Pracovné plošiny pre geotechnické práce v zložitom teréne

Od návrhu a konštrukcie pracovných plošín prísne závisí kvalita a bezpečnosť geotechnických prác, ako sú zlepšovanie pôdy alebo hĺbkové zakladanie.

Pred vykonaním zlepšenia podložia je potrebné pripraviť vhodnú a bezpečnú pracovnú plošinu. Ak sa zlepšenie vykonáva na neúnosnom podloží, alebo ak je pracovná úroveň výrazne nad alebo pod terénom (výkopy a násypy), mali by byť zemné práce, pracovná plošina a prípadné odvodnenie predmetom technického návrhu.

Návrh pracovnej plošiny závisí od viacerých faktorov, ako sú pôvodná úroveň terénu, úroveň založenia, úroveň hladiny podzemnej vody, fáza výstavby, inžinierske siete a ďalšie. Projektová dokumentácia základných geotechnických prác, pracovných plošín, ochrany svahov, stien výkopov, násypov a odvodnenia výkopov môže predstavovať samostatnú technickú štúdiu.

Vhodná technológia a organizácia zemných prác sú veľmi dôležité a je nevyhnutné, aby sa špecializované geotechnické práce vykonávali v súlade s platnými predpismi o bezpečnosti a ochrane zdravia. Pracovná plošina predstavuje zemnú konštrukciu z hrubozrnného kameniva alebo zo stabilizovaných jemnozrnných zemín, ktorá slúži na pojazd a bezpečnú prevádzku ťažkých stavebných zariadení.

V prípade geotechnických prác je plošina často základňou strojov a zariadení na zemné práce, ktoré sa skladajú z ťažkého podvozku a vysokej lafety. Tieto zariadenia majú vysoké ťažisko, preto sú požiadavky na pracovnú plošinu oveľa vyššie ako pri iných strojoch na zemné práce, napr. pri rýpadlách alebo nakladačoch.

Práce ťažkých zariadení na okraji svahov a stien sú problémom, ktorý si vyžaduje veľkú pozornosť. Aj nepatrné pohyby okrajov môžu viesť k nadmerným deformáciám pracovnej plošiny. Pád stroja môže viesť k ohrozeniu životov a majetku, poškodeniu zemnej konštrukcie a tiež k poškodeniu priľahlých susedných objektov

Všeobecné bezpečnostné odporúčania pre stroje

Ak stroje pracujú blízko okraja výkopu alebo násypu, platia tieto všeobecné bezpečnostné požiadavky:

• V prípade prác v blízkosti svahu násypu/ výkopu by sa mala počas prevádzky stroja overiť stabilita zemnej konštrukcie a mali by byť zaistené bezpečné pracovné vzdialenosti stroja od horného okraja násypu/ výkopu.
• Okraje výkopu by mali byť zaistené ochrannými bariérami.
• Mala by byť označená nebezpečná zóna okolo strojov.
• Mali by byť zabezpečené zostupy do výkopov a vstupy na násypy by mali byť vybavené zábranami alebo zábradlím. Stabilita výkopov a násypov je zaistená predovšetkým vhodným a bezpečným sklonom svahu výkopu. V prípade geometrických obmedzení je potrebné použiť špeciálne navrhnutú ochranu stavebnej jamy, napríklad formou záporového paženia (obr. 1), štetovníc a pod.

Stabilita takejto konštrukcie musí byť zaistená v každej fáze prác, preto by sa mali zvážiť všetky prechodné situácie a v prípade potreby prepočítať. Základné pravidlá BOZP s mechanizovaným zariadením si vyžadujú označenie nebezpečnej zóny pri prevádzke všetkých týchto zariadení (bager, dozér, nakladač) v prípade okrajov výkopov a násypov. Príprava, zabezpečenie a organizácia prác na stavenisku hrajú dôležitú úlohu. Všeobecné odporúčania pre prevádzku zariadenia na zemné práce pri výkopoch sa týkajú definície „odlamového klinu”.

Je to časť svahu, ktorá sa môže zosunúť v dôsledku vlastnej hmotnosti alebo sily pôsobiacej zvonku. „Odlamový klin” sa nachádza medzi šmykovou plochou a hranou svahu. Pracovné rýpadlo by malo byť umiestnené vo vzdialenosti najmenej 0,6 m za hranicou tohto klinu.

Na stanovenie „odlamového klinu” sa používa súčin výšky svahu a koeficientu v závislosti od typu pôdy v rozmedzí od 0,5 do 1,5. Za predpokladu minimálnej vzdialenosti 0,6 m (pri rýpadle) od tohto klinu možno bezpečnú pracovnú vzdialenosť od spodného okraja svahu (Z) definovať podľa nasledujúceho vzorca:

Ak je výška výkopu väčšia ako 4 m, platí povinnosť pripraviť príslušnú projektovú dokumentáciu vrátane výpočtov stability. Takýto výpočet by sa mal vykonať aj vtedy, keď nie je možné udržať sklon vyplývajúci zo všeobecných odporúčaní. V prípade použitia dodatočnej ochrany stien výkopu, kde patria napríklad štetovnice a záporové paženia, by mala byť pripravená príslušná projektová dokumentácia.

Odporúčania na prácu na násypoch dostupné v literatúre sú veľmi všeobecné. V praxi sa, žiaľ, stabilita násypu overuje zvyčajne iba v konečnej fáze, aj keď by často bolo potrebné overiť aj prevádzkovú fázu počas pojazdov stroja. Všeobecne sa predpokladá, že svah v zeminách bez dodatočného spevnenia by nemal byť strmší ako 1 : 1,5.

V ostatných prípadoch by sa mali vykonať dodatočné výpočty. Pozornosť by sa mala venovať aj vytvoreniu dočasného predného sklonu násypu, napríklad v prípade steny vymedzujúcej zasypaný priestor za podperou, opornej steny alebo priepustu. Takúto situáciu je potrebné overiť výpočtovo.

Bezpečnosť ťažkých zariadení pre geotechnické práce

Pracovné plošiny pri ťažkých zariadeniach pre geotechnické práce umiestnené vo výkopoch alebo na násypoch si vyžadujú prísnejšie kontroly, ako je to v prípade zariadení na zemné práce. Je to spôsobené zložitejšou konštrukciou zariadenia a potrebou zabezpečiť kvalitu práce vykonávanej týmto zariadením. Vzdialenosť ťažkého zariadenia (pilótovacej súpravy) od okraja svahu by mala byť minimálne 1,5 m.

Odporúča sa nepoužívať svahy strmšie ako 1 : 1,5, pokiaľ sa neoverí ich stabilita. Všetky svahy vyššie ako 2 m si vyžadujú výpočty. Výpočtové overenie si vyžaduje aj zabezpečenie výkopov a násypov vo forme múrov. V každom prípade by mali byť výpočty stability založené na parametroch pôvodného a násypového materiálu, prijatých na základe terénnych alebo laboratórnych skúšok vykonaných modernými metódami v súlade s Eurokódom 7 (Časť 2: Prieskum a skúšanie horninového prostredia).

Práce súvisiace so zlepšovaním podložia a s hĺbkovým založením by sa mali považovať za obzvlášť citlivé. Tento typ zemných prác sa spravidla vykonáva v pôde s nízkymi parametrami, ktorých stanovenie si vyžaduje osvedčené metódy prieskumu. Prieskum by sa mal uskutočňovať na základe úzkej spolupráce medzi projektantom a geológom a konečné rozhodnutie týkajúce sa výberu parametrov pre výpočty by mal urobiť projektant a prispôsobiť ho výpočtovému modelu.

Pri výpočtoch by sa mala zohľadniť fáza výkopu a násypu. V každom prípade by sa mali vziať do úvahy relevantné účinky deformácií vyplývajúce zo zaťaženia horného okraja svahov (prejazdom ťažkých stavebných mechanizmov, ktoré sa budú v praxi používať na stavbe). Mali by sa vziať do úvahy javy súvisiace so silami vyplývajúcimi z vplyvu podzemných vôd.

Výpočty stability svahu by sa mali vykonať ako dodatočný prvok výpočtov nosnosti pracovnej plošiny. V prípade výkopov je tiež potrebné skontrolovať stabilitu dna. Výpočty jednotlivých prípadov porúch by sa mali vykonávať nezávisle, alebo by sa mal nájsť kritický mechanizmus (takú možnosť poskytujú napríklad výpočty FEM). Príklady kritických prípadov pre pracovné plošiny sú znázornené na obr. 3.

Zvlášť komplikované sú situácie, keď si geometria konštrukcie vyžaduje použitie niekoľkých pracovných úrovní. Projektant geotechniky by mal zvážiť všetky možné prípady a zahrnúť ich do vhodne vybraných výpočtových modelov.

Pracovné plošiny na podloží s veľmi nízkymi pevnostnými parametrami

Podložia s obzvlášť nízkymi parametrami si vyžadujú predovšetkým veľmi presné stanovenie týchto parametrov. Pevnosť v šmyku je mimoriadne dôležitým parametrom pri navrhovaní pracovných plošín na organických a jemnozrnných pôdach. Na stanovenie tohto parametra je potrebné odobrať vzorky s vhodnou kvalitou a vykonať laboratórne testy, napríklad v trojosovom kompresnom zariadení.

Alternatívne je tiež možné vykonávať testy v teréne pomocou vhodného sondovania, napríklad statickým sondovaním CPTU s kužeľom s veľkým priemerom alebo s guľovou špičkou. V špeciálnych prípadoch si realizácia platformy vyžaduje veľmi starostlivé plánovanie. Keď je únosnosť pôdy veľmi nízka, môže byť potrebné vytvoriť plošinu v niekoľkých vrstvách.

Pracovná plošina, ktorá sa používa na prenos zaťaženia zo strojov, sama vytvára značné zaťaženie slabej pôdy. Tento problém by mal byť zahrnutý do výpočtov a jednotlivé etapy práce by mali byť správne naplánované. V prvej fáze sa za účelom zlepšenia rozloženia zaťaženia a zabránenia miešania sypkého materiálu so zeminou položí vrstva geotextílie.

Prvá vrstva kameniva sa rozprestrie buldozérmi zatlačením kameniva spredu. Každý nasledujúci krok si môže vyžadovať čakaciu dobu, počas ktorej sa podložie konsoliduje pod hmotnosťou predchádzajúcej vrstvy plošiny. Zrýchlenie konsolidácie možno dosiahnuť inštaláciou prefabrikovaných zvislých drénov, ktoré sa dajú realizovať z prechodnej pracovnej plošiny za predpokladu, že sa vykonajú výpočty na overenie prevádzkovej bezpečnosti stroja použitého na inštaláciu drénov.

Potom sa postupne vytvoria ďalšie vrstvy pracovnej plošiny. Po získaní príslušnej hrúbky už na plošine ťažké zariadenia môžu pracovať. Fázy výstavby pracovnej plošiny musia byť prísne kontrolované. Ak dôjde k prekročeniu prípustnej hrúbky pre ďalší stupeň, dochádza k strate únosnosti a výtlaku pôdy, čo spôsobuje „utopenie“ niekoľkokrát väčšieho objemu pôdy, ako sa predpokladalo.

Budovanie platformy týmto spôsobom (výtlakom pôdy) sa najčastejšie vyskytuje ako núdzová a neplánovaná situácia a pri realizovaní pracovnej plošiny je neželaným prípadom.

Zhrnutie

Pri príprave staveniska na prácu ťažkých stavebných mechanizmov je dôležité správne pripraviť pracovné plošiny. Tento problém si vyžaduje zodpovedajúcu analýzu na mnohých úrovniach, zahŕňajúcich logistiku, plánovanie, geotechnické a ekonomické výpočty a ďalšie.

Tento článok poukazuje na vybrané nebezpečné situácie z pohľadu geotechnických medzných stavov únosnosti. Okrem nich by sa mali vziať do úvahy aj aspekty ako odvodnenie, kolízie, elektrické vedenie, vhodná manévrovacia oblasť a mnoho ďalších, ktoré výrazne zlepšujú bezpečnosť a účinnosť geotechnických prác, ak sú správne naplánované.

Autori pôsobia v spoločnosti Menard zakládání staveb sk, s. r. o.

Článok bol publikovaný v časopise Inžinierske stavby 04/2021.