Ochrana proti padaniu skál systémovými riešeniami na vybraných dopravných stavbách v ČR

V článku uvádzame niekoľko významných stavieb z Českej republiky, na ktorých sa v poslednom období aplikovali zaistenia ochrany proti padaniu skál.

Na týchto stavbách participovala spoločnosť MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o., ako dodávateľ systémov zaistenia a spoločnosť Strix Chomutov, a. s., ako špecializovaná spoločnosť na inštaláciu týchto systémov.

Oblasť ochrany proti padaniu skál predstavuje popri geotechnike významný sektor, ktorým sa spoločnosť MACCAFERRI CENTRAL EUROPE zaoberá. Významným prvkom zaistenia ochrany proti padaniu skál sú dynamické bariéry. Z tohto dôvodu sme sa rozhodli v úvode článku opísať účel, konštrukciu, základné princípy fungovania a návrhové princípy dynamických bariér, v druhej časti sa venujeme niekoľkým konkrétnym významným projektom tohto typu, ktoré boli realizované v roku 2015 v Českej republike.

Dynamické bariéry

Dynamická bariéra je dnes už bežne používaným konštrukčným riešením na ochranu líniových stavieb (ciest, železníc alebo budov) proti padaniu skál. Jednou z hlavných výhod jej použitia je, že na rozdiel od systémov zasieťovania alebo opláštenia skál vyžaduje len minimálny zásah do okolitého prostredia a pomerne jednoduchú inštaláciu a údržbu.

Veľmi často sa však tieto systémy kombinujú s aktívnou ochranou – opláštením skál sieťami, vysokopevnostnými sieťami alebo lanovými panelmi, ktoré sú kotvené do podkladu horninovými kotvami, čím stabilizujú potenciálne nestabilný skalný svah.

Bariéra pozostáva z panelových záchytných polí, stĺpov, základových platní, disipátorov (tubulárnych roznášačov energie, ktoré sú schopné absorbovať energiu dopadajúceho bloku), lán a spojovacieho materiálu. Hlavný záchytný panel pozostáva z oceľovej siete vystuženej lanami alebo zo siete z kruhových panelov a je doplnený dvojzákrutovou oceľovou sieťou, ktorá slúži na zachytenie drobných úlomkov.

Súčasťou je aj zakladanie bariéry, ktoré je vždy špecifické a závisí od inžinierskogeologických pomerov na stavbe, navrhuje ho projektant stavby. Dodávateľ bariér poskytne projektantovi zaťaženia pri všetkých základových prvkoch bariéry (založenie stĺpov bariéry, založenie horných, bočných kotviacich lán, prípadne založenie spodného kotviaceho lana).

Podstatou účinnosti bariéry je jej schopnosť efektívne rozniesť energiu padajúceho skalného bloku deformáciou celého systému. Priamy náraz hmoty nastáva do hlavného záchytného panelu, ktorý prenáša napätie do lán, disipátorov, nosných stĺpov a základov. Úlohou oceľových lán a disipátorov je navyše udržiavať záchytnú bariéru v správnej polohe aj po zásahu.

Dynamická bariéra ako samostatná zostava prvkov na zachytenie padajúcich blokov musí byť podrobená testovaniu v zmysle Európskeho technického osvedčenia (ETA) podľa smernice ETAG 027. Ako príklad uvádzame základné údaje k testu bariéry s energiou 8 600 kJ podľa ETAG 027 (obr. 1).

Obr. 1 Test bariéry podľa smernice ETAG 027

Testovaná bariéra v testovacom centre v Taliansku (Fonzasso, BO) mala dĺžku 30 m a bola podrobená pádu betónového bloku na sieť bariéry z výšky 34 m. Pád bloku dosiahol pred impaktom rýchlosť 25 m/s. Bariéra s energiou 8 600 kJ je za uvedených podmienok schopná zachytiť pád 18,8-tonového bloku. Bariéry sa inštalujú zvyčajne v dĺžke minimálne 30 m. Optimálna dĺžka bariéry je 50 m.

Kompletný rad dynamických bariér od spoločnosti Maccaferri pokrýva energetické hladiny od 500 do 8 600 kJ (energetická hladina = kinetická energia bloku pri náraze do bariéry). Od roku 2015 je produktový rad doplnený aj o bariéry s energiami 750 a 1 500 kJ.

Smerová a výšková flexibilita dynamických bariér umožňuje ich použitie v zložitých morfologických podmienkach – či už na rovinnom podklade, alebo na kolmých skalných stenách. Bariérou možno preklenúť aj erózne ryhy a skalné zárezy. Priestor pod bariérou sa v tom prípade vyplní záchytným panelom rovnakého typu, ako je záchytný panel bariéry. K podkladu je pripevnený prostredníctvom obvodového lana a kotvený je do geologického prostredia.

Pri navrhovaní vhodnej bariéry v konkrétnom prípade vstupujú do hodnotenia viaceré okrajové podmienky ako energetická trieda dynamickej bariéry (veľkosť energie na zachytenie impaktu), výška bariéry vzhľadom na trajektóriu dopadajúceho bloku, reziduálna výška a deformácia bariéry po impakte.

Tieto parametre sú definované výsledkami veľkorozmerných skúšok vyhotovených podľa ETAG 027, ktoré sú smerodajné pre všetkých výrobcov dynamických bariér. Smernica ETAG 027 zjednocuje podmienky, definuje veľkorozmernú skúšku a kategorizuje bariéry. Všetky bariéry používané na stavebnom trhu musia byť certifikované práve na základe tejto skúšky.

Na základe výsledkov dosiahnutých v testoch v zmysle smernice ETAG 027 v režimoch M. E. L. a S. E. L. možno konštatovať, že hodnoty maximálnych deformácií radia dynamické bariéry MACCAFERRI do najlepšej energetickej triedy, čiže do kategórie A.

Hodnota maximálnej deformácie je dôležitá z hľadiska určenia minimálnej vzdialenosti bariéry od chránenej infraštruktúry alebo objektu. Ďalším meraným parametrom je reziduálna alebo zostatková výška bariéry po impakte, ktorá  je rozhodujúca na definovanie zostatkovej účinnosti bariéry po prvom impakte.

Vyššia reziduálna výška po zásahu blokom zabezpečuje dynamickým bariéram funkčnosť aj po zásahu medzi jednotlivými servisnými intervalmi, čím sa znižuje náročnosť na údržbu, pričom systém je aj po impakte naďalej funkčný a plní svoju funkciu ochrany proti padaniu skál.

Sanácia skalného masívu Vrané nad Vltavou na ceste II/102

Stavba sa nachádza v mieste vodnej nádrže Vrané, ktorá bola postavená v rokoch 1930 až 1936 ako prvá časť Vltavskej kaskády. Rozloha nádrže je 2,63 km², dĺžka 13 km a maximálna hĺbka 10,5 m. Predmetná stavba sa nachádza na jej ľavom brehu, a to nad cestou II triedy č. 102. Zložité geologické pomery súvisia s vodnou nádržou, historicky tu vznikali na skalných svahoch nebezpečné zosuvy.

Pri stavbe prístupovej cesty počas výstavby priehrady došlo k podkopaniu nadložných vrstiev, ktoré sa zosúvali po šmykových plochách definovaných hlavnými diskontinuitami. Sklon diskontinuít a tým aj vrstiev/platní horninového masívu je nepriaznivo uklonený smerom do cesty II triedy. Na obr. 2 jasne vidieť geotechnicky problémové územie.

Obr. 2 Pohľad na zaistené svahy na ľavej strane vodnej nádrže vo Vranom nad Vltavou

Stavba pozostáva z troch jednotlivých úsekov medzi obcami Vrané nad Vltavou a Štěchovice.
Pri Štěchoviciach ide o sanáciu pravej strany komunikácie II triedy č. 102, kde sa vyskytujú skalné platne s úklonom až 50°. Pred sanáciou skalného masívu sa celá oblasť vyčistila a vykonali sa ochranné opatrenia cesty. Na vlastnú sanáciu sú v korune inštalované ochranné ploty.

Aktívne prvky ochrany predstavujú dynamické bariéry v celkovej dĺžke 210 m s výškou 4 a 6 m. Ďalším prvkom aktívnej ochrany je zemný val, ktorý je použitý v mieste, kde sa očakáva veľká energia padajúcich blokov – vyššia ako 5 000 kJ. Zemný val predstavuje obojstranne vystuženú horninovú konštrukciu so strmými svahmi so sklonom líca 70°. Vystuženie je realizované pomocou prefabrikovaných prvkov Green Terramesh.

Obr. 3 Stabilizácia skaly vysokopevnostnou sieťou Steelgrid a zemný val proti padaniu skál vo Vranom nad Vltavou

Obr. 4 Dynamická bariéra vo Vranom nad Vltavou

Aktívnym stabilizačným prvkom sú vysokopevnostné siete Steelgrid, ktoré sú kotvené do skalného masívu oceľovými tyčovými svorníkmi. Koruna skalného svahu sa navyše ochránila protieróznou trojrozmernou rohožou MacMat, ktorá zaisťuje túto zónu pred opadávaním menších úlomkov. Súčasťou zaistenia sú dodatočné prvky, ako napríklad zaistenie lokálnych porúch podmurovaním, sanácie puklín a kotvenie vybraných skalných blokov.

Sanačné prvky a rovnako realizácia boli navrhnuté s ohľadom na stav a povahu skalného masívu, ktorá je na tejto stavbe značne premenlivá. Kompletná inštalácia prebehla horolezeckým spôsobom.
Ďalšie 2 nadväzujúce úseky sú zaistené podobným systémom. Spolu sa na stavbe realizovalo 1 870 m² dynamických bariér s energiami 1 000 a 2 000 kJ a približne 7 700 m² zaistenia skaly rôznymi opevňovacími prvkami, ako sú vysokopevnostné kompozity Steelgrid HR a lanové panely (HEA panely).

Na ochranné zemné valy sa použili prefabrikované modulárne bloky Green Terramesh s celkovou výmerou 2 400 m² kolmej pohľadovej plochy. Projekt zaistila spoločnosť SG-Geoprojekt, spol. s r. o. Stavba bola odovzdaná do užívania koncom roka 2015.

Skochovice – Davle

Stavba sa nachádza na pravom brehu vodnej nádrže Vrané a predstavuje zaistenie dvoch výrazných skalných svahov, ktoré sa nachádzajú v tesnej blízkosti železničnej trate 210 Praha – Čerčany, TÚ Skochovice – Davle. Výška skalných svahov sa pohybuje v rozmedzí 8,0 – 52,0 m s generálnym sklonom 40 až 80°. Sanácia skalných svahov je situovaná v geologickej sústave Českého masívu – Barrandienu (prachovce, bridlice).

Horniny budujúce skalný masív a bralá sú postihnuté puklinovým systémom. Primárne plochy odlučnosti sú často nevhodne uklonené smerom do železničnej trate. Uvoľnené bloky, ktoré dopadali na železničnú trať, mali veľkosť v rozmedzí  50 až 400 mm. Veľkosť potenciálnych metastabilných blokov je však mnohonásobne vyššia. Stavebné sanačné práce sú členené do dvoch stavebných objektov: SO-01 Sanácia masívu a SO-02 Sanácia Skochovickej skaly.

Obr. 5 Kompletná inštalácia vo Vranom nad Vltavou prebehla horolezeckým spôsobom.

Na prvom objekte prebiehala sanácia nestabilných blokov oceľovými šesťhrannými sieťami v kombinácii s klincami a sanácia pomocou 3 dynamických bariér s energiou 2 000 kJ a výškou 5 m. Nestabilné bloky boli kotvené pomocou tyčových kotiev, v niektorých miestach sa realizovali podmurovania nestabilných blokov a suťových polí.

Na druhom objekte prebiehala stabilizácia svahov rovnako pomocou vysokopevnostnej siete Steelgrid HR v kombinácii s klincami a sanácia pomocou dynamických bariér s energiou 3 000 kJ a výškou 6 m.
Stavba sa realizovala v priestorovo náročných podmienkach. Takmer všetko materiálové a technické zázemie stavby mal zhotoviteľ umiestnené na opačnom brehu rieky, takže všetok materiál sa musel na stavbu dovážať pomocou lode.

Z dôvodu obmedzeného priestoru inštaloval zhotoviteľ bariéry zo žeriavu z pontónovej lode (obr. 6). Inštalácia bola náročná, ale technicky dobre zvládnutá. Výstavba prebiehala počas prevádzky železnice, ktorej rýchlosť bola počas výstavby znížená na 30 km/h. Sanáciu skál zaisťovali spoločnosti HELPING VÝŠKOVÉ PRÁCE, s. r. o., a UNIGEO, a. s. Projekt zaistila spoločnosť ARCADIS Geotechnika, a. s.

V priebehu ďalších 2 rokov bude prebiehať sanácia pozdĺž celej dĺžky priehrady vo Vranom nad Vltavou, t. j. na úseku dlhom 13 km. Sanácia bude komplexne sanovať všetky nestabilné a potenciálne nestabilné miesta a svojím rozsahom bude najväčšou v Českej republike.

Obr. 6 Inštalácia bariér žeriavom z pontónovej lode (Skochovice – Davle)

Zabezpečenie nestabilných skalných svahov nad obcou Hřensko

Projekt s využitím vysokozáťažových bariér predstavuje I. etapu. Obec Hřensko, ktorá sa nachádza pri hranici s Nemeckom, tvorí vstupnú bránu do Národného parku České Švýcarsko. Nachádza sa na sútoku riek Labe a Kamenica. Na predmetnej stavbe ide o zaistenie skalných svahov, ktoré sa nachádzajú v tesnej blízkosti medzinárodnej komunikácie I/62 na pravostrannom brehu rieky Labe.

Obr. 7 Dynamické bariéry na stavbe v Hřensku (Hřensko I)

Väčšina skalných brál má charakter stien, veží a previsov. Stav týchto brál predstavuje potenciálne riziko skalného rútenia, ktoré sa tu historicky opakovalo. Celková dĺžka zaistenia, rozdelená do 6 samostatných skupín, je 1,36 km. Spolu sa na stavbe inštalovalo až 3 960 m2 dynamických bariér s energiami 1 000, 2 000 a 3 000 kJ.

Samotnej inštalácii bariér predchádzala podrobná príprava staveniska a in-situ prieskum lokality s cieľom riešiť založenie bariér a ich vedenia vo svahu. Osobitne dôležitá bola logistická príprava stavby vzhľadom na zložitý a neprístupný terén. V rovnakom čase sa realizovala stavba Zabezpečenie nestabilných skalných svahov nad obcou Hřensko s využitím ochranných vysokozáťažových bariér (II. etapa).

Obr. 8 Dynamické bariéry na stavbe Skochovice – Davle

Záver

Inštalácia dynamickej bariéry a ostatných systémových riešení zaistenia proti padaniu skál vyžaduje od zhotoviteľa zručnosť a skúsenosť. Je nevyhnutné, aby ich inštaláciu zaisťovala špecializovaná kvalifikovaná firma, pretože správna funkčnosť systému závisí jednak od kvality materiálu, ale predovšetkým od správnej inštalácie.

Prezentované stavby sú významné z technického hľadiska, pričom každá z nich má svoje špecifické podmienky geologického a geomorfologického prostredia a špecifické podmienky výstavby. Spomenuté stavby sú taktiež významné aj vzhľadom na veľký rozsah zaistenia proti padaniu skál a ich spoločenský význam.

Literatúra
1.    STRIX CHOMUTOV, a. s.: Zabezpečení nestabilních skalních svahů nad obcí Hřensko s využitím ochranných vysokozátěžových bariér (I. etapa), Dokumentace pro provádění stavby.
2.    ARCADIS Geotechnika, a. s.: Sanace Skochovické skály v úseku Davle Skochovice v km 33,100-33,830, Projekt stavby.
3.    SG-Geoprojekt, spol. s. r. o.: Sanace skalního masivu Vrané nad Vltavou u přehrady na sil. II/102, Dokumentace pro provedení stavby.
4.    Literatúra spoločnosti Maccaferri.  

Obr. 9 Spolu sa na stavbe v Hřensku inštalovalo až 3 960 m2 dynamických bariér s energiami 1 000, 2 000 a 3 000 kJ.

Rockfall protection intervention on selected infrastructure buildings in Czech republic
We discuss several important infrastructure buildings in Czech republic where Rockfall protection interventions were built in last time in the article. Maccaferri Central Europe s.r.o. as suplier of these system and company Strix Chomutov a.s. as specialized construction company were participated on this projects. Rockfall protection is beside the geotechnics on infrastructure one very important sector of Maccaferri Central Europe. Rockfall barrier is important system from rockfall protection solutions. That is why we decided to describe intention, construction, basic function principles and basic design criteria of barriers in the introduction, while we describing rockfall protection intervention on selected infrastructure buildings in Czech republic which were built in 2015, in second part.

TEXT: Mgr. Ľuboš Lichý, Mgr. Tatiana Horňáková
FOTO: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.
Ľuboš Lichý a Tatiana Horňáková pôsobia v spoločnosti MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby / Inženýrské stavby 6/2016.