhy. Z toho dôvodu sa v prípade konštrukčných stien veľmi často požaduje úprava povrchu stien po odťažení zeminy.

Úprava sa realizuje frézovaním (rotačné frézy) alebo striekaným betónom, niekedy aj kombináciou oboch technológií. „Naše“ podzemné steny plnia dočasnú tesniacu funkciu obvodu stavebnej jamy pre podjazdy. Keďže podzemné steny nie sú votknuté do nepriepustného podložia, dočasnú tesniacu funkciu dna stavebnej jamy bude plniť trysková injektáž cementovou suspenziou, reali­zovaná z povrchu pred odťažením zeminy z priestoru medzi podzemnými stenami a po realizácii podzemných stien.

Vzhľadom na to, že tesnenie dna nepovažujeme za trvalé a zároveň priestor podjazdu a cestnej komunikácie je potrebné trvalo odvodňovať, navrhujeme v priestore nad tryskovou injektážou dna a medzi podzemnými stenami samonosnú ŽB vaňu, izolovanú proti tlakovej vode. Úprava povrchu podzemných stien tak nie je potrebná. ŽB vaňa podjazdu odoláva vztlaku vody vlastnou tiažou a tiažou balastu (spätným zásypom, nachádzajúcim sa pod konštrukčnými vrstvami vozoviek).

Statický model konštrukcie podzemných stien

Posudzovaným modelom bola konštrukcia z oporných ŽB stien s hrúbkou 1,0 m. Výpočet sa vykonal programom Plaxis 2D (matematický aparát MKP – numerická metóda konečných prvkov). Medzi hlavné výhody využitia MKP na analýzu interakcie nosnej konštrukcie s horninovým (zemným) prostredím patria najmä možnosti:
• Zohľadniť postupný proces výstavby vrátane výkopov (odľahčenie podložia) a následne postupne priťažovať podložie mostnou konštrukciou a zemným násypom a zásypom, t. j. reálne zohľadniť zmenu stavu napätosti a jej vplyv na pretvorenie podložia a stavebných konštrukcií.
• Definovať zložité geometrické, materiálové a statické okrajové podmienky, ktoré sa môžu meniť v rôznych etapách výstavby (veľká variabilita definovania rôznych zaťažovacích stavov).
• Definovať fyzikálne vlastnosti zemín aj pomocou zložitých konštitučných vzťahov, ktoré rešpektujú závislosť medzi tenorom napätia, tenzorom pretvorenia a časom (reologické procesy).

Statický model konštrukcie tesniacich vaní

Výpočet sa vykonal programom pre statické výpočty MKP, DLUBAL RFEM 6. Konštrukcia sa nahradila prútovou sústavou – monolitickým polrámom so šírkou prútov 1,0 m. Osi prútov prechádzajú osou prierezov. Výpočtový model predstavuje rovinnú polrámovú konštrukciu, ktorá je uložená na pružnom podloží. Kombinácie zaťažení sú podľa STN EN 1991-1, posudok sa vykonal podľa STN EN 1992-1-1.

Žltý FIDIC vs vplyv na časovú náročnosť projektovej prípravy

Treba uviesť, že žltý FIDIC má závažný vplyv na časovú náročnosť projektovej prípravy:
1. Zadávateľ/investor chtiac či nechtiac žije v naivnej predstave, že zosúladenie projektových prác a realizácie môže plynúť súbežne od momentu podpisu zmluvy s dodávateľom. Realita je však taká, že previazanie medzi projektovými prácami a ich odsúhlasením objednávateľom chýba, nie je reálne, alebo termíny na projektové práce nie sú dostatočné.

Ako príklad možno uviesť komplikované podmienky, viazané hlavne na priestor v zastavanom intraviláne obcí, kde prichádzajú jednotliví účastníci stavebného konania veľakrát s protichodnými požiadavkami. Dané podjazdy majú riešiť nielen dopravu pre motorové vozidlá, ale majú myslieť aj na cyklistov, chodcov a v blízkosti staníc aj osobitne na cestujúcich, inokedy zase na všetkých spolu, a to všetko v takých šírkových kategóriách komunikácií, pri ktorých to jednoducho bez asanácie nehnuteľností a záberu pozemkov tretích osôb nie je možné.

Projekčné práce na dotknutých priľahlých komunikáciách preto bežia úplne oddelene od projekčných prác na samotnom podjazde/tesniacej vani a hlavne v predstihu, vôbec nie v súbehu a už vôbec nie v súbehu s realizáciou stavby.

2. Jediné riziká prác naviac pre zadávateľa predstavujú iba rozdielna geológia, vyššia moc a prípadné zmeny v legislatíve (inak je vysúťažená cena pevná). Z pohľadu dodávateľa sa núka jediná otázka: „Na čom sa dá zarobiť, ak nie sú naviac práce?“

3. Dodávateľ síce môže optimalizovať stavebné postupy a technológie, do ktorých zadávateľ veľmi nezasahuje. Túto možnosť si však dodávateľ až príliš často vysvetľuje ako možný tlak na zámenu materiálov na úkor ich kvality, na úsporu materiálu na hrúbke nosných prvkov, na betónovej výstuži a pod.

4. Problém projektanta potom vyplýva z nejasného obsahu a rozsahu projektových prác požadovaných investorom. Ak projektant zodpovedá za celé technické riešenie projektu nezávisle od toho, či podklady boli, alebo aj neboli odsúhlasené zadávateľom, nemôže svoje kapacity nezmyselne vybíjať na argumentácii s dodávateľom, prečo majú mať nekotvené podzemné steny neobvyklú hrúbku 1 000 mm, a nie obvyklú hrúbku 800 mm a že sa „neušetrí“ 20 % betónovej výstuže, ak sa „ušetrí“ 20 % na hrúbke betónového prierezu.

5. Žltý FIDIC má vyššie nároky na dodávateľa, ale aj na projektanta stavby. Súčasťou práce projektanta je množstvo alternatívnych technických riešení, výpočtov, prepočtov ekonomickej výhodnosti a podobne (práce štandardne nepožadované investormi pri červenom FIDIC-u).

Žltý FIDIC si však vyžaduje od projektanta ekonomické myslenie. Výkon projektanta sa neodvíja od percentuálnej sadzby projektu/objektu, ale od snahy o zníženie vlastných nákladov na strane zhotoviteľa. Ako sa to však dá zmerať, keď pevná čiastka pri žltom FIDIC-u je niečo abstraktné oproti položkovitému rozpočtu a výkazu výmer pri červenom FIDIC-u?

Záver

Predmetné objekty sú zväčša v štádiu spracovávania PD v stupni dokumentácie pre stavebné povolenie v podrobnostiach pre realizáciu stavby. Podjazd v Plaveckom Štvrtku je v štádiu spracovávania, pripomienkovania a prerokovávania PD na územné rozhodnutie s doplnením niektorých informácií v rámci rozšíreného inžinierskogeologického prieskumu.

Proces posudzovania statickými výpočtami je v aktuálnom čase ukončený. Za doteraz vykonanú náročnú prácu patrí uznanie tímu pracovníkov, ktorí svojou profesionalitou a nasadením priviedli projektovú dokumentáciu podjazdov aspoň do dnešného štádia rozpracovanosti.

TEXT: Ing. Ján Vanko
OBRÁZKY: Valbek SK, spol. s r. o.

Ján Vanko pôsobí v spoločnosti Valbek SK, spol. s r. o.