Nová evropská norma v geotechnické praxi ČSN EN 15 237 (73 1081) – Provádění speciálních geotechnických prací – Svislé drény

V případech, kdy vnější zatížení málo propustných zemin, jako jsou jíl, gyttja, rozložená rašelina atd., způsobuje nárůst napětí překračující předkonsolidační tlak zeminy, dojde k vyvolání přírůstku pórového tlaku, který je následován procesem konsolidace, při kterém je pórová voda vytlačena ven ze zeminy. Takto způsobené zmenšení objemu zeminy je doprovázeno postupným nárůstem efektivního napětí a odpovídajícím poklesem přírůstku pórového tlaku vody. Proces konsolidace pokračuje, dokud není přírůstek pórového tlaku vody kompletně rozptýlen a zatížení je přenášeno efektivními napětími. Trvání procesu závisí na konsolidačních vlastnostech zeminy a drenážních cestách (čím delší jsou drenážní cesty, tím delší je proces konsolidace). Cílem instalace vertikálních drénů je zkrátit drenážní cesty a čas potřebný k disipaci přírůstku pórového tlaku vody vyvolaného zatěžovací operací.

Detail zapouštění drénu do podloží

Technologie odvodňování zemin pomocí svislých drénů se na našem území v poslední době úspěšně rozvíjí, zejména při výstavbě liniových staveb, ale i při sanaci sesuvů atp. Ve světě je hloubkové zlepšování zemin svislými drény velice rozvinuté a tlak firem zabývajících se výrobou a realizací projektů tohoto typu geotechnických prací vedl k vypracování evropské technologické normy pro svislé drénování. Nutno podotknout, že činnost pracovní skupiny, zahrnující odborníky z 10 evropských zemí a Japonska, byla plně hrazena z prostředků sponzorských firem.
Tato evropská norma zahrnuje použití prefabrikovaných svislých drénů a pískových drénů a zabývá se požadavky na návrh, materiál drénů a instalačními metodami. Odvodňování pomocí svislých drénů a předběžného zatěžování se používá při zlepšování málo propustných, vysoce stlačitelných zemin. Svislé drénování se používá jak v pozemním stavitelství, tak v námořním stavitelství pro následující účely:

• (před-) konsolidace a redukce sedání po výstavbě;
• urychlení procesu konsolidace zkrácením drah pro disipaci pórového tlaku vody;
• zvýšení stability (zvýšením efektivních napětí v zemině);
• snižování hladiny podzemní vody;
• omezení účinků ztekucení při otřesech.

Tato evropská norma nezahrnuje zlepšování zemin pomocí studní, štěrkových a kamenných žeber, velkoprůměrových pilířů nebo pomocí vyztužujících prvků. Svislé drénování lze kombinovat s jinými způsoby zakládání nebo zlepšování základové půdy, např. elektroosmózou, pilotami a hutněnými pískovými pilotami, dynamickým hutněním a hloubkovým zlepšováním zemin.

Pohled na drenážní vrstvu se zapuštěnými drény

STRUKTURA NORMY
Všechny normy řady EN vydávané TC 288 mají jednotnou stavbu. Jednotlivé články jsou uspořádány do předmluvy a jedenácti kapitol. Norma dále obsahuje 3 obsáhlé informativní přílohy a seznam literatury.

STRUČNĚ Z OBSAHU
Předmětem normy je provádění, zkoušení, dohled a monitoring prací hloubkového zlepšování zemin pomocí svislých drénů. Hloubkové zlepšování se realizuje dvěma rozdílnými typy drénů – prefabrikovanými plochými a válcovými drény a drény zhotovenými na místě – tzv. pískovými drény.
Kapitola Termíny a definice podává výklad 14 termínů použitých v textu normy. Anglický originál používá řadu odborných výrazů, které nelze přeložit přímo a pro které se obtížně hledá odpovídající český ekvivalent. Obdobné problémy však zcela evidentně měli i autoři překladů do německého a francouzského jazyka. U některých pojmů, převzatých například z terminologie norem pro geotextilie, bylo nutné upravit český termín tak, aby odpovídal účelu použití v geotechnické normě.
V kapitole Informace nutné k provádění prací je taxativně vyjmenováno, co vše musí být k dispozici pro realizaci svislých drénů. Uvádí, že veškeré informace nutné k realizaci prací musí být opatřeny a musí na stavbě být před zahájením prací. Kromě obvyklých požadavků nutných pro návrh a realizaci daného typu zlepšování podloží, jako jsou geologické, petrografické a geotechnické údaje, údaje o podzemní vodě atd., se klade důraz na informace o způsobu zatěžování – jeho postup, harmonogram, použité hmoty, monitoring atp., který je nedílnou součástí svislého odvodňování.
Úspěšnost projektu odvodnění pomocí svislých drénů i jejich vlastní instalace úzce souvisí s dokonalým poznáním geologického prostředí. Proto norma vyžaduje velice podrobný geotechnický průzkum geologické stavby staveniště, zjištění veškerých překážek pro realizaci prací, včetně kořenových systémů stromů, podrobné ověření hydrogeologických, hydraulických a hydrochemických poměrů, detailní určení fyzikálních, mechanických i chemických vlastností zemin.
Kapitola týkající se Materiálů a výrobků obsahuje všechny údaje, které musí splňovat ať již továrně zhotovené drény, suroviny k jejich výrobě, nebo suroviny k výstavbě pískových drénů.

Vzorek plochého drénu: A – filtrační obal; B – drážkované jádro

Norma se podrobně věnuje tvaru, rozměrům, materiálům vhodným k výrobě jádra a filtračního obalu plochých i válcových drénů. Důraz je kladen na stanovení životnosti, pevnosti v tahu, odvodňovací kapacity, velikosti pórů filtru a dalších údajů. U pískových drénů je stanovena vhodná zrnitost hrubozrnných materiálů použitých do tohoto typu drénu.
Kapitola věnující se Požadavkům na návrh je poměrně stručná, doporučuje zejména monitoring sedání a pórových tlaků v různých hloubkách. Kapitolu podrobně rozvíjí přílohová část B. V kapitole Provádění se v obecné části taxativně požaduje vypracovat před prováděním prací technologický předpis, který musí obsahovat normou vyjmenované položky.
Další článek kapitoly se věnuje přípravě staveniště, zejména provedení vodorovné drenážní vrstvy, určuje její minimální tloušťku a charakter použitého hrubozrnného materiálu. V kapitole jsou dále stanoveny přípustné odchylky v hloubce, poloze a sklonu drénu. Důraz se klade na způsob instalace drénu, který nemá ovlivnit stabilitu staveniště vlivem zvýšení pórového tlaku vody při dynamickém způsobu instalace drénu do zemin citlivých na otřesy.
Úspěšná realizace prací hloubkového zlepšování je závislá na kvalifikovaném dohledu, hojném a pečlivém zkoušení a detailním monitoringu prací. Rozsah a metody musí stanovit návrh. Přehled metod zkoušení je uveden v přílohové části. Monitoruje se postup výstavby s důrazem na možnost reálného vyhodnocení průběhu konsolidace a celkového sednutí. Požaduje se instalace monitoringu včas před zahájením instalace pro zajištění ustálených referenčních hodnot.
O provádění prací se vedou provozní záznamy, výčet provozních parametrů obsahuje příslušná kapitola. U parametrických hodnot se dává přednost automatickým počítačovým záznamům. Kapitola týkající se bezpečnosti a ochrany zdraví při práci na staveništi klade důraz na dodržování pracovních postupů, kvalifikovanost obsluhy strojů a ochranu životního prostředí.
Přílohová část normy je značně rozsáhlá, má 30 stran z celkových 51. Informativní přílohy rozvádějí, uvádějí podrobnosti nebo vysvětlují požadavky některých kapitol normy. Směrnice k praktickým hlediskům svislého drénování jsou v příloze A. V příloze B jsou uvedena návrhová hlediska, která zahrnují i průzkumné práce. Příloha C obsahuje stupeň závaznosti jednotlivých ustanovení.

PŘÍLOHA A: PRAKTICKÁ HLEDISKA HLOUBKOVÉHO ZLEPŠOVÁNÍ
Uvádí, co je účelem odvodňování svislými drény. Drény se používají jako prostředek k urychlení dlouhodobého konsolidačního sedání způsobeného přitížením. Jiným účelem je zlepšit stabilitní poměry celkovým zvýšením smykové pevnosti. V seismických oblastech se svislé drénování může použít také pro účely zmírnění jevů ztekucení zemin. Příklady oblastí, ve kterých je tato technologie obecně použitelná, jsou:

• tělesa silnic a železnic,
• výstavba a vyztužení hrází,
• násypy stavenišť bytové výstavby, průmyslových zón, terminálů atd.,
• předběžné zatížení skládek,
• stavby na moři a příbřežní aplikace,
• rekultivace, přístavy a letiště.

Rostoucí oblast pro použití je na poli životního prostředí, rekultivací kontaminovaného podloží. Kontaminovaná voda vytlačovaná ven drény musí často být před vypuštěním upravována. Příloha dále obsahuje postupové diagramy a instalační schémata svislých drénů. Popisuje způsoby instalace drénů, zabývá se činiteli, které ovlivňují účinnost drénů a drenážní vrstvy, včetně výpočtu odvodňovací kapacity drénu a přístrojového vybavení pro realizaci zkoušek. Zabývá se i způsobem monitoringu účinnosti drénů a jeho instrumentací.

Schéma funkce svislých drénů: 1 – přitěžující zatížení; 2 – drenážní vrstva; 3 – svislé drény;
4 – jílová vrstva; 5 – odtok pórové vody.

PŘÍLOHA B: NÁVRHOVÁ HLEDISKA
Tato příloha velmi široce doplňuje kapitolu č. 7 (Požadavky na návrh). Navrhování svislého drénování zemin je interaktivním postupem, při kterém se návrh upravuje na základě získaných údajů z laboratorních a polních zkoušek a poloprovozního pokusu. Zabývá se i průzkumem zaměřeným na svislé drénování a hledisky návrhu, který je založen na stanovení konsolidačního sedání a jeho rychlosti s ohledem na stabilitní problematiku.

Autor

• RNDr. Beneš Ivan