Vystužené horninové konštrukcie na stavbe D1 Dubná Skala – Turany

• Foto

Diaľnica D1 v úseku Dubná Skala – Turany je súčasťou základného diaľničného ťahu v Slovenskej republike v smere západ – východ, je situovaná v trase multimodálneho koridoru č. V (vetva A) Bratislava – Žilina – Poprad – Košice – Užgorod – Ľvov celoeurópskej cestnej siete, ako aj európskej cesty E 50. Základným cieľom výstavby je presmerovať tranzitnú dopravu z preťaženej, technickými parametrami a stavebno-technickým stavom zaostávajúcej cesty I/18. Diaľnica je realizovaná spoločnosťou VÁHOSTAV-SK a.s., hlavným projektantom je spoločnosť DOPRAVOPROJEKT a. s.

Stavba diaľnice je realizovaná podľa zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC, ktorá umožňuje zhotoviteľovi optimalizovať jednotlivé konštrukcie z hľadiska efektívnosti finančných a časových nárokov realizácie stavby. Základné parametre, technické a kvalitatívne požiadavky sú dané súťažnými podmienkami objednávateľa stavby Národnej diaľničnej spoločnosti a prijatou ponukou zhotoviteľa stavby. Možnosti žltej knihy umožnili zhotoviteľovi úpravy parametrov a konštrukcií mostných objektov, oporných a zárubných múrov, technológii budovania zemných telies a konštrukcií ako aj viacerých konštrukcií a detailov v rámci ostatných objektov stavby.

Na predmetnom úseku sa nachádza 7 oporných múrov (235-00, 236-00, 237-00, 238-00, 239-00, 240-00 a 243-00), ktoré boli v pôvodnej dokumentácii riešené ako
gravitačné prípadne uholníkové železobetónové múry. Na základe porovnania efektívnosti finančných a časových nárokov možných alternatívnych variant, pri zachovaní požiadaviek na bezpečnosť a funkčnosť navrhnutého riešenia bol zvolený ako najvhodnejší systém vystužená horninová konštrukcia z betónových pohľadových prefabrikátov s geosyntetickou výstužou – MacRes.

Okrem oporných konštrukcií boli týmto systémom nahradené aj opory 2 mostných objektov 207-00 a 209-00 a mostné krídla siedmich objektov 204-00, 211-00, 219-00, 220-00, 221-00, 222-00 a 226-00. Celkovo je na tomto úseku diaľnice zo systému MacRes navrhnutých 16 objektov. Z tohto počtu sa k dnešnému dňu zrealizovalo 14 objektov, v procese výstavby sú ďalšie dva.

OPIS SYSTÉMU MACRES
Konštrukčný systém MacRes funguje na základnom princípe trenia medzi výstužovými geopásmi a zeminou, ktorá ho priťažuje. Geopásy prenášajú ťahovú zložku napätia, ktorá v nich vzniká od zemných tlakov na lícové prefabrikáty. Materiál telesa násypu a výstuž tvoria hlavnú časť systému a čelné prefabrikované panely slúžia na ochranu konštrukcie pred eróziou a dávajú konštrukcii atraktívny vzhľad. Podľa STN EN 14475 je múr klasifikovaný ako zvislá oporná konštrukcia s tuhým lícovým prvkom a s kĺbovým usporiadaním. Systém je ideálny pre konštrukcie vertikálnych múrov, ktoré majú odolávať vysokému zaťaženiu, alebo tam kde je požiadavka architekta na špecifickú povrchovú úprava líca steny. Konštrukcia násypu je tvorená kombináciou zásypového materiálu a výstužných geopásov na báze geosyntetiky (obr. 1).

Výhody systému:

• suchý proces výstavby
• prefabrikáty vyrábané mimo staveniska
• finančná nenáročnosť
• architektonický vzhľad
• jednoduché založenie
• rýchlosť výstavby

Pohľadové lícové panely sú betónové prefabrikované ortogonálneho tvaru, odliate v špeciálnych formách, pevnostná trieda betónu minimálne C30/37 podľa EN 206-1. Základný rozmer je 1,5 × 1,5 × 0,14 m. Pod pohľadovými panelmi je potrebné na mieste zrealizovať vyrovnávaciu vrstvu z prostého betónu, ktorá slúži na správne výškové a smerové osadenie panelov. Betónové panely nemajú statickú funkciu, len ochrannú a estetickú. Ich povrchová úprava závisí od požiadavky projektu a investora, pri odlievaní môžu byť do foriem vložené matrice, prípadne kamenný obklad.

Geosyntetická výstuž
Hlavným rozdielom tohto systému oproti iným konštrukciám na báze vystužených zemín je práve geosyntetická výstuž, kde sa namiesto plošných geomreží používajú lineárne prvky – geopásy ParaWeb, skladajúce sa z vysokopevnostných polyesterových vlákien chránených vrstvou polyetylénu. V snahe vyhovieť a optimalizovať jednotlivé konštrukcie sa geopásy vyrábajú v rôznych šírkach, ktorým zodpovedajú rôzne únosnosti. Ťahové pevnosti jednotlivých geopásov sa pohybujú v rozmedzí 20 až 100 kN. Šírka je v rozmedzí 45 – 90 mm, dĺžka roliek je 100 m. Geopásy sa vyrábajú v rôznych prevedeniach, ktorých geometria a povrchová úprava závisia hlavne od typu zásypového materiálu.

Spoj panel – výstuž
Prefabrikované panely majú pri výrobe na rubovej strane osadené polymérové spojovacie prvky ParaLoop v počte a umiestnení závislom od konkrétneho statického návrhu. Spoj medzi lícovými panelmi a výstužou je vytvorený prevlečením geopásov cez úchyty. Počet úchytov spolu s typom a dĺžkou geosyntetickej výstuže je veľmi dôležitým prvkom správneho fungovania celej konštrukcie.

RIEŠENÉ OBJEKTY
Vystužené mostné opory a vystužené mostné krídla
Opory mostných objektov 207-00 (obr. 2) a 209-00 (obr. 3) sú navrhnuté formou oporného vystuženého múru z betónových pohľadových prefabrikátov. Múr je jednostupňový so sklonom líca 90 °. V korune múru je umiestnená poloprefabrikovaná rímsa. Založenie úložných prahov mostov bolo navrhnuté hĺbkové na veľkopriemerových pilótach ∅ 0,88 m, ktoré sú od úrovne rastlého terénu po spodnú hranu úložných prahov opôr tvorené stĺpmi. Po realizácii pilót sa postupne po vrstvách buduje oporný múr. Zo statického hľadiska vystužená mostná opora prenáša zaťaženie od tiaže násypu, pilóty sú navrhnuté len na prenos vertikálnych a horizontálnych síl od mostu.

Krídla mostných objektov 204-00, 211-00, 219-00, 220-00 (obr. 4), 221-00 a 222-00 sú taktiež budované zo systému MacRes. Krídla sú premenlivej výšky, so sklonom líca 90 °. Skladba krídiel je poväčšine tvorená základným typom panelu 1,5 × 1,5 × 0,14 m, ale kvôli premenlivému tvaru krídiel je múr skladaný aj z panelov iných rozmerov. Výškové vedenie koruny krídel je navrhnuté na základe potreby zabezpečenia násypu po oboch stranách mostnej konštrukcie. Je navrhnuté plošné založenie všetkých krídiel.

Oporné múry
Oporný múr 235-00 je navrhnutý v dĺžke 760 m po pravej strane diaľnice D1 v smere od Sučian (obr. 7, 8). Výška oporného múra sa pohybuje v rozpätí 4 – 6 m nad terénom. Múr sa nachádza v rovinatom zúženom území medzi hrádzou Váhu a železnicou. V pôvodnom riešení bol múr riešený ako gravitačný betónový múr so šírkou drieku až 4,0 m. V korune vystuženého múru sa nachádza poloprefabrikovaná rímsa šírky 1,9 m. Na rímse je umiestnené oceľové zvodidlo s úrovňou zachytenia H2 a protihluková stena výšky 6,0 m.

Oporné múry 236-00,237-00 dĺžky 86,0 m a 238-00,239-00 dĺžky 67,0 m sú obojstranne vystužené múry typu „back to back“. Oporné múry tvoria rampy prístupovej cesty 142-00, ktorá prechádza ponad diaľnicu D1 mostom 212-00. Prístupová cesta prebieha pozdĺž diaľnice a pri nábehoch na most by násyp cestného telesa kolidoval z telesom diaľnice a železničnou traťou. Rampy sú situované na oboch stranách mostnej konštrukcie. Oporné múry dosahujú maximálnu výšku 12,0 m, v korune sa nachádza poloprefabrikovaná rímsa. Na rímse je umiestnené oceľové zvodidlo s úrovňou zachytenia H2. Vzhľadom na malú šírku prístupovej komunikácie sú panely proti sebe stojacich múrov navzájom prepojené geopásmi ParaWeb. Oporné múry tvoria krídla opory mostného objektu 212-00. Opora mostu je tvorená tromi železobetónovými rebrami, priestor medzi rebrami je taktiež vyplnený vystuženou zeminou (obr. 9, 10). Múry na oboch stranách mostu sú postavené, momentálne sa dokončuje realizácia poloprefabrikovanej rímsy a budovanie mostovky priľahlého mostného objektu.

V priestore úpätia svahov Sklabinského podhoria je teleso diaľnice D1 situované v priečne členitom teréne, kde priečny rez je na pravej strane tvorený zárezom a na ľavej strane vzniká vysoký násyp. Účelom vystuženého oporného múr 243-00 je zachytiť ľavý vysoký násyp maximálnej výšky 17,7 m. Dĺžka múra je 485 m, múr je v najvyššom mieste trojstupňový so sklonom líca 90 ° s nadnásypom. Výstavba opornej konštrukcie je vo finálnej fáze, práve prebieha realizácia protihlukovej steny.

HLAVNÉ PRÍNOSY Z HĽADISKA REALIZÁCIE
Konštrukčný systém oporných múrov MacRes pozostáva z troch hlavných komponentov ako sú obkladové prefabrikované panely, geopásy a vhodná zásypová zemina s požadovanými parametrami. Spotreba materiálov potrebných na budovanie konštrukcie (betón, výstuž, debnenie…) je oproti tradičným gravitačným a uholníkovým múrom minimálna. Na rozdiel od klasických konštrukcií, kde je nutné prevádzať mokré procesy sa tento typ konštrukcie môže budovať v podstate celoročne aj pri nižších teplotách. Ďalšou výhodou je, že s výstavbou opornej konštrukcie dochádza súbežne k budovaniu priľahlého násypu cestného telesa a nie je nutné čakať na dobudovanie celej konštrukcie, čo prináša pomerne značné časové úspory.

Z doterajších skúsenosti s výstavbou jednotlivých stavebných objektov vychádza denná produktivita približne 50 m² pohľadovej plochy múru a múr je budovaný postupne jednou pracovnou skupinou o počte 6 pracovníkov. V prípade realizácie porovnateľnej plochy pri klasických gravitačných konštrukciách by bolo nutné nasadiť minimálne ďalšie dve pracovné skupiny s kompletným technologickým vybavením (stroje, debnenia a pod.).

ZÁVER
Od začiatku 70. rokov minulého storočia sa vo svete postavilo veľa vystužených konštrukcií s vertikálnym betónovým čelom a vystuženými geopásmi. K dispozícií je množstvo referenčných stavieb, ktoré poukazujú na dobré fungovanie systému MacRes. Je potešujúce, že z jednou z významných referencií sa stáva aj stavba D1 Dubná Skala – Turany, na ktorej má tento systém významné zastúpenie, ktoré si získal na základe viacerých faktorov, hlavne vďaka významnej finančnej a časovej úspore, zachovaní si požiadaviek na bezpečnosť a funkčnosť navrhnutého riešenia.

POUŽITÁ LITERATÚRA
[1] T. Balderson: Durability of reinforced polyester reinforced webbing a 28 years real time case history – Linear Composites Ltd., Anglicko
[2] Adamec J., Púček R.: Vystužené zemné konštrukcie na stavbe D1 Dubná Skala – Turany, Inžinierske stavby 08/2013
[3] BS 8006, (1995): Code of Practice for strengthened/reinforced soils and other fills. British Standards Institution, London.
[4] www.maccaferri.sk 

Reinforced Rock Structures Within Construction of the D1 Highway Dubná Skala – Turany
Reinforced soil structures are commonly used in the construction of retaining walls, slopes and embankments. This article describes the reinforced soil system with precast concrete panels in combination with geostrips ParaWeb and in more detail describes different structures made of this system on highway D1 Dubná Skala – Turany located in Slovakia.

Autor

• Ing. Adamec Jaroslav