Sadanie vysokých budov

Vysoké budovy sa nakláňajú, ich základy sa prehýnajú, zväčšujú sa aj nerovnomerné zložky sadania okolitých stavieb. Mnohé veľké európske mestá, ako napríklad Viedeň, Frankfurt nad Mohanom, ale aj menšia Bratislava, obsahujú v rôznych hĺbkach pod základmi vysokých budov ílovité zeminy, ktoré majú veľkú stlačiteľnosť. Európske výškové budovy sú však pomerne nízke – v porovnaní s najvyššími budovami sveta na Tajwane, v Malajzii alebo v USA je ich výška len štvrtinová, resp. polovičná.

Podľa konkrétnych podmienok sa budovy s výškami okolo 100 až 150 m zakladajú plošne na doskách (obr. 1a). Celé zaťaženie sa prenáša do základovej pôdy bezprostredne v mieste kontaktu so základovou doskou. Budovy vysoké 150 až 250 m sa zakladajú na pilótach s kombinovaným prenosom (obr. 1b). Jednu časť zaťaženia prenášajú pilóty, druhú zemina medzi nimi. Budovy vyššie ako 250 m sa obyčajne zakladajú na pilótach s plným prenosom, ktoré sú opreté alebo votknuté do skalného podkladu (obr. 1c).

Obr. 1 Základy vysokých budov
a) plošné, b) kombinované, c) hĺbkové

V Bratislave napríklad siahajú štrkovité zeminy do hĺbky 14 až 20 m, hlbšie je miestami až 100 m hrubá vrstva neogénnych ílov, takže pre plošne založené vysoké budovy s menším počtom podzemných podlaží je takéto podložie veľmi výhodné. V málo stlačiteľnej štrkovitej vrstve sa koncentrujú najväčšie napätia, ktorými sa redukuje sadanie. Pre bratislavské podmienky nie je vhodný kombinovaný prenos, pretože pilótami sa cez málo stlačiteľné štrkovité zeminy prenáša zaťaženie do podstatne stlačiteľnejších ílovitých zemín. Na úpätiach a svahoch Karpát sa pri povrchu alebo v menšej hĺbke vyskytujú kryštalické horniny, ktoré umožňujú založiť vysoké budovy plošne alebo hĺbkovo s plným prenosom zaťaženia do nestlačiteľného podkladu.

Pri hĺbení stavebnej jamy sa odľahčuje ílovité podložie, úroveň základovej škáry sa dvíha a v aktívnej zóne sa zväčšuje stlačiteľnosť zemín podložia. Počas výstavby sa úroveň základovej škáry i s podložím zaťažuje a priťažuje. Zaťažovaním nazývame tú časť zmeny napätosti, pri ktorej sa pôvodné napätie, spôsobené vlastnou tiažou zemín v základovej škáre, nahradilo stavbou. Priťažením rozumieme tú časť kontaktného napätia, ktorá je v škáre plošného základu väčšia ako pôvodné napätie, spôsobené vlastnou tiažou zemín. Takéto rozlišovanie stavov napätosti a im zodpovedajúcich charakteristík stlačiteľnosti treba rešpektovať pri výpočtoch dvíhania a sadania základovej škáry.

Obr. 2 Vývoj posunov v základovej škáre pod stredom výškovej budovy NBS v Bratislave

Na obr. 2 je uvedený vývoj maximálnych posunov základovej škáry pod stredom výškovej budovy Národnej banky Slovenska (výška 111 m, tri podzemné podlažia, plošné založenie na základovej doske) zo špeciálnych meraní spoločnosti GeoExperts a konečné sadanie podľa našich výpočtov. Základová škára sa po výkope stavebnej jamy zdvihla o 56 mm a do konca roka 2006 sadla o 65 mm. Zväčšovanie sadania počas prevádzky spôsobila konsolidácia neogénneho podložia; podľa našich výpočtov sa zrejme neprekročí hodnota sadania 80 mm.

Vybraté informácie o sadaní niektorých vysokých budov sú v tab. 1. Plošne založené vysoké budovy vo Frankfurte nad Mohanom sadajú okolo 100 až 340 mm, v Bratislave 55 až 65 mm, s kombinovaným prenosom vo Viedni a vo Frankfurte 25 až 120 mm, s plným prenosom zaťaženia pilótami sadajú 20 až 30 mm vo Frankfurte a v Kuala Lumpur až do 60 mm.

Veľmi náročné geotechnické procedúry sa vykonali vo Viedni pri zakladaní Millenium Tower, stavby vysokej 202 m (Brandl 2005). Medzi základovou škárou a povrchom terciérnych hlinitých a ílovitých sedimentov bola vrstva štrkovitých zemín hrubá 4 až 7 m . Po výkope stavebnej jamy sa táto vrstvu zhutnila hĺbkovou vibráciou, potom bolo zabudovaných 151 kontinuálne vŕtaných pilót s priemerom 0,88 m a s dĺžkou 13 až 16 m. Medzi hlavu každej pilóty a dolnú plochu základovej dosky s hrúbkou 2,2 m sa osadil plochý lis. Každá pilóta sa pomocou plochého lisu podrobila zaťažovacej skúške; pri zaťažení 3500 kN sa pri prvom zaťažovacom stupni dosiahlo zatlačenie hláv pilót v rozsahu od 9 mm do 37 mm. Z toho možno usúdiť, že vlastnosti zemín v podloží stavby boli veľmi rozdielne. Viacnásobným opakovaním zaťažovacích a odľahčovacích cyklov sa pomocou plochých lisov podarilo dosiahnuť prakticky homogénne podmienky; pri zaťažení 3000 kN boli prírastky sadania všade rovnaké, a to 5 mm. Potom sa priestor v plochých lisoch a v ich okolí vyplnil cementovou suspenziou.

Zakladanie vysokých budov nie je v súčasnosti vážnym technickým problémom ani u nás, ani v zahraničí. Nároky stavieb, základové pomery, technologické možnosti a skúsenosti úspešných geotechnických firiem umožňujú optimalizovať základové konštrukcie, pričom bývajú rozhodujúce požiadavky na primerané sadania.

Náročné vysoké stavby si vyžadujú zodpovedný prístup k vlastnostiam základových pôd. Ich nehomogenita vytvára značné riziká pri odbere neporušených vzoriek a preceňovanie výsledkov laboratórnych skúšok. Podstatne spoľahlivejšie sú poznatky o správaní hotových stavieb v podobných podmienkach a monitoring nových stavieb spolu s observačnou metódou, ktorá umožňuje vykonať potrebné korekcie projektov aj počas výstavby.

Z tab. 1 celkom jednoznačne vyplýva, že v Bratislave sú vhodné geotechnické podmienky na plošné zakladanie budov s výškou do 150 m. Rôzne argumenty o „bezpodmienečnej“ potrebe stoviek pilót, ktoré cez málo stlačiteľné štrkovité zeminy nevhodne prenášajú zaťaženie do stlačiteľnejších a menej pevných ílovitých zemín v podloží, o ekonomickej nevýhodnosti hrubších základových dosiek atď. sú absolútne neopodstatnené. Jednoznačne predražujú stavby a v podloží zbytočne pochovávajú značné finančné prostriedky investorov i budúcich nájomcov či majiteľov administratívnych a bytových priestorov.