Netradičné sanačné a stabilizačné konštrukcie pri sanáciách zosuvov

V súčasnosti prebieha vo významnom rozsahu program sanácie zosuvných území na Slovensku. Takisto pri aktuálnom rozširovaní a budovaní cestnej a železničnej siete prechádzajú tieto stavby zložitými územiami v náročných inžinierskogeologických pomeroch, kde sa uplatnia postupy sanácie a stabilizácie. Popri štandardných technológiách na sanáciu a stabilizáciu zosuvných území sa pritom pomaly pristupuje aj k menej tradičným metódam. Článok sa zaoberá použitím vybraných alternatívnych metód sanácie zosuvov.

V prípravnej fáze projektov je, žiaľ, často veľmi krátky čas na analýzu a štúdium nových možností, ktoré by bolo možné aplikovať pri riešení problému. Preto projektant alebo zodpovedný riešiteľ spolu s geotechnikom siahajú prevažne po overených tradičných technológiách a konštrukciách v snahe vyriešiť problém v krátkom čase. Momentálne je však k dispozícii mnoho inovatívnych riešení, ktoré môžu urýchliť a uľahčiť realizáciu v zložitých pomeroch a súčasne zabezpečiť dlhodobú funkčnosť.

Základný prehľad používaných konštrukcií na stabilizáciu a sanáciu svahov uvádzame v tab. 1. Uvedené rozdelenie predstavuje jedno z mnohých delení sanačných metód, v tomto prípade zostavené Drusom a kol. (2013). Metódy sú rozdelené do piatich základných klasifikačných skupín podľa spôsobu zásahu do svahu.

V článku sa venujeme niekoľkým vybraným konštrukčným prvkom, ktoré prinášajú určitú alternatívu k niektorým sanačným metódam uvedeným v klasifikačnej tabuľke. V praxi, samozrejme, dochádza väčšinou ku kombinácii rôznych metód, čo nie je inak ani pri použití alternatívnych konštrukcií.

Stabilizujúce konštrukcie

Štandardné typy stabilizujúcich opatrení a konštrukcií uvedené v tab. 1 sú všeobecne známe a vo veľkej miere sa aj pri sanačných prácach využívajú. Ako veľmi efektívna alternatíva k stabilizujúcim gravitačným konštrukciám, ako sú napr. gabionové múry alebo vystužené horninové konštrukcie, sa ukazuje modulárny systém Erdox, známy odbornej verejnosti aj pod pojmom „ondrejské kríže“.

Druhou konštrukciou zo skupiny stabilizujúcich opatrení, ktorá sa masívne využíva pri sanáciách, sú klincované konštrukcie. Kde to geologické podmienky umožňujú, môže byť technickou alternatívou k takýmto konštrukciám systém zarážaných mechanických zemných kotiev s kotevnou hlavou (napr. ZUBOR) v kombinácii s flexibilným opevnením svahu.

Stabilizujúca konštrukcia Erdox

Konštrukcia (obr. 1) sa vyznačuje nízkou hmotnosťou a jednoduchou manipuláciou. ­Erdox Terra predstavuje prefabrikovanú oceľovú konštrukciu, ktorá slúži na sanáciu zosuvov, zabezpečenie nestabilných svahov, vytváranie oporných konštrukcií, realizáciu protipovodňových hrádzí, reguláciu riek, realizáciu záchytných systémov, protilavínovú ochranu a podobne.

Ako sme uviedli, možno ju použiť v prípadoch, kde zvažujeme gravitačnú alebo vystuženú konštrukciu, jej výhodou je však možná kombinácia s kotvením, čo dáva tejto konštrukcii ďalší technický rozmer.

Ide o pružnú, stabilizačnú a súčasne priepustnú konštrukciu. Skladá sa z predného panela, rúrového tyčového prvku, stabilizačných lán a kotevného prvku. Konštrukcia je ukotvená v jednom bode pomocou kotevného prvku (lanová kotva, betónová doska, oceľová doska).

Voľba ukotvenia závisí od geo­technických podmienok, morfológie, lokality a konkrétneho projektu. Predný panel sa skladá z lanového panelu, dvojzákrutovej siete a kovových nosníkov HE120B/HE140B, ktoré vytvárajú krížovú konštrukciu.

V zadnej časti panela je guľový kĺb, ktorý zabezpečuje spojenie medzi rúrovým tyčovým prvkom a následné spojenie s kotevným prvkom. Takéto spojenie umožňuje relatívne a torzné pohyby vo vzťahu k morfológii terénu počas inštalácie. Rúrový tyčový prvok má Ø 88,9 mm a dĺžku od 3,0 do 6,0 m podľa špecifikácie v projekte. Ďalšou časťou konštrukcie Erdox sú 4/8-oceľové stabilizačné laná s Ø 16 mm.

Konštrukcia sa dodáva na stavbu ako čiastočne vopred montovaná súprava. Polovičné nosníky s možnosťou otáčania umožňujú jednoduchú dopravu a manipuláciu. Po vytvorení kríža a upevnení obvodového lana lanového panelu sa osadí stredový spojovací rúrový prvok pomocou guľového kĺbu. Konštrukcia je tak pripravená na inštaláciu. Ukotvenie o kotevný prvok sa realizuje formou skrutky.

*Rad konštrukcií Erdox obsahuje aj menšie prvky Erdox Junior a prvky na stabilizáciu lavín Erdox Neve – pre obmedzený priestor sa však týmto konštrukciám v príspevku nevenujeme.

Realizácia konštrukcie Erdox Terra pri rekonštrukcii cesty v Kraľovianskom zosuve

Úlohou riešiteľa bolo lokálne zabezpečiť ­stabilitu cesty v telese Kraľovianskeho zosuvu. Cesta bola pôvodne vybudovaná v prípravnej fáze výstavby diaľnice D1 Turany – Hubová v km 4,7 – 6,4 v údolnom variante V1, ktorej pokračovanie bolo zastavené. V súčasnosti ju využíva obec Kraľovany na poľnohospodárske účely.

V najkritickejšej časti cesty v km 5,31 – 5,41 hrozilo vplyvom svahových deformácií až znemožnenie užívania cesty, čo viedlo k návrhu a realizácii sanačných opatrení formou stabilizácie oceľovými priestorovými prvkami Erdox Terra. Stabilita komunikácie a pozemkov na úpätí svahu sa zabezpečila inštaláciou záchytných oceľových vystužených kotevných konštrukcií ­Erdox Terra v dvoch radoch (nad cestou a pod cestou).

Realizovalo sa spolu 42 kusov vystuženej konštrukcie s rozmermi 3,1 × 3,6 m. Vzhľadom na to, že územie je zosuvné, realizovali sa výkopové práce postupne, vždy len pre dva prvky. Na vytvorenie stavebnej jamy bolo nevyhnutné realizovať odťaženie päty existujúceho zosuvného svahu. Výkopové práce sa realizovali z úrovne pôvodného terénu. Na zásyp a budovanie zemného telesa sa používal lokálny materiál.

Na osadenie prvkov sa predpokladá vytvorenie stavebnej jamy s približne vodorovným dnom, na ktoré sa jednotlivé prvky postupne ukladajú. Stavebná jama musí byť počas výstavby provizórne odvodnená systémom pozdĺžnych a priečnych rýh zvedených do rieky Váh.

Pri spätnom zásype je dôležité umiestňovať zásyp od kotevného prvku smerom k čelnému prednému panelu. K aktivácii jednotlivých prvkov konštrukcie dochádza pri ich zasýpaní. Jednotlivé vrstvy ­zásypu sa zhutňujú vhodnými zariadeniami. Po realizácii spätného zásypu konštrukcie možno začať otvárať nasledujúcu stavebnú jamu.

Postupnou realizáciou po častiach vo vyššie uvedených krokoch sa vybudovala konštrukcia na celú požadovanú dĺžku.

Systém zarážaných mechanických zemných kotiev ZUBOR

Ďalším prvkom zo skupiny stabilizujúcich konštrukcií sú oceľové klince alebo lanové kotvy, ktoré sa používajú vo veľkej miere pri stabilizovaní svahových deformácií. Z praxe sú známe buď plné tyčové profily alebo lanové kotvy, pri ktorých sa injektáž realizuje do vyvŕtaných otvorov, alebo duté samozávrtné tyčové profily so stratenou korunkou, ktoré sa injektujú prostredníctvom dutiny cez vrtnú korunku.

V niektorých prípadoch, kde to geologické pomery dovoľujú, možno tieto konštrukčné prvky nahradiť tzv. mechanickými zemnými kotvami, ktoré nie sú vŕtané, ale zarážané, a to buď ručne, alebo pneumatickými kladivami. Ich inštalácia je možná až do dĺžky 15 m v závislosti od geologických pomerov.

Mechanické zemné kotvy ZUBOR 60.5 (obr. 6) sú vyrobené z ťažnej tyče, ktorá je kĺbovo spojená s kotviacou hlavou, vyrobenou zo žiarovo pozinkovanej ocele. Kĺbové pripojenie kotviacej hlavy s tyčou je realizované cez liatinový spoj so závitom, spojený skrutkou s kotviacou hlavou.

Ťažná tyč je závitová, s priemerom 20 mm, s metrickým závitom po celej dĺžke. Do kotviacej hlavy je zaskrutkovaná cez liatinový spoj. Kotevnou hlavou je prítlačná doska s maticou. Dĺžka kotiev môže byť ľubovoľná – od 2,0 do 15,0 m.

Mechanické kotvy možno použiť pri stabilizácii svahových deformácií s kombináciou flexibilného opevnenia (napr. vysokopevnostná sieť, príp. geokompozity z oceľovej siete). Ďalšie možnosti použitia predstavuje kotvenie gabionových konštrukcií, štetovnicových stien, kotvenie nestabilných oporných konštrukcií atď.

Realizácia mechanických zemných kotiev ZUBOR na D1 Budimír – Bidovce

Projekt riešil stabilizáciu zosuvu, ktorý vznikol počas výstavby diaľničného úseku D1 Budimír – Bidovce. V úseku medzi km 10,5 až 11,0 s dĺžkou približne 300 m, kde vedie diaľnica vo vysokom záreze, vznikol pri výstavbe obojstranný zosuv, ktorý vyvolal potrebu zmeny pôvodného riešenia a postupu výstavby. Riešenie spočívalo vo vybudovaní hlbokých pilotových kotvených stien a v stabilizácii vrchných partií svahov kombináciou mechanických kotiev a vysokopevnostných sietí.

Prefabrikované oceľové mechanické zemné kotvy ZUBOR 60.5/20 HDG s priemerom M20 a dĺžkou 6 m boli rozmiestnené v rastri 3 × 3 m a osadené pomocou mechanického baranidla. Zemné kotvy boli zabaranené do upraveného svahu medzi drenážno-stabilizačné rebrá, na svah sa rozvinula bentonitová georohož s prepichom cez kotvy a s utesnením otvoru nepriepustnou zeminou.

Následne sa na georohož inštalovala vysokopevnostná oceľová sieť, prikotvená oceľovými platňami s rozmermi 0,2 × 0,2 m a zemné kotvy sa aktivovali pomocou hydraulického zariadenia. Ich funkciou je zvýšiť napätie v zemine po uvoľnení stavu napätosti vplyvom výkopu a znížení stavu súdržnosti vplyvom prekonsolidácie zemín a po znížení ich pevnosti.

Technické parametre mechanickej zemnej kotvy ZUBOR sú:

• ťahová pevnosť: min. 200 kN,
• kotevná sila: 40 kN,
• typ: ZUBOR 60.5,
• kotviaca plocha: 60 000 mm²,
• šírka hlavy: 200 mm,
• závit: M20,
• plocha kotevnej plochy: min 60 000 mm²,
• povrchová úprava všetkých častí: žiarové zinkovanie klincov.

Ochrana proti zvetrávaniu a erózii

Štandardnými technológiami používanými na ochranu svahu pred eróziou a zvetrávaním sú okrem vegetačnej ochrany aj technológie spočívajúce vo vybudovaní ochrannej vrstvy. Okrem používania striekaných betónov je už dnes bežnou praxou využívanie rôznych geosyntetických materiálov, ako sú protierózne geokompozity a pod.

Už táto téma použitia a vlastností geosyntetík na protieróznu ochranu by si zaslúžila samostatnú pozornosť, pretože typov týchto materiálov je množstvo a od ich vlastností závisí aj ich vhodné použitie. Avšak ako alternatívnu netradičnú technológiu sme vybrali sofistikovanejší systém oceľovej 3D konštrukcie, tzv. Krismer systém 3D, a to pre jeho flexibilitu a rôzne možnosti použitia.

Protierózna ochrana a stabilizácia oceľovým 3D systémom

Krismer 3D (obr. 7) je priestorový prvok vo forme oceľového trojrozmerného roštového systému určený na efektívnu trvalú protieróznu ochranu strmých svahov, spĺňajúcu tie najprísnejšie technické požiadavky. Pri veľmi strmých svahoch predstavuje hospodárnejšiu alternatívu k masívnym gabionovým múrom, vystuženým násypom a pod. V kombinácii so systémovými klincami môže mať nielen funkciu protieróznej ochrany, ale aj stabilizácie plytkých deformácií.

Jedinečnosť 3D systému Krismer spočíva vo vysokej schopnosti prispôsobiť sa akémukoľvek typu terénu, čo umožňuje aplikovať ho nielen ako konštrukčný, ale aj ako nosný prvok na svahoch s veľkým sklonom v kombinácii s vegetačnou úpravou líca svahu.

Oceľový stabilizačný systém vo forme trojdimenzionálneho roštu s výškou 80 mm je zložený z jednotlivých panelov, ktoré sú vzájomne previazané viazacími slučkami a vystužené v jednom alebo dvoch diagonálnych smeroch pomocou oceľových distribučných tyčí s Ø 10, resp. 12 mm.

Oceľový systém je kotvený do svahu pomocou vlastných systémových T-profilových zemných klincov, kotevných tyčí, resp. ho možno upevniť aj na existujúce klince/kotvy. 3D systém je vyplnený drveným kamenivom a na vrchu vegetačnou zeminou (pri finálnej úprave s vegetáciou), resp. iba drveným kamenivom fr. 32 – 63 mm pri finálnej bezúdržbovej úprave s kamenným lícom. Vysokú životnosť systému zabezpečuje povrchová úprava žiarovým zinkovaním, príp. poplastovaním.

Priestorový oceľový systém možno aplikovať na pôvodný terén a takisto aj na striekaný betón. Spôsob ukotvenia je variabilný a možno ho prispôsobiť daným podmienkam.

Odvodnenie svahov

Systémy odvodnenia svahov, ktoré sa bežne používajú, sú uvedené v tab. 1. Pri odvodnení svahových deformácií sa ako jedno z najbežnejších, najúčinnejších a zároveň aj najmenej nákladných riešení veľmi často používa povrchové odvodnenie formou budovania nespevnených alebo spevnených priekop. V zosuvných územiach, kde je budovanie takýchto konštrukcií so spevneným povrchom náročnejšie, či už pre morfológiu, alebo ťažšiu dostupnosť, sa ukázalo ako veľmi prínosné riešenie využitie cemento-pieskových geo­syntetických geokompozitov.

Alternatívnym riešením hĺbkového odvodnenia formou drenážnych rebier – v miestach, kde je nutné dokonalé a trvalé odvádzanie vody –, je použitie 3D oceľových buniek vkladaných do vykopaných rýh a ich vyplnenie vhodným kamenivom.

Flexibilné opevnenie odvodňovacích priekop

Neustály vývoj geosyntetických materiálov a možnosti kombinácie funkcií vďaka moderným technologickým procesom prinášajú inovatívne možnosti aj do realizácie. Jedným z príkladov je možnosť kombinácie netkaných geotextílií s vrstvou piesku a cementu. Enkapsuláciou tejto vrstvy medzi dve geotextílie vznikne vrstva, ktorá prináša v kombinácii s vodou široké uplatnenie – či už na spevnenie svahov, alebo na opevnenie priekop.

V zložitých podmienkach, kde je doprava betónu alebo prefabrikovaných prvkov na dláždenie komplikovaná, je ďaleko jednoduchšie aplikovať tento kompozit vo forme geosyntetickej plachty (dodáva sa v rolkách). Plachta sa jednoducho kotví skobami na svahy priekopy a následne sa dotuje vodou – tá spôsobí rekciu cementu a piesku, ktorá vytvorí povrchové spevnenie v požadovanom tvare.

Drenážne rebrá budované oceľovým 3D systémom

Ako doplnkovú technológiu k budovaniu drenážnych rebier uvádzame u nás málo používaný, no veľmi účinný spôsob. Zvyčajne sa tento systém vystužených drenážnych rebier používa v praxi s riešením hlbokých eróznych rýh pri sanácii svahov, napr. pri reprofilácii a vyplnení depresií pod protieróznou úpravou (ako napr. spomínaný Krismer 3D systém). Ide o kombináciu drenážnej výplne a 3D oceľovej rohože v rôznom usporiadaní (obr. 11). Hrúbka roštu oceľovej rohože je 8 cm, ide o materiál v zmysle detailu na obr. 7.

Alternatívne možno na budovanie takýchto rebier použiť napr. aj gabiony, avšak pri takejto alternatíve by ryhy museli byť relatívne presne upravené, čo je v praxi a v ťažkých podmienkach na svahu problematické. Flexibilita 3D roštu dovoľuje vystuženie rýh už po nenáročnej úprave.

Prefabrikované drény na subhorizontálne odvodnenie svahu

Alternatívny spôsob odvodnenia svahu s výhodou veľmi rýchlej inštalácie môže pri vhodných inžinierskogeologických pomeroch predstavovať prefabrikovaný geosyntetický drén, ktorý sa často aplikuje v súčinnosti s mechanickými alebo inými kotvami na zvýšenie ich účinnosti.

Prefabrikované odvodňovacie drény ­ZUBOR 7DWP-95 sa skladajú z drenážneho geokompozitu s potrebnou dĺžkou (zvyčajne od 3 do 20 m), ktorý je spojený s kovovou hlavou. Geokompozit je vyrobený z polymérového obojstranného jadra so všesmernými kanálikmi, jadro je obalené filtračnou geo­textíliou s vysokou priepustnosťou. Geokompozit je spojený s kovovou hlavou, ktorá umožňuje inštaláciu zarážaním bez použitia paženia. Kovová prefabrikovaná hlava drénu umožňuje spojenie so súpravou tyčí na zarážanie.

Technické parametre geodrénu ZUBOR sú:

• ťahová pevnosť v hlavnom smere: 28 kN,
• CBR: 1,6 kN,
• drenážna kapacita v ploche drénu: (100 kPa, ΔH = 0,1) min 0,18 l/(m . s).

Záver

Netradičné riešenia spomenuté v článku nepovažujeme za riešenia, ktoré by nahrádzali tradičné spôsoby sanácie, môžu však byť vhodným doplnením alebo alternatívou tam, kde to podmienky dovoľujú, alebo pri takých úlohách, kde sa štandardné riešenia nedajú aplikovať.

Často je riešením problému kombinácia konštrukčných riešení, takisto si treba uvedomiť, že nie každá technológia je vhodná na každý problém. V praxi sa ukazuje, že problematika sanácií svahových deformácií je multidisciplinárna, takže je veľmi vhodná úzka spolupráca geológa s geotechnikom.

Cieľom zviditeľnenia aj iných ako tradičných technológií je rozšíriť obzory a priniesť nový pohľad na riešenie úloh. Inžinierski geológovia, ale aj projektanti totiž nemajú v praxi veľmi často čas na hľadanie nových riešení a využívajú riešenia z už realizovaných projektov, čo nepochybne môže byť správne, ale nemusí to byť vždy to najlepšie riešenie daného problému.

Literatúra
Drusa, M. – Decký, M. – Marchalko, M. – Zgútová, K. – Vangel, J. – Trojanová, M. – Kubík, B. – Starší, B.: Navrhovanie a kontrola zemných konštrukcií dopravných stavieb. Žilinská univerzita v Žiline, EDIS vydavateľstvo ŽU, 2013.