Svahové deformácie a ich sanácie na R1

Rýchlostná cesta R1 bola realizovaná v rokoch 2009 až 2012 ako prvý projekt verejno-súkromného partnerstva (PPP projekt). V jarných mesiacoch 2013, najmä v marci toho roku, však vzniklo na svahoch zárezov rýchlostnej komunikácie, predovšetkým na úsekoch Selenec – Beladice a Beladice – Tekovské Nemce, niekoľko svahových deformácií. Ich hlavnou príčinou boli extrémne klimatické pomery v zimnom až jarnom období na prelome rokov 2012 a 2013.

Projekt rýchlostnej cesty R1 Nitra, západ – Tekovské Nemce a Banská Bystrica, severný obchvat sa realizoval ako prvý projekt verejno-súkromného partnerstva (Public Private Partnership) na Slovensku, a to na základe koncesnej zmluvy o projektovaní, výstavbe, financovaní, prevádzke a údržbe úsekov rýchlostnej cesty uzatvorenej medzi Ministerstvom dopravy, výstavby a verejných prác SR (ako verejným obstarávateľom) a spoločnosťou Granvia, a. s. (ako koncesionárom).  Projekt rýchlostnej cesty s celkovou dĺžkou 51,5 km pozostáva zo 4 samostatných stavieb a úhrnného počtu 847 stavebných objektov. Z toho je 79 mostov s celkovou dĺžkou 7 km a 10 mimoúrovňových križovatiek. Spoločnosť ARCADIS CZ, Organizačná zložka Slovensko (v čase začatia výstavby ARCADIS Geotechnika, a. s., Organizačná zložka Slovensko) sa v pozícii nezávislého dozoru podieľala na výstavbe rýchlostnej cesty R1, ako aj na jej prevádzke. Vzhľadom na geomorfologické podmienky, v ktorých je projekt situovaný, bolo prekonávanie terénnych prekážok podmienené realizáciou veľkého množstva komplikovaných geotechnických konštrukcií, ako sú vysoké násypy, hlboké zárezy a pod. Ich realizáciu sprevádzali vzhľadom na geologickú stavbu prostredia viaceré stabilitné problémy, a to nielen počas výstavby, ale aj počas prevádzky v predčasnom užívaní. 

Obr. 1  Odlučná  časť strže na svahu zárezu križovatky Selenec

V zimných mesiacoch 2012/2013 vzniklo niekoľko svahových deformácií, ktoré spôsobili podmienky v predmetnom území – výskyt sprašových horizontov na neogénnych íloch, striedanie priepustných a nepriepustných polôh, eluviálno-deluviálne sedimenty na ílovcovom podloží a pod. Na svahy s takýmito podmienkami výrazne pôsobili klimatické pomery, hlavne extrémne zrážky s následnou intenzívnou erozívnou činnosťou. V zmysle klasifikácie svahových pohybov a výsledných svahových deformácií (Nemčok, Pašek, Rybář, 1974) išlo o zosuvy ako výsledné formy zosúvania po prevažne rovinnej šmykovej ploche aj o strže ako výsledné formy stekania povrchových častí pokryvných útvarov. Nevyhnutným predpokladom bezpečnej a plynulej prevádzky na rýchlostnej ceste bola dôsledná sanácia týchto porúch, stabilizácia svahov a prijatie opatrení na dôkladné odvodnenie dotknutých geotechnických konštrukcií a na celkovú stabilizáciu. V príspevku uvádzame charakteristiku niektorých svahových deformácií, ktoré vznikli počas prevádzky komunikácie na úseku R1 Nitra, západ – Tekovské Nemce, príčiny ich vzniku a spôsoby sanácií z pohľadu nezávislého dozoru.

Obr. 2  Definitívne úpravy po sanácii

Svahové deformácie v úseku R1 Nitra, západ – Tekovské Nemce

Po spustení prevádzky došlo v novembri 2011 na niektorých miestach rýchlostnej cesty R1 k degradácii svahov vplyvom klimatických podmienok a k zosuvnej činnosti väčšieho či menšieho rozsahu. Keďže tieto poruchy boli asanované v primeranom časovom rámci, nemali zásadný vplyv na bezpečnosť a plynulosť prevádzky rýchlostnej cesty R1 v danom úseku. Celkovo sa v období na prelome rokov 2012 a 2013 vyskytlo na úseku R1 Nitra, západ – Tekovské Nemce päť rozsiahlejších svahových porúch. Z geomorfologického hľadiska sa všetky svahové deformácie nachádzali na území, ktoré je situované v celku Podunajská pahorkatina, podcelkoch Zálužianska pahorkatina, Žitavská pahorkatina, Hronská pahorkatina, ako aj na konci trasy, kde sa dotýkali podcelku Pohronský Inovec. Celé územie má pahorkatinový reliéf so striedaním elevácií miernych svahov a depresií až údolných riečnych nív väčších tokov Nitra a Žitava (Mazúr, Lukniš, 1980). Ako sme už uviedli, hlavnou príčinou vzniku týchto svahových deformácií boli extrémne klimatické pomery v zimnom až jarnom období 2012/2013, charakterizované opakovanými obdobiami nadmerných zrážok, opakovaným topením snehu a zamŕzaním, resp. rozmŕzaním zemín tvoriacich svahy zárezov. Okrem týchto príčin pomohli vzniku niektorých deformácií aj sústredené prítoky povrchových vôd stekajúcich z priľahlých svahov, ktoré neboli dôsledne drénované a odvedené mimo svahov zárezov.Z priestorových dôvodov sa v tomto článku zameriame iba na dve svahové poruchy, ktoré boli rozsahom najväčšie. Predmetom našej analýzy budú svahová deformácia na križovatke Selenec na úseku Selenec – Beladice a sústava zosuvov v km 80,700 až 81,400 na úseku Beladice – Tekovské Nemce.

Obr. 3  Svahové deformácie na svahu zárezu v km 80,7 až 81,4 trasy R1, akumulačná časť zosuvu

Svahová deformácia na križovatke Selenec

Táto svahová deformácia vznikla na svahu zárezu mimoúrovňovej križovatky Selenec v km 51,000 na úseku cesty R1 Selenec – Beladice. Lokalizovaná bola v priestore pod korunou svahu zárezu, nad lavicou a v čase vzniku mala charakter strže s rozmermi 6 × 5 m s hĺbkou šmykovej plochy do 2,0 m (obr. 1, 2).
Stratou stability bolo poznačené územie tvorené (z inžinierskogeologického hľadiska) kvartérnymi pokryvnými zeminami v styku polygenetického komplexu súdržných zemín s neogénnymi sedimentmi pontu. Inžinierskogeologický prieskum preukázal v danej oblasti prítomnosť kvartérnych zemín (siltov a ílov) do hĺbky 1,50 m, pod ktorými nastupujú neogénne sedimenty v ílovitom vývoji, prechádzajúce v hĺbke 8,50 m do pieskov. Miestami však vystupuje až na povrch územia neogén, reprezentovaný prekonsolidovanými ílmi (Matejček a kol., 2008 b). V tomto prostredí sa aktivizovala aj nami opisovaná svahová porucha.
Hlavným faktorom vzniku boli uvádzané extrémne klimatické pomery. Z dôvodu intenzívnych zrážok sa pravdepodobne zmenili šmykové parametre jemnozrnných zemín a nastal progresívny rozvoj poruchy. Významnú úlohu zohral aj faktor odvádzaných povrchových vôd z nadzárezovej drenáže. Tá síce bola vybudovaná, avšak z dôvodu extrémneho zahltenia jemnozrnným sedimentom z priľahlých svahov bola jej účinnosť nedostatočná. V neposlednom rade treba uviesť, že v blízkosti tejto svahovej deformácie, v rovnakom geologickom prostredí, sa zaznamenali pomerne rozsiahle prejavy straty stability už počas výstavby, následkom čoho sa zrealizovali mohutné sanačné opatrenia vrátane systému drenážnych rebier, priťažujúcich konštrukcií a protimrazovej ochrany.Nadzárezová drenáž nad svahovou poruchou je súčasťou odvodňovacieho systému celej križovatky, ktorý pozostáva z nadzárezových drenážnych žľabov, žľabov na lavičkách a dláždených priekop pod násypmi vozovky. Priľahlé svahy predstavujú relatívne nepriepustné prostredie tvorené jemnozrnnými súdržnými zeminami, ktorým sa na základe rozborov v laboratóriu mechaniky zemín priradili koeficienty filtrácie kf rádovo x . 10-8 až x . 10-9 – tzn., že ide o relatívne veľmi málo priepustné podložie. Všetky odvodňovacie prvky sú zaústené do rúrového priepustu DN 1000, ďalej sa vody odvádzajú systémom drenážnych žľabov do retenčnej nádrže, z ktorej sa voda odvádza stokou ORL do potoka Selenec. Svahová deformácia bola asanovaná odťažením zosunutého materiálu až po úroveň šmykovej plochy, na zadnej stene sa vytvoril svah a celá plocha sa zazubila . Odvodnenie svahu sa zabezpečilo drenážnymi rebrami so šírkou 1 m a hĺbkou 2,0 m v osovej vzdialenosti 5 m. Ako materiál zásypu sa aplikoval nenamŕzavý materiál s frakciou 32 – 63 mm bez filtračnej geotextílie. Celý odkopaný priestor po odťaženej zemine sa vyplnil identickým materiálom ako plošný drén. Aby sa zabránilo ďalšiemu rozvoju poruchy, zhotovili sa vo vrchnej etáži po stranách asanovaného zosuvu ďalšie dve rebrá, ktoré sa napojili na existujúci drenážny systém. V rámci nevyhnutného monitoringu vykonaných opatrení sa musí venovať veľká pozornosť nadzárezovým drenážam, kde hrozia v období prívalových zrážok priesaky do asanovaného svahu a jeho ďalšie deformácie, ako aj sledovaniu iniciálnych príznakov svahových deformácií (otvorené trhliny a pod.) Nadzárezovú drenáž treba permanentne udržiavať funkčnú a otvorené trhliny bezodkladne vyplňovať nepriepustným materiálom proti zamedzeniu vsakovania povrchových vôd do svahov.

Obr. 5  Drenážne rebro s odvodňovacím potrubím

Svahová deformácia na trase R1 v staničení 80,700 – 81,400

Rozsahom jedna z najväčších svahových porúch celého projektu R1 v období prevádzky vznikla na ľavostrannom svahu zárezu v km 80,700 až 81,400 trasy R1 na úseku Beladice – Tekovské Nemce. Trasa vedie na tomto úseku v záreze s hĺbkou 4 m budovanom v sklone 1 : 2,5  s lavicou. Išlo o celý systém zosuvov, ktorých iniciálne prejavy sa zaznamenali už v zimných mesiacoch 2012/2013. Pozdĺž takmer celého ľavostranného zárezu sa vyvinuli aktivizované zosuvy, resp. strže s hĺbkami šmykových plôch prevažne do 2,5 m. Jednotlivo boli porušené svahy zárezu maximálne v rozmeroch približne 12 × 25 m. Svahové deformácie porušovali zárez buď nad, alebo len pod vybudovanou lavicou, pri postupnom rozvoji poruchy však došlo k strate stability na takmer celom päťstometrovom úseku ľavostranného zárezu.  Z geologického hľadiska je dotknutá oblasť situovaná do prostredia neogénnych jemnozrnných zemín triedy F8, čiastočne F4. Kvartér je charakterizovaný pokryvom deluviálnych zemín reprezentovaných štrkovitým ílom F2 (Matejček a kol., 2008 c). Kvartérny pokryv dosahuje mocnosť do 1 m. Oblasť je charakterizovaná ako bezvodá. Na možnosť vzniku svahových deformácií a výraznej erozívnej činnosti upozornil už inžinierskogeologický prieskum s návrhom na úpravy sklonu svahov zárezov aj dôsledné odvedenie vôd. Aj pri týchto deformáciách boli príčinami vzniku kumulovaný efekt klimatických extrémov a nedostatočné odvedenie povrchových vôd z územia nad zárezom bez vybudovanej nadzárezovej drenáže s dôsledkom sústavného premáčania priľahlého terénu. Zárez ľavostranného svahu bol vhodne plošne asanovaný na celkovej dĺžke približne 700 m bez obmedzenia prevádzky, pričom bolo potrebné zachovať odvodňovaciu funkciu cestnej drenáže. V rámci sanácie sa realizovali odťaženie zosunutého materiá­lu, úprava šmykovej plochy, odvodňovacie rebrá (obr. 5) a prísyp kameninového materiálu s lavičkou (obr. 4). Svah bol od päty po úroveň lavice priťažený lomovým kameňom s nadrozmernou veľkosťou (obr. 4) a celá asanovaná oblasť sa zabezpečila protimrazovou ochranou (obr. 6). V rámci definitívnych úprav sa nerealizovalo zahumusovanie. Funkciu nadzárezovej drenáže má plniť výkop vyplnený lomovým kameňom vybudovaný nad korunou zárezu.

Obr. 6  Asanovaný svah zárezu v km 80,700 až 81,400

Záver

Dôsledná sanácia svahových deformácií vznikajúcich v svahoch zárezov, prípadne v násypoch, je v danom geologickom prostredí nevyhnutným predpokladom na bezproblémovú a bezpečnú prevádzku nadradenej cestnej infraštruktúry na Slovensku. Svahové poruchy a prejavy straty stability uvedené v článku predstavujú nezriedkavý fenomén, s ktorým sa stretávame pri výstavbe cestných komunikácií v prostredí vytvárajúcom vplyvom klimatických extrémov priaznivé podmienky na zmenu geotechnických parametrov zemín, v ktorých sú tieto konštrukcie situované. Sanačné opatrenia realizované na problémových úsekoch rýchlostnej cesty R1 Nitra, západ – Tekovské Nemce splnili svoj účel, svahy zárezov a násypov sú stabilné, ovplyvnené odvodňovacie systémy sa revitalizovali a v súčasnosti sú plne funkčné. Na úsekoch rýchlostnej cesty R1 postihnutých svahovými deformáciami sa vykonáva pravidelný monitoring s cieľom sledovať účinky sanačných opatrení.

TEXT: RNDr. Viktor Janták, Ing. Peter Mušec
FOTO: archív ARCADIS CZ, a. s., OZ SR

Viktor Janták a Peter Mušec sú členmi tímu nezávislého dozoru PPP R1.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.