Sesuvy svahů ve výsypkách při stavbě dálnice D8 u Ústí nad Labem

• Foto

Projektová dokumentace prošla složitým vývojem. Během přípravy projektové dokumentace byly zpracovávány studie pro návrh konstrukcí násypů, svahů zářezů, založení mostních objektů. Dále byla provedena řada průzkumů, doprůzkumů dle konkrétních potřeb zpracovávané dokumentace a výsledků řešených studií. Přes výše uvedenou pečlivost v přípravě výstavby bylo nutné během realizace stavby operativně řešit projevy svahových deformací při průchodu trasy zářezy ve výsypce a v jednom případě i při založení násypu na výsypkových zeminách.

PROBLEMATIKA VÝSYPEK
Problematikou výsypek se v průběhu let zabývala řada autorů, zejména otázkou stability samotných výsypkových těles. Na úvod si připomeňme alespoň největší sesuv u nás v roce 1987 ve výsypce lomu Merkur [1] o délce až 2,5 km, nebo sesuvy vyvolané stavbou železnice na 150 m vysoké výsypce „ervěnického koridoru“. Posledním pozorovaným sesuvem ve výsypkách u nás je sesuv rekultivované výsypky bývalého hnědouhelného dolu Hrabák u obce Čepirohy [2] aktivovaný v roce 2005. Pro tyto sesuvy jsou charakteristické hluboké smykové plochy rotačně planárního charakteru. Jsou známy i případy, kdy se postupným sesouváním svahy výsypek upravily do nezvykle mírných sklonů 1:9 až 1:15 (6-40). Proto byla zjišťování geomechanických vlastností výsypek za účelem zajištění stability výsypkových těles věnována velká pozornost.

V době sypání výsypek nebylo uvažováno s jejich dalším využitím pro stavební účely. Byly provedeny pouze rekultivace výsypek k jejich začlenění do krajiny. V 90. letech minulého století přichází návrh vést těmito oblastmi dálnici. V prezentovaném 12 km dlouhém úseku prochází trasa výsypkami zbytkové jámy bývalého lomu 5. květen. Materiál výsypek je tvořen třetihorními, vysoce plastickými jíly s hojnými úlomky jílovců. Mocnosti výsypek dosahují až 35 m. Zhruba před 25 lety nastal útlum ukládání skrývkového materiálu do výsypkového tělesa. Svrchní části výsypek do hloubky 5 až 10 m, nejvíce dotčené výstavbou dálnice, lze tedy vzhledem k malé tíze nadloží považovat za dosud ne zcela zkonsolidované. Avšak nejen svrchní části výsypek mohou být ne zcela zkonsolidované.

Ve větších hloubkách, kde už mohou mít výsypkové zeminy kompaktní vzhled, může stále probíhat konsolidace vzhledem k dlouhé odvodňovací dráze. Díky své nehomogenitě jak v horizontálním, tak i vertikálním směru je výsypka velmi komplikovaným prostředím i z pohledu hydrogeologie. Ve výsypkovém prostředí je nutné počítat s lokálními „zavěšenými“ zvodněmi, nacházejícími se v různých výškových úrovních. Podzemní voda byla při prováděných průzkumných pracích pro vedení dálnice [3] zastižena v hloubkách 2,5 až 4,5 m pod povrchem terénu.

Průzkum pro daný dálniční úsek [3] stanovil výpočtové efektivní vrcholové parametry smykové pevnosti výsypkového materiálu . I když naměřená efektivní smyková pevnost dává hodnoty soudržnosti v desítkách kPa, tyto hodnoty nelze brát do výpočtů dlouhodobé stability. Jedná se o porušenou a často prohnětenou zeminu, proto soudržnost musí být buď nulová, nebo v jednotkách kPa. Naopak úhel vnitřního tření bývá většinou podhodnocen. Při analýze sesuvů se jednoznačně uplatňuje kritická smyková pevnost, případně při velkých pohybech, i pevnost reziduální. Proto byly do výpočtů pro návrhy sklonů svahů zářezů a násypů [4] použity redukované parametry, které reprezentují předpokládané kritické parametry smykové pevnosti výsypkového materiálu . Laboratorně byly stanoveny parametry kritické smykové pevnosti  až pro sanaci sesuvů zářezů na samotné dálnici [5].

PŘÍKLADY PORUŠENÍ SVAHŮ PŘI VÝSTAVBĚ DÁLNIČNÍHO ÚSEKU D807/I
V článku prezentujeme příklady sesuvů svahů zářezu, a to v km 84,410–84,470, km 85,160–85,360 a svahu násypu v km 85,930–86,130.

Zářez km 84,410–84,470
Zářez v tomto prvním problematickém místě dosahuje výšky kolem 7 m a jeho projektovaný sklon je 1 : 2,5. K sesuvu došlo při odtěžování. Svah v odlučné oblasti poklesl o 0,8 až 1,8 m, odlučná oblast byla zatržena za původní hranu zářezu o 4–5 m, přičemž projevy sesuvu se propagovaly do vzdálenosti 8–9 m od původní hrany zářezu. Za příčinu vzniku sesuvu lze označit nepříznivé hydrogeologické poměry a jemnozrnné výsypkové zeminy s velmi nízkými smykovými parametry.

Západně ve vzdálenosti 55–60 m je z doby využívání lomu vedena přeložka potoka. V prostoru mezi potokem a svahem zářezu je velmi pozvolný svah, přičemž dno potoka leží přibližně 1,5 m nad horní hranou zářezu. Zářezem se přerušilo proudění podzemních vod ve výsypkách vytvořené ve smyslu gradientu a zářez fungoval jako drenáž, kterou byly stahovány všechny vody infi ltrující z výše položeného potoka. Výsypkové zeminy byly silně zvodněné.

Po stabilitní analýze byla navržena sanační opatření, pro která byla zvolena drenážní žebra v osové vzdálenosti 8 až 10 m, hloubky min. 3,0 m a šířky ve dně 1,0 m a drenáž při patě svahu. Prioritně se žebra umísťovala v místech viditelných výronů vody a v místech projevů nestability svahu.

Zářez v km 85,160–85,360
Zářez v tomto místě dosahuje výšky až 15 m, jeho projektovaný sklon je 1 : 2,5 s jednou lavičkou. V patě svahu byla projektována přeložka vodoteče s celoročním průtokem s výraznými sezónními výkyvy v průtoku. Napříč zářezem, téměř v nejvyšší výšce svahu, probíhá přeložka plynovodu. V zimě těsně před dokončením na projektovaný konečný tvar zářezu došlo v části zářezu k sesuvu. Svah poklesl v odlučné oblasti o 2 až 3 m, odlučná oblast byla zatržena za původní hranu zářezu o 5–7 m. Příčinou vzniku sesuvu bylo zvodnění zemin výsypky v nesouvislých tzv. zavěšených hladinách podzemní vody a nízké smykové pevnosti výsypkového materiálu.

Pro návrh sanačních opatření byly provedeny stabilitní výpočty. Podkladem pro určení smykové plochy byly realizované dynamické penetrace. Variantně byla posuzována řešení se snížením sklonu svahu a s větším záborem půdy nebo i opěrná pilotová stěna. Pro konečné řešení stability svahu byla vybrána varianta využívající drenážní žebra ze štěrkodrti hloubky až 5 m v kombinaci s přitěžovací lavicí z vyztužené zeminy s lícovou úpravou Terramesh (obr. 1). Uvnitř přitěžovací lavice byl převeden potok ve dvou souběžných sklolaminátových potrubích [6].

Násyp v km 85,930–86,130
Porušení vyztuženého násypu výšky cca 5 m bylo pozorováno při dokončování hloubení příkopu při pravé patě tělesa dálnice. V místě poruchy v koruně násypu došlo ke vzniku trhlin šířky až 20 cm a k poklesu horní hrany cca o 0,4 m a vytlačení zeminy do vyhloubeného dna příkopu. V místě poruchy byly provedeny dva jádrové vrty a byly odebrány vzorky zemin. Pro zpřesnění výchozích údajů o poruše byly rovněž provedeny dynamické penetrace. Z výsledků průzkumu vyplynulo, že v podloží vyztuženého násypu, který je založen na konsolidační štěrkové vrstvě, se nacházejí vysoce plastické jíly třídy F8/CV s mezí tekutosti w_L = 74–83 %. Výsledky laboratorních zkoušek (UU, krabicové smykové zkoušky) na vzorcích odebraných z násypu prokázaly přítomnost „měkké“ vrstvy s velmi nízkými parametry smykové pevnosti (c_u = 30 kPa). Násyp byl sanován pomocí přitěžovací lavice z lomového kamene v patě násypu s odtěžením porušené části násypu a jejím nahrazením provápněnou jílovitou zeminou.Ve výpočtech pro návrh sanace byly pro podloží násypu použity kritické parametry smykové pevnosti. Pro zajištění dostatečné stability byl návrh sanace prověřen ještě výpočty s užitím reziduálních parametrů smykové pevnosti v podloží násypu.

ZÁVĚR
Uvedené příklady dokumentují některé problémy při výstavbě dálnice v podmínkách území postiženém lidskou činností. I když byla přípravě realizace stavby věnována dostatečná pozornost, vyskytly se během výstavby deformace svahů zejména zářezů a v jednom případě i násypu. Ve valné většině případů porušení svahů dálničního tělesa byla iniciačním faktorem voda. Ve výsypkovém prostředí je nutné počítat s lokálními „zavěšenými“ zvodněmi, nacházejícími se v různých výškových horizontech. Navíc je výsypkový materiál značně nehomogenní, proto nelze vyloučit lokální výskyt materiálů s rozdílnými geomechanickými vlastnostmi ve srovnání s předpokládanými „charakteristickými“, respektive většinovými stanovenými vlastnostmi. Takto vzniklé nepředvídatelné situace lze operativně řešit přítomností geotechnického dozoru během provádění zemních prací.

A part of the motorway D807/I Trmice – Knínice passes over man-made and man infl uenced grounds. This site is characterized by an important amount of old spoil-heaps of high thickness, deposited on the low bearing tertiary clays. The article deals with stability problems of motorway construction on spoil-heaps. The presented examples relate to the slope deformations of cuttings and in one case also to embankments on spoil-heaps, which were observed during motorway construction.

LITERATURA
[1] Zmítko J., 1987: Sesuv na výsypce lomu Merkur. Exkurzní průvodce XXVI. Konference ČSMG, Československá společnost pro mineralogii a geologii při ČSAV, s. 131–132
[2] Rybář, J., Novotný, J., 2005: Vliv klimatogenních faktorů na stabilitu přirozených a antropogenních svahů, Zpravodaj Hnědé uhlí 3/2005, s. 13–27
[3] Dálnice D8 – stavba 0807/I., Trmice-Knínice, geotechnické průzkumy, MS AZ Consult s. r. o., 1997–1998
[4] D 807/I Trmice – Knínice, Geotechnická pomoc, MS SG Geotechnika a. s.,1998
[5] Najser J., 2005: Stanovení kritické a reziduální pevnosti zemin: Dálnice D8 – sesuv, zpráva o výsledcích laboratorních zkoušek
[6] Juna,T., 2007: Realizace stavby 0807/IA Trmice – Knínice, Silniční obzor, roč. 68,6, s. 147–149

Autoři

• Ing. Novotná Ivonna
• Záruba Jiří