Vybrané geotechnické konštrukcie na stavbe D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec

Príspevok sa venuje vybraným geotechnickým konštrukciám oporných, zárubných múrov, stabilizácie svahov a úprav podložia na diaľnici D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec tvorených z veľkého spektra materiálov, od vystužených horninových konštrukcií s lícom z gabionových a betónových prvkov, vystužených protieróznych rohoží v kombinácii so zemnými klincami a stabilizačných geosyntetických prvkov na úpravu podložia násypov.

ÚVOD

Mnohé stavby diaľnic sú v súčasnosti realizované podľa zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC, ktorá umožňuje zhotoviteľom optimalizovať jednotlivé konštrukcie (mostné objekty, oporné a zárubné múry, technológie budovania násypov zemných telies) z hľadiska efektívnosti finančných a časových nárokov realizácie stavby. Základné parametre, technické a kvalitatívne požiadavky sú dané súťažnými podmienkami objednávateľa stavby a Technicko kvalitatívnymi podmienkami.

Jednými z mnohých takto realizovaných projektov patrí aj úsek diaľnice D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec. Zhotoviteľom predmetného úseku diaľnice je združenie spoločností STRABAG s. r. o., PORR s. r. o. a HOCHTIEF CZ a. s. Hlavným projektantom je spoločnosť Amberg Engineering Slovakia, s. r. o.

Spoločnosť MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s. r. o., bola vybraná ako jeden z hlavných dodávateľov a spoluriešiteľom vystužených násypov, oporných a zárubných múrov, mostných opôr a krídiel geotechnických konštrukcií, stabilizácie zárezov a úprav podložia.

Medzi hlavné použité konštrukčné systémy patria:

• systém vystuženej horninovej konštrukcie s gabionovým lícom – Terramesh^® maximálnej výšky 5,0 m (obj. 283-11, 283-13)
• oporné múry zo systému vystuženej horninovej konštrukcie s betónovým lícnymi prefabrikovanými panelmi – systém MacRes^® v sklone 90 ° maximálnej výšky 12,7 m (obj. 206-00, 209-00, 281-15, 281-18, 281-10, 283-09, 283-10)
• oporné múry zo systému vystuženej horninovej konštrukcie s betónovým lícnymi tvarovkami – systém MacWall^® maximálnej výšky 6,5 m (obj. 281-04-06, 281-10, 281-16, 281-17)
• obklady z gabionov, resp. s betónových tvaroviek MacWall^® maximálnej výšky 13,1 m (obj. 281-06-09, 281-11-13, 281-19, 283-02)
• stabilizácie zárezov prostredníctvom protieróznej výstužnej rohože MacMat^® HS a samozávrtacích klincov (obj. 062-00)
• sanácie podložia časti hlavného telesa 101-00 prostredníctvom výstužných geomreží MacGrid^® EG

VYSTUŽENÉ HORNINOVÉ KONŠTRUKCIE S GABIONOVÝM LÍCOM – Terramesh^®

Systém Terramesh^® bol zvolený ako najvhodnejšie riešenie pri oporných múroch 283-11 a 283-13. Oporný múr 283-11 výšky 3,0 m je navrhnutý z dôvodu obmedzenia rozsahu násypu miestnej komunikácie SO 125-00 od susediaceho pozemku a priľahlého domu v časti Podzávoz. Oporný múr 283-13 výšky 5,0 m je navrhnutý pre obmedzenie rozsahu násypu miestnej komunukície SO 126-00 do potoku Čierňanka. Vzhľadom na blízkosť toku bolo pre túto opornú konštrukciu zvolené líce z drôtokamenných košov.

Oba oporné múry sú tvorené výstužnými blokmi Terramesh^®, ktoré sú tvorené gabionovým košom v kombinácii s horizontálnou výstužnou oceľovou sieťou dĺžky 3,0 m dlhodobej ťahovej pevnosti 39,8 kN/m. Blok v sebe spája výstužnú funkciu a zároveň zabezpečuje aj stabilitu čela svahu. Gabionové čelo a horizontálna výstuž sú spojené už vo výrobnom procese a tvoria ucelenú časť systému. Lícové prvky sú výšky 0,5 m a šírky 0,8 m. Vonkajšia stabilita je zabezpečená pomocou jednoosích ohybných geomreží MacGrid WG rôznych pevností ukladaných vo vrstvách premenlivej dĺžky podľa statického výpočtu. Geomreže sú lícovým prefabrikátom spojené pomocou presahu, ktorého dĺžka je 3 m.

Blok Terramesh^® je vyrobený zo šesťuholníkovej dvojzákrutovej oceľovej siete typu 8 × 10, s priemerom drôtu 2,7 mm, vzhľadom na návrhovú životnosť konštrukcie na 100 rokov pri diaľničných stavbách v zmysle požiadaviek normy STN EN 10223-3, ako aj požiadaviek TKP 31, chránený povrchovou úpravou drôtu Galmac (Zn+5%Al) a prídavnou polymérnou ochranou tvorenou z polyamidu PA6. Keďže blok plní súčasne funkciu lícového prvku aj výstuže, umožňuje dosahovať vysokú efektivitu pri budovaní konštrukcie a skrátiť tak dobu výstavby v porovnaní s podobnými konvenčnými systémami oporných konštrukcií, pri zachovaní požadovaných funkčných parametrov tuhosti líca konštrukcie.

VYSTUŽENÉ HORNINOVÉ KONŠTRUKCIE S BETÓNOVÝMI PANELMI – MacRes^®

Systém MacRes^® bol zvolený ako najvhodnejšie riešenie pri oporných múroch 206, 209, 281-15, 281-18, 283-10 a 283-09. Systém MacRes^® reprezentuje vystuženú horninovú konštrukciu tvorenú výstužnými geopásmi ParaWeb^® v kombinácii s lícnymi betónovými prefabrikovanými panelmi, ktoré sú navzájom prepojené prostredníctvom certifikovaných polymérnych úchytov ParaLoop^®. Systém je v zmysle STN EN 14475 zaradený do kategórie polotuhých systémov, ktoré sú vhodné hlavne pre priamo zaťažené konštrukcie väčších výšok, a pri ktorých sa očakáva nerovnomerné sadanie v priečnom alebo pozdĺžnom smere. Predovšetkým z tohto dôvodu bol najnáročnejšie konštrukcie na tejto stavbe realizované práve z tohto systému.

Medzi najvýznamnejšie objekty patri vystužený oporný múr SO 281-18, ktorý zaisťuje pravý jazdný pás vetvy „PB“ križovatky Podzávoz v km 0,180 340 – 0,274 420, ktorý je na väčšine dotknutého úseku vedený vo vysokom násype. Múr je navrhnutý ako jedno a dvojstupňový, kopírujúci trasu cesty. Konštrukciu múru predstavuje polotuhé lícové betónové opevnenie. Vystuženie násypu je zabezpečené pomocou geovýstuh ParaWeb^® s premenlivými dĺžkami, resp. previazanými v niektorých častiach s SO 281-15, ktorý sa nachádza na protiľahlej strane násypu. Múr je založený plošne na zhutnenom štrkopieskovom podsype mocnosti 500 m vystuženom 2× obojsmernou geomrežou MacGrid EG, slúžiacej na zabezpečenie požadovaného deformačného modulu a taktiež slúžiacej na obmedzenie nerovnomerného sadania. Múr je premenlivej výšky od 2,00 m do 10,50 m. Celková dĺžka múra je 90,80 m.

VYSTUŽENÉ HORNINOVÉ KONŠTRUKCIE S BETÓNOVÝMI TVAROVKAMI – MacWall^®

Oporný múry zo systému MacWall^® – vystuženej horninovej konštrukcie s betónovými tvarovkami kombinovanými s výstužnými geomrežami MacGrid WG, boli zvolené pre budovanie obj. 281-04-06, 281-10, 281-16, 281-17. Systémy s lícovými tvarovkami sú v zmysle normy STN EN 14475 považované za systémy s tuhým lícovým prvkom, čo čiastočne vymedzuje použitie týchto konštrukcií pre objekty, kde sa neočakáva sadanie v pozdĺžnom, alebo priečnom smere, vzhľadom na fakt, že tieto systému majú obmedzenú toleranciu voči nerovnomerným zvislým pohybom. Z toho titulu sa hlavne používajú pre konštrukcie s nižšou výškou (odporúča sa max. 5 – 6 m) založených na homogénnom podloží. Výhodou menších tvaroviek je, že je jednoduchšie budovať konštrukcie so zložitou geometriou.

Medzi hlavné charakteristické objekty patrí objekt SO 281-10, ktorý zaisťuje ľavý jazdný pás diaľnice D3 v km 38,590 000 až km 38,889 780, ktorý je na väčšine dotknutého úseku vedený vo vysokom násype. S ohľadom na požiadavky na trvalé zábery a na blízkosť chodníka k podchodu pod diaľnicou musia byť svahy násypového telesa ukončené zvislým čelom, ktoré zaisťuje oporný múr. Oporný múr je tvorený v päte pilótovou stenou, ktorá zabezpečuje celkovú stabilitu. Vrchná časť múru je tvorená systémom MacWall^®. Výška konštrukcie je premenná od 0,4 m až do 6,2 m. Násyp je vystužený jednoosými geomrežami MacGrid WG umiestnených medzi každou 2. resp. 3. tvarovkou. Spoj lícového prvku konštrukcie a geomreže musí byť certifikovaný a jeho pevnosť nesmie byť menšia ako potrebná pevnosť na základe statického výpočtu v konkrétnom rade. Dĺžky geomreží sú navrhnuté s ohľadom na výšku zvislej časti násypu a súčasne výšku upraveného svahu nad korunou líca násypu. V úseku v km 38,590 – 38,732 494 sú navrhnuté geomreže dĺžky 3,5 m. V úseku km 38,732 494 – 38,890 sú navrhnuté geomreže dĺžky 6 m. Súčasťou konštrukcie vystuženého násypu sú systémové lícové betónové tvarovky typu MacWall^® s rozmermi – šírka 400 mm, výška 200 mm, hĺbka 300 mm. Čelo vystuženej zemnej konštrukcie z betónových tvaroviek bude v hornej časti ukončené systémovou betónovou zákrytovou doskou.

SANÁCIE ZÁREZOV KLINCOVANÍM A PROTIERÓZNYMI ROHOŽAMI MacMat^®

V km 37,993 – 38,523 prechádza diaľnica D3 v súbehu so železničnou traťou v priestore železničnej stanice Čadca územím poznačeným viacerými svahovými poruchami, staršími, ale aj potenciálnymi recentnými zosuvmi prevažne prúdového. Z toho v km 37,710 – 38,048 je trasa situovaná v akumulačnej časti stabilizovaného prúdového zosuvu, ktorého povrchová vrstva do hĺbky 4 – 5 m je porušená potenciálnym zosuvom. Teleso diaľnice prechádza týmto územím čiastočne v násype a čiastočne v odreze. Nakoľko plošný rozsah zosuvnej oblasti zasahuje mimo uvedené staničenie objektu, sú ďalej uvedené opatrenia aplikované v celej ploche dotknutej svahovými pohybmi s dostatočnou rezervou plošného presahu.

Ako konštatujú závery IG prieskumu, je predmetné územie porušené viacerými svahovými poruchami. Jedná sa prevažne o stabilizované plošné a frontálne zosuvy, no v začiatku územia je svah porušený potenciálnymi svahovými deformáciami, typu plošných zosuvov, ktoré vznikli zaktivizovaním dvoch stabilizovaných prúdových zosuvov V objekte diaľnice SO 101-00 je navrhnuté zaistenie trvalej stability svahov zárezov v zosuvných územiach. Výpočty stability preukázali, že v zosuvných delúviach nemajú tieto svahy dostatočnú stabilitu. Preto je navrhnuté ich spevnenie vystuženou georohožou s oceľovou výstužou v kombinácii s oceľovými klincami priemeru 32 mm dĺžky 4,5 m. Klince sú osadené v rastri 2,2 × 2,2 m. Plošné zaistenie svahu je zabezpečené geokompozitom MacMat^® HS30 GN, tvoreného dvojzákrutovou oceľovou sieťou s vpletenými oceľovými lanami, na ktorú je extrudovaná polypropylénová rohož MacMat^®. Dvojzákrutová oceľová sieť dáva materiálu potrebnú pevnosť, extrudovaný polypropylén zabraňuje prepadávaniu zeminy alebo drobných úlomkov cez oká siete a umožňuje zachytenie zeminy na vzdušnej strane inštalovaného materiálu.

Po inštalácii sa georohož zasype vhodnou humusovou zeminou so semenami rastlín, ktoré zabezpečia zazelenenie a spevnenie celej štruktúry. Týmto spôsobom je riešené zaistenie svahu medzi diaľnicou (SO 101-00) a miestnou komunikáciou (SO 122-00) v celej dĺžke objektu 062-00. Svahy nad miestnou komunikáciou SO 122-00 sú takto zaistené iba u zárezov výšky nad 2 m. Svahy medzi územiami objektov sanácie územia 61-00 a 062-00 sú zaistené rovnakým spôsobom.

Georohož je vyrobená z polypropylénovej trojrozmernej rohože extrudovanej na oceľovú sieť (výstužný prvok). Geokompozit má minimálnu hrúbku 12 mm. Výstužná sieť je tvorená oceľovou dvojzákrutovou šesťuholníkovou sieťou typu 8 × 10 podľa STN EN 10223-3 s pozdĺžne vpletenými vysokopevnostnými lanami. Dvojzákrutová oceľová sieť je typu 8 × 10 s priemerom drôtu 2,7 mm a protikoróznou ochranou Galmac (Zn+5%Al), vpletené vysokopevnostné oceľové laná majú nominálny priemer 8,0 mm a sú typu 6 × 7WC-WSC v zmysle STN EN 12385-2. Oceľové laná sú vpletené do dvojzákrutovej siete priamo pri jej výrobe, aby bolo zabezpečené čo najlepšie prepojenie oboch prvkov geokompozitu. Lano musí byť v sieti vpletené tak, aby bolo priame. Vzdialenosť medzi jednotlivými lanami je 300 mm. Geokompozit musí prenášať ťahovú silu minimálne 177 kN/m podľa STN EN 10223-3 a sila v pretlačení kolmo na plochu musí byť minimálne 149 kN podľa EN 11 437.

SANÁCIE PODLOŽIA NÁSYPOV DIAĽNICE – KRIŽOVATKA PODZÁVOZ

Sanačné opatrenia telesa diaľnice D3 predmetného úseku sú zrealizované formou viacerých technológií úprav podložia – výmenou podložia v kombinácii s geotextíliami, výstužnými georemžami, vápnením, respektíve ich kombináciou.

Výber vhodných geosyntetických materiálov spoločnosti MACCAFERRI na niektorých úsekoch spočíval v návrhu a posúdení sanačnej vrstvy. Ako najvhodnejší materiál na základe statického výpočtu, ako aj na základe porovnania materiálovo-technických parametrov rôznych typov geomreží, bolo zvolené použitie dvojosej tuhej polypropylénovej geomreže MacGrid^® EG 30S v kombinácii so separačnou geotextíliou MacTex^® BN 40.1. Navrhované riešenie vytvára dostatočne únosné podložie pod telesom násypu a znižuje vplyv nerovnomerného sadania podložia.

ZÁVER

Skúsenosti z už zrealizovaných a dokončených úsekov diaľnic, tak na Slovensku ako aj v zahraničí, ukazujú na narastajúci vývoj a rozmach používania vystužených horninových konštrukcií a geosyntetických materiálov pri budovaní dopravnej infraštruktúry.

V rámci projekčných prác bol dohodnutý presný postup a spôsob geostatických posudkov jednotlivých konštrukcií a to pomohlo k ich optimalizácií. Na tejto stavbe sa ukázala dôležitosť komunikácie medzi projektantom, zhotoviteľom a dodávateľom. Posudky sa robili na konkrétne výrobky a preto bolo možné pracovať s reálnymi vstupmi. Čo na jednej strane urýchlilo samotné projekčné práce ale robilo veľký problém pri presviedčaní zhotoviteľa, že pri takto vyprojektovaných objektoch, už nie je možné robiť zmeny bez opätovného prepočtu a vypracovaniu novej dokumentácie.

Systém, ktorý je dlhé roky zavedený na Slovensku a to, že projektant predpisuje len hlavné charakteristiky materiálov, je chybný a na tejto stavbe sa potvrdil. Ako jeden z nosných príkladov sú charakteristiky posudzovania spoja, ktoré ma každý výrobca iné a tým že to nie je bežná prax, tak mnoho výrobcov tie spoje ani nemajú laboratórne overené a vychádzajú len zo skúsenosti. Toto je už ale na diskusiu čo má alebo by mala obsahovať dokumentácia pre jednotlivé stupne výstavby.

V rámci D3 sa táto spolupráca vyplatila a konštrukcie, či už hovoríme o vystužených horninových konštrukciách s gabionovým lícom – tzv. Terramesh^® System, lícom z betónových panelov – systém MacRes^®, tvarovkami – systém MacWall^® alebo rôznych typov geosyntetických materiálov – protierózne výstužné rohože MacMat^® HS, alebo rôzny typy výstužných geomreží si našli svoje nezanedbateľné miesto.

Tieto riešenia predstavujú nielen funkčnú a ekonomickú alternatívu k tradičným masívnym betónovým konštrukciám, ale predstavujú aj estetické umocnenie a stvárnenie týchto konštrukcií, pretože tieto konštrukcie dokážu nenásilne zapadnúť do okolitého prostredia a podtrhnúť celkový charakter diela.

Ing. Jaroslav Adamec
Technický riaditeľ
MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s. r. o.

Dipl.-Ing. Juraj Ortuta
Koordinátor geotechniky
Amberg Engineering Slovakia, s. r. o.

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY:
[1] Adamec J.; Ortuta J.: Vybrané geotechnické konštrukcie na stavbe D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec, Geotechnická konferencia v Bratislave, 05/2019
[2] Adamec J.; Ortuta J.: Vybrané geotechnické konštrukcie na stavbe D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec, Inžinierske Stavby, vydanie 04 /2019
[3] Adamec J.: Porovnanie účinnosti geosyntetických materiálov používaných na stabilizáciu podložia, IX. Konferencia nestmelené a hydraulicky stmelené vrstvy vozoviek, 02/2018
[4] Projektová dokumentácia DRS: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o.
[5] Archív MACCAFERRI CENTRAL EURPE s. r. o.