Návrh a realizácia geotechnických úloh 1. etapy výstavby Twin City Bratislava

Prvá etapa realizácie polyfunkčného komplexu Twin City Bratislava predstavuje samostatné stavebné objekty A2, A3 a A4, ako aj podzem­nú kruhovú križovatku (Rondel) v rámci prepojenia týchto objektov s novo plánovanou autobusovou stanicou na Mlynských Nivách.

Riešené územie sa nachádza v mestskej časti Bratislava-Staré Mesto a je ohraničené ulicami Továrenská, Karadžičova a Mlynské Nivy na ploche bývalej továrne Kablo. Vzhľadom na celkový rozsah diela (nájomná plocha je približne 64 200 m²) a výsledky geologického prieskumu bolo nevyhnuté navrhnúť na výstavbu diela, ako aj v krátkom čase zrealizovať viaceré geotechnické konštrukcie, ktorým sa venuje tento článok.

Rozsah diela a okrajové podmienky jeho realizácie

Objednávateľ diela HB REAVIS MANAGEMENT, spol. s r. o., sa obrátil na našu spoločnosť so zadaním naprojektovať a následne aj zrealizovať riešenie týchto geotechnických konštrukcií a úloh:

• zabezpečiť ochranu troch samostatných stavebných jám pomocou pažiacich a tesniacich podzemných stien, pričom stavebné jamy budú postupne navzájom prepojené,
• odvodniť stavebné jamy pomocou systému čerpacích a vsakovacích studní realizovaných na pozemku investora,
• hĺbkovo vibračne zhutniť (vibroflotácia) na zlepšenie únosnosti podložia na úrovni základovej škáry,
• zabezpečiť prenos vztlakových účinkov pod­zemnej vody na základovú dosku pomocou ťahových pilót, resp. trvalých mikropilót.

Uvedené zadanie predstavovalo pri pôdorysnej dĺžke obvodu všetkých stavebných jám (spolu približne 900 bm) požiadavku na zvolenie vhodnej technológie realizácie diela, ako aj koncept logistiky a postupu prác tak, aby sa jednotlivé pracovné postupy navzájom neobmedzovali, resp. bolo možné následné bezproblémové prepojenie jednotlivých stavebných jám pod úrovňou hladiny spodnej vody. Koncept technického návrhu riešenia ochrany stavebných jám bol v dostatočnom predstihu prekonzultovaný s objednávateľom, ako aj generálnymi projektantmi Siebert + Talaš, spol. s r. o. (objekty A2 + A3), resp. s BAU PLAN, spol. s r. o. (objekt podzemnej križovatky Rondel a objekt A4).

Postup výstavby monolitických častí skeletu jednotlivých objektov 1. etapy projektu TWIN CITY definoval aj postup budovania jednotlivých stavebných jám a ich vzájomné prepojenie pod úrovňou hladiny spodnej vody počas výstavby. Realizácia diela sa dá z pohľadu paženia a utesnenia stavebných jám rozdeliť na 3 samostatné stavebné jamy (obr. 1), ktorým zodpovedá takýto postup:

1. Spoločná stavebná jama pre objekty A2 + A3 (obvod 505 bm), 07/2014 – 09/2014: paženie a utesnenie stavebnej jamy 09/2014 – 02/2015: prevádzka čerpania
2. Stavebná jama pre objekt Rondel – podzemná kruhová križovatka (obvod 105 bm), 02/2015 – 03/2015: paženie a utesnenie stavebnej jamy, 03/2015 – 08/2015: prevádzka čerpania
3. Stavebná jama pre objekt A4 (obvod 295 bm), 03/2015 – 05/2015: paženie a utesnenie stavebnej jamy, 05/2015 – 10/2015: prevádzka čerpania
4. Prepojenie stavebnej jamy A2 + A3 so stavebnou jamou A4 – 05/2015
5. Prepojenie stavebnej jamy A4 so stavebnou jamou Rondel – podzemná kruhová križovatka – 07/2015

Založenie jednotlivých objektov 1. etapy projektu TWIN CITY je navrhnuté plošne, aj vzhľadom na pôdorysnú polohu plánovanej podzemnej trasy železničného koridoru TEN-T priamo pod objektmi TWIN CITY, pomocou dostatočne tuhej základovej dosky. V mieste jadier objektov s koncentrovaným zaťažením treba dosiahnuť deformačný modul podložia na úrovni základovej škáry s hodnotou Edef2 ≥ 100 MPa. Na ostatných plochách mimo jadier objektov stanovil projektant deformačný modul podložia Edef2 ≥ 50 MPa.

Základová doska všetkých objektov sa nachádza trvalo pod úrovňou hladiny podzemnej vody a je vystavená vztlakovým účinkom spodnej vody. Pri návrhovej hodnote sa uvažovalo s hladinou na úrovni 100-ročnej vody. Časti základovej dosky v mieste átrií bez priťaženia hornou stavbou je nevyhnutné prikotviť proti vztlakovým účinkom spodnej vody ťahovými prvkami – železobetónovými pilótami, resp. mikropilótami s trvalou protikoróznou ochranou (systém GEWI).

Pôdorys stavebných jám

Geologické pomery a vplyv na zvolenú technológiu realizácie

Na povrchu územia sa okrem navážok nachádzajú prevažne jemnozrnné zeminy. Sondami sa zistili navážky v hĺbke 0,9 až 5,2 m (lokálne 7,1 až 8,5 m) pod úrovňou rastlého terénu, pričom išlo najmä o antropogénne sedimenty, hlavne zvyšky stavebnej sute po predchádzajúcej výstavbe. Lokálne sa v podloží vyskytli aj zvyšky ropných látok ako pozostatky priemyselného areálu Kablo, ktoré odstránila odborne spôsobilá spoločnosť počas výkopových prác.

Z geologického hľadiska je podložie budované sedimentmi kvartéru a neogénu. Kvartérne zeminy tvoria sedimenty Dunaja. Dominantným typom kvartérnych sedimentov sú štrky zle zrnené (G2), ktorých hrúbka dosahuje 8,0 až 11,0 m. Na báze štrkov sa vyskytujú balvany s veľkosťou 0,5 až 1,0 m. Úroveň neogénu sa podľa IG prieskumu nachádza v hĺbke od 11,5 až 15,5 m pod úrovňou terénu. Neogénne podložie je budované ílmi s polohami jemnozrnného piesku. Tieto polohy piesku sú výškovo a polohovo nepravidelné a vytvárajú šošovky, ktoré sú zvodnené a môžu byť navzájom poprepájané. Napätá hladina spodnej vody v týchto pieskovitých polohách môže spôsobovať podtekanie päty tesniacej steny pri nedostatočnej hĺbke votknutia relatívne nepriepustných neogénnych ílov.

Hladina podzemnej vody (HPV) je v kvartérnych štrkoch s voľnou hladinou, lokálne môže byť mierne napätá v miestach so zvýšenou mocnosťou aluviálnych sedimentov. Hladina podzemnej vody bola narazená v hĺbkach okolo 5,6 až 6,8 m pod úrovňou terénu. Maximálna možná hladina podzemnej vody je stanovená podľa najbližších pozorovacích objektov a môže dosiahnuť úroveň 133,6 m n. m. (pri križovatke ulíc Košická a Mlynské nivy) až 134,0 m n. m. (pri križovatke ulíc Továrenská a Dostojevského rad). Pri statickom návrhu a realizácii stavebnej jamy sa uvažovalo s maximálnou návrhovou hladinou spodnej vody na kóte –5,300 (tzn. 133,50 m n. m.), pričom táto kóta predstavuje zároveň hornú hranu podzemných tesniacich stien. V prípade výskytu vyššej hladiny spodnej vody by došlo k preliatiu spodnej vody ponad hornú hranu tesniacej steny a k zaplaveniu stavebnej jamy.

Z dôvodu pôdorysnej dĺžky obvodu pažiacich a zároveň tesniacich podzemných stien (cca 900 bm) a ich predpokladanej hĺbky (cca 14,5 m) by bolo treba pri použití klasickej kopanej milánskej podzemnej steny s hrúbkou 60 cm zlikvidovať približne 8 000 m³ vydrapákovanej zeminy premiešanej so zvyškami bentonitovej zmesi a spätne naviezť asi 8 000 m³ betónovej zmesi. Z toho dôvodu sa zhotoviteľ diela rozhodol použiť bezvýkopovú technológiu Mixed-In-Place (MIP) na realizáciu podzemných pažiacich a tesniacich stien s konštrukčnou hrúbkou 55 cm pomocou preinjektovania štrkového podložia so samotvrdnúcou cementovou suspenziou. Na realizáciu MIP stien sa využíva vrtná súprava BAUER RG20, ktorá obsahuje 3 ks špirálových vrtákov s priemerom d = 550 mm.

Výstuž MIP podzemných pažiacich stien tvoria oceľové zvárané profily. Tieto nosníky sa vtláčajú do čerstvej, ešte nezatvrdnutej suspenzie. Vodorovné napätie vznikajúce v MIP podzemnej stene sa prenáša pomocou klenbového efektu do ohybovo tuhých oceľových nosníkov. Týmto riešením sa podarilo optimalizovať cenu diela a skrátiť pôvodne uvažovaný harmonogram realizácie diela. Samotný tvar každej stavebnej jamy zohľadňuje pôdorys podzemných častí novobudovaného objektu, ako aj hranice pozemku investora. MIP podzemná stena nebude integrovaná do nosného systému novobudovaného objektu na prenos zaťaženia, ale bude využitá ako stratené debnenie na realizáciu obvodových stien suterénu.

Spoločná stavebná jama pre objekty A2 + A3

Spoločná stavebná jama pre objekty A2 + A3 (obvod 505 bm)

Práce na zabezpečení stavebnej jamy prebiehali v týchto 5 etapách:

1. etapa

Obsahovala zapaženie predvýkopu od úrovne rastlého terénu pomocou klincovaných svahov (Rez B), resp. voľným svahovaním v sklone 1 : 1 na pozemku investora (Rez A, Rez C) až po pracovnú úroveň na realizáciu MIP podzemných stien. V úsekoch predvýkopu pozdĺž ulíc Továrenská a Karadžičová (Rez B) je navrhnuté paženie predvýkopu pomocou klincovaných svahov v sklone 10 : 1 (alt. 8 : 1). Odkop prebiehal v troch až štyroch etapách v závislosti od krátkodobej stability otvoreného výkopu. V jednotlivých fázach odkopu sa na vyprofilovaný svah inštalovali oceľové zvárané siete s rozmermi 150 × 150 × 8 mm, ktoré sú prichytené na svah konštrukčnými oceľovými hákmi, a následne sa zrealizoval nástrek striekaného betónu (torkrét) s hrúbkou 7 až 10 cm. Na zabezpečenie stability sa zrealizovali 2 rady zemných klincov typu GEWI20.

2. etapa

Realizovali sa MIP podzemné pažiace a tesniace steny a čerpacie a vsakovacie studne. V tejto fáze sa zhotovila MIP podzemná tesniaca a pažiaca stena, ktorá bude zároveň plniť funkciu strateného debnenia (Rez A, Rez B). V úseku (Rez C) s voľne svahovaným výkopom s medzilavičkou až po úroveň základovej škáry je zrealizovaná iba nevystužená podzemná tesniaca clona, a to rovnako technológiou MIP. Čerpanie statickej zásoby podzemnej vody, ako aj udržiavanie hladiny spodnej vody pod úrovňou základovej škáry výkopu sa zabezpečilo pomocou systému 7 čerpacích studní v stavebnej jame a 8 vsakovacích studní mimo pôdorysu stavebnej jamy pre objekty A2 + A3 (3 vsakovacie studne boli zhotovené v pôdoryse budúcej stavebnej jamy objektu A4 a neskôr využité ako čerpacie studne).

3. etapa

Realizoval sa výkop po kotevnú úroveň, postupne sa vyfrézovala pohľadová plocha MIP podzemnej steny.

4. etapa

Zhotovili sa dočasné horninové kotvy vrátane ich predopnutia, realizovala sa prevádzka čerpania. Prenos horizontálnych síl od zemného tlaku, ako aj priťaženia v okolí stavebnej jamy na MIP podzemnú stenu zabezpečujú dočasné 4 pramencové horninové kotvy. Kotevné hlavice sú umiestnené na kotevných platniach medzi oceľovými 2 x U-profilmi, ktoré tvoria výstuž MIP podzemnej steny. Vsadením kotevných hlavíc do 2 x U-profilov možno dosiahnuť rovnú plochu MIP steny pri jej využití vo forme strateného debnenia. Po zapnutí čerpadiel v čerpacích studniach sa podarilo približne do 48 hodín dosiahnuť finálne zníženie hladiny spodnej vody v stavebnej jame, takže v ďalšej etape už mohol prebiehať výkop pod úrovňou hladiny podzemnej vody. Na dlhodobé udržiavanie HPV boli v prevádzke len 3 zo 7 zhotovených čerpacích studní, pričom sa čerpali prítoky do stavebnej jamy v objeme asi 12 až 15 litrov vody za sekundu, čo bolo výrazne menej ako navrhnutá kapacita čerpania.

5. etapa

Realizoval sa výkop na úroveň základovej škáry a úprava pohľadovej plochy MIP podzemnej steny vyfrézovaním nadprofilu. Z úrovne základovej škáry sa realizovalo aj 40 vŕtaných železobetónových ťahových pilót s priemerom d = 630 mm zhotovených technológiou pomocou kontinuálneho špirálového vrtáka (angl. CFA).

Stavebná jama pre objekt Rondel – podzemná kruhová križovatka

Stavebná jama pre objekt Rondel – podzemná kruhová križovatka (obvod 105 bm)

Na vybudovanie podzemnej kruhovej križovatky, ktorá bude tvoriť dopravné prepojenie celej zóny TWIN CITY juh s časťou TWIN CITY sever (nová autobusová stanica) cez Mlynské Nivy, bolo potrebné navrhnúť a zrealizovať hlbokú stavebnú jamu s úrovňou základovej škáry na kóte 125,70 m n. m., tzn. približne 11,0 m pod úrovňou terénu a 6,5 m pod úrovňou normálnej hladiny podzemnej vody. Konštrukcia (Rez E) bola dimenzovaná až po povodňovú hladinu spodnej vody na kóte 134,00 m n. m., čiže na tlak vody tvorený vodným stĺpcom 8,5 m za pažiacou MIP podzemnou stenou. Predvýkop stavebnej jamy sa zo strany ulice Mlynské Nivy zabezpečil dočasnou pilótovou stenou bez kotvenia (priemer pilót d = 550 mm), keďže vzhľadom na výskyt viacerých inžinierskych sietí v podloží nebolo možné realizovať klincované svahy s torkrétom.

Stavebná jama s pôdorysnými rozmermi približne 25 m × 25 m sa pre krátkosť času výstavby navrhla len s jedným radom kotvenia, resp. rozopretia oceľovými dočasnými rozperami. Stavebná jama sa odvodnila pomocou plošného drenážneho koberca, keďže na úrovni základovej škáry sa už lokálne nachádzali nepriepustné vysokoplastické neogénne íly (F6, F8), a pomocou jednej čerpacej studne, ktorá ústila do vsakovacej studne. Čerpané množstvá vody boli v objeme minimálne 1 až 5 l/s.

Stavebná jama pre objekt A4 v mieste napojenia na Rondel – podzemnú kruhovú križovatku

Stavebná jama pre objekt A4 (obvod 295 bm)

Postup výstavby stavebnej jamy pre objekt A4 prebiehal principiálne rovnako, ako to bolo pri výstavbe spoločnej stavebnej jamy objektov A2 + A3. Najdôležitejšou úlohou bolo technicky zvládnuť vodotesné napojenie novobudovaných MIP podzemných pažiacich a tesniacich stien objektu A4 (Rez D, Rez B´) na existujúce MIP podzemné steny (Rez B, Rez C) objektu A3. Priečna tesniaca clona (Rez C) na ľavej strane oddeľovala vodotesne novobudovanú stavebnú jamu objektu A4 od stavebnej jamy objektov A2 + A3 a ďalšia priečna tesniaca clona (Rez C´) na pravej strane oddeľovala vodotesne jamu od stavebnej jamy Rondela – podzemnej kruhovej križovatky.

Po zrealizovaní MIP podzemných stien na strane ulice Továrenská (Rez B´), ako aj úseku na ulici Mlynské Nivy (Rez D) a spustení čerpania časti novobudovaných čerpacích studní prišla skúška správnosti, ktorá mala potvrdiť, či je jama objektu A4 dostatočne utesnená. Objem čerpanej vody < 15 l/s a zníženie hladiny pod úroveň základovej škáry umožnili odbágrovať prvú clonu (Rez C) a stavebne napojiť objekt A4 priamo na objekt A3. V ďalšej etape sa ukončilo napojenie stavebnej jamy A4 na stavebnú jamu Rondel – podzemnú kruhovú križovatku –, čím vznikla v strede Bratislavy „otvorená”, hydraulicky prepojená obrovská stavebná jama s obvodovou dĺžkou približne 900 bm.

Pôvodne navrhnuté železobetónové pilóty z úrovne základovej škáry sa preprojektovali – malopriemerovou vrtnou súpravou sa do základovej dosky navŕtali trvalé tyčové ťahové kotvy s dvojitou protikoróznou ochranou (systém GEWI) s d = 50 mm s presahom a kotevnými platňami. Pôvodne navrhnuté hĺbkové vibračné hutnenie (vibroflotácia) na zlepšenie únosnosti podložia na úrovni základovej škáry sa nakoniec pri žiadnom stavebnom objekte nerealizovalo, keďže prirodzené štrkopieskové podložie bolo možné zhutniť na projektom predpísané parametre deformačného modulu Edef2 pomocou cestných vibračných valcov a dosiek.

Realizácia MIP podzemných stien súpravou BAUER RG20. V pozadí je projekt Panorama City, ktorý zakladala na pilótach takisto naša spoločnosť.

Záver

Na výstavbe diela TWIN CITY v Bratislave momentálne prebiehajú betonáže skeletových konštrukcií objektu A4 a postupne sa priťažuje základová doska. Po vybudovaní nadzemných podlaží bude priťaženie vlastnou tiažou proti vztlakovým účinkom podzemnej vody dostatočne veľké, takže bude možné vypnúť čerpací systém v stavebnej jame. Na objektoch A2 + A3 prebiehajú dokončovacie práce. Ďalšia etapa projektu TWIN CITY (objekt A1) by sa mala začať výstavbou stavebnej jamy ešte v tomto roku.

TEXT: Ing. Juraj Chropeň
FOTO: BAUER Spezialtiefbau Ges. m. b. H. – o. z.

Juraj Chropeň je obchodno-technický riaditeľ v spoločnosti BAUER Spezialtiefbau Ges. m. b. H. – o. z.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby