Moderné zakladanie v prielukách

Výstavba v prielukách kladie mimoriadne nároky na všetkých zainteresovaných: od prípravy cez projekt, stavebnú výrobu až po užívanie objektu. Na Slovensku sa tomuto typu výstavby venuje veľká pozornosť a vo väčšine prípadov sa ju darí realizovať na európskej úrovni. Treba, aby stavebníci (investori) zabezpečili dôslednú prípravu a všetky problémy riešili v spolupráci s geotechnikmi.

So spoločenskými zmenami sa po roku 1989 začala meniť koncepcia výstavby v mestách. Nárast ceny pozemkov vyvolal tlak na optimalizáciu počtu podlaží budov nielen do výšky, ale aj pod povrchom terénu. Svoju úlohu zohral aj nedostatok parkovacích či garážovacích priestorov. Tento fakt sa premietol aj do legislatívy: magistrát predpisuje pre každú novostavbu alebo rekonštrukciu povinnosť zabezpečiť určitý počet podzemných parkovacích miest. Okrem novostavieb sa prestavujú staršie, často historicky cenné objekty, v ktorých sa vytvárajú nové suterénne priestory. Donedávna nevyužívané prieluky sa začali intenzívne zastavovať. Bolo treba rýchle získať skúsenosti na riešenie nových úloh. Málokto bol ochotný pripustiť, že náročnosť výstavby v prielukách je od projektovej prípravy až po zhotovenie vyššia ako pri výstavbe novostavieb.

Požiadavky na projektovú prípravu
Podobne ako pri iných úlohách aj úspešnosť zakladania v prielukách ovplyvňuje kvalitná projektová príprava. Jej spracovanie sa nezaobíde bez hodnoverných podkladov. K prvým z nich patria informácie o geologickom zložení podložia. Aj keď sa nová výstavba bude uskutočňovať v tesnej blízkosti už zhotovených stavebných objektov, ktorých záznamy o vykonaných inžinierskogeologických prieskumných prácach by mali byť k dispozícii, treba na budúcom stavenisku opakovane vykonať dôkladný prieskum. Možno uviesť viacero príkladov, keď sa aj napriek dôslednému prieskumu objavili pri otváraní stavebných jám nečakané prekvapenia. Boli to predovšetkým zabudnuté pivničné priestory, podstatná zmena hrúbky navážok alebo iných pokryvných útvarov, zasypané banské šachty, staré studne a podobne. Takéto prekvapenia si vyžadujú okamžitú reakciu: treba zhodnotiť situáciu a prijať rozhodnutie o primeranom technickom zákroku. Zvyčajne dochádza k časovým stratám a vo väčšine prípadov sa zvyšujú aj náklady na stavbu.

Súčasťou prieskumu musí byť aj zhodnotenie technického stavu okolitých stavebných objektov, ktorých sa nová výstavba dotkne. Ide o nevyhnutnú činnosť súvisiacu s bezpečnosťou existujúcich konštrukcií aj s preventívnou ochranou staviteľov. V tejto etape prípravy patrí k veľmi dôležitým úkonom podrobné zmapovanie všetkých energetických sietí (napríklad elektriny, plynu, horúcovodu), telekomunikačných káblov (na káblovú televíziu a telefón), zásobovania vodou (vodovodu, kanalizácie), a to aj v takých prípadoch, keď sú k dispozícii mapy overené majiteľmi alebo prevádzkovateľmi príslušných inžinierskych sietí. Často sa totiž stáva, že inžinierske siete sa smerovo alebo výškovo odlišujú od vyznačených polôh. Ako príklad možno uviesť obnaženie kábla vysokého napätia počas výkopových prác na opačnej strane komunikácie, ako bolo zaznamenané v platných plánoch.

Pri geologických prieskumných prácach sú dôležité aj údaje o podzemnej vode. Staršie alebo nedávne stavebné aktivity ovplyvňujú režim podzemnej vody niekedy dosť podstatne. Vytváranie nových podzemných priestorov nielen v tesnej blízkosti stavebnej parcely ovplyvňuje smer prúdenia podzemnej vody a mnoho ráz spôsobuje jej vzdutie. Mení sa tiež výdatnosť kolektorov podzemnej vody. Preto sa treba zamerať na dôslednú analýzu hydrogeologického prieskumu. Ak sa stavenisko nachádza v blízkosti vodného toku, treba získať informácie o pripravovaných zámeroch vodohospodárskych inžinierov (či sa neplánuje výstavba vodného diela, regulácia rieky, melioračné práce územia priľahlého k rieke a pod.), ktoré budú opäť ovplyvňovať režim podzemných vôd.

Pri využití prieluky má investor záujem využiť prakticky celý pôdorys parcely. Znamená to, že nový objekt vyžaduje osadiť tesne k existujúcej zástavbe. Vzhľadom na ceny stavebných parciel prevláda zvyčajne záujem zhotoviť niekoľko podzemných podlaží, čo posunie základovú škáru pod úroveň susedných základov. Preto musí projektant staticky a konštrukčne vyriešiť dva problémy: zabezpečenie stavebnej jamy a základov susednej budovy.

Ak je novostavba odsadená od staršej nepodpivničenej budovy viac ako 2 m a predpokladané dno relatívne plytkého výkopu bude aspoň 0,5 m nad hladinou podzemnej vody, je najjednoduchšie vytvoriť výkop so sklonom svahov maximálne v pomere 1 : 2. Na základy umiestnené menej ako 2 m od staršej budovy (čo je častejší prípad) sa už nesmie vyhĺbiť stavebná jama alebo ryha na celú dĺžku. V jednoduchých prípadoch sa postupuje po úsekoch. Statickým výpočtom treba preukázať zachovanie podmienok únosnosti podložia pod starším objektom pri obnažovaní. Z toho potom vyplýva stanovenie maximálnej hĺbky výkopu, pri ktorej ešte nie sú potrebné urobiť dodatočné ochranné opatrenia. Oveľa častejšie sa stretávame s novostavbou, ktorá tesne prilieha k existujúcej budove. Okrem dostatočne tuhej pažiacej konštrukcie zabraňujúcej deformáciám vo vodorovnom smere je spoľahlivý návrh zvyčajne podmienený podchytením jestvujúcich základov, teda prenesením zaťaženia pod úroveň dna výkopu.

Napokon sa statik musí zaoberať účinkami, ktoré nastanú po dokončení novostavby. Najvážnejším z nich je dodatočné nerovnomerné sadanie susedných stavebných konštrukcií, ktoré sa nachádzajú v dosahu zmeny stavu napätosti. Nie je pritom jedno, v akom časovom slede sa budovy k sebe priraďujú. Svoju úlohu tiež zohráva hĺbková úroveň základovej škáry. Deformácie, ktoré by mohli prehliadnutím tohto javu nastať, sa dajú pomerne presne predpovedať statickým výpočtom a podľa potreby sa potom navrhne optimálne riešenie. Typické príklady týchto geotechnických porúch v podobe naklonenia objektov prístavieb sa pri pozornejšom prezeraní nájdu takmer v každom našom mestečku. Nová výstavba môže spôsobiť aj zmenu hladiny podzemnej vody. Túto okolnosť treba zvážiť, pretože nemá za následok iba vlhnutie stavieb, ale aj dodatočné sadanie základov so všetkými nepriaznivými dôsledkami. V prípade potreby sa musí projekt doplniť dodatočnými ochrannými opatreniami.

Zabezpečenie výkopu v prieluke
Aby sa výkopom nenarušila správna funkcia podložia chráneného základu, jeho stabilita sa zabezpečí pažiacou stenou. Počas výkopu sa nesmie posunúť smerom do stavebnej jamy, pretože by to mohlo porušiť základy zabezpečovaného objektu. Úloha profesionálne zdatného statika je pritom nezastupiteľná.

Druhým, pomerne zaznávaným problémom hlbokých stavebných jám v súdržných zeminách je stabilita dna výkopu. Ide opäť o prípad ohrozenia únosnosti podložia. Výkopom sa odstráni priťaženie v priestore stavebnej jamy, kým za pažiacou konštrukciou ostáva nezmenený stav napätosti. Účinkom zvislých napätí pôsobením vlastnej hmotnosti (ak sa prekročí kritická hĺbka výkopu) sa môže zemina pod dnom jamy dostať do plastického stavu a porušiť dno jamy. Znamená to, že aj výkop jamy môže za istých okolností spôsobiť vážne problémy.

Technológie vyhotovenia paženia
V súčasnosti sa v našich podmienkach zhotovujú paženia najmodernejšími známymi technológiami. Aj keď je ich spoľahlivosť vysoká, pre konkrétnu úlohu si treba vybrať optimálnu metódu.

Pažiaca stena z mikropilót
V hutnej sypkej zemine alebo súdržnej zemine tuhej až pevnej konzistencie nad hladinou podzemnej vody sa na zabezpečenie stavebnej jamy zhotovuje pažiaca stena z mikropilót. Vhodná je najmä v stiesnených podmienkach pri hĺbení výkopu do hĺbky menšej ako 5 m. Vzdialenosť medzi mikropilótami je zvyčajne asi 0,3 m. Horizontálne účinky sa zachytávajú injektovanými kotvami, ktorých korene sa musia nachádzať až za oblasťou možného splastizovania zemného klinu. Na obr. 1 až 3 sú zachytené dôležité fázy zhotovenia mikropi­lótovej steny kotvenej na rôznych stavbách.

Pilótová stena
Hlbšie stavebné jamy sa už musia zaisťovať pilótovou stenou rozopieranou alebo kotvenou v niekoľkých hĺbkových úrovniach. Pilóty sa môžu zhotovovať v závislosti od technológie hĺbenia vo vzdialenosti 0,2 až 0,5 m od starších základov. Ak má stena zároveň plniť aj tesniacu funkciu, potom sa obvykle pilóty vzájomne prerezávajú (obr. 4). Napokon sa po výkope jamy povrch pilótovej steny zarovná frézovaním.

Podzemné steny
Najnáročnejším spôsobom zakladania je zhotovenie monolitických alebo prefabrikovaných podzemných stien. Ich hlavnou nevýhodou je, že využiteľný pôdorysný priestor sa po obvode jamy zmenší o šírku vodiaceho múrika, čo je najmenej 0,4 m. Okrem toho nároky na likvidáciu prebytočnej pažiacej suspenzie značne zvyšujú cenu takéhoto riešenia. Pri výstavbe v prielukách treba dôkladne pripraviť a uskutočniť každú pracovnú operáciu, aby ani hĺbenie ryhy pre vodiaci múrik neohrozovalo stabilitu susedných objektov.

Prúdová injektáž
V ostatných rokoch sa pri zakladaní v stiesnených podmienkach úspešne začala uplatňovať prúdová injektáž. Výhodou prúdovej injektáže je jediná pracovná operácia, keď sa podľa potreby piliere prúdovej injektáže umiestnia v jednom alebo vo dvoch radoch a kotvia v niekoľkých výškových úrovniach podľa požiadavky statického výpočtu. Takto vytvorená stena paží výkop stavebnej jamy a chráni ho zároveň aj pred prítokom podzemnej vody a podľa potreby aj podchytáva základy existujúcich budov a prenáša z nich zaťaženie do väčšej hĺbky. Príklad použitia prúdovej injektáže na podchytenie základov a súčasne paženie stavebnej jamy je na obr. 5 a 6. Urobí sa tak úplne čistý výkop bez akýchkoľvek prekážok.

Obr. 5 a 6: Ukážka podchytenia budovy a zároveň paženia stavebnej jamy kotvenou stenou zhotovenou prúdovou injektážou na dvoch odlišných stavbách

Mixed-in-place
Najnovšou technológiou špeciálneho zakladania, ktorou sa vytvára paženie a zároveň podchytáva tesne vedľa výkopu umiestnený objekt, je miešanie zeminy s hydratačnými látkami, známe pod názvom Mixed-in-place (MIP). V súčasnosti sa výlučne aplikuje vmiešanie cementu do štrkovitej zeminy (obr. 7). Podľa potreby sa do takto vytvorenej pažiacej steny ešte pred zatvrdnutím vtláčajú oceľové valcované nosníky prenášajúce ohybové momenty a po výkope na vopred vyrátanú úroveň sa umiestňujú kotvy.

Monitoring
Mimoriadne náročnou zložkou výstavby v prielukách je kontrolná činnosť. Ak má splniť účel, vyžaduje si dôkladnú prípravu už pred začiatkom výstavby. V prvej etape sa musí zmapovať skutkový stav objektov, priliehajúcich k budúcej novostavbe. Ide najmä o zaznamenanie starých trhliniek, rôznych drobných porúch, ktoré nebránili plnohodnotnému užívaniu budov, a stav nosných konštrukcií vrátane základov, pokiaľ je k nim prístup. Na základe podrobnej diagnózy existujúcej zástavby sa potom navrhnú vhodné monitorovacie systémy sústredené predovšetkým na zaznamenávanie odozvy stavebnej činnosti v rizikových miestach (oživenie starých trhliniek, dodatočné sadanie objektov, deformácie nosných konštrukčných prvkov a pod.).

Druhá skupina monitorovacích zariadení musí registrovať vplyvy hĺbenia stavebnej jamy meraním deformácií pažiacich konštrukcií, síl v kotvách alebo rozperách, podľa potreby sa robia náročné zaťažovacie skúšky prvkov základových konštrukcií, množstvo kontrolných odberov na potvrdenie kvality zabudovávaných materiálov, účinnosti jednotlivých stavebných procesov a podobne.

Viacerí účastníci výstavby neradi vidia kontrolnú činnosť na stavbe. Považujú ju za niečo zbytočné, čo iba zdržuje tempo výstavby; zabúdajú, že ide o potvrdenie vyžadovanej kvality, ktorá garantuje bezpečnosť stavebného diela. Pre podcenenie kontrolnej činnosti nastali neraz vážne problémy aj na mimoriadne dôležitých stavbách, dokonca aj v súčasnosti. Geotechnický monitoring pomáhajú do každodennej praxe zavádzať práve nové európske normy, ktoré od roku 2010 platia v plnom rozsahu.

prof. Ing. Peter Turček, CSc.
Foto: archív autora

Autor pracuje na Katedre geotechniky Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Literatúra:
1. Széchy, K.: Chyby v zakládání staveb. Praha: SNTL 1966, 170 s.
2. Turček, P.: Geotechnické problémy pri zakladaní stavieb. Bratislava: JAGA, 1996, 152 s.

Príspevok je jedným z výstupov grantovej úlohy agentúry VEGA č. 2/33 20/06 pod názvom Interakcia vybratých geotechnických konštrukcií s horninovým prostredím.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.