Využitie drôtokamenných konštrukcií pri úpravách vodných tokov

Sídla sa oddávna zakladali v blízkosti riek, pretože rieka bola zdrojom potravy, využívala sa na dopravu, zavlažovanie a často plnila aj obrannú funkciu. Daň za tento komfort si vyberali povodne, ktoré spravidla znamenali straty na životoch a majetku. Na zmiernenie následkov povodní a takisto na prevenciu pred nimi sa začali realizovať prvé úpravy tokov. Problémy, ktoré spôsobujú povodne, nemôžeme ignorovať ani v súčasnosti. Pri zavádzaní protipovodňových opatrení však treba mať na pamäti, že úpravy nemajú negatívne vplývať na ekosystém toku.

Opevnenie toku má stabilizovať trasu tak, aby sa zachovala rovnováha habitátu a neobmedzila sa morfologická činnosť koryta. Preto je potrebné aplikovať materiály, ktoré sú schopné prenášať veľké deformácie bez výraznej straty únosnosti, neobmedzujú hladinový režim podzemných vôd a využívajú prirodzený materiál. Významné postavenie pri úpravách tokov majú vďaka svojim vlastnostiam kvalitne navrhnuté a zrealizované drôtokamenné konštrukcie.

Spoločnosť Maccaferri poskytuje s úspechom produkty predurčené na riešenia úprav vodných tokov. Sú to predovšetkým produkty vyrobené z dvojzákrutovej siete, ako sú gabiony, Reno matrace (plošné prvky s hrúbkou do 0,3 m) a protierózne rohože. Článok sa zaoberá optimálnou aplikáciou drôtokamenných prvkov, ako aj praktickými skúsenosťami pri ich využívaní vo vodnom hospodárstve.

Obr. 1 Široká škála použitia drôtokamenných prvkov pri úprave vodných tokov

Drôtokamenné konštrukcie pri úpravách vodných tokov   

Pri úpravách vodných tokov sú najčastejším prvkom Reno matrace (obr. 2), ktoré predstavujú konštrukcie vyrobené z dvojzákrutovej šesťuholníkovej oceľovej siete s veľkosťou oka 6 × 8 cm a priemerom drôtu 2,2 mm. Konštrukcia matraca je delená zdvojenými priečkami, ktoré sú od seba vzdialené 1 m. Dvojité priečky zabezpečujú lepšiu stabilitu matraca a jednoduchšiu inštaláciu.

Obr. 2 Reno matrac

V STN EN 10223-3 sa uvádza, že matrace musia byt vyrobené z dvojzákrutovej šesťuholníkovej oceľovej siete typu 6 × 8 s priemerom drôtu 2,2 mm, s poplastovaním alebo bez poplastovania. Trvanlivosť a hlavne odolnosť proti korózii je dôležitým aspektom. S výnimkou dočasných stavieb sú povolené len produkty s plastovou povrchovou úpravou, pretože v mokrých podmienkach dosahujú životnosť 120 rokov.

Využitie matracov je všestranné. Môžu sa použiť pri ochrane mostných pilierov, výstavbe vývarov prehrádzok či ako opevnenie svahov alebo základ pre gabiony.
Inštalácia Reno matracov je jednoduchá. Po ich umiestnení do správnej pozície sa naplnia kameňom a následne sa uzavrú vekami. V prípade potreby možno nainštalovať matrac pod hladinou vody.

Ďalšími veľmi často používanými prvkami sú gabion (obr. 3) a vrecový gabion. Obidva prvky sú vyrobené z dvojzákrutovej oceľovej siete, najčastejšie typu 8 × 10 s priemerom drôtu 2,7 mm. Vrecový gabion má valcový tvar, ktorý sa zvyčajne používa pri zabezpečovacích prácach, napríklad pri sanácii poškodených brehoch riek. Gabiony sa môžu použiť aj na vytvorenie päty svahu pod vodou.

Obr. 3 Gabion

Ako ľahké opevnenie svahov pri miernej rýchlosti prúdenia vody sa môže použiť 3D polypropylénová georohož MacMat. Jej štruktúra zabráni erózii brehov a zároveň umožní rast vegetácie pri umiestnení nad hladinou vody.
Pri ochrane brehov proti bobrom sa používa najmä georohož MacMat^®, tvorená oceľovou sieťou, na ktorú je uložená extrudovaná polypropylénová 3D rohož.

Uplatnenie drôtokamenných konštrukcií pri výstavbe vodnej elektrárne Brežice    

Ako vhodný príklad, pri ktorom sa v poslednom období použili drôtokamenné konštrukcie, slúži výstavba VE Brežice a súvisiace objekty v Slovinsku na rieke Sáva (obr. 4 až 6). Projekt piatich vodných elektrární na rieke Sáva v Slovinsku zahŕňa aj vodnú elektráreň Brežice. Tri elektrárne smerom proti prúdu sú už postavené a v prevádzke. Elektráreň Brežice s inštalovaným výkonom 53,2 MW a priemernou ročnou výrobou 207 GWh bude štvrtou v poradí.

Obr. 4 Vystužený múr telesa hrádze pod VE Brežice (október 2016)

Pod haťovými poľami a výtokovým objektom VE sa výtokové krídla napájajú na vystužený múr telesa hrádze. Základ múru tvorí jedna vrstva drôtokamenných Reno matracov, na ktorom je konštrukcia múru zo systému Terramesh. Systém tvorí blok – gabionové čelo a horizontálna výstuž sú spojené už vo výrobnom procese a tvoria tak ucelenú jednotku. Blok má dĺžku 3 m, šírku 2 m a výšku 0,5 m.

Použité bloky a matrace sú vyrobené z dvojzákrutovej šesťuholníkovej siete s povrchovou ochranou Galmac (Zn – 5 % Al) a dodatočnou polymérovou ochranou PA6. Vystužený gabionový múr je schopný absorbovať prípadné deformácie bez porušenia – aj pri deformáciách niekoľkých desiatok centimetrov si zachováva svoju funkčnosť. Aby sa zabezpečila stabilita hrádze v prípade vysokej hladiny vody, v prvých troch vrstvách sa použili jednoosové geomreže Paragrid 80 L s dĺžkou 5 m, spojené s horizontálnou výstužou blokov Terramesh.

Obr. 5a Výstavba hrádzí akumulačnej nádrže VE Brežice (Október 2016)

Súčasťou projektu je aj vybudovanie akumulačnej nádrže nad VE Brežice, ktorej hlavným účelom je zachytávanie povodňových prietokov. Aby sa znížili celkové náklady a dosiahli požadované parametre, rozhodlo sa, že opevnenie návodných svahov bude z Reno matracov.

Matrace sú zároveň riešením problému s eróziou brehov nádrže. Podobne ako kamenná nahádzka, aj matrace vytvárajú vhodné podmienky na zachytenie splaveninového materiálu, avšak pri výrazne menšej hrúbke. Vytvárajú sa tým žiadané podmienky na rast vegetácie, pretože nádrž má byť aj domovom a hniezdom rôznych druhov vtáctva.

Obr. 5b Výstavba hrádzí akumulačnej nádrže VE Brežice (Október 2016)

Návodný svah hrádze je pozdĺžne rozdelený stabilizačnou lavičkou. Sklon svahu po lavičku je 1 : 2,2, na jeho opevnenie sa použilo približne 15 000 m² Reno matracov s hrúbkou 30 cm, vyrobených z dvojzákrutovej šesťuholníkovej oceľovej siete s povrchovou ochranou drôtu zliatinou Galmac a poplastovaním PA6. Pod matracmi je položená filtračná geotextília, prípadne aj ílová tesniaca rohož v tých úsekoch, kde treba zabezpečiť vodotesnosť. Nad lavičkou je zatrávnený neopevnený svah v sklone 1 : 2,5 do výšky koruny hrádze.

Obr. 6 Vzorový priečny rez telesom hrádze nádrže Brežice

Reno matrace a gabiony pri úprave Belianskeho potoka a Čiernej vody v Spišskej Belej

Jednou z významných aplikácií drôtokamenných prvkov bola úprava Belianskeho potoka a Čiernej vody v roku 2013 (obr. 7 až 9). Úprava Belianskeho potoka nadväzovala na existujúcu protipovodňovú ochranu intravilánu mesta Spišská Belá od rkm 0,948 po rkm 2,250. Vzhľadom na veľký pozdĺžny sklon toku a vysoké rýchlosti dochádzalo k podomieľaniu a erózii brehov a ohrozovaniu obytných domov umiestnených nad tokom.

Obr. 7 Vzorový priečny rez korytom toku Čierna voda

Horný úsek v rkm 2,250 nadväzuje na existujúcu úpravu toku a pokračuje proti smeru toku na dĺžke 370 m. Priečny profil koryta má lichobežníkový tvar so sklonom svahov 1 : 1,25. Opevnenie svahov sa vybudovalo pomocou Reno matracov s hrúbkou 0,3 m, vyrobených z dvojzákrutovej šesťuholníkovej oceľovej siete s povrchovou ochranou Galmac. Matrace sa uložili na vrstvu vŕbového prútia s hrúbkou 0,1 m a následne sa ukotvili do svahu, pričom päta svahov sa stabilizovala gabionmi.

V stiesnených podmienkach sa lichobežníkový profil mení na obdĺžnikový, kde tvorí opevnenie oporný gabionový múr. Dno je stabilizované lomovým kameňom s hrúbkou 0,5 m. V upravovanom úseku sa nachádzajú prahy z drôtokamenných košov, ktoré majú prepadovú hranu obloženú krycími doskami. Dolný úsek od rkm 0,948 nadväzuje na jestvujúcu úpravu toku a pokračuje v smere toku na dĺžke 909 m. Opevnenie svahov toku a päta svahov sa stabilizovali rovnakým spôsobom.

Obr. 8 Protipovodňová ochrana na toku Čierna voda v mestskej časti Spišská Belá-Strážky (marec 2017)

V mestskej časti Spišská Belá-Strážky sa pri úprave toku Čierna voda použili v päte svahov gabiony, svahy v sklone 1 : 1,25 sú opevnené Reno matracmi. Dno je stabilizované lomovým kameňom s hrúbkou 0,5 m.
Po štyroch rokoch úprava Belianskeho potoka a Čiernej vody naďalej zabezpečuje protieróznu ochranu brehov koryta, a to aj pri zvýšených prietokoch.

Úprava plní svoju funkciu a po oživení náletovou vegetáciou sa stala súčasťou riečneho ekosystému a esteticky splynula s okolitým prostredím. Splaveniny bohaté na živiny vypĺňajú medzery medzi kameňmi, čím sa vytvára vhodný substrát pre rastliny. Rôzne živé organizmy našli svoj domov aj vo vzniknutých výmoľoch, a to vďaka flexibilnej konštrukcii, ktorá dokáže prenášať zaťaženia a kopírovať terén bez porušenia.

Obr. 9 Protipovodňová ochrana na Belianskom potoku v Spišskej Belej (marec 2017)

Vodná nádrž Žilina – opevnenie návodného svahu hrádze po 19 rokoch 

Vodná nádrž Žilina je súčasťou vodného diela Žilina na rieke Váh, ktoré je v prevádzke od roku 1997. Hlavným účelom nádrže je akumulácia vody pre špičkovú prevádzku vodnej elektrárne a ochrana Žiliny pred 1 000-ročnou vodou. Nádrž tvorí na ľavej strane vyšší terén, na pravej strane hrádza s dĺžkou 7,3 km, s maximálnou výškou 15 m. Vzdušný svah hrádze je v sklone 1 : 2,5, návodný svah má sklony 1 : 2 – 1 : 6 – 1 : 3. Opevnenie návodného svahu je z Reno matracov vyrobených z dvojzákrutovej šesťuholníkovej oceľovej siete s galvanizovaným drôtom.

Obr. 10 Pravostranná hrádza VN Žilina (marec 2017)

V súčasnosti, po 19 rokoch prevádzky, plní opevnenie z matracov stále svoj účel. Vo fáze výstavby zabezpečila drôtokamenná konštrukcia dostatočnú pevnosť a odolnosť. Po uvedení vodného diela do prevádzky sa medzery medzi kameňmi postupne vyplnili splaveninovým materiálom, čím poskytli vhodné podmienky na rast vegetácie. Drôtokamenná konštrukcia, ktorá rokmi zosilnela vďaka tomu, že prerástla koreňmi rastlín, naďalej zabezpečuje stabilitu, stálosť povrchu a pomohla aj obnove prirodzeného ekosystému (obr. 10, 11).

Obr. 11 Detail opevnenia hrádze VN Žilina po 19 rokoch (marec 2017)

Záver

Ako pri každej konštrukcii, aj pri tých drôtokamenných hrajú dôležitú úlohu správny návrh a kvalitná inštalácia, ktoré zabezpečia požadovanú funkciu počas celej životnosti. Zo skúseností vyplýva, že použitie drôtokamenných konštrukcií z pletenej dvojzákrutovej siete pri úprave a revitalizáciách vodných tokov je vhodné, overené referenčnými stavbami, výskumami, časom a aj ich správaním sa počas povodní. Ak je sieť konštrukcie aj s dodatočným poplastovaním, dosahuje v mokrých podmienkach 120-ročnú životnosť.

Pri drôtokamenných konštrukciách zo zváranej siete nie je v mokrých podmienkach zaručená životnosť viac ako 10 rokov, a to práve z dôvodu zvarov, ktoré sú v mieste spoja bez povrchovej ochrany. Navyše, zváraná konštrukcia nie je natoľko pružná, aby sa dokázala prispôsobiť deformáciám pri morfologickej činnosti koryta a nerovnomernom sadaní.

Z tohto dôvodu je dôležité riadiť sa najnovšími predpismi a sledovať vývoj materiálov v stavebníctve. Spoločnosť Maccaferri vydala v spolupráci s STU publikáciu určenú na projekčnú prax a potreby vodohospodárskeho sektora, v ktorej zohľadňuje predpisy a sprostredkúva najnovšie poznatky o drôtokamenných prvkoch a metodiku ich navrhovania.

Utilization of gabion structures in river training works

Floods usually result in the loss of human lives, damage of infrastructure and economic losses. Protection and control of floods requires river training works and maintenance programs along river that should not negatively influence aquatic river water ecosystem.

River channel stabilization should not limit channel morphology so it is necessary to apply materials and solution which can adjust to new conditions and are resistant to large deformation without failing. The article focuses on optimal application of products such as mattresses and gabions, made of double twisted wire mesh as well as practical experience during their using in river training works.

Literatúra
Gualandi, P. – Macura V. – Škrinár, A.: Použitie drôtokamenných konštrukcií v úpravách tokov.

TEXT: Ing. Ivana Mičkalíková
FOTO: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.
Ivana Mičkalíková pôsobí v spoločnosti MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 2/2017.