Nádraží v Garmisch-Partenkirchenu – těsnící injektáže konstrukcí

• Foto

Následné utěsnění inženýrských staveb pomocí aplikace injektážního gelu do podloží v blízkosti stavby je směrodatná technologie, kterou vyvinula DB AG. Je založena na již 40 letech zkušeností v Německu a je známa jako gelová injektáž i v jiných oblastech.

MÍSTNÍ POMĚRY
Nádraží Garmisch-Partenkirchen leží na trati Mnichov – Mittenwald. Podchod pod nástupištěm leží na drážním kilometru 100,527. Podchod pro pěší na drážním kilometru 100,527 podchází celé kolejiště od Bahnhofsplatz až po Olympiastraße (Zugspitzbahn) jako komunikace lokálního charakteru.

Podchod pod nástupištěm se skládá z přemostění z válcovaných nosníků v betonu na železobetonových opěrných stěnách a byl postaven v roce 1912. Byl mnohokráte rozšiřován a přestavován. V roce 1939 byl prodloužen o 30,50 m. V roce 2002 bylo schodiště mezi 6. a 7. kolejí demontováno a uzavřeno železobetonovým rámem. Osm let poté, v roce 2010 byl podchod prohlouben.

Stavba je odvodněna pomocí odtoků ve sběrných vedeních a drenážních šachtách. Plošný vstup vody tím úplně zabráněn být nemohl. V délce cca 21 m docházelo po silných deštích vždy znovu k vnikání vody. Tato netěsnost měla být odstraněna.

Plánováním utěsňovacích opatření byli pověřeni inženýři firmy Emch+ Berger GmbH z Norimberku. Původně vycházeli z toho, že k vnikání vody do podchodu dochází přes pracovní spáru mezi stěnami a základem. Tato pracovní spára byla totiž při prohloubení podchodu v roce 2010 obnažena. Poté začalo docházet k vnikání vlhkosti.

V roce 2011 byly postižené pracovní spáry opěrných zdí zatěsněny dle známých technických pravidel. Tato injektážní opatření, normovaná v technických směrnicích pro dopravní stavby, zůstala však bezvýsledná. A tedy byly požadovány alternativní postupy.

Zkoumání podloží ukázalo, že těleso stavby je obklopeno vodonepropustnou vrstvou jílu. Tato blokující vrstva mohla být považována jako možná příčina trvalého zadržování vody. Aby bylo možno zajistit přirozený odtok průsakové vody touto blokující vrstvou, byly v roce 2012 cca 1,0 m za opěrnými zdmi vyvrtány jímací studny. Nicméně i toto opatření zůstalo bez trvalého úspěchu.

Zadání úlohy teď znělo: utěsnit opěrné zdi proti hromadící se vodě pomocí plošné injektáže. 

PLÁNOVANÁ INJEKTÁŽNÍ OPATŘENÍ
Na základě vlastních zkušeností [1] byla uvažována proveditelnost gelové injektáže. Účinné utěsnění stavby mělo být docíleno injektáží nízkoviskózní hydrostrukturní pryskyřice v oblasti vodopropustných ploch. Zvolený injektážní systém MC-Injekt GL-95 TX se do té doby již osvědčil na mnohých inženýrských stavbách se zásypem zeminy jako na příklad u železničních nadjezdů a prokázal svou dlouholetou účinnost v praxi.

Z těchto zkušeností pak vyšel plánovací modul Německých drah (Deutsche Bahn) [2] pro aplikaci gelu. Pro injektážní opatření na nádraží Garmisch-Partenkirchen byl zvolen hybridní gel s větším podílem pevných částic MC-Injekt GL-95 TX-TR, aby se vzaly v úvahu zvláštní vlastnosti objektu. Výrobek se ji např. osvědčil na tunelu Katzberg, mnohem větší inženýrské stavbě Německých drah.

Plánované injektáže hydrostrukturními pryskyřicemi byly doplněny předinjektáží cementové suspenze Centricrete FB, která se injektovala jako první s cílem uzavření větších trhlin a dutin v konstrukci. Cementové suspenze mají však své hranice díky jejich zrnitosti resp. jemnosti mletí. V souladu s příslušnými předpisy [2], je injektovatelnost takovýchto minerálních suspenzí omezena na vstupní šířku trhliny 0,8 mm a nejmenší šířku trhliny, kterou lze ještě zatěsnit, na 0,2 mm. Zbývající část trhliny od šířky 0,2 mm až po její kořen tak zůstává nevyplněna, a tím je dále propustná pro vodu. Právě v této oblasti tak hydrostrukturní pryskyřice MC-Injekt GL‑95 TX-TR doplnila celý injektážní systém a utěsnila trvale zbývající cesty pro prostup vody.

Sächsische Bau GmbH, NL Chemnitz, jako vybraná provádějící firma zodpovědná za celou stavební akci vyvrtala do opěrných stěn injektážní kanály o průměru 20 mm. Nejspodnější řada byla vrtána šikmo přes pracovní spáru, aby bylo možno výrazné netěsnosti v této oblasti bezpečně injektovat. Úplné provrtání konstrukce musela však být zabráněno, aby se zamezilo bezdůvodné perforaci. Vrty měly končit nejméně 10 cm před zadním lícem opěrné zdi. Pro prováděcí podnik rutinní úloha však přesto vyžadovala vysokou pozornost personálu.

Po provedení vždy cca 20 vrtů bylo prováděno propláchnutí injektážních kanálů tlakovou vodou. Na základě poté vzniklého výstupního povrchového zvlhnutí bylo možno zkontrolovat překrytí oblastí na stavebním díle. Z toho pak plynul závěr o účinnosti zvoleného rastru a umožnil odhad očekávané spotřeby materiálu. Tlakové propláchnutí se provedlo vždy před injektáží cementové suspenze a ještě jednou před injektáží hydrostrukturní pryskyřice. Ve výsledku pak během provádění prací uložil objednatel provedení další vrtů, aby se rastr zahustil.

Základ pro provádění prací tvořily technické směrnice ZTV-ING [3] jakož i doplňující pokyny návodu pro injektážní utěsňování staveb [4], které sestavila Studijní společnost pro podzemní dopravní stavby. Zpracování všech výrobků bylo provedeno předpisově dle údajů pro provádění prací a dle technických návodů výrobce materiálu MC-Bauchemie.

VÝKONOVÉ ATRIBUTY NAPLÁNOVANÝCH INJEKTÁŽNÍCH MATERIÁLŮ
Někdy jsou dutiny ve stavebních dílcích z betonu či z jiných materiálů tak velké, že by měly být před injektáží hydrogelem uzavřeny cementovou suspenzí. Stejně tak tomu bylo v Garmisch-Partenkirchenu. Cementové suspenze utěsňují vedle svého zpevňujícího účinku v rozsahu odpovídajícímu vodonepropustnému betonu. Navíc pak podporují samohojitelnost betonu. Kvůli jejich materiálově specifickým hranicím injektáže je potřebná kombinace s umělými reakčními pryskyřicemi s nižší viskozitou, kterými je možno zbývající poruchová místa utěsnit.

Cementové suspenze jsou v rozsahu svých materiálově specifických mezích vhodné pro pevnostní a utěsňovací vyplňování trhlin a dutin. Vyžadují obzvláštní pozornost od přípravy suspenze až po dodatečnou injektáž, aby bylo možno optimálně využít výkonnostní parametry, které jsou k dispozici. Obzvláště pak proto, že se jedná o známé, domněle jednoduché pojivo.

Suspenze vhodné pro injektáž vzniká teprve koloidním disociací cementových částic. Vysoce výkonnými míchačkami lze zavést vysokou směšovací energii, aby se tak po dostatečné době míšení všechny cementové částice v kapalině zasíťovaly a rozprostřely. Během injektáže mohou v závislosti na tlaku vytvrzovat nebo segregovat. Omezí-li se injektážní systém na nízkotlakou oblast, dosáhnou se velmi dobré výsledky injektáže. To ukazují i výsledky na podchodu pod nástupištěm. Na základě spotřeby materiál, nárůstu injektážního tlaku a výstupu cementové suspenze v sousedních pakrech bylo možno zatěsnění dutin kontrolovat.

Předností hydrostrukturních pryskyřic je především viskozita podobná vodě, vynikající injektovatelnost jakož i krátké, ovladatelné reakční časy, které umožňují kontrolovat schopnost zatékání. Nakonec je pak dodatečnou recepcí vody a ukládáním vody (schopnost bobtnat) zajištěno účinné utěsnění vůči tlakové vodě. Na základě rozsáhlého chemického zasíťování a s vodou reagujícími bočními řetězci zůstává výsledný produkt reakce s výraznou hydrostrukturou měkký a elastický.

Polymermetakryláty na vodní bázi se používají za vhodných okrajových podmínek pro zatěsňování trhlin a dutin v betonu, zdivu a stavebním podloží (injektážní závoj). Při použití konstrukcí ze stavebních dílců se lepších výsledků dosáhne hydrostrukturními pryskyřicemi s plnivy tvořenými vysokým obsahem pevných částic. U těchto produktů je voda u B-složky nahrazena vodní polymerovou disperzí. Tím se smrštivost a přilnavost výrazně zlepší.

Hydrostrukturní pryskyřice dle nejnovějšího stavu techniky vykazují obzvláštní vlastnosti:

Reaktivita
Hydrogely se skládají z dvousložkové kombinace polymermetakrylátové pryskyřice, která v krátkém, ovladatelném čase ztuhne. Tak zůstává reakce ve značném rozsahu neovlivněná vnějšími okolnostmi a je v injektážním mediu bezpečně ovladatelná. 

Elasticita
Měkce elastické pevné těleso lze ve značném rozsahu utvářet.

Bobtnatelnost
Volné, vodu vázající řetězce umožňují fyzikálně zdůvodněné bobtnání. Nepatrným přítlačným tlakem se hydrostrukturní pryskyřice přitlačuje na kontaktní plochy a tím se i zvyšuje těsnící účinek. 

Kombinovatelnost
Přidáním vodnaté polymerní disperze se těsnící účinek a mechanická odolnost zvyšuje. Tím s snižuje náchylnost ke smršťování a výrazně se zlepšuje přilnavost.

Adheze
Hydrostrukturní pryskyřice ulpívají skoro na každém povrchu. Vlhkost a znečistění neznamenají zásadně žádný problém.

Funkčnost při kontaktu s vodou
S dobře nastavenou reakční rychlostí může být pryskyřice injektována přímo proti vodě a dosahuje vůči vodě nepropustnosti, která je s nepropustností vodonepropustného betonu srovnatelná.

Isotropní expanze
Po zpracování hydrostrukturní pryskyřice vyplní injektážní prostor. Hydrofilní reakční produkt může při následném vstupu vody nabobtnat až do maximálního nasycení vodou.

Odolnost
Hydrostrukturní pryskyřice na akrylátové bázi jsou trvale odolné vůči nejběžnějším stavebním materiálům a mnohým chemickým látkám typickým pro půdní prostředí.

Akceptovatelnost pro životní prostředí
Na styku s podzemní příp. pitnou vodou je neškodnost z hlediska hygieny vody pro plánovanou hydrostrukturní pryskyřici dle doporučení Spolkového úřadu pro životní prostředí prokázána. Pro přímou injektáž do podloží a podzemní vody platí všeobecné schválení stavebním dozorem (injektážní clona).

ZÁVĚR
Při injektáži hydrostrukturních pryskyřic byly na rozličných objektech pozitivní zkušenosti. Ze systémového hlediska zde nastávaly přitom i otázky stran dlouhodobé odolnosti a nezávadnosti vůči životnímu prostředí. Reference potvrzují zásadní vhodnost speciálních hydrostrukturních pryskyřic pro trvalé utěsnění ve vodním prostředí. Nicméně by měla být věnována pozornost fundovanému plánování, výběru vhodných hydrostrukturních pryskyřic a provedení všech prací kvalifikovanou aplikační firmou.

LITERATURA:
[1] Meinzinger, M.: Neue Grundlagen für die Bauerhaltung von Eisenbahnbrücken und sonstigen Ingenieurbauwerken durch Vergelungstechnologie. Bauingenieur 57 (2000) 2, s. 261 – 268
[2] AIB 804.6102: Hinweise für die Planung und Durchführung von Vergelungsmaßnahmen bei der DB AG [1]
[3] Meseck, H.: Abdichtung von Ingenieurbauwerken auf Acrylbasis; Eisenbahningenieur 39 (1988) 2, s. 59 – 63
[4] STUVA-Merkblatt 2014-10: Abdichten von Bauwerken durch Injektion (ABI-Merkblatt), Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart

The Station in Garmisch-Partenkirchenu – The Impermeable Grouting of Structures
During heavy rains rain water used to leak into the pedestrian underpass on the Garmisch-Partenkirchen station, penetrating inside through the retaining walls. In spring 2015, the DB Station & Service AG (the south area) carried out their plan to seal the retaining walls of the Garmisch-Partenkirchen station by surface grouting and to drain the water by means of drainage wells. Subsequently, the structures were sealed by grouting the gel into the subbase in their vicinity, which is a technology developed by the DB AG. It is based on the 40-year experience in Germany and known as the gel grout also in other fields.

Autoři

• Ing. Plicka Tomáš
• Graeve Holger
• Reinhardt Jens