Statické zabezpečenie zárezu pre preložku železničnej trate

Z dôvodu výstavby diaľnice D1 do Žiliny bolo potrebné urobiť smerovú úpravu trasy železničnej trate Bratislava – Žilina. Nová trasa­ železničnej­ trate v úseku diaľnice D1 Vrtižer – Hričovské Podhradie je smerovo odsunutá od jestvujúcej trate a má viesť cez horninový­ masív. Aby sa spomínana trasa železničnej trate mohla realizovať, bolo potrebné horninový masív odťažiť a staticky zabezpečiť. Výpočet­ stability a deformácií sa vykonal programom PLAXIS (Mohr-Coulomb Model, Hardening-Soil Model).

Inžiniersko-geologické pomery
Inžiniersko-geologický prieskum pre danú lokalitu spracovala v roku 1997 firma INGEO, a. s., Žilina. Pri posudzovaní objektu sa použili geologické pomery zistené vrtmi: J – 1, J – 3, J – 4. Povrchovú vrstvu tvorí humusovitá hlina, pod ktorou sú overené limnické íly stredne až nízkoplastické. V limnických íloch sú overené polohy rašelín (podľa vrtu J1 sú to polohy v hĺbke 4,7 – 6,0 m a 10,1 – 11,8 m), ktoré vytvárajú súvislé šošovky. Pod ílmi sa nachádzajú vrstvy nesúdržných zemín (piesok ílovitý a štrk ílovitý). Skalné podložie tvoria vrchnokriedové zlepence. Hladina podzemnej vody sa zistila vo vrte J – 3 v hĺbke 14,2 m pod terénom. Vo vrte J – 1 sa voda vyskytovala len vo forme slabého priesaku.

Laboratórnymi rozbormi strednoplastických ílov sa zistili tieto hodnoty: wn = 20,5 – 33,6 %, Sr = 96,7 – 100 %, wL = 29 – 46 %, IP = 9 – 24%. IC = 0,42 – 0,96, ϕef = 24 – 26°, cef = 8 – 19 kPa. Rašelinové vrstvy sa laboratórnymi skúškami dostatočne nedefinovali.

Na základe problémovej hydrogeologickej skladby konštatujeme, že zárez v Hričovskej ihle je zložitým geotechnickým zásahom do stabilitného systému danej oblasti.

Tab. 1 Geologická sonda J – 1

Tab. 2 Geologická sonda J – 3



Obr. 1 Priečny rez zárezom

Projekt
Zárez je navrhnutý terasovite, s konštantnou výškou stupňov (4 m). Sklon líca stupňov je 2,5 : 1. Medzi jednotlivými stupňami sa navrhli lavičky so sklonom 3 %. Šírka vrchnej lavičky je 4 m, zostávajúcich dvoch 6 m. Každý stupeň zabezpečujú trvalé zemné klince. Klince, ktoré sa použili na zabezpečenie stupňov, sú dvojaké:

• klasické klince – tvorí ich betonárska výstuž (Ø 25 mm) vložená do vrtu s priemerom 133 mm pažená výpažnicou a zaliatá cementovou maltou,
• samozavŕtavacie injektované klince typu DYWIDAG R32N A R51N.

Hlavy klincov sú oceľovou platňou prichytené o rubovú výstuž striekaného betónu. Výstuž osadená v rube striekaného betónu je zo zváraných sietí, ktorých prúty majú priemer 8 mm v pozdĺžnom aj priečnom smere. Vzdialenosť priečnych prútov je 100 mm, vzdialenosť pozdĺžnych prútov 150 mm. Výstuž nachádzajúcu sa pri hornom povrchu striekaného betónu tiež tvoria zvárané siete (prúty s Ø 6 mm). Priečna a pozdĺžna vzdialenosť prútov sietí v líci je 150 mm. Väčšie ohybové momenty v spodných častiach striekaného betónu vykryla dvojica zváraných sietí obrátených do seba. Pri spodných radoch klincov, na druhom a treťom stupni, sa pre šmykové sily navrhol väčší počet spôn. Hrúbka striekaného betónu je na všetkých stupňoch 0,2 m. Vonkajšia stabilita zárubných múrov a oporného múru je zabezpečená pomocou trvalých lanových kotiev. Kotvy na druhom stupni sa zrealizovali v štvormetrových vzdialenostiach a sú predopnuté na silu 400 kN. Dĺžka kotiev je 27,6 m. Kotvy na treťom stupni sú v osovej vzdialenosti 6 m. Predpínacia sila kotiev bola 600 kN (dĺžka 19,6 m). Predpínacie laná všetkých kotiev sú šesťpramencové. Korene kotiev majú jednotnú dĺžku – 9,5 m. Kotevné sily sa na stupne prenášajú cez roznášacie železobetónové dosky tvaru štvorca so stranou s dĺžkou 2 m a hrúbkou 0,6 m.

Pohľadovú úpravu striekaného betónu zabezpečil obkladový gabiónový múr s hrúbkou 0,6 m, ktorý je vyhotovený zo zváraných sietí s rozmermi 100 × 100 mm na betónových základoch.

Odvodňovanie zárezu zabezpečuje obvodový žľab nad celým objektom, do ktorého sa napájajú žľaby z lavičiek. Do žľabov na lavičkách ústia rubové odvodňovacie perforované rúry obalené separačno-filtračnou geotextíliou. Perforované rúry sú zabudované pod rub striekaného betónu každé tri metre.

Obr. 2 Vodorovné deformácie	Obr. 3 Priebeh šmykovej plochy

Modelovanie v programe Plaxis
Prvý výpočet zárezu sa v rámci dokumentácie realizoval pomocou výpočtového modelu Mohr-Coulomb Model (MC). Je všeobecne známe, že MC model sa používa na prvotný návrh a na získanie približného správania sa zemín a skalných hornín v interakcii so železobetónovými konštrukciami. Na základe takto získaných výsledkov sme pristúpili k riešeniu zárezu modelom Hardening-Soil Model (HS), ktorý nám umožňuje zohľadniť narastanie tuhosti zeminy so zvyšujúcim tlakom. Porovnaním výsledkov oboch modelov možno konštatovať, že HS model je vhodnejšie použiť pri navrhovaní prác s hlbokými výkopmi alebo s odťažovaním veľkej mocnosti nadložia. HS model dáva reálnejšie hodnoty horizontálnych a vertikálnych deformácii konštrukcie aj zemného telesa. Výpočet bol rozdelený na trinásť fáz, z čoho prvé dve fázy sú určené na stanovenie počiatočného stavu napätosti, štyri fázy tvoria výpočet stability a zostávajúcich sedem fáz sú stavebné postupy. Na stanovenie počiatočného napätostného stavu sa použila metóda Gravity Loading.
Pri posudzovaní zárezu sa namodelovali tri priečne rezy, ktoré sledovali deformácie, šmykové napätia, namáhania striekaného betónu a klincov, kritické šmykové plochy atď.

Z výsledkov posudzovania návrhu bolo zrejmé, že najkritickejšia oblasť z hľadiska deformácii je oblasť uzavretých rašelinových vrstiev so šmykovou plochou prechádzajúcou týmito vrstvami. Z dôvodu nedostatočných informácii o vlastnostiach rašelín v záreze a možnej zmeny prúdenia podzemných vôd vplyvom odťaženia horninového výbežku, ako aj možnému negatívnemu vplyvu HPV na novovybudovaný zárez, sme pristúpili k vypracovaniu hodnotenia rizík stavby. Cieľom bolo upozorniť na prípadné problémy a minimalizovanie nákladov. Štatistické zhodnotenie analýzy poškodenia (Godehart et al., 1995) bolo založené na váhovom faktore pre hlavné pole a na závislosti prerozdelenia kvantitatívnej chyby a cene poškodenia. Výsledkom hodnotenia rizika stavby bolo jej zaradenie medzi vysokorizikové stavby s odporúčaním realizovania geotechnických meraní.

Najkritickejšia stabilita v oblasti dvoch vrchných stupňov bola overená aj ručným výpočtom. Napriek tomu, že išlo o približný výpočet, môžeme povedať, že poskytol akceptovateľné výsledky.

Maximálne horizontálne deformácie zistené výpočtom dosahujú hodnotu 13,2 cm na rozhraní spodnej rašelinovej vrstvy a ílov strednej plasticity. Tieto deformácie zohľadňujú stavebné postupy, ako sú etapový odkop stupňov, realizáciu klincov so striekaným betónom a postupné aktivovanie zemných kotiev.
Ďalšie minimalizovanie deformácií rozličnými prvkami bolo možné, ale nie potrebné. V dosahu dotvarovania zárezu sa totiž nenachádzali nijaké jestvujúce objekty, siete, ani komunikácie. Použitie statických prvkov minimalizujúcich deformácie nebolo efektívne ani z ekonomického hľadiska.

Obr. 4 Pohľad na zrealizovaný zárez	Obr. 5 Pohľad na zárez počas výstavby

Merania
Zárez bol počas realizácie a po nej monitorovaný pomocou inklinometrických a inklinometricko-deformetrických vrtov. V mieste najväčšej výšky zárezu sa pomocou meracích vrtov vytvoril hlavný merací profil (vrty Z1, Z2, Z3, Z4). Kraje zárezu sa monitorovali vrtmi Z5 a Z6. Po úplnom zrealizovaní stupňov sa na každom vytvoril základ pre gabióny. Na základy sa osadili geodetické meracie body, ktoré slúžili na doplnkové merania vo vrtoch.

Tab. 3 Vstupné údaje pre program Plaxis

Záver
Pri odťažovaní zárezu sa potvrdila geologická skladba zistená inžinierskogeologickým prieskumom. Overili sa aj mocnosti rašelinových šošoviek, ktoré boli miestami väčšie, ako sa zistilo prieskumom. Mocnosť rašelín sa zásadne neodlišovala od predpokladov, nebolo teda potrebné robiť zmeny vo vykonávacom projekte.

Odťažením horninového masívu sa nepotvrdila zmena prúdenia podzemných vôd, s ktorou sa uvažovalo počas projekčných prác. Zmenu prúdenia vôd mohli spôsobiť realizácia klincov, kotiev a odťažovanie masívu. Keďže sa nepre­ukázala zmena prúdenia podzemných vôd a nedochádza k sústredeným výtokom a tlakom vody na rub striekaného betónu, nerealizovali sa horizontálne hĺbkové odvodňovacie vrty.

V oblasti nad rašelinovými vrstvami sa potvrdili predpoklady o horizontálnych deformáciach. Z dôvodu odťažovania prišlo k dotvarovaniu, dotlačeniu rašelinových vrstiev. Čo sa týka deformácii všeobecne, sme toho názoru, že hlavne technológia realizácie má vplyv na veľkosť výsledných posunov.

Pri náročných stavbách v zložitých geologických podmienkach odporúčame zaoberať sa hodnotením rizík stavby. Takisto odporúčame v projekte zadefinovať limitné hodnoty deformácii a následné opatrenia, ako postupovať pri ich dosiahnutí alebo prekročení. Plán merania deformácií musí byť dôkladne zosúladený s realizáciou stavby, aby včas zistil nepredvídaný nárast posunov. Takéto sledovanie stavieb si vyžaduje dôkladnú spoluprácu projektanta, investora a dodávateľa.

TEXT: Ing. Roman Kezman, Ing. Ľubomír Turinič
FOTO: PRODEX, spol. s r. o.

Roman Kezman je vedúcim úseku geotechniky v spoločnosti PRODEX, spol. s r. o.

Ľubomír Turinič je vedúcim strediska mostov a geotechniky v spoločnosti PRODEX, spol. s r. o.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/inženýrské stavby.