Kasárna Jiřího z Poděbrad – podchycení budovy při její přestavbě

• Foto

Po dobu dva a půl roku probíhala od května 2005 do října 2007 na okraji historického centra Prahy, na Náměstí Republiky výstavba multifunkčního komerčního komplexu Palladium. Projekt Palladium zahrnoval nejenom celý bývalý vojenský areál s dominantní budovou kasáren Jiřího z Poděbrad, ale i přístupové a příjezdové komunikace v podzemní úrovni samotného náměstí Republiky a ulic Revoluční a Truhlářské.

V půdorysu rozsáhlého dvora původního areálu včetně starých dvorních objektů, které byly zdemolovány, byla navržena a postavena zcela nová budova, tzv. Hlavní budova, která těsně přiléhala k budově kasáren. Nově navržených pět podzemních podlaží v celém jejím půdorysu s hloubkou výkopu přesahující 20,0 m si vyžádalo použití metody výstavby top&-down, viz zdroje informací. Podél průčelí budovy kasáren do Náměstí Republiky byla zbudována ve výkopu nová přístupová pasáž od vestibulu metra. Napříč pod severním křídlem budovy kasáren je vedena hlavní příjezdová rampa z ulice Revoluční, respektive z ulice Truhlářské, do podzemních garáží nacházejících se v Hlavní budově.

V projekční fázi se řešila i možnost podzemního propojení komplexu Palladium s obchodním domem Kotva. Součástí projektu Palladium byla celková přestavba nadzemní části historické budovy kasáren Jiřího z Poděbrad a vytvoření dvou zcela nových suterénních podlaží ve dvou třetinách jejího půdorysu. Stavební práce na výše uvedených objektech si vyžádaly rozsáhlá zajištění budovy kasáren, jejichž součástí bylo podchycení budovy v téměř celém jejím půdorysu. Podchycení se na základě celkové koncepce přestavby budovy skládalo jednak z podchycení původního zdiva a jednak z podchycení nově budovaných železobetonových sloupů, respektive z vytvoření jejich dočasného založení. Vlastní výstavbě předcházel od roku 2003 v celém půdorysu stavby rozsáhlý archeologický průzkum, který v místech provádění podchycení budovy kasáren probíhal až do roku 2006 a významně omezoval postup stavebních prací.

POŽADAVKY NA NÁVRH PODCHYCENÍ
Budova kasáren byla postavena počátkem 2. poloviny 19. století po rozsáhlé demolici dřívějších klášterních objektů a navýšení původního terénu o téměř dva metry. Jednalo se o masivní zděnou konstrukci. Základy byly z opukového zdiva, od přízemí byly zdi ze smíšeného zdiva a od druhého nadzemního podlaží pouze z cihelného zdiva. Většina stropních konstrukcí, a to od přízemí až po třetí patro, byly tvořeny valenými i křížovými klenbami z cihel. Dřevěný krov byl před přestavbou snesen a v závěrečné fázi přestavby byl nahrazen šikmo uloženými železobetonovými deskami. Také bylo vloženo nové podkrovní podlaží. Zatížení od původního zdiva působící v úrovni podchycení se pohybovalo v rozmezí 400 až 500 kN/m.

Podchycení budovy kasáren úzce souviselo s přestavbou nadzemní části budovy. Přestavba byla výsledkem kompromisu mezi požadavky investora a mezi požadavky ochrany stavebních památek. Více jak polovina objemu původních zděných konstrukcí byla v průběhu přestavby vybourána. Z původní zděné konstrukce budovy kasáren zůstaly v konečné fázi zachovány pouze celá průčelní zeď do Náměstí Republiky a do ulice Truhlářské, menší část průčelní zdi do dvora, dvě štítové zdi, dvě vnitřní věžová schodiště a převážná většina stropních kleneb až do 4. nadzemního podlaží. Všechny vnitřní příčné i podélné nosné zdi byly vybourány. V průběhu přestavby se v celém rozsahu budovy kasáren postupně vytvářel nový železobetonový skelet. Následně se původní zdivo odstraňovalo tak, jak nový železobetonový skelet přebíral zatížení od vlastní tíhy a od ponechávaných částí původních konstrukcí – převážně stropních kleneb.

Zatížení od dočasně založených jednotlivých železobetonových sloupů se pohybovalo v rozsahu od 2.000 do 3.000 kN, výjimečně i přes 4.000 kN. Požadavky na provádění výkopů pod úroveň původních základů budovy kasáren v přiléhajících stavebních objektech před vlastní přestavbou budovy kasáren vyvolalo požadavek na univerzálnost navrhovaného podchycení. V průběhu výstavby byla převážná část podchycení postupně zatížena nejprve původní zděnou konstrukcí budovy kasáren a následně jednotlivými fázemi výstavby nové železobetonové konstrukce včetně kombinací, jak bylo postupně původní zdivo odbouráváno a nahrazováno železobetonovou konstrukcí.

ARCHEOLOGICKÉ PRÁCE A GEOLOGICKÉ PODMÍNKY
Před vlastním podchycením budovy, a částečně i již v jeho průběhu, probíhaly v celém rozsahu půdorysu i v nejbližším okolí intenzivní archeologické práce. Tak zvaně archeologický nález číslo 1, fragmenty zdiva kamenného paláce z 2. poloviny 12. století, nacházející se v půdorysu budovy kasáren v hloubce –5,5 až –8,0 m musel být po celou dobu stavby ochráněn a zachován na původním místě. Nález zaujímal plochu přibližně 100 m². V závěrečné fázi přestavby byl zakomponován do nové železobetonové konstrukce.

Geologický profil v místě stavby odpovídá skladbě, která je charakteristická pro danou část Prahy. Horní vrstva o mocnosti 4,0 až 6,0 m je tvořena různorodými navážkami. Nížeji se nacházejí fluviální sedimenty Vltavy. Ve vyšších polohách jsou zastoupeny středně až hrubozrnými písky, v nižších polohách ulehlými písčitými štěrky s valouny. Skalní podloží je tvořeno prachovitými břidlicemi s velmi omezenou zónou zvětrání, avšak místy prostoupené poruchami. Horizont podzemní vody se nachází ve štěrkové vrstvě, přibližně na kótě 182,5 m n. m. (Bpv), což odpovídalo hloubce 12,5 m od stavební nuly. V některých místech výkopy i v půdorysu kasáren již zasahovaly pod úroveň hladiny podzemní vody.

NÁVRH A PROVEDENÍ PODCHYCENÍ BUDOVY KASÁREN
V úsecích pro trvalé podchycení byly navrženy sloupy tryskové injektáže o průměru 1,20 m. Těleso tryskové injektáže v místech, kde současně mělo funkci pažení, bylo v průběhu hloubení výkopu zajištěno jednou nebo dvěma úrovněmi zemních kotev. Tryskové injektáže bylo operativně použito i pro dočasné podchycení částí příčných nosných zdí, kdy byl požadován dřívější postup hloubení výkopu v jejich těsné blízkosti, než bylo možné tyto zdi odbourat.

Ve střední části a v jižním křídle budovy Kasáren o půdorysných rozměrech přibližně 60,0 × 17,5 m byla konstrukce podchycení navržena jako dočasná, a to do okamžiku kdy bylo možné propojení podchycené konstrukce s nově zhotovenou železobetonovou konstrukcí dvou suterénních podlaží. Následně byla konstrukce podchycení zcela odstraněna, výjimky tvořily části ocelových prvků a mikropilot procházející novou železobetonovou suterénní konstrukcí. Základní výšková úroveň podchycení byla přibližně v úrovni chodníku a navržená úroveň definitivního výkopu dosahovala hloubky 10,0 až 13,5 m.

Pro dočasné podchycení byla navržena koncepce s mikropilotovými bárkami - věžemi. Ty byly tvořeny mikropilotami sdružených do skupin prostřednictvím zavětrování. Na horní části mikropilotových bárek byl přenos zatížení od podchycovaného zdiva zajištěn ocelovou konstrukcí složenou z příčníků a převázek, respektive podélníků, spočívajících na zhlaví mikropilot. U dočasného založení železobetonových sloupů byly příčníky doplněny roštem z ocelových I-profilů. Kontakt mezi prvky podchycení a původním zdivem byl zajištěn vložením dřevěných trámků, dozděním a vyspárováním. Následně se přistoupilo k aktivaci podchycení. Ta spočívala ve vnesení předpětí do styčných spar na kontaktu jednotlivých ocelových příčníků a převázek, respektive podélníků, pomocí hydraulických lisů.

Použila se vždy dvojice lisů, každý umístěný na konci příčníku. Kapacita jednoho lisu umožnila vnášet předpětí až 500 kN. „Rozevřené“ styčné spáry byly stabilizovány vložením příslušného počtu vložek z ocelového plechu. V případě hlavních podélných nosných stěn budovy z původního zdiva včetně věže schodiště se jednalo o úseky v celkové délce 160,0 m. To představovalo celkem 114 kusů příčníků a 228 míst, kde byly vloženy lisy a provedena aktivace podchycení. Aktivací podchycení se dosáhlo minimalizace sedání původní konstrukce po následném odstranění původního základového zdiva. Rovněž se předešlo havarijním situacím v případech, kdy při aktivaci docházelo k nadměrnému zatlačování příčníků do původního zdiva. Ve třech případech se takto zjistily dříve pouze částečně zazděné prostupy a niky v původní konstrukci. Zdivo bylo samozřejmě dodatečně dozděno na plnou tloušťku a podchycení dodatečně zaktivováno.

HLAVNÍ NOSNÉ SVISLÉ PRVKY – MIKROPILOTY
Mikropiloty byly zhotoveny ze závitových ocelových trubek typu MESI Ø 139,7/9,2 mm z materiálu N80. Osazeny byly metodou „ztracené výpažnice“. Injektované kořeny mikropilot byly zcela situovány do skalního podloží, délka zavázání byla až 6,0 m. Po injektáži kořene mikropiloty byly do trubek MESI vloženy další ocelové trubky Ø 101,6/6,3 mm nebo Ø 101,6/8,3 mm. Spolupůsobení vložených trubek bylo zajištěno cementovou zálivkou. Průměr vložené trubky odvisel dle požadované vnitřní únosnosti včetně zahrnutí vzpěru. Působící namáhání na jednu mikropilotu dosahovalo hodnot 800 kN respektive až 1.100 kN. Mikropiloty byly vrtány z úrovně po dokončených archeologických pracech, tj. z úrovně cca –4,0 m. Úroveň podchycení zdí byla na kótě přibližně ± 0,00 m. Mikropiloty byly do úrovně podchycení prodlouženy ocelovými trubkami Ø 133/20 mm, respektive Ø 140/22 mm. Ještě před aktivací podchycení byly skupiny mikropilot v jejich volné části nad pracovní úrovní opatřeny zavětrováním z ocelových profilů L a z ocelových trubek. V průběhu výkopu při postupném obnažování mikropilot bylo zavětrování vždy v přesně stanoveném okamžiku doplňováno. Propojení s prvky zavětrování bylo zajištěno pomocí styčníkových objímek připevněných na trubky MESI třecím spojem.

Podchycení dvorní obvodové zdi bylo doplněno vně půdorysu budovy kasáren sloupy z ocelových trubek profilu Ø 273/10 mm vetknutých do zhlaví podzemní stěny. Sloupy byly složeny vždy ze dvou částí z důvodů technologického postupu výstavby. Osazování prvních částí sloupů vyžadovalo úzkou součinnost s výstavbou podzemní stěny sloužící pro zajištění výkopu v půdorysu Hlavní budovy a těsně přiléhající k budově kasáren. Pracovní úroveň pro osazování sloupů odpovídala pracovní úrovni pro provádění podzemní stěny, tj. úroveň –5,50 m.

První, spodní část sloupů byla vložena do čerstvé směsi právě dokončené lamely podzemní stěny. Po dostatečném zatvrdnutí směsi v horní části lamely podzemní stěny mohly být osazeny horní části ocelových sloupů. Jednotlivé sloupy byly postupně propojeny ocelovými prvky zavětrování, jednak navzájem a jednak s mikropilotami v půdorysu budovy. V závěrečné fázi přestavby budovy kasáren, tak, jak se dokončovala železobetonová konstrukce nových suterénních podlaží, se přistupovalo k odstraňování jednotlivých částí konstrukce dočasného podchycení.

DOČASNÉ ZALOŽENÍ NOVÝCH ŽELEZOBETONOVÝCH SLOUPŮ
V průběhu přestavby byl postupně v celém objektu Kasáren vytvářen nový železobetonový skelet. Tato přestavba předcházela výkopovým pracem v půdorysu budovy pod úroveň jejích původních základů nacházejících se v hloubce 6,0 až 7,0 m. Z tohoto důvodu bylo dočasně založeno celkem 25 železobetonových sloupů na mikropilotách, respektive na mikropilotových bárkách, viz popis výše. Až následně došlo k výkopům na plánovanou konečnou úroveň do hloubky 10,0 až 13,5 m.

Vzhledem ke skutečnosti, že koncepce přestavby nadzemní části se v průběhu stavby dvakrát změnila, s tím jak se měnily projekční a statické kanceláře, došlo u řady železobetonových sloupů k navýšení zatížení řádu desítek procent. V extrémním případě jednoho sloupu dosáhla hodnota zatížení na mikropilotovou bárku dočasného založení až 4.400 kN. V řadě již zhotovených dočasných založení skládajících se z mikropilotových bárek a ocelových konstrukcí bylo nutno komplikovaně provést dodatečné zesílení konstrukce. Ve výše zmíněném extrémním případu se do již zhotovené mikropilotové bárky musely zakomponovat doplňující dvě mikropiloty. Smyková únosnost ocelových prvků již i zesílené konstrukce ve zhlaví mikropilotové bárky byla vyčerpána. Muselo se ještě přistoupit k osazení čtyř kusů dodatečných šikmých ocelových vzpěr připevněných k dolní části nového železobetonového sloupu.

TUNELOVÝ PŘÍJEZD DO PODZEMNÍCH GARÁŽÍ
Samostatnou částí podchycení byl tunelový příjezd od ulice Revoluční, respektive Truhlářské, do podzemních garáží umístěných v Hlavní budově. Tunel prochází napříč pod severním křídlem budovy kasáren. Podchycení přenáší veškeré zatížení v půdorysu dvou polí nového železobetonového skeletu se šesti nadzemními podlažími, pod kterými tunel prochází. Hlavním nosným prvkem zde byly navrženy železobetonové trámy o rozpětí 14,0 m bez mezipodpory. Způsob výstavby lze přirovnat k metodě „cut&cover“.

Trámy se budovaly do průrazů napříč původních příčných nosných zdí na rostlém terénu ve stísněných sklepních prostorách. Bylo to ve fázi, kdy ještě nebyly vybourány původní příčné zdi. Konce trámů byly založeny na souvislých řadách sloupů tryskové injektáže zhotovených v předstihu ve sklepních prostorech. Tyto sloupy rovněž sloužily jako pažící konstrukce při odtěžení zeminy z tunelu pro příjezdovou rampu. Příčný průřez trámů dosahoval rozměrů až 1,8 × 2,0 m. Celkem bylo zbudováno 6 ks trámů. Definitivní železobetonový tubus tunelu byl navržen jako zcela nezávislá rámová konstrukce oddilatovaná od trvalého podchycení budovy. Tím se dle požadavků na projekt zamezilo přenosu vibrací od automobilového provozu do kancelářské části objektu.

ZÁVĚR A ZHODNOCENÍ STAVBY
Jednalo se o náročnou stavbu v historické části Prahy, která si vyžadovala úzkou součinnost všech zúčastněných stran jak na projekční, tak na prováděcí úrovni. V průběhu stavby byla koncepce přestavby budovy dvakrát přepracována. Hlavním důvodem byla malá rozpracovanost předchozího stupně projektové dokumentace v úrovni tendru a časový tlak na rychlost provádění. Z toho postupně vyplývaly požadavky na zvyšování únosnosti již zbudovaných částí podchycení a dočasného založení. Některé části ocelové konstrukce podchycení se musely na základě dodatečných požadavků zesilovat. Vlastní provádění podchycení na stavbě bylo i značně fyzicky náročné pro jednotlivé pracovníky.

V průběhu stavby byly provedeny práce pro podchycení budovy kasáren o následujících objemech:

• trysková injektáž dočasného i trvalého podchycení, sloupy Ø 1,20 m, dl. 1.600 bm,
• mikropiloty z ocel. trub MESI Ø 139,7/9,2 mm s doplňujícím zesílením, dl. 2.850 bm,
• ocelová konstrukce dočasného podchycení o hmotnosti 200 t, nezahrnuje mikropiloty,
• železobetonové trámy trvalého podchycení o celkovém objemu 310 m³.

Přestavba budovy kasáren a její podchycení se svým rozsahem a způsobem provádění zařadily k výjimečným stavbám. Složitost a náročnost prací byla dána požadavky na podchycení budovy takovým způsobem, aby bylo možné v době jejího podchycení zcela přestavět její nadzemní část a nově vytvořenou železobetonovou konstrukci na podchycení ještě dočasně založit. Takovéto požadavky vyplývaly z nutnosti provést hluboké výkopy na obou stranách budovy kasáren výrazně zasahující pod úroveň jejích původních základů. Současně se v rozsahu podchycení měly vytvořit dvě zcela nová suterénní podlaží. Významnou úlohu zde hrály termíny provádění jednotlivých prací na sousedních přiléhajících objektech i na vlastním objektu kasáren a nutnost jejich koordinace.

George of Poděbrady´s barracks – underpinning of building while reconstructing
The historical building of George of Poděbrady´s barracks underwent a complete reconstruction within the project of Palladium Praha. In order to make two completely new basement floors under the building and carry out deep excavations also for other construction objects which are situated in the vicinity, the reconstruction also contained a difficult underpinning, mostly of temporary nature. The article describes the way of inderpinning, which was conducted by means of jetgrouting pillars on one hand and by means of temporary steel frame based on micropilots on the other hand.

Autor

• Ing. Boudík Zdeněk CSc.