Vystužené horninové konštrukcie s gabionovým lícom

Systémy vystužovania hornín sa často používajú pri konštrukciách násypov, oporných múrov a mostných opôr. Príspevok opisuje systém vystužovania hornín s vertikálnym lícovým opevnením tvoreným drôtokamenným košom a bližšie sa venuje použitiu tohto systému vystužovania hornín na vybraných realizovaných úsekoch diaľnice D1 na Slovensku.

Rozmach používania vystužených horninových konštrukcií v dopravnom staviteľstve v súčasnosti súvisí s rozvojom výroby geosyntetických a oceľových výstuží v kombinácii s rôznymi systémami lícového opevnenia. Technológia výstavby oporných konštrukcií a mostných opôr z vystužených hornín vznikla v polovici 80. rokov minulého storočia. Princípom bolo nahradiť masívne betónové konštrukcie zhutneným zemným blokom so systémom výstuh zlepšujúcich jeho vlastnosti. Výstuhy zemného bloku prenášajú šmykové namáhanie zeminy a svojou ťahovou pevnosťou preberajú pôsobiace vodorovné sily. Vystužený blok tak prenáša zaťaženie ako homogénne teleso. Vonkajšie líce konštrukcie prenáša časť zaťaženia pôsobiaceho medzi jednotlivými výstuhami a slúži najmä ako ochrana lícnej časti vystuženej zeminy pred atmosférickými vplyvmi, lokálnou eróziou a plní aj estetickú funkciu.

Mnohé stavby diaľnic sa v súčasnosti realizujú podľa zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC, ktorá umožňuje zhotovovateľovi optimalizovať jednotlivé konštrukcie (mostné objekty, oporné a zárubné múry, technológie budovanie zemných telies) z hľadiska efektívnosti finančných a časových nárokov na realizáciu stavby. Základné parametre, technické a kvalitatívne požiadavky sú dané súťažnými podmienkami objednávateľa stavby. Medzi významné typy vystužených horninových konštrukcií patria aj konštrukcie s drôtokamenným lícovým opevnením. Tieto konštrukcie sa dnes stávajú súčasťou významných projektov dopravnej infraštruktúry a venujeme sa im bližšie v tomto článku.

Opis systému

Konštrukcia vystuženého oporného múru predstavuje systém prefabrikovanej modulárnej konštrukcie tvorenej lícovými drôtokamennými prvkami s integrovanou výstužnou sieťou – systém Terramesh (obr. 1). V prípade vysokých konštrukcií sa pohľadový prvok kombinuje s vysokopevnostnými geomrežami, ktoré potom plnia funkciu primárnej výstuže konštrukcie. Tieto konštrukcie sa označujú aj ako hybridné, keďže sa v nich kombinuje viacero typov výstužných prvkov – oceľová a geosyntetická výstuž.

Obr. 1 Schéma vystuženej horninovej konštrukcie s drôtokamenným lícovým opevnením – systém Terramesh

Lícové gabionové prvky majú najčastejšie rozmer 2,0 × 1,0 (0,5) × 0,8 m (šírka prefabrikátu × výška × šírka gabionu) s vystužením formou horizontálneho panelu zo šesťuholníkovej dvojzákrutovej oceľovej siete s typom oka 8 × 10 cm, pevne spojeného s košom. Panel tvorí výstuž (kotvenie) v násypovom svahu s dĺžkou minimálne 3,0 m. Priemer drôtu siete je 2,7 mm. Vzhľadom na návrhovú 100-ročnú životnosť pri diaľničných stavbách je drôt siete v zmysle normy STN EN 10223-3 chránený povrchovou úpravou Galmac (ZN+AL) s polymérovou ochranou PVC alebo PA6. Gabionový lícový prvok a horizontálna výstuž sú spojené už vo výrobnom procese a tvoria ucelenú časť systému.

Ostatná časť systému za čelným prvkom sa plní vhodným nesúdržným zrnitým materiálom a hutní sa po vrstvách. Oporný múr sa buduje postupným ukladaním gabionových košov s horizontálnou výstužou do navrhnutých úrovní. Vonkajšia stabilita vystuženého múru sa zabezpečuje pomocou primárnej výstuže, tvorenej jednoosovými ohybnými geomrežami s ťahovými pevnosťami zvyčajne 100 – 400 kN s polyesterovým jadrom a polyetylénovým ochranným plášťom. Geomreže sú s lícovým prefabrikátom spojené pomocou presahu, ktorého dĺžka musí byť minimálne 3,0 m.

Konštrukciu charakterizujú tieto výhody:

• výrazne zníženie celkových nákladov konštrukcie,
• jednoduchosť a rýchlosť výstavby,
• suchý proces výstavby,
• poddajný lícový prvok – schopnosť prispôsobiť sa nerovnomernému sadaniu,
• nízke nároky na zakladanie,
• estetické začlenenie konštrukcie do okolitého prostredia.

Vybrané úseky diaľničných úsekov vo výstavbe

Diaľnica D1 Dubná Skala – Turany

Diaľnica D1 v úseku Dubná Skala – Turany je súčasťou základného diaľničného ťahu v Slovenskej republike v smere západ – východ. Základným cieľom výstavby je presmerovať tranzitnú dopravu z preťaženej, technicky zaostávajúcej cesty I/18. Diaľnica sa realizuje podľa žltej knihy FIDIC spoločnosťou VÁHOSTAV-SK, a. s, hlavným projektantom je spoločnosť DOPRAVOPROJEKT, a. s. V križovatke Dubná Skala, kde násypové teleso cesty vetvy Žilina zasahuje do cesty 131-00 k penziónu Dubná Skala, bolo treba vybudovať oporný múr – obj. 231-00. Výška múru je premenná od 1,5 m do 8,5 m, dĺžka je 67,5 m.

Vystužený oporný múr tvorí lícové opevnenie Terramesh v kombinácii s výstužnými geomrežami s krátkodobou pevnosťou 200 kN/m a dĺžkou 8,0 m, umiestnenými v každom druhom rade lícového prvku (obr. 2 a 3). V mieste navrhovaného oporného múru sa na povrchu terénu nachádza vrstva navážky hlinito-kamenitých materiálov do hĺbky 3,80 m. Pod touto vrstvou sú strednoplastické íly do hĺbky 7,5 m. Založenie oporného múru sa navrhlo na upravenom podloží tvorenom zhutnenou vrstvou štrku s frakciou 32 – 63 mm, s hrúbkou 0,75 m a vystuženom tuhými dvojosovými geomrežami.

Obr. 2 Vzorový priečny rez objektom 231-00

Obr. 3 Pohľad na objekt 231-00 vo výstavbe

Diaľnica D1 Jánovce – Jablonov, II. úsek

D1 Jánovce – Jablonov, II. úsek, má dĺžku 9,54 km. Súčasťou stavby druhého podúseku bude celkovo 15 mostov, mimoúrovňová križovatka Levoča, dvojrúrový tunel Šibenik s dĺžkou 635 m a veľké odpočívadlo Levoča. Križovatka Levoča cez privádzač Spišská Nová Ves – Levoča prepojí diaľnicu s cestou I/18. Stavba sa realizuje podľa žltej knihy FIDIC, zhotovovateľom predmetného úseku je združenie spoločností EUROVIA SK, a. s., EUROVIA CS, a. s., a SMS, a. s. Hlavným projektantom stavby je spoločnosť VALBEK, s. r. o.

V km 9,205 – 9,297 a km 9,574 – 9,758 sú medzi diaľnicou a vetvami križovatky Levoča navrhnuté vystužené oporné múry s gabionovým lícom. V km 9,205 – 9,297 je vystužený oporný múr navrhnutý pozdĺž vetvy V3 križovatky Levoča, v km 9,574 – 9,758 je vystužený svah navrhnutý pozdĺž diaľnice. Vystužený oporný múr pozdĺž vetvy V2 nadväzuje na oporu objektu 211-00b tvorenú vystuženou opornou konštrukciou s panelmi z pohľadového betónu (obr. 4). Maximálna výška oporných múrov dosahuje 9,0 m.

Lícové opevnenie je tvorené drôtokamenným košom v sklone 65°. Kotevné oceľové výstuže sú súčasťou lícových panelov. Navrhnutá dĺžka horizontálnej výstužnej siete sa vzhľadom na statický výpočet pohybuje od 3,0 do 6,0 m. Vonkajšia stabilita vystuženého múru pozdĺž vetvy V3 sa v najvyššej sekcii zabezpečuje pomocou jednoosích ohybných geomreží s krátkodobou pevnosťou 100/05 a dĺžkou 8,0 m. Geomreže sú s lícovým prefabrikátom spojené pomocou presahu, ktorého dĺžka musí byť minimálne 3,0 m.

Obr. 4 Pohľad na oporný múr Terramesh na D1 Jánovce – Jablonov, II. úsek

Rýchlostná cesta R2 Pstruša – Kriváň

Úsek rýchlostnej cesty R2 Pstruša – Kriváň má dĺžku 10,375 km. Nadväzuje na úsek R2 Zvolen, východ – Pstruša. Jeho súčasťou sú tri mimoúrovňové križovatky (Pstruša, Detva a Kriváň) a dve úrovňové okružné križovatky (napojenie R2 na cestu I/50). Na trase R2 bude 10 mostov. Stavba sa realizuje podľa červenej knihy FIDIC združením firiem STRABAG, s. r. o., DOPRASTAV, a. s., a VÁHOSTAV-SK, a. s. Vypracovanie projektovej dokumentácie zastrešuje spoločnosť DOPRAVOPROJEKT, a. s.

Územie trasy tvoria v prevažnej miere intenzívne využívané poľnohospodárske pozemky a lúky. Priestorové vedenie trasy je tak navrhnuté s ohľadom na minimalizáciu záberu pozemkov, vylúčenie asanácií jestvujúcich objektov a optimalizáciu bilancie zemných prác. Z toho dôvodu sú násypy zemného telesa rýchlostnej cesty riešené ako vystužené strmé svahy tvorené systémom Green Terramesh – jedným blokom z dvojzákrutovej siete, ktorý v sebe spája výstužnú funkciu a zároveň zabezpečuje stabilitu a zazelenenie čela svahu so sklonom 1 : 1. V miestach s obmedzeným záberom sa na päte vystužených svahov nachádzajú vystužené oporné múry s drôtokamenným lícom so sklonom 10 : 1 (obr. 6). Celková stabilita vystuženého svahu sa zabezpečuje pomocou jednoosových ohybných geomreží s premennou dĺžkou, ktoré sú s lícovým prefabrikátom spojené pomocou presahu. Maximálna výška vystužených strmých svahov je 10 m, výška vystuženého oporného múru v päte dosahuje maximálne 3,5 m. Celková dĺžka vystužených oporných konštrukcií je približne 15 km.

Obr. 6 Vzorový priečny rez vystuženou opornou konštrukciou na R2 Pstruša – Kriváň

Diaľnica D1 Fričovce – Svinia

Predmetný úsek diaľnice sa začína v križovatke Fričovce a končí sa v križovatke Svinia, kde sa napája na úsek D1 Svinia – Prešov, západ. Generálnym zhotovovateľom sú spoločnosti DOPRASTAV, a. s., a STRABAG, s. r. o., hlavným projektantom je spoločnosť Alfa 04, s. r. o. Celková dĺžka úseku je približne 11,2 km. Stavba diaľnice sa realizuje podľa zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC. Zhotovovateľ si zvolil technológiu vystužených oporných múrov s drôtokamenným lícom na 10 objektoch s celkovou dĺžkou takmer 1,5 km a maximálnou výškou 12,0 m.

Tento typ konštrukcií sa použil v kombinácii s mostnými oporami, vďaka čomu bolo možné optimalizovať nielen výšku násypov opôr, ale hlavne podstatne zmenšiť dĺžku mostných konštrukcií (obr. 7). Tieto konštrukcie sa použili aj na realizáciu mostných krídiel, kde nahradili masívne železobetónové uholníkové múry s maximálnou výškou až 12,0 m. Iným typom riešení sú tradičné oporné konštrukcie, ktoré zachytávajú teleso násypu vzhľadom na obmedzené trvalé zábery, hlavne v oblasti mosta 213-00 v mieste zosuvu S3 (obr. 8).

Obr. 7 Opora č. 5 mostného objektu vo výstavbe 202-00 na D1 Fričovce – Svinia

Obr. 8 VOK založená na kotvenom ŽB prahu – úsek 14A D1 Fričovce – Svinia

Letisko Sikkim, India

V zahraničí sa realizuje nespočetné množstvo vystužených oporných konštrukcií s drôtokamenným lícom. Je príjemné konštatovať, že si tieto konštrukcie postupne našli miesto aj na Slovensku. Medzi odbornou verejnosťou sa často polemizuje o maximálnej výške vystužených oporných konštrukcií. Na Slovensku sa dosiaľ postavila konštrukcia s maximálnou výškou do 20,0 m. V zahraničí sú známe aplikácie aj s vyššími opornými múrmi, najvyššou zaznamenanou vystuženou opornou konštrukciou na svete je oporný múr na letisku Sikkim v Indii.

Projekt pozostáva z koridoru so šírkou 550 m a dĺžkou 1,7 km, v ktorom bude umiestnená letisková dráha vrátane letiskových budov podľa požiadaviek klienta, Letiskového úradu India (AAI). Koridor je začlenený do horského masívu rozsiahlymi geotechnickými prácami, použitím veľkého počtu zárezov a násypov. Tradičné oporné konštrukcie s požadovanou výškou by boli neprimerane finančne náročné a nemuseli by byť plne funkčné pri miestnych seizmických podmienkach. Z tohto dôvodu sa na účely čo najväčšieho využitia predmetného územia navrhlo použitie vystužených horninových konštrukcií.

Hlavný projektant Mott Macdonald India a investor Punj Lloyd sídliaci v Dilí zvolili ako najvhodnejší typ konštrukcie hybridnú vystuženú horninovú konštrukciu Terramesh, tvoriacu spodnú časť múru, (obr. 9 a 10) a Green Terramesh, umiestnenú v hornej časti, v kombinácii s vysokopevnostnými jednoosovými ohybnými geomrežami s ťahovými pevnosťami až 400 kN/m. Maximálna výška vystuženej horninovej konštrukcie dosiahla 74,0 m a ide tak o najvyššiu vystuženú horninovú konštrukciu dosiaľ postavenú na svete.

Obr. 9 Vystužená hybridná konštrukcia s lícom Terramesh vo výstavbe – letisko Sikkim

Obr. 10 Pohľad na spodnú časť vystuženej hybridnej konštrukcie s lícom Terramesh vo výstavbe – letisko Sikkim

Záver

Skúsenosti s riešeniami vysokých oporných vystužených konštrukcií s drôtokamenným lícovým opevnením s oceľovým výstužným prvkom alebo v podobe hybridnej konštrukcie ukázali ich efektivitu a vhodnosť v mnohých situáciách. Veľmi často zhotovovatelia pri veľkých projektoch prechádzajú z klasických betónových, ale aj iných typov vystužených konštrukcií práve na hybridné riešenia, pri ktorých kombinácia stabilného a pohľadového prefabrikovaného líca a vysokopevnostnej výstuže prináša viaceré výhody. Hlavnou výhodou je celková úspora na konštrukcii, ďalšími dôležitými aspektmi sú však aj znížená prácnosť a suché procesy, ktoré v porovnaní s klasickými betónovými konštrukciami vystupujú do popredia.

Literatúra

1. Prelovský B. – Sňahničan, J.: Geotechnické riešenia MACCAFERRI v praxi. Inžinierska geológia, 2012.
2. BS 8006: Code of Practice for Strengthened/Reinforced Soils and Other Fills. London: British Standards Institution, 2010.
3. www.maccaferri.sk.

TEXT: Ing. Jaroslav Adamec
FOTO: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE
_____________________________________________________________________

Jaroslav Adamec je projektovým manažérom spoločnosti MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.