Účinnost vysokopevnostních záchytných plotů při alternativním použití

• Foto

VYSOKOPEVNOSTNÍ ZÁCHYTNÉ PLOTY
Vysokopevnostní záchytné ploty se používají zejména tam, kde je třeba zabezpečit nestabilní skalní svahy proti možnému řícení. V takové situaci se často kombinují s dalšími sanačními opatřeními jako například se síťováním. Vysokopevnostní záchytné ploty jsou tvořeny dvouzákrutovou sítí (obr. 1) vypnutou na sloupcích většinou ze silnostěnných trubek. Trubky jsou buď zavrtávány do skalního masívu anebo osazeny v betonových patkách. Konstrukce je zpevněna a kotvena pomocí ocelových lan, která jsou chráněna plastovým povrchem. Celkový pohled na konstrukci vysokopevnostního záchytného plotu je na obr. 2. Vlastní ocelový drát použitý na výrobu šestihranného pletiva je povrchově chráněn Galfanem (slitina zinku, hliníku a dalších kovových příměsí) a milimetrovou vrstvou PVC (Polyvinylchlorid). Životnost takto chráněného drátu je několikrát vyšší než životnost drátu, který je pouze hrubě pozinkován. Dvojitý zákrut drátů zamezuje rozpletení celého pletiva v případě, že dojde v určitém místě k roztržení sítě.

ZEMITO-KAMENITÝ PROUD A BAHNOTOK
Zemito‑kamenité proudy lze popsat jako soustředěný odtok srážkových vod po sklonitém terénu, který dosáhl vysoké unášecí síly a rozrývá a transportuje kvartérní vrstvy (půdní vrstvy, zvětralé horniny). Zemito‑kamenitým proudem se může za extrémních srážek stát téměř každý zemní žlábek nebo rýha. Svým tvarem žlábek sbírá z území k němu přiléhajícím dešťovou vodu, jejímž účinkem dochází k rozrývání a unášení půdních (kvartérních) vrstev. Nejčastější charakteristikou území, ve kterém zemito-kamenitý proud vzniká, je velký spád (i více než 50%), velká unášecí síla vody a malé povodí (mikropovodí), které je celé zasažené extrémní srážkou.

Bahnotok je rychlý až katastrofický pohyb směsi sedimentů a vody po svahu. Podmínkou pro jeho vznik je značný obsah jílů a jílovitých zemin a vody. Bahnotoky vznikají v subaerických podmínkách na svazích, které jsou pokryty značnou mocností jílovitých zvětralin a na svažitém dně různých typů pánví. Bahnotoky jsou způsobovány zejména
extrémními atmosférickými srážkami, otřesy půdy a porušením stability svahů při rychlé sedimentaci. Příklad podoby bahnotoku v podmínkách ČR je na obr. 3, který vznikl dne 10. 2. 2004 na trati Děčín východ – Jedlová v km 4,900. Příčinou uvedeného bahnotoku byla havárie vodovodního řadu.

Bahno‑kamenité proudy můžeme definovat jako kombinaci výše popsaných jevů. Je zde přítomná jak jílovitá frakce, tak i hrubější frakce jemnozrnných zemin, popř. úlomky rozrušených zvětralých hornin.

Fyzikální projev výše uvedených jevů je víceméně podobný. Jedná se o pohyb zeminy různých frakcí a různého nasycení vodou, dolů po svahu (laicky nazýván „sesuv“). Škodu tyto jevy způsobují jednak svojí kinetickou energií, kterou při pohybu a při nárazu předávají (podemílání, vymílání apod.) a zároveň tím, že akumulují materiál do míst, kde je nežádoucí (zaplavení železničního tělesa, silniční komunikace atd.). Výše popsané jevy se liší hlavně materiálem, který přemisťují. Rozdíly mezi nimi jsou dobře patrné z obr. 3 a obr. 4.

SVAH ŽELEZNIČNÍ TRATI VŠETATY - DĚČÍN V KM 416,00 – 416,750
Dne 27. 5. 2007 v 18:50 došlo k ohrožení železničního provozu na trati Všetaty – Děčín v km 416,600 – 416,750. Po přívalovém dešti byla kolej č. 2 zavalena směsí zeminy, kamenů a organického materiálu z přilehlého svahu v objemu cca 200 m³. Jak uvádí Lidmila [1] celkem bylo na svahu identifikováno 9 zemito-kamenitých proudů (obr. 5). Proudy kromě materiálu charakterizovaného jako zemina obsahovaly i balvany rul do velikosti 0,5 m, ojediněle i větší a dále výrazný podíl (cca 10 %) organického materiálu (kůra, větve, kořeny).

Svah železniční tratě se nachází v údolí řeky Labe mezi obcemi Libochovany a Velké Žernoseky. Svah nad tratí je ukloněn k západu a má plynulý sklon v rozsahu 30 – 40 ° (průměrně 33 °). Leží v nadmořské výšce 150 – 240 m n. m. Svah je součástí krystalinika Opárenského údolí a České Brány. Předkavartérní podloží budují dvojslídné ruly až migmatity stáří spodní paleozoikum – proterozoikum. Kvartér tvoří nepravidelná poloha deluviálních hlinitokamenitých uloženin o mocnosti do 1,5 m. Ve svahu jsou četné skalní výchozy. Území je ze severu a jihu omezeno starými lomy z doby výstavby trati, která probíhala v letech 1870 až 1874. Na východě končí svah terénním stupněm a sousedí s prehistorickým hradištěm Hrádek (264 m n. m.). Ve výšce 3 – 7 m nad kolejí č. 2 byla ve svahu již při výstavbě dráhy vybudována svahová lavička a to ve vzdálenosti 7 – 15 m od osy koleje. Okraje svahové lavičky byly opatřeny nasucho kladenou zídkou nebo pilířky. Ve svahu není stálý vodní tok nebo pramen. Svah je součástí 1. zóny CHKO České Středohoří a je porostlý dubovým lesem s minimálním vzájemným dotykem jednotlivých větví stromového patra (tzv. trvale přerušený zápoj porostu) obr. 6.

Příčiny vzniku zemito-kamenitých proudů v uvedené lokalitě jak uvádí (Lidmila [1]) jsou:

• úklon svahu vyšší než 25 °,
• přívalová srážka,
• dubový les s trvale přerušeným zápojem,
• travní porost spásaný přemnoženou zvěří – muflony,
• existence ploch s obnaženým zvětralinovým pláštěm.

REALIZOVANÁ OPATŘENÍ PŘED ÚČINKY ZEMITO-KAMENITÝCH PROUDŮ
Na základě výše zmíněné skutečnosti (ohrožení drážní dopravy) vypracovala firma SG-Geoprojekt spol. s r. o. na objednávku správce dráhy projekt [2] k „Zajištění stability svahu km 416,600 – 416,750 Všetaty – Děčín“. Navrhované řešení lze rozdělit na tři hlavní technická opatření. V nejvyšší části svahu bylo navrženo protierozní opatření, které se skládalo z prostorové biodegradabilní georohože plošně přikotvené ke svahu ocelovou sítí s velikostí ok 60 × 80 mm. Ve střední části svahu v místech hlavních erozních rýh a pod skalními výchozy byly navrženy a realizovány vysokopevnostní záchytné ploty. Sloupky záchytných plotů byly navrženy v osové vzdálenosti 2,2 až 2,5 m s volnou výškou 1 800 mm. Sloupky byly osazeny do betonových patek a osazení činilo minimálně 1 200 mm. Krajní sloupky a každý 2. až 3. sloupek byly dále kotveny ke skalnímu podkladu pomocí lan a tyčí. Příčná lana s PVC ochranou pro stabilizaci ocelové sítě byla navržena ve třech výškových úrovních. Vlastní ocelová síť byla navržena jako dvouzákrutová z drátu o průměru 2,7 mm, velikostí ok 80 × 100 mm a ochranou Galfan + PVC. V nejnižší části svahu na hraně staré svahové lavičky pak byla navržena a realizována ochranná bariéra z vyřazených betonových pražců SB8. Do zápor z profilů HEB 200 opatřených protierozním nátěrem byly uloženy vždy 4 pražce nad sebou, čímž vznikla bariéra o výšce cca 1,0 m nad terénem. Mezi jednotlivé pražce byly vkládány distanční gumové vložky, čímž byla mezi pražci vytvořena mezera pro případný odvod nadržené srážkové vody. Stavební práce sestávající z vyčištění stávajících ochranných prvků a montáže nových, provedla firma STRIX Chomutov a. s. v průběhu srpna až září roku 2008. Celkový pohled na realizovaná opatření v místě jedné hlavní erozní rýhy je na obr. 7.

ÚČINNOST VYSOKOPEVNOSTNÍCH ZÁCHYTNÝCH PLOTŮ
V rámci řešení projektu FR-TI3/513 byla řešena problematika stanovení účinnosti vysokopevnostních záchytných plotů z pohledu schopnosti zachycení zemito-kamenitých proudů. Množství a skladba zachyceného materiálu – splavenin bylo zvoleno jako základní hodnotící kritérium vhodnosti aplikace vysokopevnostních záchytných plotů. Pro tento účel byly provedeny následující práce:

a) fyzická prohlídka technického stavu vysokopevnostních plotů,
b) odběry zachyceného materiálu – splavenin pomocí kopaných sond,
c) laboratorní zkoušky odebraných splavenin.

Celkem byly provedeny čtyři kopané sondy. V článku je dále popisována pouze jedna sonda označená jako K2. Tato sonda byla umístěna u nejvýše situovaného záchytného plotu v místě osy soustředěného odtoku (osa erozní rýhy) viz obr. 8.

Z obr. 7 a obr. 8 je patrné, že záchytný plot byl umístěn kolmo na spádnici a tvar záchytného plotu výškově kopíruje písmeno U, který odpovídá profilu erozní rýhy. Z tohoto důvodu je záchytný plot zaplněn nestejnoměrně po své délce (obr. 9). Nejvíce je plot zaplněn ve střední části a právě do tohoto místa byla situována kopaná sonda K2. V místě kopané sondy dosáhlo množství zachycených splavenin výše 1 000 mm od horní hrany sloupků. Horní hranu sloupků, která je ve výšce 1 800 mm nad betonovými patkami lze považovat za celkovou akumulační výšku záchytného plotu viz obr. 9. Z průměrného sklonu svahu 33 ° a z celkové akumulační výšky záchytného plotu můžeme 
odhadnout akumulační prostor jednoho nejvytíženějšího pole (průměrná délka pole je uvažována 2,3 m) přibližně 5,7 m³. Po 3 letech je tedy v nejvytíženějším poli zachyceno cca 1,8 m³ splavenin, což představuje cca 32 % akumulačního prostoru.

Z kopané sondy K2 bylo celkem odebráno 102,5 kg splavenin. Pro stanovení podílu organických látek a zrnitostního složení pevných částí byl vzorek předán do akreditované laboratoře mechaniky zemin a hornin firmy ARCADIS Geotechnika a. s., Praha. V laboratoři byl vzorek nejdříve po dobu 3 dnů volně vysušován na vzduchu a následně  rozdělen na dílčí navážky po cca 10 kg. Jednotlivé navážky byly mechanicky prosévány na standartní sadě sít velikosti 63,0 mm až 8,0 mm. Na každém sítě byly ručně vybírány organické části. Materiál pod sítem 8,0 mm byl dále prosíván mokrou metodou na sítech velikosti 4,0 až 2,0 s tím, že organické části byly odplavovány. Z materiálu pod sítem velikosti 2,0 mm byl odebrán reprezentativní vzorek o hmotnosti 1 kg a provedena standardní dělená zrnitost 1,0 mm až 0,063 mm. Dosažené výsledky na jednotlivých sítech byly zpracovány do celkové křivky zrnitosti, viz obr. 10. Hmotnostní množství organického materiálu, který tvořily části větví, kořeny, listy a žaludy (obr. 11) dosáhlo 14,2 %. Z obr. 10 lze konstatovat, že záchytný plot s velikostí ok 60 × 80 mm dokázal zachytit i materiál charakteru jemnozrnné zeminy. Autoři článku tuto schopnost přikládají především kombinaci velkých zrn (frakce vyšší než 40 mm) a organické složky (především listům), které v počátečních fázích plnění záchytné sítě dokázaly ucpat nebo podstatně zmenšit jednotlivá oka sítě.

ZÁVĚR 
Na základě výše provedených prací autoři článku konstatují, že aplikace vysokopevnostních záchytných plotů pro eliminaci účinků zemito‑kamenitých proudů na svazích o extrémním sklonu je efektivní. Tento závěr byl jednoznačně potvrzen množstvím zachycených splavenin a to i v segmentu jemnozrnného materiálu, který vzhledem k použité
okatosti sítě měl teoreticky v celém svém objemu sítí projít. Tento efekt byl způsoben hrubozrnnou a organickou složkou v zemito‑kamenitých proudech.

Na popisované lokalitě došlo v průběhu 3 let k zaplnění popisovaného záchytného plotu z cca 32 %. Pro další roky autoři doporučují zpracování harmonogramu údržbových prací, který bude řešit, zda se záchytné plochy mají čistit anebo naopak ponechat jako svahový stupeň a cíleně je osazovat vhodnou vegetací. Z pohledu dalšího projektování vysokopevnostních záchytných plotů jako prvku ochrany před zemito‑kamenitými proudy je nutné ploty umisťovat přímo do osy erozní rýhy. Délku plotu lze minimalizovat a navrhovat jí tak, aby maximálně jedním polem přesahovala stávající hranu erozní rýhy. Výrazně většího efektu lze pravděpodobně dosáhnout větším počtem kratších záchytných sítí, které budou umístěny přímo do os erozních rýh.

Článek vznikl za podpory projektu Ministerstva průmyslu a obchodu číslo FR-TI3/513 „Systematizace a finanční optimalizace sanačních prevenčních opatření pro liniové stavby před bahnotoky – bahnokamenité proudy“.

LITERATURA: 
[1] Lidmila, P.: Zajištění stability svahu km 416,600 – 416,750 Všetaty – Děčín. Přípravná dokumentace stavby. Stavební geologie – GEOTECHNIKA, a. s., listopad 2007, Praha
[2] Havlan, P.: Zajištění stability svahu km 416,600 – 416,750 Všetaty – Děčín, B souhrnná část. SG-Geoprojekt spol. s r. o., listopad 2007, Brno
[3] Crhák, K.: Dokumentace skutečného provedení stavby „Zajištění stability svahu v km 416,600 – 416,750 Všetaty – Děčín, ARCADIS Geotechnika a. s., duben 2009, Ústí nad Labem
[4] Dufka, D.: Dynamické bariéry. In. Geotechnika 2/2010, Čeněk a Ježek s. r. o., Praha, str. 21–27, ISSN 1211-913X

Efficiency of high strength intercepting fences in an alternative use
Problems of currently slope protection and their impact on railway transportation safety with respect to soilstone flow especially are presented in this article. A high strength intercepting fence is one of such protective elements, which were applied on very steep slope (gradient 33° in average) in research area during 2008. Furthermore the efficiency of such fence after three years of service is discussed in the article.

Autoři

• Ing. Lidmila Martin Ph.D.
• Bc. Pýcha Marek