Armovia – opěrné zdi z vyztužené zeminy

• Foto

OBECNÝ PRINCIP KONSTRUKCÍ OPĚRNÝCH ZDÍ Z VYZTUŽENÉ ZEMINY

Třením mezi zeminou a výztuhami se smykové namáhání zeminy přenáší do výztuh, které jsou schopny mu svoji tahovou pevností vzdorovat. Vyztužený blok zeminy tak přenáší zatížení jako homogenní těleso. Vnější líc konstrukce nemusí být ani zapojen do přenášení působících sil a může sloužit pouze jako ochrana líce stěny před povětrnostními vlivy a lokální erozí. V počátcích byly používány výztuhy z ocelových pásků nebo mříží. Při řadě realizací se prokázala únosnost a ekonomika konstrukcí tohoto typu. Problémem však zůstávala protikorozní ochrana ocelových výztuh, a tak k masovému rozvoji technologií konstrukcí z vyztužené zeminy došlo ve světě až v devadesátých letech minulého století v souvislosti se širokým zaváděním výztužných prvků ze syntetických materiálů do stavební praxe.
Použití konstrukcí z vyztužené zeminy umožňuje výrazně zmenšit zábor pozemků, nutný pro zřízení klasického násypu. Zejména při potřebě vyšších opěrných zdí je návrh opěrné zdi z vyztužené zeminy podstatně ekonomičtějším řešením než klasické betonové opěrné zdi. Velkou výhodou těchto konstrukcí jsou podstatně menší nároky na únosnost základové půdy. Konstrukce bez problémů sleduje deformace přilehlého zemního prostředí. I v případě líce z deskových betonových prvků konstrukce snáší, vzhledem k vysoce rozdilatovanému líci, i poměrně značné hodnoty nerovnoměrného sedání.

KONSTRUKČNÍ SYSTÉM ARMOVIA

SSŽ v nedávné době realizovaly řadu konstrukcí opěrných zdí s využitím vyztužené zeminy. Pod názvem SSŽ AZ byl do stavební praxe zaveden systém opěrných zdí s lícem z velkoplošných betonových prefabrikátů. Jako výztuhy zemního bloku jsou používány pruhy geomříží z vysokohustotního polyetylenu Tensar RE. V současné době byl tento systém přejmenován na systém Armovia.

Popis systému
Lícová stěna opěrné zdi tohoto systému je tvořena slabě vyztuženými prefabrikovanými deskovými prvky tloušťky 18 cm. Skladebné rozměry typických prvků jsou 200 × 160 cm. Lícová strana prefabrikátu může být opatřena plastickým vzorem dle požadavků architekta. Do rubové strany betonových desek je zabetonován zárodek pruhu výztužné geomříže. Tento zárodek, vyčnívající cca 500 mm z rubu panelu, se pomocí speciálního spojovacího prvku nastaví do projektem stanovené délky. Pruh geomříže, o typické šířce 130 cm, je ukončen až ve vzdálenosti převyšující o kotevní délku vypočtenou polohu odpovídající smykové plochy (obr. 1).
Spodní řada desek se ukládá na betonový práh. Tento práh slouží pouze k vytvoření rovné montážní plochy a nemá statickou funkci základu. Může být proto podstatně subtilnější. Prefabrikáty vyšších řad se ukládají na pružné podložky zaručující vytvoření vodorovných spár. Svislé i vodorovné spáry mezi jednotlivými prefabrikovanými dílci mají tloušťku 20 mm. Svislé spáry jsou zezadu překryty pruhem geotextilie zabraňující vyplavování zeminy.
Tvar dílců je volen tak, aby do sebe navzájem zapadaly. Hrany betonových dílců jsou proto speciálně profi lovány. Pro výrobu je použit beton C 30/37, XF4, odolávající působení chemických rozmrazovacích prostředků.

Montáž konstrukce
Montáž lícových betonových prvků probíhá souběžně s jejich zasypáváním. Použitý konstrukční systém vychází z postupu, při němž se namontovaná vodorovná řada lícových prefabrikátů zasype nejprve zhruba do poloviny své výšky. Zásyp je obvykle prováděn po vrstvách o tloušťce 40 cm, což odpovídá vertikální odlehlosti výztužných geomříží. Každá vrstva se řádně zhutní. Po zhutnění nasypané vrstvy zeminy jsou na její povrch uloženy pruhy výztužných geomříží a napojeny na zárodky geomříží vyčnívající z rubové strany prefabrikátu (obr. 2). Každý pruh výztužné geomříže je pomocí sochoru ručně napnut a v tomto napnutém stavu zasypán. Násyp se tak zvýší o další vrstvu. Po zasypání lícového dílce do poloviny jeho výšky je možno namontovat dílce další řady. Tvar lícových prefabrikátů totiž předpokládá výškové přesazení sousedních dílců o polovinu výšky dílce. Po postupném nasypání dalších dvou vrstev jsou dílce další namontované řady zasypány opět do poloviny své výšky, mohou se osadit dílce další řady a postup se cyklicky opakuje. Montáž dílců přitom usnadňují svislé plastové tyče, vkládané do otvorů v dílcích spodních namontovaných řad. Prefabrikáty se při montáži provizorně fixují k dílcům předchozí řady, které jsou již spolehlivě zakotveny svými kotevními výztuhami do budovaného násypu.

REALIZOVANÉ STAVBY

První čtyři stavby byly tímto systémem realizovány na 8. úseku stavby dálnice D47. Systém byl aplikován do projektů zpracovaných SHP Brno ve spolupráci s firmou Geomat, dodavatelem výztužných geomříží.
Opěrné zdi SO 8242 a SO 8248 mají délku cca 140 m a nejvyšší výšku 5,8 m.
V rámci mostního objektu SO 8223 byla nájezdová rampa ohraničena mohutným křídlem z vyztužené zeminy o výšce dosahující 9,7 m. Objekty realizovaly SSŽ, závod Řevnice.
Specifickou konstrukcí je opěrná zeď na rozhraní úseků 7. a 8. stavby dálnice D47. Opěrná zeď zde byla rozdělena na dva stavební objekty, SO 8246 a SO 7280, projektované různými projekčními organizacemi a montované různými dodavateli s více než ročním časovým odstupem. Pro umožnění plynulého spojení obou částí musela být výška dříve smontované části zdi na konci postupně snižována do nuly. Přesto, že celkové sednutí podloží u dříve budované části zdi činilo, v okamžiku zahájení výstavby druhé části zdi, téměř 15 cm, podařilo se zeď bez problémů zrealizovat. Očekávané nerovnoměrné sedání málo únosného podloží nezpůsobilo na vysoce rozdilatovaném líci žádné poruchy. Spojením obou objektů tak vznikla opěrná zeď délky 170 m o výšce 10,05 m. Projekt zpracovávaly firmy SHP Brno a Pontex Praha, dodavateli stavby byly ODS – Dopravní stavby Ostrava a Strabag.
Na východním konci zeď navazuje na mostní objekt SO 8201. Krajní opěra tohoto mostu je ve své krajní části plošně založena přímo na spodní partii vyztuženého zemního bloku opěrné zdi. Spolu s terasovitě řešenými, nižšími opěrnými zídkami, budovanými rovněž z vyztužené zeminy, ale s lícem z drobných betonových tvarovek, se jedná o v ČR unikátní použití principu vyztužené zeminy pro výstavbu opěry mostu většího rozpětí.
Další konstrukcí, realizovanou v roce 2005, je opěrná zeď na přeložce silnice I/16 Vestřev – Chotěvice. Opěrná zeď zde přiléhá k opěře mostu přes Labe, tvoří mohutné křídlo mostu a zároveň umožňuje zachovat památkově chráněnou stavbu typického podkrkonošského roubeného stavení. Zeď je dlouhá 82,0 m s maximální výškou 10,30 m.
Konfigurace terénu si zde vyžádala navrhnout montážní práh v jedenácti různých výškových úrovních. Na základě požadavků památkářů byly použity lícové panely s lícem profi lovaným do struktury hrubé omítky. Projekt zdi zpracoval Pontex Praha, montáž provedly SSŽ, závod Řevnice.
V rámci budování přeložky silnice I/6 Karlovy Vary-západ byla vybudována opěrná zeď SO 251 (projekt Pontex Praha, montáž SSŽ, závod Řevnice).
V rámci výstavby mostu SO 215 na dálnici D3 – stavba 0306 byl systém použit pro výstavbu mohutného rovnoběžného křídla pravého mostu (délka 59,6 m s max. výškou 9,6 m) a typického trojúhelníkového šikmého mostního křídla. Obdobná konstrukce bude použita pro křídla levého mostu, jehož výstavba bude probíhat koncem roku 2008.

Největší doposud realizovanou stavbou byla opěrná zeď SO 252 na přeložce silnice I/7 Chomutov – Křímov. Opěrná zeď na přeložce I/7 u Chomutova patří svojí délkou 304 m, při nejvyšší výšce 14,4 m, mezi největší opěrné zdi v ČR, a proto si jí všimneme podrobněji.

OPĚRNÁ ZEĎ SO 252 NA PŘELOŽCE SILNICE I/7 CHOMUTOV – KŘÍMOV

Silnice I/7 stoupá z Chomutova na hřeben Krušných hor. Zvyšující se provoz směrem k hranicím se SRN si vyžádal zřízení přeložky této komunikace. Nová čtyřpruhová komunikace, vybudovaná v profi lu odpovídajícímu kategorii R 24,5, převádí provoz mimo město Chomutov a zároveň podstatně zlepšuje sklonové a směrové vedení původní trasy. Stavba široké čtyřpruhové komunikace v náročném horském terénu si vyžádala výstavbu řady náročných inženýrských objektů. Jedním z nich je nesporně i mohutná opěrná zeď v km 4,038–4,341.

Situace stavby
Silnice stoupá v podélném sklonu 5,9 % směrem ke hřebenu Krušných hor. Poměrně značný příčný sklon původního terénu způsobil, že široké násypové těleso komunikace dálničního typu muselo být směrem do údolí ohraničeno vysokou opěrnou zdí. Opěrná zeď na svém jednom konci zároveň tvoří křídlo mostního objektu, převádějícího komunikaci přes jednokolejnou trať ČD Chomutov – Vejprty. Sklon původního terénu v příčném řezu komunikace, velká šířka budované komunikace a skutečnost, že v daném prostoru trasa přeložky překonává terénní depresi, způsobily, že potřebná výška opěrné zdi dosahuje v nejvyšší části až 14,2 m. Vzhledem k značné délce zdi, její velké výšce a požadované krátké době výstavby byla pro její výstavbu navržena technologie založená na principu vyztužené zeminy. Opěrná zeď má délku 304 m, její výška se pohybuje v převážné části kolem 10 m a dosahuje maxima až 14,2 m. Plochou svého líce 3.104 m² se tato konstrukce stala patrně největší stavbou z vyztužené zeminy realizovanou na území ČR.

Účastníci výstavby
Projektovou dokumentaci objektu ve stupni DSP zpracovala firma Pontex Praha. Prováděcí dokumentaci zajistila firma Valbek, středisko Karlovy Vary, statickou kontrolu návrhu provedla společnost Geomat Brno, geotechnický dozor zajišťovala fi rma SG-Geotechnika, vyšším dodavatelem a dodavatelem zemních prací byly SSŽ, závod Karlovy Vary, výrobu lícových prefabrikátů a montáž zdi zajišťovaly SSŽ, závod Řevnice.

Základové poměry
V místě stavby se pod pokryvnou humózní vrstvou nacházely zvětralé a navětralé pararuly postupně s větší hloubkou přecházející do pevnějšího skalního podloží. Podloží se vyznačovalo značnou puklinatostí. Geotechnický průzkum zjistil lavicovou odlučnost skalního podloží s lavicemi nepříznivě skloněnými ve směru příčného sklonu terénu. Úroveň základové spáry byla proto volena hlouběji pod terénem a pro spodní partie vyztuženého zemního tělesa byl vytvořen skalní odřez.
Po otevření stavební jámy byl v deštivých obdobích zjištěn poměrně značný přítok puklinové vody ze skalního odřezu, zejména v oblasti příčné terénní deprese, kde zeď dosahuje nejvyšší výšky. Z důvodu nedostatečné propustnosti materiálu zásypu vyztuženého zeminového bloku byl mezi vlastní blok a stěnu skalního odřezu proveden v celém rozsahu zdi drenážní štěrkový komín umožňující svedení vody pronikající puklinami skalního masivu do podkladního štěrkového polštáře. Zároveň bylo posíleno navržené odvodnění podkladního štěrkového polštáře v nejnižší oblasti základové spáry.

Založení
Opěrné zdi z vyztužené zeminy se obvykle obejdou bez speciálních základových konstrukcí. Pro betonový líc je nutné vytvořit montážní betonový úložný práh pro uložení spodní řady lícových dílců. Povrch prahu je v podélném směru vodorovný s případnými výškovými odskoky sledujícími podélný sklon terénu. Sklon terénu a délka zdi v našem případě vedla k nutnosti zřízení 35 různých výškových úrovní úložného prahu. Časté výškové odskoky tak způsobily, že konstrukce prahu je poněkud masivnější než v obvyklých případech. Pod vlastním zemním blokem byl zřízen mohutný štěrkový drenážní polštář, odvodňovaný trubkami vyústěnými do svahu pod opěrnou zdí. Drenážní polštář byl překryt separační geotextilií. Příčný řez konstrukcí je znázorněn na obr. 3.

Vyztužený zemní blok
Pro výstavbu vyztuženého zemního bloku bylo potřeba 23.000 m³ zásypového materiálu. V souladu s předpoklady statického výpočtu byl požadován materiál s úhlem vnitřního tření 38 °. S výhodou bylo použito poloskalního a skalního materiálu, vytěženého v sousedních mohutných zářezech. Tento materiál byl mobilní drtičkou předrcován na vhodnou granulaci. Materiál byl ukládán a hutněn ve vrstvách silných 40 cm, což odpovídalo svislé odlehlosti jednotlivých vrstev výztužných geomříží. Za rubem lícových panelů a na přechodu mezi vyztuženým blokem a stěnou skalního odřezu byly vytvářeny drenážní komíny ze štěrkodrti.

Postup prací
Práce byly zahájeny na jaře roku 2006 výkopy a vytvářením potřebného skalního odřezu pro založení zdi. Následně byl zřizován úložný betonový práh pro spodní řady prefabrikátů a drenážní štěrkový polštář postupně od nejnižších etáží zdi. Začátkem května začala vlastní montáž nejnižších etáží zdi. S montáží se začalo v místě nejníže položené základové spáry. Stavba rostla postupně po vodorovných vrstvách. Podélný sklon terénu i koruny zdi umožnil proudový postup výstavby. Montáž a nasypávání spodních etáží zdi mohly být zahájeny ještě před dokončením úložného prahu a drenážního polštáře v místě vyšších etáží. Také práce na ukončení koruny zdi a pomocných konstrukcích pro ukotvení římsy mohly v nižší části zdi probíhat ještě před dokončením montáže výše položených partií zdi.
Byla snaha dodržet postup, při němž by byl vždy jeden den prací věnován montáži dílců a následný den jejich zasypávání. Pro dodržení tohoto postupu bylo nutno ve špičkových dnech namontovat až 40 dílců denně. Prakticky celá montáž proběhla během 3 měsíců, poslední dílce byly namontovány a zemní těleso dosypáno do 9. 8. 2006. Vlastní trasa přeložky tak mohla začít sloužit pro staveništní dopravu k obsluze dalších objektů na trase. V líci konstrukce byly osazeny měřické body pro umožnění kontroly případného pohybu líce zdi. Prefabrikovaná římsa ukončující objekt a vozovkové souvrství byly dokončovány až v jarních měsících roku 2007, po ověření, že již došlo k dokonalé aktivizaci výztuh a nedochází k pohybům líce zdi.

Technology of steep slopes construction, bearing walls and bridge abutments of reinforced soils spread in the mid-1960s, fi rst mainly in France. The principle of this method is the replacement of massive concrete bearing structures by compacted earth block, in which the earth characteristics are improved by inserted reinforcement system. Reinforcements of the earth block transmit the shear stress of the earth and by its tensile strength, they take over the affecting horizontal forces.

Autor

• Ing. Ledvina Luděk