V silničních a dálničních stavbách se v České republice již více než 20 let využívá při budování nových násypových těles štěrkopískových pilířů jako zásadní metody hloubkového zlepšování podzákladí. Společnost KELLER - speciální zakládání, spol. s r. o., jako součást světového koncernu, je v oboru speciálního zakládání staveb předním hráčem a využívá moderní technologie, jako je vibrační hloubkové zhutňování, pro zhotovení únosných pilířů z drceného nebo těženého kameniva.
Princip a výhody štěrkopískových pilot
Štěrkový pilíř vzniká vpěchováváním výplně do jemnozrnných (soudržných), eventuálně některých antropogenních zemin. Po svém zhutnění má výrazně překročit tuhostní vlastnosti této původní okolní zeminy. Instalací v trojúhelníkových nebo čtvercových rastrech získává takto vylepšený a vyztužený blok původní zeminy vyšší mechanicko-deformační parametry, a tedy vyšší únosnost a menší deformaci než v „rostlém“ stavu.
Je však třeba podotknout, že tohoto zlepšení je možné dosáhnout v polohách s nízkým stupněm konzistence (kašovité až tuhopevné) nebo eventuálně s nižším indexem ulehlosti (max. střední). Naopak nedává vůbec smysl se bavit o použití v zeminách s pevnou a tvrdou konzistencí nebo vrstvách ulehlých, či dokonce horninách. Energie a finanční prostředky k tomuto vynaložené by byly zcela neadekvátní.
Vibrované štěrkové piloty vedle vyztužení urychlují konsolidaci okolní zeminy vlivem drenážního efektu jeho propustného plniva. Tím má být nejčastěji drcené kamenivo, štěrk nebo i pevný betonový recyklát, vše s dostatečnou odolností proti „instalačním“ vlivům (náraz vibrátoru nebo beranu, transportní procesy, mráz, chemické prostředí apod.). Odolnost výplně proti vlastnímu přenášení napjatostí (zatížení z horní konstrukce) v zeminách není rozhodně zásadní a ohrožená, nicméně je třeba silně apelovat na drenážní funkci výplně pilířů. Toto nejlépe platí při vibračním formování výplně s omezenou křivkou zrnitosti mezi 4(8) až 32 mm s méně než 5% podílem jemnozrnných částic.
Mýty o štěrkových pilířích
Musíme dementovat zavádějící strašení o zásadním ohrožení vibrovaných štěrkových pilířů (výplně) vplavováním jemnozrnných částic z okolní zeminy (kolmatace), tedy jakýmsi procesem „sufoze“. Hrubozrnná a mezerovitá výplň bez jemných částic naopak přispívá k velmi rychlé disipaci pórových tlaků ze zeminového prostředí kolem pilířů, ať již způsobených zatížením od násypu, nebo instalačními vlivy.
Čtěte také: jak vyřešit základy s pilotami
Dalším mýtem je obava z negativního vlivu přítomnosti vody v pilíři na okolní zeminu. Každý soudný geotechnik si toto statisticky významně (počty případů) dovede představit jen velmi těžko. Drtivá většina štěrkových pilířů, právě proto, že se instaluje do složitých základových poměrů, podzemní vodu automaticky obsahuje. Pakliže je těleso pilíře spojité (integrované) a výplň je z uvedené frakce, je umožněno podzemní vodě z okolního zemního bloku prosakovat/drénovat do pilíře, čímž se urychluje konsolidace podzákladí a vzlínavostí je voda z pilíře odváděna vzhůru do horizontální vrstvy plošného drénu.
Technologické postupy instalace a kontroly
Z pohledu efektu zlepšení zemin, do nichž jsou pilíře instalovány, jsou logicky výhodnější technologie displacementové („bezvývrtkové“). V případě, že se v některých partiích vyskytují např. antropogenní překážky nebo „odolnější“ polohy zeminy, lze přistoupit k předvrtání (spirálem) a následně do otvoru výplň dohutnit. Zásadním, ale kontroverzním tématem je právě způsob hutnění výplně. Předvrt sice zjednoduší hutnicímu nářadí „cestu dolů“, ale vlastní hutnění pak stejně musí ctít zásadu „plného nasycení“ pilíře výplní, aby došlo ke vnesení předpětí do okolní zeminy. Snaha obejít z ekonomického důvodu tento jedině správný technologický postup vede často, a někdy i výhradně k tomu, že dodavatel pak hutněné pilíře vlastně nedělá, protože výplň nehutní.
Při kvalitním hutnění výplně se doba formování jednoho metru pilíře může pohybovat mezi cca 45 sekundami až 2 minutami, přičemž počet hutnicích kroků na 1 m délky pilíře se musí opakovat nejméně čtyřikrát. Taktéž používání jakýchsi perforovaných penetračních kolon (rour) s vnějším plněním upevněných v nadzemních (příložných) vibrátorech bez využití stlačeného vzduchu namísto vibrátorů ponorných přináší velké riziko ztráty integrity pilíře a pod hladinou podzemní vody naprosto nejasného výsledku v podobě mixu plniva s rozbředlou zeminou. Mimochodem dle normy ČSN EN 14731 nebo aktuálně vstoupivšího v platnost TKP kap. 29 pro pozemní komunikace není použití nadzemního vibrátoru přípustné!
Kontrola kvality a parametry
Hutnicí soupravy musí zaznamenávat automaticky online nutné parametry provádění pilířů do výrobních protokolů. Na konci procesu má být vždy buď zhutněný pilíř, anebo nezhutněný drén, podle požadavku projektu. Kvalitu provedeného pilíře však bez záznamového zařízení nelze hodnotit. Z protokolu hutnicí soupravy musí být čitelné - hloubka pilíře, průběh hutnění v čase (kroky hutnění/ponory), spotřebovávaná energie, průběh dodávání plniva apod.
Vibrační soupravy jsou vybaveny integrovaným palubním systémem sběru dat. Tato data, jako je dosažená intenzita elektrického proudu a rychlost zdvihu vibrátoru, lze poté zaznamenat a zobrazit v reálném čase společně se stanovenými cílovými hodnotami na monitoru obsluhy v kabině stroje. Během procesu hutnění se automaticky zaznamenává celá řada výrobních parametrů jako je hloubka, spotřeba energie (el. proud) a rychlost zdvihu vibrátoru.
Čtěte také: Detailní pohled na mechaniku zemin
Prostorové a geotechnické aspekty
V rámci návrhu a volby realizační technologie jsou důležité geologické (geotechnické) poměry, resp. typ zeminy, kterou je třeba hloubkově vylepšit. Neméně významnou roli hraje výrobní proces, resp. je zásadní promyslet prostorové potřeby příslušných výrobních kapacit, tj. vlastní hutnicí mechanismus a poblíž něj zásobovací stroj (podávající štěrk). Vždy však musí být připravena dostatečně únosná a prostorná pracovní plošina, aby bylo možné bez přerušení pracovat.
Použít metody hutněných štěrkových pilířů pro zlepšení do hloubek méně než cca 2 m není obvykle ekonomické a přinese více práce než užitku. Taktéž považovat štěrkové pilíře a jejich chování při přenášení napjatosti vnesené do nich zatížením v hlavách za obdobné základové prvky, jako jsou velkoprůměrové piloty, je mylné. Čili požadovat zavázání (vetknutí) paty štěrkového pilíře do (polo)skalní horniny je zcela irelevantní.
Použití štěrkopískových pilot v protipovodňové ochraně
V posledních letech se vlivem velmi špatných, ba až tragických zkušeností s povodněmi na vodních tocích zahájilo také v České republice daleko masivnější budování protipovodňových opatření a děl. Podstatnou a mnohdy i zásadní protipovodňovou konstrukcí jsou podzemní těsnicí clony zabudovávané do podloží kolem toků nebo do jádra ochranné hráze. Metody vibroflotace byly v rámci protipovodňových opatření vyzkoušeny poprvé v 60. letech minulého století při sanaci stávajících ochranných hrází v Rakousku. Tyto hráze, budované pouze z písku bez hutnění, měly problém se změnou geometrie příčného profilu při velkých povodních, a proto se přistoupilo k provedení dodatečných opatření pro utěsnění hráze.
Vibroflotace využívá hloubkových ponorných vibrátorů s vodním výplachem za přidávání a vtlačování vhodného písčitého materiálu do tělesa hráze; tím se na jedné straně zvýší ulehlost písku v hrázi a na druhé straně se sníží propustnost. V případech, kdy je ochranná hráz budována dokonce ze štěrkovitého materiálu, se v podunajských zemích využívá i metody hloubkového vibračního zhutňování vibrátory s horizontální vibrací. Tehdy se zhutněním hráze, respektive rostlého podloží, přidáváním štěrkopískového materiálu až do hloubky například 10 m zlepšuje stav hráze a redukuje propustnost.
Moderní technologie pro těsnicí clony
Další možností, jak provádět podzemní těsnicí clony, je využití hloubkových ponorných vibrátorů s křídly. Tyto fungují na obdobném principu excentru s horizontální vibrací a vertikálního přítlaku pomocí pásového nosiče, ale jsou vybaveny dvěma tryskami pro nízkotlakou injektáž. Do vytlačeného prostoru (otvoru) je při vytahování vibrátoru vzhůru pomocí trysek vháněna těsnicí suspenze. V posledních 30 letech byla tato metoda použita v mnoha oblastech v Evropě, které jsou ohroženy povodněmi.
Čtěte také: Efektivní zakládání s vruty
Metody tryskové injektáže jsou dostatečně známé jako technologie pro podchycení základů budov, zajištění stavebních jam, těsnění základových spár atd. Firmy speciálního zakládání využívají však tuto metodu také k sanaci protipovodňových hrází nebo při budování nových těsnicích clon. Princip tryskové injektáže je dostatečně znám a spočívá v erozi zeminy vysokotlakým paprskem a následném mísení zeminy se suspenzí pojiva, respektive výplně. Takto lze vytvářet pilíře kruhového nebo půlkruhového průřezu. Nasazení technologie tryskové injektáže je vhodné, potřebujeme-li vytvořit těsnicí stěny do hloubek až například 25 m.
Další variantou je těsnicí stěna budovaná pomocí moderní technologie Deep Soil Mixing (DSM). U této metody dochází pomocí mechanického mísicího nástroje ke smíchání původní zeminy s přidanou suspenzí. Proces vytváření pilíře DSM se skládá ze dvou základních fází. Průměry vrtání, respektive míchání, se pohybují mezi 0,5 m až 2,4 m a dosahuje se hloubek až 15 m. Tuto metodu je možno využít vedle běžného zakládání objektů i pro budování dočasné nebo trvalé protipovodňové ochranné stěny.
Technologie speciálního zakládání Keller
Jako součást světového koncernu působíme v oboru speciálního zakládání staveb. Mezi naše činnosti patří založení staveb, zajištění stavebních jam, hloubkové zlepšování zemin, opěrné a těsnicí konstrukce, sanace základových konstrukcí, sanace sesuvů, hloubkové odvodňování a geotechnické konstrukce v rámci životního prostředí a podzemních staveb. Ovládáme a využíváme technologie jako vibrační nebo dynamické hloubkové zhutňování, Deep Soil Mixing, velkoprůměrové vrtané piloty včetně CFA pilot, maloprůměrové piloty (mikropiloty), Duktilní piloty, zemní kotvy, hřebíkování, různé druhy pažících stěn, injektáže včetně tryskové i kompenzační injektáže, těsnicí stěny včetně štětovnic, hloubkové odvodnění apod.
Pro všechny geologické poměry, jednoduché, složité, ale třeba i na poddolovaném, sesuvném území či na území s vysokou hladinou podzemní vody, disponujeme širokou škálou technologií speciálního zakládání pro hlubinné založení stavby. Nesprávné a nesmyslné je předpokládat, že plošné (povrchové) vyztužování geosyntetiky apod. zabrání stejně jako hloubkové zlepšení svislým deformacím, resp. sedání násypu. Moderní technologie slouží k předkonsolidaci zemin, jejich vyztužování moderními prvky. Pro podchycení objektu se užívá zejména trysková injektáž SOILCRETE®, mikropiloty nebo injektáž pod základy, což lze realizovat i z malých sklepních prostorů. Injektováním podloží metodou SOILFRAC® se dosáhne vyrovnání (zvedání) objektu do rovnovážného stavu.
Ekologická opatření
Metody speciálního zakládání se uplatňují i jako ekologická opatření pro ochranu životního prostředí k těsnění proti kontaminaci, kde je třeba uzavřít část horninového prostředí proti průniku nebezpečných látek v okolí chemických provozů v průmyslu, úložišť nebezpečného materiálu (nádrží, deponií, odkališť), ale i skládek, aby se zamezil průnik např. toxických látek. Kontaminované území dokážeme uzavřít podzemní těsnicí clonou, aby se tak zajistila ochrana podzemních vod.
Zajištění stability svahů a odvodňování
V našich přírodních poměrech se často setkáváme se sesuvy, kdy se poruší stabilita svahu, který se dostává do pohybu, čímž někdy vznikne i rozsáhlé sesuvné území. K prevenci vzniku sesuvů a zajištění svahu slouží řada opatření pomocí metod speciálního zakládání. Nejčastější příčinou vzniku sesuvu je voda. Snažíme se tedy o odvodnění nejen povrchových, ale i podzemních vod. Proti tlaku sesouvajících se hmot se budují stěny z velkoprůměrových pilot, kotvených do podloží, stejně tak i ze štěrkových pilířů, sloupů tryskové injektáže nebo Deep Soil Mixing. V územích s mělkou hladinou podzemní vody je třeba před výstavbou území odvodnit. K vysušení zamokřených území užijeme moderních zavrtávaných nebo vtlačených geodrénů, jimiž se urychlí konsolidace zemin a tím podaří jejich zpevnění.
Speciální zakládání staveb je obor, který vyžaduje maximálně těsnou spolupráci mezi realizací a projekční činností. Není proto problémem zhotovit projektovou dokumentaci nebo vypracovat posouzení jakékoliv úlohy speciálního zakládání staveb. Samozřejmostí je konzultační činnost pro obchodní partnery, investory nebo projekční kanceláře. Naši odborníci jsou také často přizváni k větším projektům Keller Group po celém světě. Stavíme ve více než 30 zemích na 5 kontinentech a tak máme finanční podporu, know-how, zkušenosti a kapacitu, abychom mohli řešit i některé z největších a nejnáročnějších projektů po celém světě.
| Metoda | Koeficient filtrace (m/s) | Flexibilita | Tuhost | Výhody | Omezení |
|---|---|---|---|---|---|
| Štětové stěny | Obvykle splňuje požadavek 10-8 | Nízká | Vysoká | Jednoduchá instalace, statická funkce | Cena oceli, překážky v podloží |
| Podzemní stěny (jílocementové/bentonitové) | Obvykle splňuje požadavek 10-8 | Střední | Vysoká (podobná milánským stěnám) | Pro masivní stěny, překonání balvanitých poloh | Vytěžená zemina se nahrazuje |
| Pilotové stěny | Lze zajistit malou propustnost primárních pilot | Nízká | Vysoká | Velká ohybová tuhost | Složitá instalace (primární/sekundární piloty) |
| Vibroflotace (písčité) | Až 10-6 | Nízká | Zvýšená | Zvýšení ulehlosti, snížení propustnosti | Nižší stupeň utěsnění oproti jílocementovým clonám |
| Vibroflotace (štěrkopískové, horizontální vibrace) | Redukce propustnosti (50% zvýšení ulehlosti) | Nízká | Zvýšená | Zlepšení stavu hráze, redukce propustnosti | Vyžaduje specifický materiál hráze |
| Hloubkové vibrátory s křídly a injektážní suspenzí | Velmi nízká (účinné těsnění) | Střední | Střední | Roztlačení zeminy, zhutnění, vhánění suspenze | Vyžaduje kontrolu spotřeby suspenze |
| Trysková injektáž | Velmi nízká | Střední | Vysoká (pilíře) | Pro neprůchodné polohy, sítě, dotěsnění | Přebytečná suspenze s rozmixovanou zeminou |
| Deep Soil Mixing (DSM) | Velmi nízká | Vysoká (smícháním se zeminou) | Střední až vysoká (větší šířka stěny) | Větší šířka stěn, homogenní promísení | Závislost na zemině a strojníkovi |
tags: #štěrkopískové #piloty #zakládání #staveb #keller #technologie