Problematika zakládání staveb provází obyvatele naší planety odedávna. Dávná společenství i my v současnosti si celkem logicky vybíráme pozemky s jednoduchými základovými poměry. Nicméně, s vývojem vědy a techniky se situace mění, a proto se dnes buduje i na místech, která byla dříve považována za nevyužitelná nebo problematická z hlediska inženýrskogeologických, hydrogeologických či klimatických poměrů, konfigurace terénu, vodního režimu nebo přístupu stavební mechanizace.
Charakteristika složitých základových podmínek
Mezi problematické a dříve často nevyužitelné lokality patří například poddolovaná území, kde se geotechnici musejí zabývat nepříznivými projevy, jako jsou propady, závaly, nerovnoměrné sedání objektů na povrchu a podobně, ať při návrhu nových základových konstrukcí nebo při jejich sanacích. Respekt vzbuzují sesuvná území nebo oblasti, které jsou k sesuvným projevům náchylné geologickou nebo hydrogeologickou skladbou či morfologickým vývojem. Samozřejmě sem patří i antropologické vlivy. Některé oblasti a území zahrnující i významné rozlohy států nebo okolí vodních toků s častým výskytem povodní jsou periodicky nebo stále zaplavovány vodou. Zde je téměř vždy pro všechny nově budované objekty třeba zajistit kvalitní založení vzhledem k destrukčním vlivům vodního proudu nebo desítkám metrů neúnosných fluviálních sedimentů. Další problematické oblasti z hlediska zakládání jsou ty, kde se v podstatné míře vyskytují podloží tvořená organickými zeminami nebo již zmíněnými velmi měkkými sedimenty. V České republice známe mnoho případů, kdy dochází k poruchám vlivem špatného, respektive neodpovídajícího způsobu založení v prostředí objemově nestálých zemin. Fenoménem posledních let je stavění na plochách, které vznikají rekultivací starých řízených i divokých skládek či v místech výskytu navážek velkých mocností (více než 3 m). Plochy s ekologickou zátěží, respektive skládky s kontaminací, lze povětšinou řešit jen pomocí displacementových metod, neboť jakýkoliv vývrtek nebo výkopek, který se musí dekontaminovat, se vždy stává velmi nákladnou překážkou. Samostatnou a v moderním stavebnictví podstatnou kapitolou jsou oblasti se seizmickou nebo nadměrnou dynamickou aktivitou.
Geotechnický průzkum pro složité podmínky
Zakládání staveb se zabývá návrhem, stavbou a kontrolou základů staveb, popřípadě i jejich sanacemi a rekonstrukcemi. Další zájmovou oblastí jsou potom stavební jámy, které tvoří nedílnou součást základů staveb. Jejich budování bývá mnohdy náročnější než výstavba vlastních základů realizovaná ze dna těchto jam. Do oboru zakládání staveb náleží i metody zlepšování vlastností základové půdy a nejnověji též zemní konstrukce a environmentální stavby. Základy jsou nejspodnější částí stavby, jimiž stavba přichází do styku s nejpřirozenějším stavebním materiálem, kterým je základová půda.
Fáze geotechnického průzkumu
Geotechnický průzkum na konkrétním staveništi vychází z projektu průzkumných prací, který by měl plánovat technické práce průzkumu, rozsah a četnost zkoušek základových půd, a to zejména na základě důkladné znalosti účelu, pro nějž se provádí.
- Předběžný průzkum: Vždy má zahrnovat důkladnou prohlídku staveniště a jeho okolí, studium archivních materiálů (rešerše např. z Geofondu) a seznámení se stavebním záměrem. Jen zcela výjimečně se provádějí odkryvné terénní práce, nicméně nepřímé průzkumné metody (geofyzikální měření) jsou relativně časté.
- Podrobný průzkum: Zahrnuje již vesměs veškeré práce potřebné k získání co nejúplnějších poznatků o geotechnických poměrech na staveništi. Je zpravidla podkladem pro projekt DSP a musí vždy správně odhalit nejdůležitější geotechnická rizika příslušného staveniště s ohledem na druh a rozsah plánované stavby. Mezi jeho součásti patří:
- Využití poznatků z průzkumu předchozího (předběžného).
- Dostatečný rozsah odkryvných technických prací (jádrových vrtů vč. odběru vzorků zemin i podzemní vody, popř. sond kopaných).
- Polních zkoušek penetračních, popř. pressiometrických vč. geologické stratigrafie do potřebné hloubky.
- Doplňkový průzkum: Bývá realizován v těch případech, kdy při plánovaných pracích průzkumu podrobného dojde k takové situaci, že vzniklý geotechnický problém nelze uspokojivě objasnit, nebo v případech výrazné změny ve tvaru, statickém působení, či umístění stavby.
Metody zkoušek základových půd
V rámci geotechnického průzkumu jsou plánovány zkoušky základových půd, a to jak laboratorní (pro které je třeba odebrat příslušné vzorky, porušené i tzv. neporušené), tak i polní. K polním zkouškám v našich podmínkách řadíme např. sondy penetrační, které jsou jednak dynamické, jednak statické.
Čtěte také: Výhody a nevýhody zemních vrutů při stavbě plotu
Dynamické sondování: Principem dynamického sondování je zarážení jistého hrotu na konci soutyčí určitými dynamickými rázy, přičemž se určuje počet úderů potřebných na zaražení o 200 mm. Na základě počtu úderů lze usuzovat na některé globální vlastnosti základové půdy, tzn. v případě zemin jemnozrnných na konzistenci a v případě zemin hrubozrnných na ulehlost.
Statická penetrace: Základem statické penetrace je kontinuální zatlačování penetrační sondy skládající se ze speciálního hrotu a sady penetračních trubek, a to konstantní rychlostí kolem 20 mm·s-1. Odpor, který základová půda klade vnikání penetrační sondy, je pak rovněž jistým měřítkem kvality a vlastností zeminy. Tento totální odpor Qt se skládá z odporu na kuželovém hrotu qst a z lokálního tření na plášti sondy fs.
Závěrečná zpráva geotechnického průzkumu
Závěrečná zpráva o geotechnickém (inženýrskogeologickém) průzkumu, jež má obvykle část textovou a přílohy, má zhodnotit výsledky všech provedených průzkumných prací a odpovědět na všechny otázky týkající se geotechnických podmínek staveniště. Musí obsahovat souhrn tzv. odvozených vlastností základových půd, které jsou základním podkladem pro stanovení charakteristických hodnot geotechnických parametrů základových půd.
Hlavním cílem geotechnického průzkumu je poskytnutí takových údajů o geologických a hydrogeologických poměrech staveniště a jeho okolí, jakož i o vlastnostech základové půdy, jež umožní technicky správný, ekonomicky přijatelný a časově i technologicky proveditelný návrh geotechnické konstrukce za výrazné redukce geotechnických rizik spojených s tímto návrhem i jeho realizací.
Metody zakládání staveb ve složitých podmínkách
Hledala se řešení spočívající v nalezení jiné geotechnicky jednodušší lokality nebo jiné trasy dopravní stavby. Samozřejmě velmi jednoduché a nenáročné stavby zde byly a mohly být budovány, avšak výstavba náročných objektů a inženýrských staveb byla vždy závislá na moderních a nadstandardních metodách zakládání staveb. Dosti těžko přicházely a přicházejí do úvahy metody klasického, respektive plošného zakládání, neboť únosné a stabilní podloží zde převážně nebývá v odpovídajícím dosahu. Proto bylo a je nutné využít hlubinné zakládání nebo hloubkové zlepšování zemin, které tyto podmínky zajistí.
Čtěte také: Alternativa k betonování: Zemní vruty
Hlubinné zakládání
Hlubinné zakládání v současnosti již zcela reprezentují pilotové základy nebo podzemní stěny. Piloty nacházejí využití velmi rozsáhlé, často až neodpovídající potřebám geotechnického problému. Jisté však je, že bez vrtaných velkoprůměrových pilot by bylo již v podstatě nemyslitelné zakládat do nepříznivých geologických podmínek staticky náročné konstrukce. Jsou známy případy zakládání na pilotách délky do 150 m (Hongkong) nebo průměrů až 3 m (USA). Objevují se další moderní typy pilotáží, zdokonalily se především technologie provádění velkoprůměrových železobetonových pilot. Problémy s přenosem velkých zatížení do větších hloubek přes neúnosné vrstvy lze rovněž vyřešit lamelami podzemních stěn, avšak nezbytnost použití pažicích suspenzí tuto metodu eliminuje, proto je jednoznačně efektivnější pro konstrukce pažicí. Prvky hlubinného zakládání, jako jsou piloty a podzemní stěny, dramaticky změnily k lepšímu možnosti sanování a zajišťování svahů proti sesuvům.
Hloubkové zlepšování zemin
Z důvodu vzrůstající potřeby využití podmínečně vhodných i nevhodných základových půd nacházejí v poslední době stále širší uplatnění jak ve světě, tak i v České republice metody hloubkového zlepšování zemin. Princip těchto metod spočívá ve vylepšení fyzikálních, mechanických, deformačních či chemických vlastností zemin, tvořících dané podloží. V minulosti jsme se setkávali s řešením podobných úloh pouze pomocí hlubinného zakládání na pilotách, méně často pak s výměnou zeminy či pouze s jejím povrchovým zlepšením (například vápnění).
Přenos zatížení několik desítek metrů hlubokými základovými prvky (piloty a podobně) tak, aby dosáhly únosného podloží, může být velmi neekonomický a vpravdě i zbytečný. Využití zemin stávajícího podloží vyvažuje náklady na výkopy a vývrtky zemin spojené s jejich odvozem a uložením na skládku. Tímto způsobem lze zakládat konstrukce všeho druhu. V některých přímořských zemích je trvalou snahou získávat nové plochy na úkor moře, což rovněž přináší potřeby hloubkové úpravy podloží, respektive mořského dna.
Typy metod hloubkového zlepšování
- Předkonsolidace násypem nebo dynamická konsolidace pomocí ubíjení závažím (historicky prověřené metody).
- Hloubkové vibrování: Podstatou těchto metod je využití hloubkového vibrátoru jako zdroje mechanické energie, kterou se upravují mechanicko-deformační parametry zemin i v hloubkách, v nichž již nelze dosáhnout požadovaného efektu tradičním povrchovým způsobem. Metody hloubkového vibračního zhutňování jsou snadno přizpůsobitelné a prováděcí doby jsou poměrně krátké. Následné stavební práce mohou probíhat v krátkých časových odstupech a na zlepšené základové půdě se poté pracuje jako při standardním plošném zakládání. Z tohoto důvodu jsou tyto metody zvláště hospodárné.
- Vyztužování podloží: Provádí se pomocí ocelových prvků nebo především pomocí již dnes obvyklých štěrkových pilířů.
- Hloubkové míchání (Deep Soil Mixing - DSM): Jedná se o mechanické hloubkové míchání zemin, které může mít rozličné postupy a výrobní procesy. Metoda je náročná a je závislá na návrhu správné receptury, tedy na mísicí energii, množství a druhu pojiva a dalších faktorech.
Příklady realizací ve složitých podmínkách
Nedostatečná technická a technologická vybavení, respektive znalosti nedovolovaly dříve budovat či zakládat mosty nebo estakády jako například v Normandii nebo Velký Belt v Dánsku. Mrakodrapy v Hongkongu by v místních měkkých sedimentech nikdy nemohly dosáhnout tak úžasných výšek. Velmi aktuální je budování umělých Palmových ostrovů ve Spojených arabských emirátech, kde si požadovaný efekt bez nasazení metod hloubkového zlepšování nelze vůbec představit.
- Most My Thuan Bridge v jižním Vietnamu: Ilustračním příkladem nezbytného založení na pilotách může být výstavba mostu přes řeku Mekong My Thuan Bridge, která probíhala v letech 1997 až 2000. Jedná se o dálniční most s celkovou délkou 1 535,2 m. Bez existence a možnosti nasazení pilotáže by nebylo možné vyrobit základové prvky pylonů v toku řeky. Ty jsou založeny na 16 kusech pilot průměru 2,50 m a délky asi 92 až 94 m. Piloty překonávají desítky metrů říčních sedimentů a až 28 m hloubky vodního toku.
- Areál bývalé královopolské cihelny (dnes obchodní centrum Tesco) v Brně: Areál byl pro stavební účely odbornými stavebními kruhy dlouho vnímán vzhledem k inženýrskogeologickým poměrům jako zcela nevhodný. Bylo třeba zabezpečit svahy při zářezu hloubky až 30 m a výšky až 10 m do tehdejší figury svahů, kdy svah na východní straně byl postižen rozsáhlým fosilním sesuvem, rozděleným do mnoha dílčích, které z důsledků klimatických a antropogenních vlivů opakovaně procházely stavem mezní rovnováhy. Řešení sanace a úpravy svahů se nakonec ukázalo jako vyhovující proto, že se využilo na jedné straně moderních produktů (vrtané železobetonové piloty o průměru 1 220 mm a délce maximálně 16,5 m), na druhé straně klasických postupů.
- Hypermarket Carrefour (dnes Tesco) v Brně - Králově Poli: V rámci výstavby hypermarketu Carrefour v roce 2004 byla vybudována i křižovatka s mostem v prostoru retenční nádrže-močálu Červený mlýn. Podloží pod násyp výšky asi 4 m zde bylo proto třeba zlepšit štěrkovými pilíři, neboť holocenní navážky a organické sedimenty v nádrži by vzhledem k extrémně krátkému termínu zprovoznění komunikace (4 měsíce) vykazovaly nadměrné sedání.
- Větrná elektrárna v Polsku (použití mokrého procesu DSM): Tři 78 m vysoké turbíny nové větrné elektrárny zakládané ve velice špatných geologických podmínkách. Přímo pod úrovní základové spáry byl zastižen měkký prachovitý jíl o mocnosti vrstvy až 5,5 m. Pro eliminaci nerovnoměrného sedání byl navrhnut a proveden základový systém s použitím 88 pilířů DSM o průměru 80 cm.
- Komerční a zábavné centrum v Polsku (použití mokrého procesu DSM): Založení několikaposchoďového komerčního a zábavného centra se zatížením až 16 500 kN na 187 základových patkách. Exkluzivní projekční a stavební návrh zahrnoval provedení 2 793 pilířů DSM o průměru 90 cm a celkové délce 15 082 m. Pod základovou spárou se vyskytovala kyprá vrstva navážky o mocnosti až 1,5 m, místy tvořená organickou zeminou.
Bezpečnost a regulace zemních prací
Mezi nejčastější příčiny závažných a smrtelných pracovních úrazů jsou zemní práce. Je nezbytné přijmout opatření proti sesutí výkopů (druh pažení, sklony svahů výkopů apod.). Dále je třeba provádět zemní práce, které zahrnují vytýčení tras technické infrastruktury podle stavebního zákona. Je nutné zajistit měření koncentrace par nebo plynů, zajistí měření jejich koncentrace, stanovených jejich vlastníky nebo provozovateli. Projedná zhotovitel s provozovatelem, popřípadě vlastníkem vedení.
Čtěte také: Jak na hydroizolaci proti zemní vlhkosti?
Bezpečnostní opatření
- Před zahájením zemních prací musí být označeny podzemní a nadzemní překážky nacházející se na staveništi.
- Pokud je třeba snížení hladiny vody, musí být přijata opatření proti pádům fyzických osob do vody.
- Výkopy, kde hloubka přesahuje 1,3 m, musí být zajištěny proti pádu fyzických osob do hloubky. K tomu lze využít zábradlí včetně zarážky pro slepeckou hůl.
- Pokud se komunikace přibližuje k okraji výkopu na vzdálenost menší než 1,5 m, musí být zajištěna proti pádu osob po jedné straně, v ostatních případech po obou stranách.
- Zábrany smí být přerušeny pouze v místech přechodů nebo přejezdů.
- Sestup a výstup z výkopu se provádí pomocí žebříků, schodů nebo šikmých ramp, které musí být opatřeny příčnými lištami nebo zarážkami.
Ve všech uvedených lokalitách a v nepřeberném množství jim podobných se dříve nedaly náročné konstrukce zakládat, a tudíž ani plánovat. Typickým příkladem nepříznivých inženýrskogeologických poměrů, se kterými se bylo nutné vyrovnat pomocí moderních metod speciálního zakládání tak, aby bylo možné založit plánované stavby, jsou například lokalita bývalé královopolské cihelny v Brně - Králově Poli i delta řeky Mekong v jižním Vietnamu, stejně jako neřízené skládky po celém území ČR a výsypky v severních Čechách.
| Metoda zakládání/zlepšování | Princip | Výhody | Příklady použití |
|---|---|---|---|
| Pilotové základy | Přenos zatížení do únosných hloubek pomocí sloupů. | Vhodné pro staticky náročné konstrukce v nepříznivých geologických podmínkách. | Mosty (My Thuan Bridge), mrakodrapy, sanace svahů. |
| Podzemní stěny | Vytvoření podzemní konstrukce pro přenos zatížení nebo pažení. | Účinné pro konstrukce pažení a přenos velkých zatížení. | Pažící konstrukce, hlubinné základy. |
| Hloubkové vibrování | Úprava mechanicko-deformačních parametrů zemin pomocí vibrátoru. | Rychlá proveditelnost, hospodárnost, možnost následných stavebních prací v krátkých intervalech. | Zhutňování velkých ploch, příprava podloží pod násypy. |
| Štěrkové pilíře | Vyztužování podloží štěrkovými pilíři. | Zlepšení únosnosti a snížení sedání organických zemin a sedimentů. | Založení křižovatky s mostem v Brně (retenční nádrž Červený mlýn). |
| Deep Soil Mixing (DSM) | Mechanické hloubkové míchání zemin s pojivem (cement, vápno). | Vylepšení fyzikálních a mechanických vlastností zemin. | Základy větrných elektráren, komerčních center (Polsko). |
tags: #zemní #práce #a #zakládání #staveb #ve