Vystužené zemné konštrukcie na stavbe D1 Dubná Skala – Turany

Systémy vystužovania zemín geosyntetikou sa pomerne často používajú pri konštrukciách oporných múrov a násypov. Príspevok opisuje systém vystužovania zemín pohľadovými betónovými prefabrikátmi a geopásmi a podrobnejšie sa venuje tomuto systému na stavbe diaľnice D1 Dubná Skala – Turany.

Diaľnica D1 v úseku Dubná Skala – Turany je súčasťou základného diaľničného ťahu SR v smere západ – východ a je situovaná na trase multimodálneho koridoru č. V (vetva A) Bratislava – Žilina – Poprad – Košice – Užgorod – Ľvov celoeurópskej cestnej siete, ako aj európskej cesty E 50. Základným cieľom výstavby je presmerovať tranzitnú dopravu z preťaženej, technickými parametrami a stavebno-technickým stavom zaostávajúcej cesty I/18. Úsek diaľnice realizuje spoločnosť Váhostav – SK, a. s, hlavným projektantom je spoločnosť DOPRAVOPROJEKT, a. s.Stavba diaľnice sa realizuje podľa zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC, ktorá umožňuje zhotovovateľovi optimalizovať jednotlivé konštrukcie 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., a prijatou ponukou zhotovovateľa stavby. Žltá kniha dovolila zhotovovateľovi úpravy parametrov a konštrukcií mostných objektov, oporných a zárubných múrov, technológií budovania zemných telies a konštrukcií, ako aj viacerých konštrukcií a detailov v rámci ostatných objektov stavby.

Na predmetnom úseku sa nachádza sedem oporných múrov (235-00, 236-00, 237-00,
238-00, 239-00, 240-00 a 243-00), ktoré sa v pôvodnej dokumentácii riešili ako gravitačné, prípadne uholníkové železobetónové múry. Na základe porovnania efektívnosti finančných a časových nárokov možných alternatívnych variantov pri zachovaní požiadaviek na bezpečnosť a funkčnosť navrhnutého riešenia sa ako najvhodnejší systém zvolila vystužená zemná konštrukcia z betónových pohľadových prefabrikátov s geosyntetickou výstužou – systém MacRES.Okrem oporných konštrukcií sa týmto systémom nahradili aj opory dvoch mostných objektov 207-00 a 209-00 a mostné krídla siedmich objektov 204-00, 211-00, 219-00, 220-00, 221-00, 222-00 a 226-00. Spolu je na tomto úseku diaľnice zo systému MacRes navrhnutých 16 objektov. Z tohto počtu sa k dnešnému dňu zrealizovalo deväť objektov (207-00, 209-00, 219-00, 22-00, 236-00, 237-00, 238-00, 239-00 a 240-00) a v procese výstavby sú ďalšie tri objekty (211-00, 235-00 a 243-00).

Opis systému MacRES
Konštrukčný systém MacRes funguje na základnom princípe trenia medzi výstužovými
geopásmi a zeminou, ktorá ho priťažuje. Geopásy prenášajú ťahovú zložku napätia, kto­rá v nich vzniká od zemných tlakov, na lícové prefabrikáty. Materiál telesa násypu a výstuž tvoria hlavnú časť systému a čelné prefabrikované panely slúžia na ochranu konštrukcie pred eróziou, a dávajú konštrukcii atraktívny vzhľad. Podľa STN EN 14475 je múr klasifikovaný ako zvislá oporná konštrukcia s tuhým lícovým prvkom a kĺbovým usporiadaním. Systém je ideálny na konštrukcie vertikálnych múrov, ktoré majú odolávať vysokému zaťaženiu, alebo tam, kde je požiadavka architekta na špecifickú povrchovú úpravu líca steny. Konštrukciu násypu tvorí kombinácia zásypového materiálu a výstužných geopásov na báze geosyntetiky (obr. 1). Systém sa vyznačuje suchým procesom výstavby, pričom sa prefabrikáty vyrábajú mimo staveniska. Je finančne nenáročný a výhodný z hľadiska jednoduchého zakladania, rýchlej výstavby a architektonického vzhľadu.

Obr. 1  Schematický rez konštrukciou

Pohľadové lícové panely
Betónové prefabrikované panely ortogonálneho tvaru sú odliate v špeciálnych formách, trieda betónu minimálne C 30/37. Základný rozmer je 1,5 × 1,5 × 0,14 m. Pod pohľadovými panelmi treba na mieste zrealizovať vyrovnávaciu vrstvu z prostého betónu, ktorá slúži na správne výškové a smerové osadenie panelov. Betónové panely nemajú statickú funkciu, len ochrannú a estetickú. Ich povrchová úprava závisí od požiadavky projektu a investora, pri odlievaní sa môžu do foriem vložiť matrice, prípadne kamenný obklad.

Geosyntetická výstuž
Hlavným rozdielom tohto systému oproti iným konštrukciám na báze vystužených zemín je práve geosyntetická výstuž, kde sa namiesto plošných geomreží používajú lineárne prvky – geopásy ParaWeb, skladajúce sa z vysokopevnostných polyesterových vláken chránených vrstvou polyetylénu. V snahe vyhovieť a optimalizovať jednotlivé konštrukcie sa geopásy vyrábajú s rôznymi šírkami, ktorým zodpovedajú rôzne únosnosti. Ťahové pevnosti jednotlivých geopásov sa pohybujú v rozpätí 20 až 100 kN. Šírka môže byť 45 až 90 mm, dĺžka kotúčov je 100 m. Geopásy sa vyrábajú v rôznych vyhotoveniach, ktorých geometria a povrchová úprava závisia najmä od typu zásypového materiálu.

Spoj panel – výstuž
Na rubovú stranu prefabrikovaných panelov sa pri výrobe osadia polymérové spojovacie prvky ParaLoop v počte a umiestnení závislom od konkrétneho statického návrhu. Spoj medzi lícovými panelmi a výstužou je vytvorený prevlečením geopásov cez úchyty. Počet úchytov je spolu s typom a dĺžkou geosyntetickej výstuže veľmi dôležitým prvkom správneho fungovania celej konštrukcie.

Vystužené mostné opory a vystužené mostné krídla
Opory mostných objektov 207-00 (obr. 2) a 209-00 (obr. 3) sú navrhnuté formou oporného vystuženého múru z betónových pohľadových prefabrikátov. Múr je jednostupňový so sklonom líca 90°. V jeho korune je umiestnená poloprefabrikovaná rímsa. Navrhlo sa hĺbkové založenie úložných prahov mostov na veľkopriemerových pilótach s priemerom 0,88 m, ktoré sú od úrovne prírodného terénu po spodnú hranu úložných prahov opôr tvorené stĺpmi. Po realizácii pilót sa postupne po vrstvách buduje oporný múr. Zo statického hľadiska prenáša zaťaženie od tiaže násypu vystužená mostná opora, pilóty sú navrhnuté len na prenos vertikálnych a horizontálnych síl od mosta.

Obr. 2  Mostná opora objektu 207-00

Obr. 3  Mostná opora objektu 209-00

Krídla mostných objektov 204-00, 211-00, 219-00, 220-00, 221-00 a 222-00 sa takisto budujú zo systému MacRes. Majú premenlivú výšku a sklon líca 90°. Ich skladbu tvorí väčšinou základný typ panela 1,5 × 1,5 × 0,14 m, ale z dôvodu ich premenlivého tvaru sa múr skladá aj z panelov iných rozmerov. Výškové vedenie koruny krídel je navrhnuté na základe potreby zabezpečenia násypu po oboch stranách mostnej konštrukcie. Založenie všetkých krídel je navrhnuté plošne.

Oporné múry
Oporný múr 235-00 je navrhnutý v dĺžke 760 m po pravej strane diaľnice D1 v smere od Sučian (obr. 6 a 7). Jeho výška sa pohybuje v rozpätí 4 až 6 m nad terénom. Múr sa nachádza na rovinatom zúženom území medzi hrádzou Váhu a železnicou. V pôvodnom variante bol múr riešený ako gravitačný betónový múr so šírkou drieku až 4,0 m (obr. 4 a 5). V korune vystuženého múru sa nachádza poloprefabrikovaná rímsa široká 1,9 m. Na rímse je umiestnené oceľové zvodidlo s úrovňou zachytenia H2 a protihluková stena s výškou 6,0 m.

Obr. 6  Pohľad na oporný múr 235-00 počas realizácie

Obr. 7  Pohľad na rozložené geopásy objektu 235-00 a objekty 236-00 až 239-00 v pozadí

Oporné múry 236-00, 237-00 s dĺžkou 86,0 m a 238-00, 239-00 s dĺžkou 67,0 m sú obojstranne vystužené a majú charakter „back to back“. Oporné múry tvoria rampy prístupovej cesty 142-00, ktorá prechádza ponad diaľnicu D1 mostom 212-00. Prístupová cesta prebieha pozdĺž diaľnice a pri nábehoch na most by násyp cestného telesa kolidoval s telesom diaľnice a železničnou traťou. Rampy sú situované na oboch stranách mostnej konštrukcie. Oporné múry dosahujú maximálnu výšku 12,0 m, v korune sa nachádza poloprefabrikovaná rímsa. Na rímse je umiestnené oceľové zvodidlo s úrovňou zachytenia H2. Vzhľadom na malú šírku prístupovej komunikácie sú panely oproti sebe stojacich múrov navzájom prepojené geopásmi ParaWeb. Oporné múry tvoria krídla opory mostného objektu 212-00. Oporu mosta tvoria tri železobetónové rebrá, priestor medzi nimi je takis­to vyplnený vystuženou zeminou (obr. 8, 9 a 10).

Obr. 8  Pohľad na obojstranne vystužený múr 236-00 a 237-00

Obr. 9  Pohľad na obojstranne vystužený múr 238-00 a 239-00

Obr. 10  Pohľad na obojstranne vystužený múr 238-00

Múry na oboch stranách mosta sú postavené, momentálne sa dokončuje realizácia poloprefabrikovanej rímsy a budovanie mostovky priľahlého mostného objektu. Oporný múr 240-00 zachytáva cestný násyp SO 146-00 Preložka prístupovej cesty k objektu Prefa Sučany, úsek č. 2, a to z toho dôvodu, aby cestný násyp nezasahoval do oplotenia štrkovne pri zariadení. Oproti predchádzajúcemu návrhu sa zmenil konštrukčný systém oporného múru a rímsy: gravitačný oporný múr sa nahradil oporným vystuženým múrom z betónových prefabrikátov. Na rímse múru je navrhnuté zábradľové zvodidlo, úroveň zachytenia H2. Maximálna výška múru je 2,5 m, šírka drieku múru v prípade gravitačného variantu dosahovala 1,6 m.  Dĺžka konštrukcie je 56 m. V priestore úpätia svahov Sklabinského podhoria je teleso diaľnice D1 situované v priečne členitom teréne, pričom priečny rez na pravej strane tvorí zárez a na ľavej strane vzniká vysoký násyp. Účelom vystuženého oporného múru 243-00 je zachytiť ľavý vysoký násyp s maximálnou výškou 17,7 m. Dĺžka múru je 485 m. V najvyššom mieste je trojstupňový so sklonom líca 90° s nadnásypom. Momentálne prebieha výstavba druhého stup­ňa (obr. 11) a realizácia rímsy prvého stupňa.

Obr. 11  Pohľad na objekt 243-00, druhý stupeň v realizácii

Hlavné prínosy z hľadiska realizácie
Konštrukčný systém oporných múrov MacRes
pozostáva z troch hlavných komponentov, a to obkladových prefabrikovaných panelov, geopásov a vhodnej zásypovej zeminy s požadovanými parametrami. Spotreba materiálov potrebných na budovanie konštrukcie (betón, výstuž, debnenie atď.) je oproti tradičným gravitačným a uholníkovým múrom minimálna. Na rozdiel od klasických konštrukcií, kde je nutné vykonávať mokré procesy, sa tento typ konštrukcie môže budovať v podstate celoročne – aj pri nižších teplotách. S výstavbou opornej konštrukcie sa súbežne buduje priľahlý násyp cestného telesa a netre­ba čakať na dobudovanie celej konštrukcie, čo prináša pomerne značné časové úspory. Z doterajších skúseností s výstavbou jednotlivých stavebných objektov vychádza denná produktivita približne 50 m² pohľadovej plochy múru a múr sa realizuje postupne jednou pracovnou skupinou tvorenou šiestimi až ôsmimi pracovníkmi. V prípade realizácie porovnateľnej plochy pri klasických gravitačných konštrukciách by bolo nutné nasadiť minimálne ďalšie dve pracovné skupiny s kompletným technologickým vybavením (stroje, debnenia a podobne).

Záver
Od začiatku 70. rokov minulého storočia sa vo svete postavilo veľa vystužených konštrukcií s vertikálnym betónovým čelom a vystuženými geopásmi. K dispozícií je množstvo referenčných stavieb, ktoré poukazujú na dobré fungovanie systému MacRes. Je potešujúce, že jednou z významných referencií sa stáva aj stavba D1 Dubná Skala – Turany, na ktorej má tento systém významné zastúpenie. Získal si ho na základe viacerých faktorov, najmä vďaka významnej finančnej a časovej úspore pri zachovaní požiadaviek na bezpečnosť a funkčnosť navrhnutého riešenia.

TEXT: Ing. Jaroslav Adamec, Ing. Richard Púček
FOTO: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE

Jaroslav Adamec je projektovým manažérom spoločnosti MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.
Richard Púček je riaditeľom sekcie dopravných stavieb spoločnosti Váhostav – SK, a. s.

Literatúra
1.    Balderson, T.: Durability of reinforced polyester reinforced webbing a 28 years real time case history – Linear Composites Ltd, Anglicko.
2.    Adamec, J., Púček R.: Vystužené zemné konštrukcie na stavbe D1 Dubná Skala – Turany. In: Zborník konferencie Geosyntetika v stavebníctve, Žilina
12. – 13. 2. 2013.
3.    Sňahničan, J.: Geopásy v prefabrikovanom vystuženom múre. In: Inžinierske stavby, Bratislava: JAGA, 2012, č. 6.
4.    BS 8006: Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills. London: British Standards Institution, 1995.
5.    www.maccaferri.sk

Článok bol publikovaný v čaqsopise Inžinierske Stavby/Inženýrské stavby