Návrh vyztuženého předpolí mostu na úseku D1 Jánovce – Jablonov v SR

• Foto

GEOTECHNICKÉ PODMÍNKY STAVENIŠTĚ
Podloží násypového tělesa bylo v průběhu projekčních prací zkoumáno několika fázemi geotechnického průzkumu. I přesto nebyl průzkum dostatečně podrobný pro návrh takto komplikované zemní konstrukce. Proto jsme doporučili provést doplňkový průzkum formou dynamických penetrací v profilech po 25 m, s tím, že profil zahrnoval vždy 3 body – osu, korunu a patu násypu. Cílem doplňkového průzkumu bylo stanovit tloušťku jednotlivých vrstev zemin v podloží dle stupně zvětrání.

Podložní zeminy jsou tvořeny deluvii místních jílovců a prachovců a dají se charakterizovat jako jíly vysoké plasticity až štěrkovité jíly. Tloušťka jednotlivých vrstev byla velmi důležitá, neboť je násyp umístěn na svahu s příčným sklonem ve vztahu k tělesu dálnice. Jak doprůzkum potvrdil i tloušťka jednotlivých vrstev byla v příčných profilech rozdílná.

Vlastnosti zemin identifikovaných v geotechnickém průzkumu jsme vyhodnotili v souladu s EN 1997 – Eurokódem 7 tak, abychom získali jejich charakteristické hodnoty. Pro účely geotechnického návrhu jsme zeminy v podloží rozdělili do 3 vrstev podle stupně zvětrání. Mocnost těchto 3 vrstev byla proměnná nejen v podélném směru dálnice ale i v jednotlivých analyzovaných příčných řezech.

Materiál použitý do tělesa násypu byl vytěžen z nedalekého tunelu a zářezů. Horniny zastižené při výrubu tunelu a hlubokých zářezů byly charakteru pískovců až jílovců. Mix těchto předrcených hornin byl využit do násypu a jeho minimální charakteristické hodnoty nám byly definovány od zadavatele (zhotovitele) pro použití při stabilitních výpočtech.

Vyhodnocené charakteristické vlastnosti zemin v podloží násypu a definované charakteristické hodnoty pro násypový materiál jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1 – Charakteristické vlastnosti zemin

SITUACE STAVBY
Staveniště je v podélném sklonu podél osy dálnice s tím, že nejvyšší násyp je u mostu. Oblast před mostem (podle staničení) je taktéž ve sklonu příčném k ose dálnice. Na straně, kde je násyp vyšší a strmější je v patě k tělesu dálnice připojeno těleso obslužné komunikace.

S ohledem na příčný sklon podloží a požadavek zhotovitele na minimální rozsah výkopů v podloží dochází ke konfliktu mezi požadavkem na dlouhé a pevné geosyntetické výztuhy na bázi násypu. Avšak i tento problém byl vyřešen k oboustranné spokojenosti jak zhotovitele tak i projektanta. Situace stavby je znázorněna na obrázku 1 a nejvyšší analyzovaný příčný řez včetně všech uvažovaných vrstev zemin je znázorněn na obrázku 2.

NÁVRH STABILITY VYZTUŽENÉHO SVAHU
V průběhu návrhu vyztuženého násypu bylo analyzováno celkem 8 příčných řezů vlastního násypu dálnice, 2 příčné řezy mostními kužely a 1 příčný řez násypem obslužné komunikace. Zde jsou presentovány pouze výsledky návrhu v nejvyšším místě násypu. Pro optimální návrh vyztužení tohoto nejvyššího násypu bylo provedeno celkem 55 dílčích výpočtů stability, které prokázaly, že je návrh vyztuženého násypu bezpečný. Taktéž byla u tohoto příčného řezu navržena nejvyšší partie násypu, která není ovlivněna málo únosnými vrstva mi v jeho podloží, kde se optimalizovala svislá rozteč výztužných geomříží a jejich pevnost. Schéma vyztužení, které vyšlo z tohoto příčného řezu, bylo dále standardizováno pro další příčné řezy, kde docházelo k úpravám ve smyslu pevnosti a délky výztužných geosyntetik zejména na bázi násypu, kde je celková stabilita ovlivněna podložím. Nejkritičtější návrhové stavy jsou znázorněny na obrázku 3.

Postup návrhu, resp. výpočtu vyztužené zemní konstrukce vycházel z požadavků EN 1997 Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí a tak, jak je pro svahy obvyklé v celé Evropě, bylo postupováno podle návrhového přístupu 3. Dlouhodobá výpočtová pevnost geosyntetických výztuh byla stanovena z okamžité pevnosti prostřednictvím dílčích redukčních součinitelů, které zohledňují přetváření v čase (creep), mechanické poškození výztuhy během zabudování a vliv okolního prostředí na materiál výztuhy.

Požadavek na bezpečný návrh z pohledu Eurokódu 7 je definován při použití výpočtu v souladu s návrhovým přístupem 3 tak, aby destabilizující síly byly menší než síly stabilizující, což převedeno do klasických analytických výpočtů stability svahu znamená, že požadovaný stupeň stability je větší než 1,0.

Návrhové výpočty byly provedeny pomocí programu Výztuh z balíku GEO4, kde je výpočetní jádro programu naprogramováno autorem příspěvku.

Návrhové výpočty, viz též obrázek 3, stanovily požadavek na vyztužení horních 8 m násypu pomocí 8 vrstev 7 m dlouhých geomříží Fortrac^® 35. Pod nimi následovalo vyztužení 4 m pomocí 6 vrstev 12 m dlouhých geomříží Fortrac^® 55. Níže bylo v násypu umístěno 5 vrstev 15 m dlouhých geomříží Fortrac^® 80. Nižší vrstvy výztužných geosyntetik již byly ovlivněny měkkým málo únosným podložím násypu a přesypem obslužné komunikace. Vyztužení v těchto nižších vrstvách bylo provedeno pomocí geomříží Fortrac^® 110 a geotextilií Stabilenka^® 300 s délkou až 47 m.

VÝSTAVBA NÁSYPU
Naše účast na tomto projektu vyztuženého násypu započala v únoru 2013, kdy jsme zhotoviteli nabídli oceněné technické řešení podle předběžných statických výpočtů. V dubnu přijal zhotovitel náš požadavek na doplňkový geotechnický průzkum pomocí dynamické penetrace. Následně po jeho vyhodnocení bylo provedeno celé návrhové řešení, avšak s ohledem na zjednodušení provádění bylo ještě změněno směrové a výškové řešení obslužné komunikace a tak byly definitivní návrhové výpočty dokončeny až v srpnu 2013, kdy byly též zahájeny dodávky výztužných geosyntetik na stavbu. Do ukončení výstavby zemních konstrukcí před zimou bylo vybudováno cca 60 % výšky násypu. Ke konci května 2014 byl dokončen násyp do úrovně pilotovacích úrovní pro výstavbu mostních opěr. Od léta 2014, kdy byl násyp vybudován do cca 80 % své výšky. Další výstavba je prozatím odložena pro technologickou přestávku na konsolidaci již vybudovaných násypů.

Součástí našich prací pro zhotovitele Eurovia CZ byla i příprava detailních kladečských plánů, které zahrnovaly výkresy všech výškových vrstev s umístěním jednotlivých pásů výztužných geosyntetik, přičemž každý typ výztužného prvku byl označen jinou barvou, tak jak byly barevně označeny role dodané na stavbu. Ukázka kladečského plánu pro jednu úroveň je znázorněna na obrázku 1.

Fotografie z výstavby násypu jsou uvedeny na obrázcích 4 – 6.

ZÁVĚR
Článek naznačuje možnou cestu jak řešit problematiku nedostatečného záboru půdy pro výstavbu dálnice a přebytku výkopového materiálu z jiných částí stavby pomocí strmých vysokých vyztužených násypových těles. Vyztužení strmého vysokého násypu pomocí geosyntetik se ukázalo jako efektivní řešení. Taktéž byla prokázána důležitost doplňkového průzkumu i ve fázi realizace, který zajistil bezpečný a ekonomický návrh vyztužené zemní konstrukce.

Výstavba geosyntetiky vyztuženého strmého násypu ve sklonu 1 : 1 v předpolích mostu se ukázala jako velice úspěšná realizace náročné geotechnické konstrukce pro všechny zúčastněné.

Design of reinforced bridge approach embankment on D1 Jánovce – Jablonov in SR
On motorway D1 in SR the contractor approached us to suggest them most economical technical solution of the approach embankment for the bridge. The embankment was in the former stages of the design proposed in the slope of 1:1 with the maximum height of 22 m. The subsoil underneath the embankment is composed of high plasticity clays to gravelly clays. The depth of clay deposits is ranging from 2 to 7 m. Tunnel excavations will be used for the embankment fill. The paper concentrates on the reinforced embankment design following the provisions of Eurocode 7.

Autor

• Ing. Vaníček Martin Ph.D.