Vybrané geotechnické konštrukcie na D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka

Príspevok sa venuje vybraným geotechnickým konštrukciám oporných múrov na diaľnici D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka (ide o vystužené horninové konštrukcie s lícom z gabionových a betónových prvkov) vrátane sanácie podložia násypu na neúnosnom podloží pomocou vysokopevnostných geomreží.

Úsek diaľnice D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka má dĺžku 11,3 km a spolu s nadväzujúcou stavbou D1 Lietavská Lúčka – Višňové – Dubná Skala bude tvoriť južný obchvat mesta Žilina. Na trase diaľnice bude 11 mostov, dva tunely (Ovčiarsko a Žilina) a množstvo geotechnických konštrukcií. Stavba sa realizuje podľa žltej knihy FIDIC, ktorá umožňuje zhotoviteľovi optimalizovať jednotlivé konštrukcie (mostné objekty, oporné a zárubné múry, technológie budovania zemných telies) z hľadiska efektívnosti finančných a časových nárokov realizácie stavby. Základné parametre, technické a kvalitatívne požiadavky sú dané súťažnými podmienkami objednávateľa stavby – Národnej diaľničnej spoločnosti, a. s. Zhotoviteľom tohto úseku je Združenie Ovčiarsko s vedúcim členom Doprastav, a. s., a členmi Strabag, s. r. o., Váhostav – SK, a. s., a Metrostav, a. s. Hlavným projektantom je Združenie D1 HP-LL s vedúcim členom Dopravoprojekt, a. s., a členmi Geoconsult, s. r. o., a Basler & Hofmann Slovakia, s. r. o.

Zvýšenie únosnosti podložia násypu obj. 100-00 extrudovanými geomrežami MacGrid EG a geotextíliou MacTex BN

Sanácia podložia a zabezpečenie celkovej stability násypového telesa 100-00

Sanačné opatrenia predstavujú zlepšenie základovej pôdy zemného telesa v podloží násypu, ako aj opatrenia na zabezpečenie stability novobudovaných zemných konštrukcií. V predmetnom úseku diaľnice je navrhnutých niekoľko typov úpravy podložia násypov, ktorých cieľom je zabezpečiť dostatočnú únosnosť podložia na budovanie násypov a vytvorenie podmienok na urýchlenú konsolidáciu podložia tak, aby dodatočné sadnutie násypov po vybudovaní diaľnice bolo minimálne resp., aby prípadné dodatočné sadnutie násypu bolo rovnomerné. Násypové teleso s maximálnou výškou 8,5 m je zrealizované na diaľnici D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka v km 32,550 – 33,400 na neúnosnom podloží tvorenom nasýtenými fluviálnymi ílmi. Zemina v podloží má extrémne nízke hodnoty geotechnických parametrov. Vzhľadom na výšku násypového telesa a mocnosť nasýtených ílovitých vrstiev bolo na urýchlenie konsolidácie podložia násypu nevyhnutné realizovať vertikálne drény. Skladba výstužnej geodosky bola navrhnutá s ohľadom na prístup strojných zariadení a celkovú stabilitu budovaného telesa. Na zabezpečenie rovnomerného sadania násypu a prístupu mechanizmov na realizovanie vertikálnych drénov a tiež na zabezpečenie celkovej stability násypového telesa bola navrhnutá vystužená platforma.

Vystuženie podložia násypu obj. 100-00 geomrežami ParaGrid na zabezpečenie celkovej stability

Urýchlenie sadania podložia a zabezpečenie prístupu pre mechanizáciu

Zvýšenie únosnosti podložia sa realizovalo pomocou geosyntetickej vrstvy v kombinácii s kvalitným štrkovým materiálom. Vytvorená vrstva slúžila na prejazd vozidiel počas budovania násypového telesa a realizáciu vertikálnych drénov. Použité geosyntetické materiály zabezpečili separáciu (geotextília) nevhodných materiálov podložia a kvalitného materiálu podkladovej vrstvy a vystuženie (geomreža) tejto vrstvy, aby sa redukovalo potrebné množstvo použitého kvalitného materiálu. Návrhy vystuženia podložia boli spracované v programe MACREAD STUDIO 1.6 spoločnosti MACCAFERRI, ktorý umožňuje určiť adekvátnu hrúbku kvalitnej štrkodrviny vystuženej geosyntetickou výstužou.

Hrúbka vystuženej vrstvy závisí od charakteristík geosyntetickej výstuže. Navrhovaná výstuž je extrudovaná polypropylénová geomreža položená na netkanej geotextílii, ktorá má len separačnú funkciu. Na základe vstupných dát bola výsledkom požadovaná hrúbka sanačnej vrstvy bez použitia výstuže 0,64 m a 0,25 m s použitím geosyntetickej výstuže. Použitím geomreže bolo možné ušetriť 68,75 % hrúbky sanačnej vrstvy. Zvislé konsolidačné drény sú prvky, ktoré predstavujú stabilizačné opatrenie umožňujúce drénovanie podložia, čím urýchľujú proces konsolidácie (vytlačenie vody z pórov nasýtenej zeminy pri zaťažení), zmierňujú negatívne účinky, urýchľujú časový priebeh sadania a hlavne zlepšujú deformačné vlastnosti. Navrhovaný raster trojuholníkovej siete geodrénov bol 1,7 × 1,7 m, predpokladaná hĺbka konsolidačných drénov na základe inžinierskogeologického prieskumu bola 6,0 m.

Vzorový priečny rez oporným múrom Terramesh pod oporami mosta 206-00

Zabezpečenie celkovej stability násypového telesa

Vysokopevnostné geomreže aplikované v podloží násypového telesa predstavujú riešenie na zabezpečenie celkovej stability tohto telesa. Princíp vystužovania zemných konštrukcií je založený na trení medzi výstužami a sypaninou. Najdôležitejším faktorom pri návrhu sypaniny sú geotechnické charakteristiky (uhol vnútorného trenia, kohézia a objemová hmotnosť). Dĺžky, pozícia a počet výstuží v priečnom reze sa navrhujú vzhľadom na zemný tlak, zaťaženie a ostatné okrajové podmienky. Na návrh vystužených zemných konštrukcií bol použitý Eurokód 7, Navrhovanie geotechnických konštrukcií EN 1997-1, kombinácie: Návrhový postup 1, kombinácia 1: A1+M1+R1; Návrhový postup 1, kombinácia 2: A2+M2+R1.

Ukladanie geomreží ParaGrid a lícových prvkov Terramesh oporného múra

Predpoklady výpočtu boli: návrhová životnosť 120 rokov, návrhová teplota 20 °C, zásypová zemina s pH 4,0 – 9,0. Posúdenie sa vykonalo v programe spoločnosti MACCAFERRI, MACSTARS W REL 3.0. Celková stabilita sa posúdila metódou Bishop s kruhovými šmykovými plochami. V posúdení celkovej stability sú definované redukčné faktory na dimenzovanie. V analýze sú zhodnotené aj parciálne súčinitele spolupôsobenia, materiálové charakteristiky a zaťaženie. S extrudovanou dvojosou geomrežou sa v posúdení nepočítalo, keďže je navrhovaná a účinná na zvýšenie únosnosti a kontrolu rozdielneho sadania. Na zabezpečenie globálnej stability v závislosti od výšky násypového telesa bola v podloží násypového telesa navrhnutá geosyntetická výstuž ParaGrid 200 s dlhodobou ťahovou pevnosťou (127,39 kN/m). Geosyntetická výstuž sa po zrealizovaní zvislých konsolidačných drénov uložila a presypala vrstvou štrkového materiálu s hrúbkou 0,25 m a frakciou 0 – 63 mm. Na takto upravenom podloží sa zriadilo násypové teleso.

Pohľad na zrealizovaný prvý stupeň oporného múra Terramesh

Oporný múr pod oporami 17/18 mosta 206-00

Oporný múr na zaistenie svahového kužeľa krajnej opory 17/18 mosta 206-00 a telesa diaľnice D1 v km 31,936 – 32,042 je navrhnutý ako vystužená zemina s gabionovým čelom – systém Terramesh. Geometrické riešenie oporného múra vychádza z polohy krajnej opory 17/18 mosta 206-00, vedenia diaľnice D1 a morfológie existujúceho terénu. Oporný múr je navrhnutý ako dvojetážový, založený bude plošne. Konštrukcia múra je navrhnutá zo systému prefabrikovanej modulárnej konštrukcie tvorenej lícovými drôtokamennými prvkami s integrovanou výstužnou sieťou. Lícové prvky majú rozmery 2,0 × 0,5 × 0,8 m s vystužením formou horizontálneho panelu zo šesťuholníkovej dvojzákrutovej poplastovanej oceľovej siete s typom oka 8 ×10, pevne spojeného s košom, panel tvorí 3 m dlhú výstuž (kotvenie) v násypovom svahu. Priemer drôtu siete je 2,7/3,7 mm. Povrchovú úpravu siete bloku tvorí Galmac + PVC. Gabionové čelo a horizontálna výstuž sú spojené už vo výrobnom procese a tvoria ucelenú časť systému. Vonkajšia stabilita vystuženého múra je zabezpečená pomocou jednoosových ohybných geomreží. Lícna strana múra je navrhnutá ako odstupňovaná, v sklone v zmysle vzorového priečneho rezu.

Na základe posúdenia celkovej stability a sadania vystuženého oporného múra vrátane násypového telesa boli na základe výsledkov geotechnického monitoringu navrhnuté technické riešenia formou sanačných opatrení. Ich cieľom bolo zabezpečiť celkovú stabilitu násypu, dostatočnú únosnosť podložia a vytvoriť podmienky na urýchlenú konsolidáciu podložia. Sanačné opatrenia pozostávali z výmeny podložia s hrúbkou 1,5 m, doplnenej o sústavu priečnych štrkových rebier so šírkou 1,0 m a hĺbkou 1,5 m. Na zabezpečenie celkovej stability sa pri výmene podložia zrealizovala geodoska, ktorú tvoria dve vrstvy jednoosových geomreží ParaGrid s dĺžkou 16,5 – 32 m a dlhodobou ťahovou pevnosťou 136,5 kN/m.

Pohľad na oporný múr Terramesh pod oporami mosta 206-00 v realizácii

Vystužený oporný múr s betónovým lícom 221-00

Oporný múr je situovaný na ľavej strane diaľnice D1 v km 25,175 – 25,275 medzi mostnými objektmi 201-10 a 201-20. Múr je dlhý 98,82 m a dosahuje maximálnu výšku 12,0 m. Je odstupňovaný lavičkou so šírkou 1,5  m, maximálna výška stupňa je 6,0 m. Múr je dvojstupňový so sklonom líca 90°, bez nadnásypu. Vzhľadom na výškový rozdiel medzi niveletou a základovou škárou, málo únosné vrstvy deluviálnych sedimentov a morfológiu terénu tvorí objekt oporného múra vystužená horninová konštrukcia s kolmými betónovými panelmi osadenými na železobetónovom prahu kotvenom horninovými lanovými kotvami do podložia z dôvodu zaistenia celkovej stability. Odstupňovaný kotevný prah z betónu z triedy C 30/37 so šírkou 0,9 m a výškou 1,5 m je založený na mikropilótach (priemer 140 mm) s výstužnou závitovou tyčou (priemer 50 mm, dĺžka 8,0 m vrátane časti tyče votknutej v ŽB kotevnom prahu). Základ oporného múra sa zakotvil pomocou lanových kotiev 6 Ø Ls 15,5 mm s dĺžkou 16 m s trvalou antikoróznou ochranou, s koreňovou časťou 8 m; sklony kotiev sú 30°. Samotný železobetónový kotevný prah múra je odstupňovaný a upravený tak, aby bolo možné preniesť zaťaženie od kotvenia konštrukcie cez základ múra do horninového prostredia.

Pohľad na lícové panely a vystuženie geopásmi ParaWeb objektu 221-00

Vystužená horninová konštrukcia (systém MacRes) predstavuje kombináciu vertikálnych betónových pohľadových prefabrikátov z betónu z triedy C 30/37 s vystužením formou horizontálnych vysokoadhéznych polymérických geopásov ParaWeb. Zvislá vzdialenosť medzi jednotlivými úrovňami geopásikov je 0,75 m. Skladbu múra tvorí zväčša základný typ panelu 1,5 × 1,5 m, no pre svoj premenlivý tvar sa múr skladá aj z iných rozmerov. V korune spodného stupňa vystuženého múra sa nachádza poloprefabrikovaná rímsa so šírkou 0,39 m z betónu triedy C 30/37. Za rímsou je umiestnené zábradlie s výškou 1,1 m. V korune horného stupňa sa nachádza monolitická rímsa z betónu z triedy C 30/37 a C 35/45 so zábradľovým zvodidlom. Panely sú založené na základovom páse s rozmermi 0,35 × 0,15 m. Všetky majú osadené úchyty na rubovej strane v počte závislom od geotechnického návrhu.

Pohľad na oporný múr 221-00 MacRes pred dokončením

Záver

Podľa publikovaných realizácií je evidentné, že priestor na inovácie, či už v samotných projektoch, alebo aj v procese výstavby, na Slovensku existuje a v poslednom čase sa takéto inovácie aj vo väčšej miere uplatňujú – najmä vďaka metodike zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC, ale aj preto, že tieto technické riešenia prinášajú zhotoviteľovi výrazný ekonomický efekt. Spoločnosť MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o., sa od svojho vzniku úzko profiluje ako strategický partner (nielen) realizačných spoločností, ktorý vie poskytnúť silnú oporu vo forme technickej podpory počas celého procesu prípravy a výstavby inžinierskeho diela.

Jaroslav Adamec je technickým riaditeľom spoločnosti MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.

Ľuboš Lichý je obchodným riaditeľom spoločnosti MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.
Ivan Jakubis je hlavným geológom a geotechnikom Združenia Ovčiarsko.

Literatúra

1. Adamec, J. – Sňahničan, J.: Geotechnické konštrukcie na D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka. Konferencia Inžinierska geológia 2016.
2. Adamec, J.: Vystužené horninové konštrukcie s gabionovým lícom vo výstavbe na Slovensku. In: Inžinierske stavby 04/2014.
3. TKP 31 (2014): Zvláštne zemné konštrukcie
4. DRS stavby D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka

TEXT: Ing. Jaroslav Adamec,
Mgr. Ľuboš Lichý, RNDr. Ivan Jakubis
FOTO: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE