Vybrané vystužené horninové konštrukcie na stavbe D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka z pohľadu návrhu, realizácie a monitoringu

Článok sa venuje vybraným geotechnickým konštrukciám oporných a zárubných múrov na diaľnici D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka, tvorených vystuženými horninovými konštrukciami s lícom z gabionových a betónových prefabrikovaných prvkov. Taktiež sa venuje sanáciám násypov založených na neúnosnom podloží použitím geosyntetických materiálov. Článok sa zameriava na ich návrh, skúsenosti z realizácie a hodnotí výsledky geotechnického monitoringu.

ÚVOD

Úsek diaľnice D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka má dĺžku 11,3 km a spolu s nadväzujúcou stavbou D1 Lietavská Lúčka – Višňové – Dubná Skala, ktorý bol nedávno otvorený tvorí juhovýchodný obchvat mesta Žilina. Na trase diaľnice je 11 mostov, dva tunely Ovčiarsko a Žilina a množstvo geotechnických konštrukcií. Stavba sa budovala 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.

V súčasnosti sú všetky konštrukcie dokončené a preto sme sa rozhodli odprezentovať ich finálnu podobu ako aj výsledky z dlhodobého geotechnického monitoringu, ktorý bol realizovaný v miestach týchto konštrukcií a prebiehal už od začiatku výstavby diela.

SANÁCIA PODLOŽIA A ZABEZPEČENIE CELKOVEJ STABILITY NÁSYPOVÉHO TELESA DIAĽNICE 101-00

Sanačné opatrenia predstavujú úpravu podložia zemného telesa, ako aj opatrenia k zabezpečeniu stability novobudovaných konštrukcií. V predmetnom úseku diaľnice bolo navrhnutých niekoľko typov úprav podložia násypov, ktorých cieľom je zabezpečiť dostatočnú únosnosť pre vybudovanie násypov a vytvoriť také podmienky pre urýchlenú konsolidáciu podložia, aby sadnutie násypu prebehlo ešte pred realizáciou konštrukčných vrstiev vozovky. Násypové teleso maximálnej výšky 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 násypu má extrémne nízke hodnoty deformačných a šmykových vlastností. Vzhľadom na výšku násypového telesa a mocnosť nasýtených ílovitých a piesčitých vrstiev (4,0 – 6,0 m) bolo potrebné zrealizovať vertikálne konsolidačné drény na urýchlenie konsolidácie podložia násypu, pričom pre prístup strojných zariadení a pre celkovú stabilitu budovaného násypového telesa bola navrhnutá skladba výstužnej geodosky.

Zvýšenie únosnosti podložia bolo realizované pomocou geosyntetickej vrstvy v kombinácii s kvalitným štrkovým materiálom. Vytvorená vrstva slúžila pre pojazd vozidiel počas budovania násypového telesa a na realizáciu vertikálnych drénov. Použité geosyntetické materiály zabezpečili separáciu (netkaná geotextília MacTex BN 40.1) nevhodných materiálov podložia a kvalitného materiálu podkladovej vrstvy a vystuženie (dvojosá tuhá geomreža MacGrid EG 30S) tejto vrstvy za účelom redukcie hrúbky použitého kvalitného materiálu. Na základe vstupných dát bola prepočítaná požadovaná hrúbka podkladovej vrstvy: 0,64 m bez použitia výstuže a 0,20 m s použitím geosyntetickej výstuže. Použitím geomreže bolo možné ušetriť skoro 69 % hrúbky podkladovej vrstvy. Uvedená konštrukcia bola pracovnou úrovňou na realizáciu zvislých konsolidačných drénov, ktorých raster bol zrealizovaný v trojuholníkovej sieti 1,7 × 1,7 m, s hĺbkou konsolidačných drénov 6,0 m navrhnutou z inžinierskogeologického prieskumu.

Na zabezpečenie celkovej stability boli použité výstužné geomreže ParaGrid 200/05 dlhodobej ťahovej pevnosti (126,5 kN/m). Geosyntetická výstuž bola uložená po zrealizovaní zvislých konsolidačných drénov a presypaná vrstvou štrkového materiálu hrúbky 0,25 m frakcie 0 – 63 mm. Na takto upravené podložie sa zriadilo násypové teleso.

Geotechnický monitoring
V súvislosti s navrhovanou sanáciou podložia násypu bol v rámci stavby realizovaný geotechnický monitoring, ktorého úlohou bolo sledovať priebeh konsolidácie zemného telesa a vývoj pórových tlakov počas výstavby. V predmetnom úseku boli zrealizované dva meracie profily zabudované v podloží násypu, ktoré boli vystrojené špeciálnou horizontálnou inklinometrickou rúrou a snímačmi pórových tlakov. Meracie profily boli umiestnené v predpolí mostov 207-00 a 208-00, keďže najchúlostivejšie miesta z titulu nepriaznivých deformácií sú práve v prechodových oblastiach medzi poddajnou zemnou konštrukciou a tuhou konštrukciou mostov. Výsledky meraní na inklinometrickom profile HINK-08 v km 33,180 pred mostom 208-00 za celé sledované obdobie uvádzame na obrázku 2.

OPORNÝ MÚR POD KRAJNÝMI OPORAMI 17/18 MOSTNÉHO OBJEKTU 206-00

Oporný múr slúži na zaistenie svahového kužeľa opory č. 17/18 a telesa diaľnice D1 v km 31,936 – 32,042. Konštrukcia múru je navrhnutá zo systému prefabrikovanej modulárnej konštrukcie TerraMesh tvorenej lícovými drôtokamennými prvkami s integrovanou výstužnou sieťou. Lícové prvky majú rozmery 2,0 × 0,5 × 0,8 m s vystužením formou horizontálneho panelu dĺžky 3,0 m z dvojzákrutovej oceľovej siete dlhodobej ťahovej pevnosti 39,5 kN/m. Povrchovú úpravu siete bloku tvorí Zn+5%Al + 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 geomreží ParaGrid 100/05 dĺžky 6 – 12 m, dlhodobej pevnosti 63,3 kN/m. Lícna strana múra je navrhnutá odstupňovaná v sklone 5:1. Na základe posúdenia celkovej stability a sadania vystuženého oporného múru vrátane násypového telesa boli riešené aj sanačné opatrenia. Cieľom sanačných opatrení bolo zabezpečiť celkovú stabilitu zemného telesa a dostatočnú únosnosť podložia a vytvorenie podmienok pre urýchlenú konsolidáciu podložia. Sanačné opatrenia pozostávali z výmeny podložia hrúbky 1,5 m doplnenej o sústavu štrkových rebier šírky 1,0 m a hĺbky 1,5 m. Na zabezpečenie celkovej stability bola na výmene podložia zrealizovaná geodoska tvorená dvomi vrstvami jednoosových geomreží ParaGrid 200/05 dĺžky 16,5 – 32 m dlhodobej ťahovej pevnosti 126,5 kN/m.

Geotechnický monitoring
V súvislosti s navrhovanou sanáciou podložia násypu bol v rámci stavby realizovaný geotechnický monitoring, ktorého úlohou bolo sledovať priebeh konsolidácie zemného telesa a vývoj pórových tlakov počas výstavby. V predmetnom úseku bol zrealizovaný jeden merací profil zabudovaný v podloží násypu, ktorý bol vystrojený špeciálnou horizontálnou inklinometrickou rúrou a snímačmi pórových tlakov. Merací profil bol umiestnený v predpolí mostu 206-00.

VYSTUŽENÝ OPORNÝ MÚR S LÍCOM Z BETÓNOVÝCH PANELOV 221-00

Oporný múr je situovaný na ľavej strane diaľnice D1 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. Múr je odstupňovaný lavičkou šírky 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 morfológiou terénu je objekt oporného múru tvorený vystuženou horninovou konštrukciou s kolmými betónovými panelmi, ktorá je založená na železobetónovom kotevnom prahu, kotvenom horninovými lanovými kotvami do podložia z dôvodu zaistenia celkovej stability.

Odstupňovaný kotevný prah z betónu C30/37, šírky 0,9 m a výšky 1,5 m je založený na mikropilótach s priemerom 140 mm dĺžky 8,0 m. Zakotvenie základu oporného múru je realizované lanovými kotvami 6 ∅ Ls 15,5 mm s dĺžkou 16,0 m v trvalej antikoróznej ochrane, s koreňovou časťou dĺžky 8,0 m a sklonom kotiev 30 °. Samotný železobetónový kotevný prah múru je odstupňovaný a upravený tak, aby bolo možné preniesť zaťaženie od kotvenia konštrukcie cez základ múru do horninového prostredia.

Vystužená horninová konštrukcia – systém MacRes, predstavuje kombináciu vertikálnych betónových pohľadových prefabrikátov z betónu C30/37 s vystužením formou horizontálnych vysokoadhéznych polymerických geopásov ParaWeb. Zvislá vzdialenosť medzi jednotlivými úrovňami geopásov je 0,75 m. Skladba múru je tvorená prevažne základným typom panelu s rozmermi 1,5 × 1,5 m, ale z dôvodu premenlivému tvaru v korune múru sú tu tiež použité panely s inými rozmermi. V korune spodného stupňa vystuženého múru sa nachádza poloprefabrikovaná rímsa šírky 0,39 m z betónu C30/37. Za rímsou je umiestnené zábradlie výšky 1,1 m. V korune horného stupňa sa nachádza monolitická rímsa z betónu triedy C30/37 a C35/45 so zábradľovým zvodidlom a protihlukovou stenou. Panely sú založené na základovom páse s rozmermi 0,35 × 0,15 m. Všetky panely majú osadené úchyty na rubovej strane v počte závislom od polohy panelu v konštrukcii a statického návrhu.

Geotechnický monitoring
V rámci stavby bol realizovaný geotechnický monitoring objektu, ktorého úlohou bolo sledovať vývoj síl v kotvách, deformácií zemného telesa a zemných tlakov počas výstavby. V predmetnom úseku boli zrealizované dva meracie profily pozostávajúce z merania síl v kotvách, extenzometrov zabudovaných v zemnom telese, tlakomerných krabíc osadených na rube prefabrikovanej – pohľadovej časti múru a zvislých inklinometrov zabudovaných v päte múru. Výsledky meraní na združenom meracom profile v km 25,250 za celé sledované obdobie uvádzame na obrázku 5.

PORTÁLOVÉ ČASTI TUNELA ŽILINA A OVČIARSKO

Konečné terénne úpravy portálových časti tunelov Žilina a Ovčiarsko sú tvorené kombináciou oporných ŽB múrov v päte zásypu a vystuženou zemnou konštrukciou s gabionovými lícovými prvkami – systém Terramesh, ktoré staticky spolupôsobia ako jeden celok. Maximálna výška portálových časti dosahuje 12,0 m.

ZAISTENIE OBOJSTRANNÉHO ZÁREZU DIAĽNICE V KM 29,425–29,525

Z dôvodov minimalizovania výkopových prác a obmedzenia záberov a zásahov do existujúceho prostredia bolo potrebné na oboch stranách diaľnice vytvoriť strmé svahy a zabezpečiť ich stabilitu. Práva strana diaľnice je zabezpečená kombináciou kotvenej pilótovej steny umiestenej v hornej časti zárezu a klincovaným svahom z gabionoveho obkladu v spodnej etáži. Na ľavej strane je zárez zabezpečený zemnými klincami v kombinácii s protieróznou výstužnou rohožou s oceľovou sieťou Macmat R v sklone 45 ° a gabionovým múrom v päte. Maximálna výška zárezov dosahuje 12,0 m.

ZÁVER

V zmysle publikovaných realizácií je evidentné, že priestor pre inovácie či už v samotných projektoch alebo aj procese výstavby na Slovensku existuje a v poslednom čase sa tieto aj vo väčšej miere uplatňujú najmä vďaka metodike zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC, ale aj z dôvodu, že tieto technické riešenia prinášajú výrazný ekonomický efekt pre zhotoviteľa. 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.

ZOZNAM LITERATÚRY:
[1] Adamec J., Jakubis I.: Vybrané geotechnické konštrukcie na D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka; Inžinierske stavby 04/2020
[2] Adamec, J. – Sňahničan, J.: Geotechnické konštrukcie na D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka. Konferencia Inžinierska geológia 2016
[3] DRS stavby D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka

Ing. Jaroslav Adamec
technický riaditeľ
MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.

RNDr. Ivan Jakubis
hlavný geológ a geotechnik
Združenie Ovčiarsko