Stabilizácia hlbokého blokového zosuvu pred západným portálom tunela Višňové

Z geologického hľadiska predstavuje územie pred západným portálom tunela Višňové mimoriadne komplikovaný komplex. Bezprostredne pred vstupom do tunela vedie diaľnica D1 Lietavská Lúčka – Dubná Skala v záreze s pravostranným zárubným múrom V222. Tento zárubný múr bol navrhnutý tak, aby v hlbokom blokovom zosuve stabilizoval celé územie nad diaľnicou D1.

Poznáte výhody Klubu ASB? Stačí bezplatná registrácia a získate sektorové analýzy slovenského stavebníctva s rebríčkami firiem ⟶

Z geotechnického hľadiska išlo o najkomplikovanejšiu stabilizačnú konštrukciu v celom úseku diaľnice, ktorá si vyžadovala osobitný návrhový prístup a tiež neštandardné použitie technológie hĺbenia podzemných stien pomocou hydrofrézy.

Geologické pomery

Na základe mapovania zosuvných území, početných inklinometrických meraní a geofyzikálneho a vrtného prieskumu spracovatelia geologických prieskumov a analýz konštatovali, že v predmetnom úseku diaľnice D1 sa vyskytujú dve zosuvné blokové polia. Tieto blokové polia tvoria bloky ílovcov, pohybujúce sa po hlbokej šmykovej ploche, ktorá prechádza v hĺbke 21 až 22,5 m pod povrchom pôvodného terénu.

Pohyb ílovcových blokov má pomalý creepový charakter a podľa inklinometrických meraní nepravidelnú priestorovú orientáciu s prejavmi vyklápania a rotácie blokov. Na pohyb blokov má významný vplyv aj režim podzemných vôd. To sa prejavilo po globálnom znížení hladiny podzemných vôd po zrealizovaní dočasných subhorizontálnych odvodňovacích vrtov ešte pred vlastnou výstavbou zárubného múra V222.

Na obr. 1 je typický geologický profil s vyčlenením jednotlivých genetických typov zemín a hornín (delúviá, elúviá, zvetrané, tektonicky porušené a navetrané ílovce). V profile sú zakreslené tiež všetky predisponované aktívne a neaktívne šmykové plochy, pozdĺž ktorých dochádza k pohybu ílovcových blokov. V prevažnej miere sú šmykové plochy situované v tektonicky porušených ílovcoch. Efektívne parametre šmykovej pevnosti týchto tektonicky porušených ílovcov boli definované prieskumom s hodnotami φef = 24o, cef = 8,5 kPa a reziduálny uhol šmykovej pevnosti φr = len 18o.

Technické riešenie

Zabezpečenie predportálového zárezu diaľnice D1 v blokovom zosuve sa riešilo zárubným múrom V222 s dĺžkou 280 m a s maximálnou výškou koruny múru nad niveletou priľahlej diaľnice 12 m. Hlavným zvislým statickým prvkom zárubného múra je systém priečne orientovaných jednozáberových prvkov podzemných stien (baretov) s priečnymi rozmermi 0,8 × 2,8 m a s dĺžkou 19 až 32 m.

Päta prvkov podzemných stien zasahuje približne 10 m pod úroveň predisponovanej šmykovej plochy blokového zosuvu. Vzájomná vzdialenosť prvkov bola navrhnutá na 3,5 m. Horizontálnym statickým stabilizačným prvkom je systém trvalých 6- až 8-lanových zemných kotiev s dĺžkou 36 až 53 m.

Korene kotiev sú situované v zóne pod prieskumom zistenou šmykovou plochou. Zárubný múr je kotvený v závislosti od výšky zárezu v jednej až troch kotevných úrovniach, pričom horná kotevná úroveň je situovaná v hlavovom monolitickom železobetónovom venci.

Všetky kotvy prechádzajú prvkami podzemných stien, priestor medzi týmito prvkami je zabezpečený proti zemnému tlaku systémom klenieb z vystuženého striekaného betónu. Klenby sú kotvené do prvkov podzemných stien. Kotevné prahy situované v pohľadovej ploche zárubného múru majú stabilizačnú funkciu pre prvky podzemných stien a slúžia tiež ako úložné nosníky na ukladanie pohľadových betónových tvaroviek.

Trvalé odvodnenie svahu za zárubným múrom bolo riešené systémom subhorizontálnych vrtov s dĺžkou až 100 m. Na obr. 2 je zobrazený typický priečny rez zárubným múrom v mieste s najväčšou hĺbkou zárezu a fragment pôdorysu.

Vzhľadom na geologické pomery tvorené prevažne poloskalnými horninami triedy R4 až R6 a vzhľadom na potrebnú dĺžku prvkov podzemných stien presahujúcu 30 m boli tieto prvky realizované pomocou hydrofrézy (obr. 3). Na Slovensku to bolo prvé nasadenie tejto vysokovýkonnej a progresívnej technológie pri realizácii v cestnom staviteľstve.

Hydrofréza rozpojuje skalnú alebo poloskalnú horninu pomocou dvoch rotujúcich bubnov s priemerom 1,4 m a s 32 zubmi z tvrdokovu. Rozpojená hornina sa spolu s pažiacou suspenziou čerpá do čističky, kde sa suspenzia separuje od horniny a následne sa vháňa späť do hĺbenej ryhy. Dĺžka tela hydrofézy je 9,5 m, šírka záberu 2,8 m a jej hmotnosť až 25 t. Hydroféza je vybavená čerpadlom, ktoré je schopné prepravovať až 450 m³ horniny s pažiacou suspenziou. Na korekciu jej priestorovej polohy v ryhe má hydrofréza zabudované klapky.

Celkový pohľad na už zrealizovaný zárubný múr V222 je na obr. 4. Dobre na ňom vidieť morfológiu terénu tvorenú dvomi zosuvnými blokovými poľami ílovcov. Ďalej je tu viditeľné povrchové odvodnenie nadzárezovou priekopou zaústenou do hlbokej prepadovej šachty v úžľabí medzi blokovými poľami. Vyústenie subhorizontálnych odvodňovacích vrtov pre hĺbkové odvodnenie svahu vidieť v dolnej časti múra. Finálnu povrchovú úpravu múra tvorí stena z pohľadových betónových tvaroviek.

Geotechnický návrh

Stabilitné výpočty svahu so zárubným múrom V222 sa realizovali s využitím štandardizovaných a všeobecne používaných výpočtových postupov, ktoré sú zapracované do výpočtových geotechnických programov použitých pri statickom a geotechnickom návrhu.

Výpočty globálnej stability sa primárne realizovali programom GGU-Stability (Nemecko). V programe bola stabilita počítaná podľa všeobecne zaužívaných analytických postupov rôznych autorov. Skúmala sa stabilita svahu na predisponovaných polygonálnych šmykových plochách definovaných v geologických profiloch výpočtovým postupom podľa Janbu.

Pri výpočtoch na polygonálnych šmykových plochách bol dôsledne uplatnený reziduálny uhol čiary šmykovej pevnosti hornín, resp. zemín φr. Výpočtový profil modelovaný programom GGU-Stability pre polygonálne šmykové plochy je na obr. 5. Okrem výpočtov na predisponovaných polygonálnych šmykových plochách sme skúmali aj potenciálne porušenie na programom generovaných kruhových šmykových plochách podľa Bishopa.

Výpočty sme realizovali pre rôzne polohy kruhových šmykových plôch prechádzajúcich rozličnými časťami svahu a v rôznej vzájomnej relácii k prvkom podzemných stien, resp. kotvám. Pri výpočte na automaticky generovaných plochách sme vo výpočte použili efektívne parametre šmykovej pevnosti φef, cef, pretože tieto potenciálne šmykové plochy prechádzali doteraz neporušeným telesom svahu.

Vzhľadom na mimoriadnu technickú náročnosť riešeného problému bol v najťažšom geologickom profile použitý aj porovnávací výpočet programom Plaxis 2D (Holandsko), ktorý je všeobecne uznávaným komplexným geotechnickým programom pre modelovanie 2D úloh pomocou metódy konečných prvkov (MKP/FEM). Program je určený na skúmanie napätostno-deformačných stavov v zemnom a horninovom prostredí a umožňoval namodelovať aj technické prvky zabezpečenia ako stenové konštrukcie a zemné kotvy. Algoritmus programu má zabudované špecifické modely porušovania zemín.

Pri výpočte sme použili pokročilejší Hardening Soil model (HS). V porovnaní so štandardným Mohr-Coulomb modelom (MC) umožňuje HS model zohľadňovať spevnenie pri odľahčení a následnom opätovnom zaťažovaní. Problémom týchto pokročilých výpočtových MKP modelov je, že často nemáme prieskumom definované potrebné vstupné deformačné parametre. Spracovateľ správy o svahových deformáciách v oblasti V222 (IG Konzult) však priamo stanovil geotechnické parametre Eoed, E50 a Eur, ktoré boli úspešne použité v pokročilom HS materiálovom modeli v programe Plaxis 2D.

Pri vytváraní výpočtového modelu v tomto programe (obr. 6) sme sa snažili o čo najvýstižnejšiu interpretáciu geologických poznatkov stanovených v geologickom profile. Vyčlenili sme preto šmykové zóny pozdĺž šmykových plôch ako samostatné oblasti so zníženou šmykovou pevnosťou na úrovni reziduálnych parametrov φr, cr. Ostatné neporušené oblasti ílovcových blokov sme modelovali ako oblasti so šmykovou pevnosťou zodpovedajúcou efektívnym parametrom φef, cef.

Zavedením uvedeného princípu sme dosiahli, že hlavné deformačné prejavy v horninovom masíve boli ohraničené týmito oslabenými šmykovými zónami, čo zodpovedá predpokladanému mechanizmu porušovania v horninovom masíve. Program Plaxis 2D umožňuje sledovať pretváranie svahu až po stav porušenia jeho stability. Na základe procedúry postupnej redukcie vstupných parametrov šmykovej pevnosti (φ, c) až po stav porušenia tak umožňuje stanoviť celkový stupeň stability svahu.

Geotechnický monitoring

Pri náročných inžinierskych stavbách je geotechnický monitoring neoddeliteľnou súčasťou sledovania správania sa konštrukcie počas realizácie diela a následne aj v čase jeho užívania. Pre zárubný múr V222 sme navrhli sústavu pozorovacích geodetických bodov, v ktorých boli merané deformácie v rozhodujúcich fázach výstavby. Súčasne sa vykonávali merania kotevných síl na dynamometroch osadených v hlavách vybraných kotiev.

Veľmi dôležitou súčasťou monitoringu je sledovanie deformácií v inklinometických profiloch osadených v území nielen nad zárubným múrom, ale aj v území pod telesom diaľnice a tiež v profiloch osadených priamo v prvkoch podzemných stien zárubného múra. Porovnanie meraných a výpočtom prognózovaných deformácií a kotevných síl potvrdilo spoľahlivosť a efektívnosť geotechnického návrhu.

TEXT: Ing. Martin Balucha, PhD.
FOTO A OBRÁZKY: Ing. Martin Balucha, PhD.

Článok bol uverejnený v časopise IS 4/2024