Karlín Hall 2 – návrh zajištění stavební jámy a užití Eurokódu 7

• Foto

Projekt obsahoval několik částí. Zajištění stavební jámy (předvýkopu) bylo navrženo a realizováno prostřednictvím hřebíkovaných svahů a svahů volných (nezajištěných). Vlastní stavební jáma byla zabezpečena pomocí podzemní konstrukční železobetonové těsnicí a pažící stěny. Objekt haly byl založen pomocí velkoprůměrových železobetonových pilot. Mikropiloty byly navrženy a využity pro založení jeřábových plošin a pracovních plošin při obvodě stavební jámy.

Pro výpočty byl použit program GEO 5 společnosti Fine, spol. s r. o., moduly stabilita svahu, hřebíkované svahy, pažení posudek a piloty.

ZÁKLADNÍ ZÁSADY NÁVRHU PAŽENÍ A ZALOŽENÍ PODLE EC
EN 1997-1 zavádí do výpočtu tři návrhové přístupy, lišící se aplikací dílčích součinitelů [6]. Dílčí součinitele se podle EN 1997-1 obecně aplikují na samotná zatížení nebo jejich účinky, na vlastnosti základové půdy, nebo odpory nebo na oboje. Hodnoty dílčích součinitelů se liší nejen podle použitého návrhového přístupu, ale také podle typu řešené geotechnické úlohy. Hodnoty dílčích součinitelů obecně udává Eurokód v příloze A, národní volbu hodnot dílčích součinitelů uvádí NP.

Pokud není v národní příloze uveden pro danou geotechnickou úlohu doporučený návrhový přístup, zůstává výběr návrhového přístupu na projektantovi (a tím i zhodnocení, zda získané výsledky odpovídají řešené situaci).

Návrhový přístup 1 – ověření se provádí pro dva soubory součinitelů (kombinace 1 a kombinace 2) použitých ve dvou oddělených výpočtech. Součinitelé se uplatňují na zatížení a materiálové charakteristiky. Návrhový přístup 2 – aplikuje dílčí součinitele na zatížení a na odpor materiálu (únosnost). Návrhový přístup 3 – aplikuje dílčí součinitele na zatížení a současně na materiál (charakteristiky zemin).

Výpočet pažících konstrukcí a základů (pilot) podle EN 1997 zavádí několik typů dílčích součinitelů podle zvoleného návrhového přístupu (NP). Při návrhu podle EN 1997-1 se postupuje v zásadě podle teorie mezních stavů [6].

V případě pažících konstrukcí spočívá redukce zatížení v tom (NP1, NP2, NP3), že jednotlivé složky tlaku působící na konstrukci se přenásobují dílčím součinitelem. Základním předpokladem výpočtu je, že aktivní tlak působí jako nepříznivé zatížení, pasivní tlak pak jako zatížení působící příznivě. Jednotlivé obrazce tlaku jsou tedy přenásobeny příslušným dílčím součinitelem zatížení.

Zatížení základů se bere jako výsledek výpočtu horní stavby. Stanoví se zatěžovací stavy dle pravidel uvedených v EN 1990:2002 a vypočtou se kombinace zatěžovacích stavů podle EN 1991. Zatížení se zadává návrhové (výpočet únosnosti, dimenzace základu) resp. užitné (výpočet sedání). Pro návrhový přístup 1 se výpočet únosnosti provádí jak pro zadaná návrhová zatížení (kombinace 1) tak i pro zadaná užitná zatížení (kombinace 2). Dílčími součiniteli zatížení se přenásobují pouze vlastní tíha konstrukce.

Redukce materiálu v případě pažících i základových konstrukcí (NP1, NP3) je zavedena tak, že parametry zemin jsou redukovány příslušnými dílčími součiniteli.

Redukce odporu v případě pažících konstrukcí (NP2) zavádí dílčí součinitel odporu a redukuje velikost pasivního tlaku před konstrukcí. Redukce odporu u pilot (NP1, NP2, NP3) je zavedena pomocí dílčích součinitelů odporu závislých na typu pilot. Při posouzení tažené piloty se vždy uvažuje vlastní tíha piloty. Při posouzení tlačené piloty lze vlastní tíhu piloty zanedbat. Vlastní posouzení je provedeno podle teorie mezních stavů [6].

NÁVRH PAŽÍCÍCH A ZÁKLADOVÝCH PRVKŮ HALY PŘEDVÝKOP STAVEBNÍ JÁMY
Předvýkop byl realizován ve dvou výškových úrovních, –2,100 m a –4,500 m. Odkop terénu z úrovně –0,600 m na úroveň –2,100 m horní hrany vodících zídek byl realizován volným svahem ve sklonu 1:1 (2:1) po celém obvodě stavební jámy – kromě té části, kde byl ve sklonu 6:1 po celé výšce od kóty –0,600 m až po dno odkopu na kótě –4,500 m realizován hřebíkovaný svah.

Podzemní konstrukční stěna
Podzemní konstrukční stěna (PKS), zabezpečuje a těsní stavební jámu od kóty –2,100 m, resp. –4,500 m po dno stavební jámy v úrovni –11,300 m. Navrhnutá konstrukce byla provedena pomocí technologie na hloubení podzemních stěn. Pro výpočet byly uvažovány parametry zemin z IGP, zatížení povrchu stavební dopravou v hodnotě 12 kN/m² a zatížení okolní zástavbou.

Návrh konstrukce stěny se řídil dvěma předpisy – STN 74 2861 „Podzemní stěny“, resp. ČSN EN 1538 (73 1038) „Provádění speciálních geotechnických prací – podzemní stěny“ a Směrnice rakouského betonářského sdružení – „Nepropustné podzemní stěny“ (listopad 1999). Normy hovoří o budování a navrhování podzemních stěn, směrnice o těsnosti stěny. Ta je stanovena ve smyslu tab 3/1 (třídy požadavků pro pohledové plochy nepropustných podzemních stěn) kategorií A2 až A3 – „výskyt vodních kapek s tvorbou pruhů“ resp. vizuálně a ručně zjistitelná jednotlivá „lesklá vlhká místa“ na pohledové ploše.

Stěna byla budována do vodících zídek. Ve smyslu realizační dokumentace byla PKS provedena o jednotné šířce 500 mm po celém obvodu stavební jámy. Dle geologického průzkumu realizovaného na staveništi bylo třeba stěnu vetknout na hloubku min. 0,5 m do podložních paleozoických hornin s koeficientem propustnosti minimálně 10^–5 ~ 10^–6 m/s.

V předem připravených kotevních výklencích byly provedeny kotvy. Dočasné kotvy byly definovány jako tyčové kotvy DWG DSI 32 mm z oceli třídy 1 080/1 230. Aktivace kotev byla stanovena sílu P_o = 600 kN. Při aktivaci bylo předepsáno odzkoušet kotvu na F_max = P_o × 1,4 = 840 kN. Lanové kotvy byly navrženy jako 5 × L_p pramence 15,7 mm z oceli třídy 1 570/1 770 mm. Aktivace kotev byla stanovena na sílu P_o = 600 kN. Při aktivaci bylo předepsáno odzkoušet kotvu na F_max = P_o × 1,25 = 750 kN. Veškeré kotvy byly dočasné bez trvalé ochrany. Injektáž byla předepsána po etážích s injekčním tlakem 0,8 – 1,5 MPa vzestupně, injekční množství 30 – 50 l/etáž.

Po aktivaci kotev a vytvrdnutí betonů bylo předepsáno provést odkop na dno stavební jámy. Pažení bylo uvažováno jako dočasná konstrukce a neřešilo trvalý přenos zemního tlaku na konstrukci objektu. Snížení HPV bylo v geotechnickém výpočtu uvažováno maximálně 500 mm pod projektované dno stavební jámy.

Založení objektů
Založení objektu haly bylo realizováno pomocí velkoprůměrových železobetonových pilot. Piloty byly navrženy průměru 920 – 1 200 mm, délky 6 500 – 10 000 mm, vyplněné armokošem z oceli R10505 a betonovou směsí C25/30, XC4, XA1, Cl 0,2- D_max16-S4 – vetknutí do vrstvy R4 min. 2,7 – 7,7 m. Piloty byly navrženy na 2. MS, na sedání cca 10 mm. Základové prvky byly realizovány jako hloubené a vyplňované technologií CFA.

Mikropiloty byly navrženy z vnější strany stavební jámy pro založení jeřábů. Prvky dosahovaly délky 9 – 10 m (z toho délka kořenové části 7 – 8 m). Tělo mikropilot bylo vybudováno z tuhé výztuže trubky 89/10 mm. Injektováno bylo po etážích á 500 mm. Injekční množství a tlaky byly určeny podle první pokusné injektáže.

Monitoring
Veškeré sousední objekty v okolí byly v průběhu prací, stejně jako v průběhu výstavby spodní části (tj. realizace podzemní stěny, pilot a základové desky), monitorovány.

Doporučeno bylo osadit 2 inklinometrické vrty do armokošů v místech středu nejdelších obvodových stěn vedle existujících objektů. K nim bylo doporučeno osadit 2 ks dynamometrů na zemních kotvách.

Rovněž bylo doporučeno monitorovat korunu stěn 4 ks geodetických bodů (x, y), vždy ve středu stěny z každé strany obdélníkového tvaru. Na každém ze sousedících objektů byly umístěny 2 ks geodetických značek (x, y, z) – na rozích objektů.

Veškeré okolní inženýrské sítě v blízkosti kotev a suterény okolních budov byly vizuálně monitorovány v průběhu celé doby, po kterou byla vykonávána klasická injektáž.

POSTŘEHY Z PROVÁDĚNÍ
Při stavbě jsme se potýkali s obvyklými problémy, které vyplývají z typu prací a lokality provádění. Již při provádění předvýkopu na pracovní úroveň 1,5 m pod okolním terénem se ukázalo, že objednatelem deklarovaná nepřítomnost starých podzemních betonových konstrukcí byla spíš zbožným přáním než prověřenou skutečností. Odstraňování betonových bloků o objemu několika m³ zpozdilo stavbu již od počátku a výrazně ovlivnilo předem naplánovanou součinnost dodavatele zemních prací a podzemních stěn.

Vlastní provádění technologií speciálního zakládání nepřineslo žádný zásadní neočekávaný problém. Již tradičně (jako všude v Praze – Karlíně) jsme narazili na vrstvu propláchnutých štěrků se zrny do velikosti až 40 cm a se silným prouděním podzemní vody, která mírně komplikovala provádění podzemních stěn a více potom provádění základových pilot.

Práce také komplikovalo počasí s občasnými silnými dešti a později teplotami pod bodem mrazu (realizace od srpna 2012 – podzemní stěny, do února 2013 – ukončení podkladních betonů a následně základové desky).

Lze říci, že dobře zvládnutou předvýrobní přípravou projektu jsme nebyli při provádění zaskočeni žádnou podstatnější technickou anomálií. Organizace na stavbě bohužel z důvodů výše uvedených nefungovala optimálně, ale pozitivním přístupem všech zúčastněných byly nesrovnalosti rychle řešeny a výsledek provádění splnil očekávání dodavatele i objednatele.

POROVNÁNÍ NÁVRHU DLE PŘEDCHOZÍHO PŘÍSTUPU S EC
V průběhu výpočtů byl nad rámec řešené úlohy proveden kontrolní návrh vyztužení podzemní stěny dle původních norem a Eurokódů. Vyztužení bylo počítáno pro různé kombinace zatížení na rubu a na líci stěny v hodnotách od 100 do 400 kNm/m (obr. 5). V tabulce je uváděna výztuž potřebná na rubu i na líci stěny. Pro přehlednost jsou zvýrazněny výsledky kombinací stejných hodnot momentů na rubu i na líci stěny.

Po výpočtu plochy výztuže bylo následně možné porovnat stupně vyztužení získané dle původních norem a Eurokódů pro každou kombinaci zatížení (obr. 6). Z výsledků je patrné, že při nižších hodnotách ohybových momentů se výsledky podle návrhových přístupů vzájemně nelišily. Při vzrůstajících hodnotách ohybových momentů následně rozdíl ve stupni vyztužení podzemní stěny získaný podle odlišných návrhových přístupů narůstal. Návrh podle Eurokódů ve všech případech převyšoval návrh vyztužení dle původních norem. Při hodnotě zatížení 400 kNm/m dosahoval rozdíl mezi potřebnou plochou výztuže dle ČSN a EC až násobku 2,8.

ZÁVĚR
V příspěvku byl představen návrh zajištění stavební jámy a založení objektu projektu „Karlín Hall 2“. Příspěvek popisuje problematiku daného projektu, metodiku návrhu pažících a základových konstrukcí a popis jednotlivých navržených konstrukčních prvků. 

Realizace vlastních geotechnických konstrukcí nepřinesla žádný závažný problém. Nepatrné obtíže při realizaci způsobovala pouze skutečnost, že objekt haly se nachází v typickém „brownfieldu“.

Kontrolní výpočty ukazují na konzervativnější návrh geotechnických konstrukcí dle Eurokódu v porovnání s původními normami.

LITERATURA:
[1] Karlín Hall 2, Pernerova ulice, Praha 8 – Karlín, Zajištění stavební jámy, 1. etapa – stabilizace předvýkopu, Technická zpráva; Geotechnik SK, s.r.o.; VIII/2012.
[2] Karlín Hall 2, Pernerova ulice, Praha 8 – Karlín, Zajištění stavební jámy, 2. etapa – podzemní konstrukční těsnicí stěna, Technická zpráva; Geotechnik SK, s.r.o.; VIII/2012.
[3] Karlín Hall 2, Pernerova ulice, Praha 8 – Karlín, Hlubinné zakládání, Speciální zakládání, Technická zpráva; Geotechnik SK, s.r.o.; IX/2012.
[4] Hulla J., Turček P., Zakladanie stavieb, Jaga Bratislava, 1998.
[5] Hulla J., Turček P., Baliak F., Klepsatel F, Predpoklady a skutočnosť v geotechnickom inžinierstve, Jaga Bratislava, 2002.
[6] Manuál GEO5 – Uživatelská příručka, Fine, 2013; dostupné na: http://www.fine.cz 

Karlín Hall 2 (Prague) – Design of Excavation Pit and Use of Eurocode 7
The paper describes design of excavation pit and foundation of the „Karlín Hall 2“ project situated in Prague (Czech Republic). Top part of the excavation pit was preliminary ensured by rock nails and unsupported slopes. Temporary sheeting of the excavation was provided by anchored concrete construction wall. Foundation of the hall was designed by large-scalled piles. Micropiles were used for foundations of cranes. The statical design was carried out completely in accordance with the Eurocodes.

Autoři

• Ing. Vrábel Boris PhD.
• Ing. Krajčí Stanislav
• Ing. Mrvík Ondřej PhD.
• Ing. Libus Jan