Geotechnický průzkum je spolu s geodetickými pracemi prvním úkonem a zároveň základním stavebním kamenem, od kterého se dále odvíjejí další etapy výstavby jakékoliv stavby. Kvalitně provedený průzkum základové půdy velkou měrou ovlivňuje nejen technickou náročnost a nákladnost založení, ale často i celkové uspořádání objektu. Úkolem geotechnického průzkumu je získat a zpracovat informace, které napomohou optimálnímu řešení, návrhu a realizaci inženýrského díla po stránce technické i ekonomické.
Důležitost a rozsah geologického průzkumu
Znalost geologických poměrů v místě budoucí stavby je naprosto zásadní. Geotechnický průzkum poskytuje údaje nezbytné pro výpočet únosnosti a návrh geometrie základů. Takový průzkum se provádí nejen pro novostavbu, ale i pro každou přestavbu, při které dochází k přitížení základů nebo změnám v distribuci jejich zatížení. Rozsah průzkumu se vždy přizpůsobuje konkrétnímu typu a velikosti plánované stavby, stejně jako složitosti geologických poměrů lokality.
Fáze a typy průzkumů
- Předběžný průzkum: Provádí se pro stavbu ve fázi územního rozhodnutí a zpracovává se pro stanovení celkové vhodnosti staveniště, porovnání alternativních stavenišť a naplánování podrobného a kontrolního průzkumu. Orientační údaje o místních základových poměrech lze najít v geologických archivech.
- Podrobný průzkum: Cílem je zjistit inženýrskogeologické poměry v místě zakládání mostních opěr a pilířů pro poskytnutí dostatečných podkladů pro projekt založení. Průzkum má ověřit geologickou stavbu území a vlastnosti zemin v podzákladí stavby v celém rozsahu a v dosahu účinků od stavby do potřebné hloubky.
Parametry průzkumu
- Hloubka průzkumu: Pod předpokládanou úroveň plošného založení má být mezi 1 až 3 šířkami základových prvků, u základové desky je rovna nejméně šířce základu. U hlubinného zakládání na pilotách požaduje norma průzkum do hloubky minimálně 5 průměrů piloty pod patu piloty. U násypů má minimální hloubka průzkumu zahrnovat všechny stlačitelné vrstvy, hloubkově může být omezena do úrovně, pod kterou je podíl sedání menší než 10 % celkového sedání.
- Vzdálenost mezi vyšetřovanými místy: Obvykle mezi 20 až 40 metry.
Projekt průzkumných prací
Pro ekonomicky a technicky optimální návrh průzkumných prací je nezbytná maximální míra možných znalostí o budoucí stavbě. Zejména je nutné znát plošný a hloubkový rozsah stavby a jejího působení, předpokládané úrovně a způsob založení, zatížení v základové spáře, druh použitých konstrukcí, případně staticky i jinak kritická místa projektu stavby. Při sestavování projektu průzkumu je proto vhodná spoluúčast projektanta založení stavby. Pro dosažení zadaných cílů projekt vhodně kombinuje technické sondážní práce s polními zkouškami, penetračním sondováním, geofyzikálními měřeními, hydrogeologickými zkouškami a laboratorními zkouškami.
Metody geologického průzkumu
Při průzkumu pro zakládání staveb jsou nejběžnějším způsobem sondování kopané sondy a jádrové vrty. Dále se využívají nepřímé metody a laboratorní zkoušky.
Terénní práce
- Terénní průzkum a dokumentace: Provede se vizuální prohlídka terénu, zaměření na morfologii, výchozy hornin a projevy geologických procesů (např. sesuvy).
- Sondážní práce: Podle potřeby se provedou průzkumné vrty, sondy nebo rýhy, které umožní odebrat vzorky a přímo zhodnotit vlastnosti zemin a hornin v různých hloubkách.
- Kopané sondy: Ručně či strojně kopané sondy lze obvykle bezpečně provádět nad hladinou podzemní vody do hloubek nepřesahujících 2 až 3 metry. Hornickým způsobem prováděné šachtice se zabezpečením výdřevou lze provádět do hloubek podstatně větších.
- Vrtané sondy: Slouží ke zjištění sledu a vlastností jednotlivých vrstev zemin v podzákladí do hloubek až několika desítek metrů. Nejpoužívanější jsou vrty jádrové. Běžně se provádějí nasucho jednoduchou jádrovkou.
- Odběr a popis vzorků: Odeberou se reprezentativní vzorky zemin a hornin, které se podrobně popíšou a zařadí podle geologické klasifikace.
Nepřímé metody
- Geofyzikální průzkum: Má při průzkumu pro zakládání doplňkové použití. Oproti bodovým informacím z vrtů poskytuje obraz o geotechnických poměrech v linii delšího geofyzikálního profilu. Lze ho doporučit například v místech, kde lze v podzákladí předpokládat výskyt přirozených či umělých dutin.
- Penetrační zkoušky: Vhodným doplňkem vrtaných sond. Při znalostech místní geologie lze z výsledků dynamické i statické penetrační zkoušky na základě empirických vzorců přímo odvodit řadu důležitých charakteristik zastižených zemin, jako je ulehlost, smyková pevnost či deformační modul.
Hydrogeologické zkoušky
Hydrogeologické poměry staveniště se zjišťují měřením naražené a ustálené hladiny podzemní vody ve vrtech v čase. Běžné jsou hydrodynamické zkoušky (čerpací zkoušky), kterými se ověřují hydraulické vlastnosti horninového prostředí nezbytné pro určení přítoků do stavební jámy a způsob jejího odvodnění. V jemnozrnných zeminách je vhodné sledovat rozdělení pórového tlaku vody a jeho změn alespoň do hloubek pod úroveň výkopu, aby se odhadl vztlak ve výkopu. Měření pórových tlaků je důležité i pro určení rychlosti konsolidace jemnozrnných zemin.
Čtěte také: Nezbytnost průzkumu podloží pro dlouhodobou stabilitu konstrukcí
Laboratorní zkoušky
Z průzkumných děl se odebírají vzorky zemin a vody, u kterých se pak laboratorně určují vlastnosti potřebné k vyhodnocení průzkumu. U zemin se zkouškami zjišťují tzv. indexové vlastnosti pro zatřídění podle příslušných norem (objemová hmotnost, zrnitost, vlhkost, Atterbergovy meze, plasticita, konzistence, ulehlost, obsah uhličitanů a organických látek). U podzemní vody se provede stanovení agresivity vody vůči stavebním materiálům.
Závěrečná zpráva o geologickém průzkumu
Výstupem z provedeného průzkumu je zpráva o průzkumu základové půdy, která má obsahovat dvě části. V první jsou prezentovány dostupné geotechnické informace včetně geologické charakteristiky staveniště, ve druhé jsou zhodnoceny geotechnické informace a uveden výčet předpokladů, za kterých byly geotechnické parametry vyhodnoceny.
- Prezentace geotechnických informací: Musí zahrnovat účel a rozsah průzkumu včetně výčtu všech polních a laboratorních prací spolu s metodikou jejich provádění a vyhodnocování. Má krátce popsat projekt, pro který je zpráva sestavena, zejména umístění stavby, její velikost a geometrii, předpokládaná zatížení, konstrukční prvky atp. a uvede se předpokládaná geotechnická kategorie konstrukce. Důležitým prvkem zprávy, zejména při výstavbě na tzv. brownfieldech, je historie staveniště. Popis geologických poměrů staveniště, geomorfologie, klimatických poměrů, případně hydrologie u vodohospodářských staveb a staveb v blízkosti vodních toků je samozřejmostí.
- Vyhodnocení geotechnických informací: Je nutné, aby výsledky všech zkoušek a testů byly pečlivě zváženy, aby se určilo, zda reprezentují skutečné poměry staveniště a zda nejsou zavádějící. Prezentace rozsahu hodnot geotechnických charakteristik všech typů základové půdy zastižených na staveništi musí být srozumitelná a musí umožnit, aby pro návrh založení, resp. statický výpočet jakékoliv geotechnické konstrukce, byly vybrány nejvhodnější parametry základové půdy. Ve vyhodnocení nemohou být opomenuty technologické parametry nutné pro provedení geotechnických prací.
Způsoby zakládání staveb
Každý stavební objekt je v kontaktu s horninovým prostředím. Podzemní částí stavby, která zprostředkovává styk s horninovým prostředím, jsou její základy. Základová půda je částí horninového prostředí, která spolupůsobí se stavební konstrukcí. Přenášejí se do ní účinky zatížení stavbou a zároveň na ni působí vlivy okolního prostředí, jako jsou změny vlhkosti, kolísání hladiny podzemní vody a teplotní změny.
Plošné základy
V nejběžnějších případech se obvykle zakládá na plošných základech, které zatížení stavbou roznesou v malé hloubce na větší plochu (patky, pasy, rošty nebo desky).
Hlubinné zakládání
Pokud nemá horninové prostředí v dosahu plošného založení příznivé vlastnosti, založí se stavba pomocí hlubinného zakládání na pilotách, mikropilotách, šachtových pilířích nebo elementech podzemních stěn.
Čtěte také: co obnáší stavebně technický průzkum
Příklady z praxe: Mostní stavby a geologický průzkum
Projekt nového mostu s kombinovaným založením
Projekt nového mostu částečně využívá základové konstrukce původního objektu, které budou odbourány až na úroveň základových spar nových podpěr. Založení mostu na čtyřech podpěrách je s ohledem na geologické podmínky v daném místě navrženo jako kombinované. Krajní opěry budou založeny plošně a střední pilíře pak s ohledem na spodní vodu budou založeny na mikropilotách Ø 89/10 mm s injektovaným kořenem o délce 3 m. V místech překrytí se základem původního pilíře musí být mikropiloty provrtány přes původní základ.
Geologické podmínky
Před zahájením prací byl proveden geologický průzkum, který ověřil v místě stavby svrchní vrstvu náplavů charakteru písčitých hlín a štěrků s příměsí jemnozrnné zeminy o mocnosti až 3,0 m. Skalní podloží je tvořené prokřemenělými algonkickými horninami, které jsou překryty kamennými sutěmi o velikosti zrna až 20 cm. Úlomky místy i bloky hornin jsou velmi tvrdé. Po vyhodnocení geologických poměrů v místě stavby bylo v projektu navrženo založení stávajících i nových částí konstrukcí základu pilířů pomocí mikropilot s železobetonovým prahem jako roznášecím roštem. Vlastní výstroj mikropilot je ukončena ocelovou roznášecí deskou 350x350x20 mm.
Realizace mikropilot
Než byly zahájeny vrtné práce bylo provedeno zaměření hlavního vytyčovacího schématu nového mostu, provedeny terénní úpravy a připraveny plochy pro pojezd vrtných souprav. Vrtné práce byly prováděny vrtnými soupravami MSV a WIRTH s vrtnou kolonou TUBEX. Po dohloubení vrtu bylo ponorné vrtné kladivo vytěženo a vrt vystrojený pažnicemi byl zaplněn cementovou zálivkou. Následně byla osazena jeřábem mikropilota Ø 89/10 v celkové předepsané délce (s kořenovou částí 3,0 m) a pažnice byly vytaženy vrtnou soupravou. Po uplynutí dvanácti hodin se prováděla vysokotlaká injektáž kořene po jednotlivých etážích vymezených rozpínacím obturátorem. Předepsané tlaky pro injektáž byly 0,6-2,0 MPa se spotřebou injektážní směsi 25-30 l na jednotlivou etáž. Na to byly vnitřky mikropilot zality cementovou směsí. Po dokončení vrtných a injektážních prací byly na konce mikropilot přivařeny ocelové roznášecí desky. Takto bylo provedeno celkem 126 ks mikropilot.
Dvorecký most v Praze
Pro přípravu stavby Dvoreckého mostu, který spojí pražské části Smíchov a Podolí, zajistila SG Geotechnika podrobný geotechnický průzkum a řadu doplňkových průzkumů, které poskytly klíčové informace pro návrh založení mostu. Samotné stavbě mostu, která byla zahájena v roce 2022, předcházel podrobný geotechnický průzkum pro přípravu stavby. Cílem průzkumu, prováděného společností SG Geotechnika, bylo zjištění inženýrskogeologických poměrů v místě zakládání mostních opěr a pilířů pro poskytnutí dostatečných podkladů pro projekt založení.
Průzkumné práce a výzvy
Průzkumné práce se neobešly bez vrtných prací do hloubky 25 metrů pod dno Vltavy, presiometrických a karotážních měření, laboratorních a terénních zkoušek, geofyzikálních prací a dalších. Vrtáno bylo jak na březích, tak i v řečišti. Komplikované poměry na pilíři P4 si vyžádaly doplnění několika vrtů z řečiště i speciálních geofyzikálních měření ve vrtech i mezi vrty. Pro ilustraci složité geologické stavby zde byl z výsledků prací sestaven schématický 3D model podloží. Na podolské straně bylo nutné řešit vyšší hladinu spodní vody. Na smíchovské straně dělníci našli také dosud neznámý tunel pod Strakonickou ulicí sloužící původně ke splavování dřeva. Založení mostu se však podařilo i přes komplikace zdárně dokončit a jediné, co by mohlo stavbu ještě zkomplikovat, je případná nestabilita svahu kolem ulice Na Zlíchově.
Čtěte také: Detailní pohled na mechaniku zemin
Chyby a nedostatky v geologických průzkumech
Bohužel však bylo i nemálo průzkumných prací obsahujících nedostatky a chyby, které ve svém důsledku nepříznivě ovlivnily celý proces projektování, přípravy stavby a vlastní výstavby. Jedním ze základů pro kvalitní vyhodnocení průzkumu je jeho pečlivá příprava. Zpracovatel se musí v úzké spolupráci se zadavatelem a projektantem podrobně seznámit se zamýšlenou stavbou a jejím umístěním, předpokládaným způsobem a hloubkou založení, případně i se zatíženími v základové spáře, technologiemi výstavby atd. Dojde-li v průběhu přípravy ke změně v zadání stavby, které se výrazně dotkne způsobu založení, je nezbytné, aby byl i již hotový průzkum přehodnocen a vhodně doplněn.
Nejčastější chyby
- Špatná dokumentace charakteru zemin a hornin: Nejběžněji se jedná o nesprávné určení stupně zpevnění nebo zvětrání a rozpukání poloskalních hornin. Převažující jádrové vrtání na sucho dovede porušit horninu takovým způsobem, že je pak geologem zatříděna do třídy až o 2 stupně horší, než odpovídá skutečnosti.
- Mylné určení hloubky předkvartérního (skalního) podloží: Původní průzkum se může zastavit na kamenech v navážce, které vrty spirálem navrtají na malou hloubku a geolog je považuje za podloží.
- Chyby v popisu pokryvných útvarů: Nejvíce se chybuje v popisu hrubozrnných sedimentů. Většina geologů se spokojuje s pojmem "štěrk" pro všechno, co je větší než písek, přičemž vrstva kamenů a balvanů může způsobit značné potíže při vrtání.
- Nedostatečné vyhodnocení získaných informací: Zpracování ne vždy dokáže zhodnotit všechny získané údaje z archivu, vrtů, polních a laboratorních zkoušek tak, aby projektant měl všechny podklady s dostatečnou přesností.
- Chybějící údaje o lokalizaci a nadmořské výšce sond: V popisu vrtů (psané dokumentaci) často chybí údaje o lokalizaci a nadmořské výšce sond, případně použitém souřadnicovém a výškovém systému.
- Nedostatečný popis vrstev: V popisu jednotlivých vrstev se hojně vyskytuje mnohaslovný popis barevnosti zeminy, ale často chybí údaj o konzistenci soudržných a ulehlosti nesoudržných zemin, stupni zvětrání, hustotě rozpukání skalních hornin, údaje o podzemní vodě (naražená x ustálená hladina).
Důsledky chyb
Projektant navrhuje jednak neekonomické a často i nerealizovatelné založení, piloty se při realizaci musí zkracovat, pažící prvky (podzemní stěny, zápory, piloty) nelze zavrtat na projektované hloubky bez použití zvláštních postupů, často se musí projekt zcela přepracovat. Nedovrtání pažících prvků je nutné řešit dalšími kotvícími prvky, často hloubených pod hladinou podzemní vody, v mezních situacích i nastavováním pomocí mikropilot se složitým zabezpečováním vodotěsnosti nebo styku s navazujícími konstrukcemi. Vše s sebou zároveň nese složitá technická jednání s SDI a s objednatelem ohledně změn projektů a dalších nákladů.
Kromě důkladného studia archivních materiálů a geologické stavby území se geologům osvědčila přítomnost při vrtání alespoň jednoho vrtu průzkumu. Nejen že geolog může ihned korigovat požadovanou hloubku vrtů podle zastižených poměrů, ale vidí i parametry vrtání, zejména vrtný postup, případně charakter a barvu vodního výplachu. Důležité informace podá i zkušený vrtmistr, případně jeho vrtné hlášení nebo vrtný monitoring.
Shrnutí
Dobře provedený geotechnický průzkum je nezbytnou součástí přípravy každé stavby, rodinným domem počínaje a rozsáhlou průmyslovou, dopravní či vodohospodářskou stavbou konče. V případě běžného geotechnického průzkumu pro novostavbu musíme obvykle počítat s částkou do 3 až 5 % z ceny hrubé stavby.
tags: #geologicky #pruzkum #zakladani #staveb #most #informace