Podchytenie budovy kasární Jiřího z Poděbrad

Článok opisuje spôsob dočasného podchytenia historickej budovy kasární Jiřího z Poděbrad, ktoré sa realizovalo v rámci celkovej prestavby pôvodnej budovy. Prestavba bola súčasťou rozsiahleho projektu Palladium Praha. Podchytenie sa realizovalo pomocou dočasnej oceľovej konštrukcie, spočívajúcej na mikropilótach (resp. na stĺpoch dýzovej injektáže).

Na námestí Republiky v Prahe prebiehala výstavba multifunkčného komerčného komplexu Palladium. Tento projekt zahŕňa bývalý vojenský areál s budovou kasární Jiřího z Poděbrad a prístupové a príjazdové komunikácie v podzemnej úrovni samotného Námestia Republiky a ulíc Revolučnej a Truhlářskej. V pôdoryse dvora pôvodného areálu vrátane starých dvorných objektov, ktoré boli zdemolované, sa postavila nová budova (v projekte označená ako Main Building – hlavná budova). Novonavrhnutých päť podzemných podlaží v celom pôdoryse s hĺbkou výkopu presahujúcou 20 m si vyžiadalo použitie metódy výstavby top & down [2]. Pozdĺž priečelia budovy kasární do Námestia Republiky sa zabudovala vo výkope nová prístupová pasáž od vestibulu metra. Pod budovou kasární vedie krížom hlavná príjazdová rampa z ulice Revolučnej do podzemných garáží v hlavnej budove.

Súčasťou projektu Palladium bola prestavba nadzemnej časti historickej budovy kasární Jiřího z Poděbrad a vytvorenie dvoch nových suterénnych podlaží v dvoch tretinách jej pôdorysu. Stavebné práce si vyžiadali rozsiahle zabezpečenie budovy kasární, ktorých súčasťou bolo podchytenie budovy v takmer celom jej pôdoryse. Bolo potrebné podchytenie pôvodného muriva a novovybudovaných železobetónových stĺpov.

Požiadavky na návrh podchytenia
Budova kasární sa postavila začiatkom 2. polovice 19. storočia po rozsiahlej demolácii pôvodných kláštorných objektov a navýšení pôvodného terénu o takmer dva metre. Išlo o masívnu murovanú konštrukciu. Základy boli z opukového muriva, od prízemia boli steny zo zmiešaného muriva a od druhého nadzemného podlažia iba z tehlového muriva. Všetky stropné konštrukcie tvorili valené a krížové klenby z tehál. Drevený krov bol počas prestavby odstránený a v záverečnej fáze nahradený šikmo uloženými železobetónovými doskami. Zaťaženie od pôvodného muriva pôsobiace v úrovni podchytenia sa pohybovalo v rozpätí 400 až 500 kN/m.

Prestavba nadzemnej časti budovy
Podchytenie budovy kasární súviselo s prestavbou nadzemnej časti budovy. Viac ako polovica objemu pôvodných murovaných konštrukcií sa počas prestavby vybúrala. Z pôvodnej murovanej konštrukcie budovy kasární zostala v konečnej fáze zachovaná priečelná stena do Námestia Republiky a do ulice Truhlářskej, menšia časť priečelnej steny do dvora, dve štítové steny, dve vnútorné vežové schodiská a prevažná väčšina stropných klenieb až do štvrtého nadzemného podlažia. Vnútorné steny a pozdĺžne nosné steny sa vybúrali.

Počas prestavby sa postupne vytváral nový železobetónový skelet. Následne sa pôvodné murivo odstraňovalo podľa toho, ako skelet postupne preberal zaťaženie od vlastnej tiaže a od ponechávaných častí pôvodných konštrukcií (najmä stropných klenieb). Zaťaženie od dočasne založených jednotlivých železobetónových stĺpov sa pohybovalo v rozsahu od 2 000 do 3 000 kN. Počas prestavby však došlo aj k významnému navýšeniu zaťaženia nad tieto hodnoty pri už zabudovaných stĺpoch.

Pred prestavbou budovy bolo potrebné vykonať výkopy pod úroveň pôvodných základov budovy kasární v priliehajúcich stavebných objektoch. Počas výstavby sa prevažná časť podchytenia postupne zaťažila najprv pôvodnou murovanou konštrukciou budovy kasární a potom jednotlivými fázami výstavby novej železobetónovej konštrukcie vrátane kombinácií – teda tým, ako sa pôvodné murivo postupne odbúravalo.

Archeologický prieskum
Pred podchytením budovy (aj počas neho) prebiehali v celom rozsahu pôdorysu i v najbližšom okolí archeologické práce. Archeologický nález č. 1, fragmenty muriva kamenného paláca z 2. polovice 12. storočia, ktorý sa nachádzal v pôdoryse budovy kasární v hĺbke 5,5 až 8 m, musel byť počas celej výstavby chránený a zachovaný na pôvodnom mieste. Nález zaberal plochu približne 100 m². V záverečnej fáze prestavby sa zakomponoval do novej železobetónovej konštrukcie.

Geologický profil
Hornú vrstvu s hrúbkou 4 až 6 m tvoria rôznorodé navážky – hlinité piesky a piesčité hliny, tehlová a kamenná sutina so zvyškami muriva. Najnižšie sa nachádzajú fluviálne sedimenty Vltavy vo formácii označovanej ako terasa maninská, a to v dvoch polohách. Vyššiu polohu tvoria stredne- až hrubozrnné piesky (stredne uľahnuté) s premennou hrúbkou 1 až 4 m. Nižšiu polohu tvorí piesčitý štrk, uľahnutý a s okruhliakmi. Hrúbka tejto štrkovej vrstvy sa pohybovala od 7 do 10 m. Skalné podložie tvoria v lokalite stavby prachovité bridlice s rozličným stupňom zvetrania, ktoré sa s narastajúcou hĺbkou rýchlo znižuje. Poruchové zóny – prestupujúce skalné podložie a príznačné pre danú oblasť – sa objavili pri realizácii vrtov pre mikropilóty. Injektované korene mikropilót sa situovali do skalného podložia, dĺžka zaviazania bola až 6 m. Výnos z vrtov v týchto polohách bol mimoriadne prašný. V prípade zasiahnutia poruchovej zóny by sa zmenil na sivočierny kal. Tým sa potvrdila aj značná vodonosná kapacita poruchových zón. Ustálený horizont podzemnej vody sa nachádza v štrkovej vrstve, približne na kóte 182,5 m n. m. (Bpv), čo zodpovedalo hĺbke 12,5 m od stavebnej nuly. V niektorých miestach výkopov i v pôdoryse kasární bolo potrebné vykonať opatrenia proti vplyvom podzemnej vody.

Podchytenie budovy kasární
V úsekoch na trvalé podchytenie sa navrhli stĺpy dýzovej injektáže s priemerom 1,2 m. Teleso tejto injektáže v miestach, kde súčasne plnilo funkciu paženia, sa v priebehu hĺbenia výkopu zaistilo jednou alebo dvoma úrovňami zemných kotiev. Dýzová injektáž sa operatívne použila aj na dočasné podchytenie častí priečnych nosných stien, kde sa požadoval predošlý postup hĺbenia výkopu v ich tesnej blízkosti, skôr než sa dali tieto steny odbúrať.

V strednej časti a v južnom krídle budovy s pôdorysnými rozmermi približne 60 × 17,5 m sa konštrukcia podchytenia navrhla ako dočasná. Bolo to nutné do chvíle, kým sa neprepojila podchytená konštrukcia s novozhotovenou železobetónovou konštrukciou dvoch suterénnych podlaží. Následne sa konštrukcia podchytenia úplne odstránila, výnimky tvorili časti oceľových prvkov a mikropilót, ktoré prechádzali novou železobetónovou suterénnou konštrukciou. Základná výšková úroveň podchytenia bola približne na úrovni chodníka. Navrhnutá úroveň definitívneho výkopu dosahovala hĺbku 10 až 13,5 m.

Prvky podchytenia
Na dočasné podchytenie sa navrhla koncepcia s mikropilótovými bárkami. Tie tvorili mikropilóty združené do skupín prostredníctvom zavetrenia. Na hornej časti mikropilótových bárok sa prenos zaťaženia od podchytávaného muriva zaistil oceľovou konštrukciou zloženou z priečnikov a pozdĺžnikov, spočívajúcich na záhlaví mikropilót. Pri dočasnom založení železobetónových stĺpov boli priečniky doplnené roštom z oceľových profilov I. Kontakt medzi prvkami podchytenia a pôvodným murivom sa zabezpečil domurovaním a vyškárovaním. Následne sa pristúpilo k aktivácii podchytenia. Tá spočívala vo vnesení predpätia do styčných škár na kontakte jednotlivých oceľových priečnikov a pozdĺžnikov pomocou hydraulických lisov. Použila sa vždy dvojica lisov, každý umiestnený na konci priečnika.

Kapacita jedného lisu umožnila vnášať predpätie až 500 kN. Roztvorené styčné škáry sa stabilizovali vložením príslušného počtu vložiek z oceľového plechu. V prípade hlavných pozdĺžnych nosných stien budovy z pôvodného muriva vrátane veže schodiska išlo o úseky v celkovej dĺžke 160 m. To predstavovalo 114 kusov priečnikov a 228 miest, kde sa vložili lisy a vykonala aktivácia podchytenia. Podchytením sa dosiahla minimalizácia sadania pôvodnej konštrukcie po následnom odstránení pôvodného základového muriva. Predišlo sa aj havarijným situáciám v prípadoch, keď pri aktivácii dochádzalo k nadmernému zatláčaniu priečnikov do pôvodného muriva. V troch prípadoch sa takto zistili predtým iba čiastočne zamurované prechody a niky v pôvodnej konštrukcii. Murivo sa dodatočne domurovalo na plnú hrúbku a podchytenie dodatočne zaktivovalo.

Železobetónový skelet
Počas prestavby sa postupne v celom objekte kasární vytváral nový železobetónový skelet. Táto prestavba predchádzala výkopovým prácam v pôdoryse budovy pod úrovňou ich pôvodných základov, ktoré sa nachádzajú v hĺbke 6 až 7 m. Z tohto dôvodu sa dočasne založilo spolu 25 železobetónových stĺpov na mikropilótach, resp. na mikropilótových bárkach. Až následne sa vykopali na plánovanú konečnú úroveň do hĺbky 10 až 13,5 m.

Zväčšenie zaťaženia
Keďže sa koncepcia prestavby nadzemnej časti v priebehu výstavby dvakrát zmenila, došlo pri mnohých železobetónových stĺpoch k navýšeniu zaťaženia o niekoľko desiatok percent. V extrémnom prípade pri jednom stĺpe dosiahla hodnota zaťaženia na mikropilótovú bárku dočasného založenia až 4 400 kN. To si vyžiadalo vykonanie pôvodne neplánovanej zaťažovacej skúšky systémovej mikropilóty. Pri niekoľkých už zhotovených dočasných založeniach, ktoré sa skladali z mikropilótových bárok a oceľových konštrukcií v ich záhlaví, bolo nutné komplikovane realizovať dodatočné zosilnenie konštrukcie. V extrémnom prípade sa do zhotovenej mikropilótovej bárky museli zakomponovať dve doplňujúce mikropilóty. Šmyková únosnosť oceľových prvkov zosilnenej konštrukcie v záhlaví bárky sa vyčerpala. Muselo sa pristúpiť k osadeniu štyroch kusov šikmých oceľových vzpier, pripevnených k dolnej časti nového železobetónového stĺpa pomocou pevnostných skrutiek a 200 mm dlhých príchytiek.

Nosná konštrukcia mikropilót
Základným nosným prvkom mikropilót boli závitové oceľové rúrky ∅ 139,7/9,2 mm z materiálu N80. Osadili sa metódou stratenej paženej jamy. Po injektáži koreňa mikropilóty sa do rúrok vložili ďalšie oceľové rúrky ∅ 101,6/6,3 mm alebo ∅ 101,6/8,3 mm. Spolupôsobenie vložených rúrok sa zaistilo cementovou zálievkou. Priemer vloženej rúrky závisel od požadovanej vnútornej únosnosti, namáhanie pôsobiace na jednu mikropilótu dosahovalo hodnotu 800 až 1 100 kN. Mikropilóty sa vŕtali z úrovne po dokončených archeologických prácach, t. j. z úrovne približne –4 m. Úroveň podchytenia stien bola približne na kóte +/– 0 m.

Mikropilóty sa do úrovne podchytenia predĺžili oceľovými rúrkami ∅ 133/20 mm, resp. ∅ 140/22 mm. Ešte pred aktiváciou podchytenia sa skupiny mikropilót v ich voľnej časti nad pracovnou úrovňou vybavili zavetrením z oceľových L profilov a oceľových rúrok. V priebehu výkopu pri postupnom obnažovaní rúrok mikropilót sa zavetrenie dopĺňalo v presne stanovenom okamihu. Prepojenie s prvkami zavetrenia sa zabezpečilo pomocou styčníkových objímok pripevnených na rúrky trecím spojom.

Osadzovanie stĺpov z oceľových rúrok
Podchytenie dvorovej obvodovej steny sa doplnilo z vonkajšej strany pôdorysu budovy kasární stĺpmi z oceľových rúrok ∅ 273/10 mm, votknutých do záhlavia podzemnej steny. Stĺpy sa zložili vždy z dvoch častí z dôvodu technologického postupu výstavby. Osadzovanie prvých častí stĺpov vyžadovalo úzku súčinnosť s výstavbou podzemnej steny, slúžiacej na zabezpečenie výkopu v pôdoryse hlavnej budovy a tesne priliehajúcej k budove kasární. Pracovná úroveň na osadzovanie stĺpov zodpovedala pracovnej úrovni na realizáciu podzemnej steny, t. j. úroveň –5,5 m. Spodná časť stĺpa sa vložila do čerstvej zmesi práve dokončenej lamely podzemnej steny. Po dostatočnom zatvrdnutí zmesi v hornej časti lamely podzemnej steny sa mohli osadiť horné časti oceľových stĺpov. Jednotlivé stĺpy sa postupne prepojili oceľovými prvkami zavetrenia, jednak navzájom a jednak s mikropilótami v pôdoryse budovy. Tesne priliehajúca stavebná jama pre hlavnú budovu sa zabezpečila podzemnou stenou [2]. Úroveň výkopu pre hlavnú budovu dosahovala vyše 20 m.

Odstraňovanie dočasného podchytenia
V záverečnej fáze prestavby budovy kasární a pri dokončovaní železobetónovej konštrukcie nových suterénnych podlaží sa začali odstraňovať jednotlivé časti dočasného podchytenia.

Tunelový príjazd
Samostatnou časťou podchytenia bol tunelový príjazd od ulice Revolučnej, resp. Truhlářskej do podzemných garáží umiestnených v hlavnej budove. Tunel prechádza krížom pod severným krídlom budovy. Podchytenie prenáša všetko zaťaženie v pôdoryse jednej systémovej osi od šiestich nadzemných podlaží, pod ktorou tunel prechádza. Ako hlavný nosný prvok sa tu navrhli železobetónové trámy s rozpätím 14 m bez medzipodpory.

Spôsob výstavby možno prirovnať k metóde cut & cover. Trámy sa budovali do prierazov krížom cez pôvodné priečne nosné steny na prírodnom teréne v stiesnených pivničných priestoroch, a to vo fáze, keď ešte neboli vybúrané pôvodné priečne steny. Trvalé podpory trámov tvorili rady stĺpov dýzovej injektáže, zhotovených v predstihu v pivničných priestoroch. Následne sa v tejto časti budovy začala komplexná prestavba nadzemnej časti a hĺbenie výkopu pre príjazdovú rampu. Priečny prierez trámov dosahoval rozmery až 1,8 × 2 m. Spolu sa zabudovalo šesť kusov trámov. Definitívny železobetónový tubus tunela sa navrhol ako úplne nezávislá rámová konštrukcia, oddilatovaná od trvalého podchytenia budovy. Tým sa podľa požiadaviek projektu zamedzilo prenosu vibrácií do administratívnej časti objektu.

Zhodnotenie stavby
V rámci podchytenia budovy kasární sa rea­lizovali tieto práce:

• dýzová injektáž, stĺpy ∅ 1,2 m, 1 600 bm,
• mikropilóty z oceľ. rúrok MESI ∅ 139,7/9,2 mm s doplňujúcim zosilnením, 2 850 bm,
• oceľová konštrukcia dočasného podchytenia (bez rúrok mikropilót) – 200 t,
• železobetónové trámy trvalého podchytenia – 310 m³.

Išlo o náročnú stavbu, ktorá si vyžadovala úzku spoluprácu všetkých zúčastnených strán tak na projekčnej, ako aj na realizačnej úrovni. V priebehu stavby sa koncepcia prestavby budovy dvakrát prepracovávala. Hlavným dôvodom bola slabá rozpracovanosť predošlého stupňa projektovej dokumentácie na úrovni tendra a časový tlak na rýchlosť realizácie. Z toho postupne vyplývali požiadavky na zvyšovanie únosnosti už zabudovaných častí podchytenia a dočasného založenia. Niektoré časti oceľovej konštrukcie podchytenia sa museli na základe dodatočných požiadaviek zosilňovať.

Záver
Prestavba budovy a jej podchytenie sa svojím rozsahom a spôsobom realizácie zaradili k výnimočným stavbám. Zložitosť a náročnosť prác bola daná požiadavkami na podchytenie budovy takým spôsobom, aby bolo možné v čase jej podchytenia úplne prestavať jej nadzemnú časť a novovytvorenú železobetónovú konštrukciu na podchytenie ešte dočasne založiť. Takéto požiadavky vyplývali z potreby vykonať hlboké výkopy na oboch stranách budovy kasární, výrazne zasahujúce pod úroveň jej pôvodných základov. Súčasne sa v rozsahu podchytenia mali vytvoriť dve úplne nové suterénne podlažia. Dôležité boli aj termíny vykonávania jednotlivých prác na susedných priliehajúcich objektoch i na vlastnom objekte kasární a potreba ich koordinácie.

Ing. Zdeněk Boudík, CSc.
Foto: archív KELLER – speciální zakládání

Autor je projektantom-statikom v spoločnosti KELLER – speciální zakládání, spol. s r. o.

Literatúra
1. Boudík, Z. – Havlík, P.: Palladium Praha – Kasárna. Prováděcí a dílenská dokumentace podchycení budovy. Keller – špeciálne zakladanie, spol. s r. o., Praha, 05/2005 až 08/2007.
2. Uhrin, M.: Projekt Palladium Praha – zajištění stavební jámy hlavní budovy. Zborník 34. konferencie Zakladanie stavieb, Brno, 2006, s. 163 – 168.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.