Podchytenie základových konštrukcií bytového domu v Nitre

Špecifické okrajové podmienky si v prípade podchytenia základových konštrukcií panelového bytového domu zo 60. rokov minulého storočia v Nitre vyžiadali inštaláciu mikropilót zo stiesnených priestorov technického suterénu. Cieľom realizácie týchto prác bola stabilizácia nerovnomerného sadania základových pásov.

V praxi sa vyskytnú aj situácie, keď poruchu objektu nemožno riešiť pre nedostupnosť vhodného technického riešenia, prípadne prílišnú komplikovanosť a cenovú náročnosť existujúcich technológií. Preto sa sanácia poruchy môže odsúvať aj niekoľko rokov. Až zavedenie novej technológie na trh, dovybavenie dodávateľských spoločností príslušnou technikou a finančná výhodnosť bývajú impulzom na vykonanie dlhodobo odkladaných sanačných opatrení.

Základné údaje o objekte
Objekt sa nachádza v širšom centre mesta Nitra, na Lomnickej ulici. Ide o bytový dom panelovej konštrukcie (obr. 1). Dom bol skolaudovaný koncom 60. rokov minulého storočia.

Objekt má štyri nadzemné podlažia a technický suterén so svetlým rozmerom 1,60 m. Spolu s dvoma priľahlými bytovými domami vytvára v pôdoryse hviezdicu, na ktorú nadväzujú ďalšie bytové domy s rovnakým pôdorysným usporiadaním. Pôdorysný rozmer objektu je približne 37,50 × 10,25 m. Úroveň základovej škáry je približne 2,30 m pod okolitým terénom. Nosnú konštrukciu domu tvorí priečny stenový nosný systém TO6B. Základovú konštrukciu objektu tvoria betónové základové pásy s rozmermi 1,65 × 0,62 m (9 kusov) a 1,30 m × 0,62 m (2 kusy – krajné pásy). Do miestností technického suterénu možno vstupovať šachtou z prvého nadzemného podlažia a z exteriéru cez okná v panelovom opláštení.

Inžinierskogeologické a hydrogeologické pomery sú ovplyvnené prítomnosťou rieky Nitra, ktorej koryto sa nachádza vo vzdialenosti asi 350 m od objektu. Výška hladiny podzemnej vody pri objekte korešponduje s určitým oneskorením s výškou hladiny vody v rieke Nitra a v letnom období v roku 2010 sa nachádzala asi iba v hĺbke 0,80 m pod terénom. Podložie tvoria fluviálne sedimenty (riečne sedimenty). Na základe zrealizovaného inžinierskogeologického prieskumu sa zistilo, že vrchnú vrstvu podložia tvoria do hĺbky asi 1,50 m antropogénne navážky (navážky vznikajúce činnosťou človeka). Pod ňou sa vo vrstve hrubej 2,50 až 4,00 m nachádzajú vrstvy fluviálnych sedimentov tried F6 až F8. Ďalšiu vrstvu tvorí vrstva fluviálnych pieskov alebo štrkov zaradených do triedy S3 a do triedy G3 s hrúbkou 2,40 až 4,50 m. Pod nimi sa ďalej nachádzajú vrstvy fluviálnych ílov tried F4 až F8. Rozmiestnenie vrstiev je premenlivé aj v rámci pomerne malej pôdorysnej plochy objektu.

Opis poruchy
Vzhľadom na uvedené už krátko po odovzdaní bytového domu do užívania začalo dochádzať k jeho nerovnomernému sadaniu. Táto situácia sa údajne vyskytla pri všetkých bytových domoch tohto typu v oblasti. V prípade riešeného objektu však boli dosahy na konštrukciu najvýraznejšie. Postupne vznikali trhliny v nosných stenách a priečkach prakticky vo všetkých smeroch (obr. 2). Charakter a šírka trhlín naznačovali, že k najväčšiemu dosadnutiu došlo pod krajným pásovým základom na severozápadnej strane objektu. Sadanie nebolo kontinuálne, údajne boli zaznamenané dve výrazné dosadnutia – v roku 1994 (následne spracovaný inženierskogeologický prieskum a prvý projekt sanácie) a v roku 2005 (spracovaný druhý projekt sanácie). Sadanie objektu je pripisované prítomnosti nerovnomerne rozmiestnených pieskových polôh v podloží. Blízkosť toku rieky Nitra bezprostredne ovplyvňuje sezónne výkyvy hladiny podzemnej vody. Výrazný pohyb podzemnej vody potom môže spôsobovať sufóziu (vyplavovanie jemných frakcií) v pieskových polohách.

Podchytenie základových konštrukcií
Projekt sanácie objektu z roku 2005 počítal s realizáciou veľkopriemerových pilót mimo pôdorysu objektu a s ich prepojením s objektom prostredníctvom masívnych trámov – takzvaných mostov. Pre obyvateľov jednotlivých bytov, ktorí sú zároveň aj ich vlastníkmi, bolo uvedené riešenie sanácie z hľadiska investičných nákladov príliš drahé. Do úvahy ešte prichádzal variant podchytenia základových pásov na mikropilóty. V danom čase však nebola k dispozícií technológia umožňujúca ich realizáciu zo stiesnených priestorov technického suterénu. Inštalácia mikropilót z bytov na prvom nadzemnom podlaží bola zasa neprijateľná pre ich vlastníkov. Vlastníci bytov dlhší čas hľadali dodávateľa mikropilót, ktorý by bol schopný uskutočniť realizáciu z priestorov technického suterénu.

Riešenie priniesla až technológia injekčných zavrtávacích mikropilót Titan, ktorú firma Ingstav GV, s. r. o., Prešov, predstavila vlastníkom bytov až o takmer štyri roky neskôr – v prvej polovici roka 2009. Technológia umožňovala realizáciu mikropilót z priestoru technického suterénu. Projekt podchytenia bytového domu spracovala spoločnosť STATIC STUDIO, s. r. o., Prešov.

Injekčnú zavrtávaciu mikropilótu tvorí kotevná tyč Titan a cementový obal (driek). Kotevná tyč patrí do skupiny takzvaných IBO výstuží (z nemeckého Injektions-BOhr Ankern), zaradených pôvodne do skupiny tunelárskych technológií. S ohľadom na podstatu tejto technológie možno kotevné prvky realizovať v takmer ľubovoľných geologických pomeroch pod nelimitovaným uhlom a na značnú dĺžku. Benefity z použitia IBO výstuží v podzemných stavbách boli do oblasti geotechniky prenesené vývojom a uvedením technológie kotevných tyčí Titan. Kotevná tyč je nastavovateľná dutá tyč, na ktorej sa po celej dĺžke nachádza ľavotočivý (pri priemeroch 30 a 40 mm), respektíve pravotočivý (pri priemeroch 52 až 130 mm) špeciálne tvarovaný závit (obr. 3). Je vyrobená zo zušľachtenej vysokokvalitnej ocele. Počas vŕtania ju možno napájať vďaka spojníkom, čo umožňuje inštaláciu dlhých kotevných prvkov aj zo stiesnených priestorov. Má niekoľko funkcií: slúži ako výstuž mikropilóty, vrtná tyč, ďalej ako prvok na dopravu výplachovej cementovej suspenzie a ako injekčná tyč po dovŕtaní na plánovanú hĺbku, keď v zeminách prebieha takzvaná dynamická injektáž. Pôsobením tlaku injekčného média a dynamických účinkov vplyvom rotácie kotevnej tyče preniká cementová suspenzia (prípadne špeciálna kotevná zmes) počas zavrtávania a dynamickej injektáže do bezprostredného okolia vývrtu. Tak vzniká driek mikropilóty, ktorého priemer je násobkom priemeru korunky. Definitívny priemer drieku mikropilóty závisí od typu zeminy, v ktorej sa mikropilóta realizuje – napríklad v štrkoch dosahuje priemer koreňa mikropilóty dvojnásobok priemeru korunky (pri dodržaní technologického postupu).

V súčasnosti sa injekčné zavrtávacie kotevné tyče Titan používajú najmä v nestabilnom prostredí zemín a porušených skalných a poloskalných horninách na realizáciu mikropilót, kotevných mikropilót, zemných klincov a skalných svorníkov. Špecifickým príkladom použitia je realizácia mikropilotových dáždnikov pri realizácii tunelových stavieb.

Injekčné zavrtávacie kotevné tyče Titan sú vhodné na vytváranie dočasných aj trvalých prvkov. Na zjednodušenie návrhu trvalých prvkov v geotechnike sa zrealizoval rozsiahly výskum, ktorého výstupom sú hodnoty maximálnych osových síl v kotevných tyčiach, ktoré ich cementový obal spoľahlivo chráni proti korózii (jednoduchá antikorózna ochrana). Rovnako sa zrealizoval výskum, ktorého úlohou bolo preveriť odolnosť výstuží Titan proti prostrediu s rôznym stupňom agresivity; projektanti tak majú k dispozícií prehľadné tabuľky úbytku prierezovej plochy v čase pri určitej miere agresivity prostredia. Vzhľadom na široké uplatnenie IBO výstuží v geotechnike sa museli začleniť do nových európskych noriem – STN EN 14490: 2010 Vykonávanie špeciálnych geotechnických prác. Klincovanie zemín, a predovšetkým STN EN, 14199: 2005 Vykonávanie špeciálnych geotechnických prác. Mikropilóty.

Na realizáciu mikropilót z priestorov technického suterénu bytového domu v Nitre (obr. 5) sa použila ľahko manipulovateľná, ale zároveň výkonná, plne hydraulická vŕtacia súprava od výrobcu Morath, ktorej sekundovalo cementové čerpadlo IBO-REP. Pri prácach bola na vŕtacej súprave nainštalovaná lafeta neštandardnej dĺžky. Vďaka tomu dosahovala celková dĺžka lafety spolu s hydraulickými zverakmi a uchytením na podvozok len asi 1,90 m. S ohľadom na svetlosť suterénu (asi 1,60 m) sa do základových pásov museli do hĺbky asi 0,30 m vytvoriť takzvané kapsy (obr. 6), ktoré umožňovali zvislé umiestnenie vŕtacieho zariadenia.

Plánovaná dĺžka injekčných zavrtávacích mikropilót dosahovala 6,75 až 7,50 m (obr. 4). Návrhom premenlivej dĺžky mikropilóty sa sledoval tento cieľ: každý jednotlivý prvok votknúť bezpečne do štrkovej vrstvy v podloží. Mikropilóty sa zavrtávali pod uhlom asi 7º od zvislice striedavo z oboch strán nosných stien priamo cez základové pásy. Každý základový pás dlhý asi 10,25 m podchytilo spolu osem mikropilót. Celkový počet mikropilót tak dosiahol 88 kusov. Výstuž mikropilót tvorili duté kotevné tyče Titan 30/11 s dĺžkou 0,75 m, ktoré sa pri vŕtaní napájali prostredníctvom spojníkov. Pri vŕtaní cez existujúci pásový základ sa použila tvrdokovová korunka s priemerom 90 mm, ktorá sa následne nahradila stratenou korunkou s priemerom 90 mm pre zmiešané zeminy. Výplach sa počas zavrtávania realizoval cementovým mliekom. Toto cementové mlieko zároveň slúžilo ako pažiaca suspenzia a prenikalo do zeminy v okolí vývrtu. Po dovŕtaní sa na plánovanú hĺbku pri kotevnej tyči uchytenej vo vŕtacej súprave za jej sústavnej rotácie a vyťahovania a vtláčania do vrtu uskutočnila finálna – dynamická injektáž cementovým mliekom s nižším vodným súčiniteľom (V/C asi 0,4).

Po inštalácii sa zhlavie mikropilóty stabilizovalo proti posunu vo vertikálnom smere vzhľadom na základový pás, a to použitím oceľového uholníka 100 × 100 × 10 mm a štvorice závitových tyčí s priemerom 14 mm, vlepených do základového pásu (obr. 7). Takzvané kapsy vytvorené v základových pásoch s cieľom umožniť inštaláciu injekčných zavrtávacích mikropilót sa následne zabetónovali, čím sa dosiahla definitívna stabilizácia zhlaví mikropilót a ich antikorózna ochrana.

Záver
Sledovanie vertikálneho pohybu bytového domu sa realizovalo, žiaľ, len v priebehu prác na podchytávaní základových konštrukcií a aktuálne ho spoločenstvo vlastníkov bytov ani neplánuje. V zmysle vyjadrení obyvateľov bytového domu v priebehu prvej sezóny po realizácii sanácie sa eliminovali problémy súvisiace s nerovnomerným sadaním (poruchy okien a zárubní dverí či rozvoj trhlín v stenách).

Technológia injekčných zavrtávacích mikropilót má tieto výhody:

• strojové vybavenie umožňuje relatívne jednoducho a rýchlo realizovať mikropilóty aj zo stiesnených priestorov pivníc. Plne hydraulická vŕtacia súprava má napriek svojim malým rozmerom dostatočnú rezervu výkonu aj na realizáciu dlhších mikropilót s väčším priemerom korunky ako v uvedenom prípade;
• použitie výstuže mikropilóty ako vrtného sútyčia a priebežná a dynamická injektáž cementovým mliekom, prípadne kotevnou zmesou predstavujú významnú časovú úsporu;
• nízke nároky na pracovnú silu vďaka jednoduchosti celého procesu inštalácie mikropilót. Pracovnú skupinu tvoria traja až štyria pracovníci, čím sa v kombinácii s rýchlosťou inštalácie redukujú celkové náklady.

Obr. 6 Takzvané kapsy v základových pásoch s už zrealizovanými mikropilótami	Obr. 7 Detail úpravy zhlavia mikropilóty pred dobetónovaním

Použitie technológie rúrkových mikropilót, prípadne tyčových mikropilót z celozávitových kotevných tyčí (CKT) by si v uvedených inžinierskogeologických pomeroch pravdepodobne vyžiadalo po­užitie vŕtania s výpažnicou, čo je pri danej vertikálnej svetlosti technického suterénu takmer nereálne. Ďalším problémom by bolo napájanie jednotlivých častí rúrkových mikropilót (zvyčajne zváranie). Rozdelenie inštalácie rúrkových mikropilót, prípadne tyčových mikropilót CKT na vŕtanie a osadenie prvku a jeho zálievku (prvý krok) a injektáž po etážach (druhý krok, po určitom čase) zasa zvyšuje nároky na čas zhotovenia jedného prvku a na veľkosť pracovnej skupiny.

Použitím technológie zavrtávacích mikropilót sa čas potrebný na podchytenie objektu skrátil na len 12 pracovných dní pri dĺžke pracovného času 10 hodín/deň. Tým sa minimalizovalo pôsobenie faktorov súvisiacich s realizáciou stavebných prác na obyvateľov pri celkovo nižších nákladoch na sanáciu.

TEXT: Ing. Peter Kocnár
FOTO: archív spoločnosti Minova Bohemia

Ing. Peter Kocnár je obchodno-technickým zástupcom spoločnosti Minova Bohemia, s. r. o., organizačná zložka, Žilina.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.