141YRIM Říční inženýrství a morfologie. Seminární práce. Ochranné protipovodňové sypané hráze

Transkript

1 141YRIM Říční inženýrství a morfologie Seminární práce Ochranné protipovodňové sypané hráze Vypracoval: Frühbauer Jakub

2 Obsah práce: 1 OCHRANNÉ HRÁZE OBECNĚ Trasování ochranných hrází TYPY A SKLADBA SYPANÝCH OCHRANNÝCH HRÁZÍ Příčný řez hráze Materiály používané na ochranné sypané hráze Hráz homogenní Hráz homogenní s drenážní patkou Hráz nehomogenní Hráz s těsněním z umělých materiálů Opevnění povrchu hrázi ZAKLÁDÁNÍ OCHRANNÝCH SYPANÝCH HRÁZÍ Průzkum podloží Založení ochranné hráze, zlepšování a dotěsnění podloží SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A ZDROJŮ INFORMACÍ SEZNAM OBRÁZKŮ

3 1 Ochranné hráze obecně Účelem ochranných hrází je zabránit zaplavování cenného území během povodně a tím zamezit vzniku škod, popřípadě škodlivý účinek vody alespoň zmírnit. Ochranné hráze patří mezi nejstarší vodohospodářská díla a budují se takřka po celém světě. V mnohých případech se jedná o rozsáhlé liniové stavby a tak je při jejich návrhu třeba dbát na technický aspekt, ale rovněž zohlednit zásah do krajiny a vliv na faunu i floru. 1.1 Trasování ochranných hrází Trasa ochranné hráze by ideálně měla vést tak, aby při minimálních nákladech a záborech půdy ochránila co nejvíce majetku. Obecně je trasa hráze ovlivněna morfologií toku a údolní nivy, hydraulickými podmínkami, geologickými podmínkami lokality, zájmy ochrany přírody, krajiny, zástavby, atd. V neposlední řadě je trasa také ovlivněna stávajícími nároky na využití území a majetkoprávními vztahy. Z hlediska půdorysného uspořádání by se daly ochranné hráze základně rozdělit na hráze pobřežní neboli přilehlé a hráze oddálené či odsazené. Přilehlé hráze slouží ke zvýšení břehu přirozeného toku a jsou součástí jeho příčného profilu. Oddálená hráz je vybudována v určité vzdálenosti od toku obvykle bezprostředně podél chráněného území. Tato koncepce ponechává tok ve stávajícím stavu, nezabraňuje vodě při vybřežení a nehradí tak rozsáhlá území pro rozlivy povodní. Rovněž ve většině případů umožňuje návrh výrazně nižších hrází. Dále lze hráze dělit na uzavřené a otevřené. Otevřená hráz je napojena na výše položený terén pouze na horním konci, na dolním konci může být vystavena zpětnému vzdutí ze strany návodního i vzdušného líce. Uzavřená hráz je na obou svých koncích zavázána na výše položený terén. Speciálním případem by mohla být hráz obvodová, obklopující chráněné území ze všech stran. [1] 3

4 Příklad oddálené otevřené hráze v Miřejovicích.(viz obr.1) Nachází se hned za obloukem na dolním toku Vltavy. Chrání území přibližně na desetiletou vodu, pak dochází k jejímu obtoku na dolním konci a zatopení prostoru za hrází. Koruna je však navržena cca na úrovni padesátileté vody. I po obtečení tedy částečně chrání území odkláněním hlavního proudu. Příklad přilehlé hráze s opevněním v oblouku. (viz obr.2) Obr. 1: Zakončení hráze za Miřejovicemi Obr. 2: Přilehlá opevněná hráz Veltrusy 4

5 2 Typy a skladba sypaných ochranných hrází 2.1 Příčný řez hráze Tvar příčného profilu hráze závisí na požadavcích vzhledem k prostorovému umístění a trasování hráze. Rovněž závisí na použitém materiálu, hrazené výšce a velmi významnou roli hraje charakter podloží. Tvar závisí rovněž na způsobu opevnění hráze, popřípadě na povrchu a pojízdnosti koruny hráze. Obr. 3: Typický příčný řez tělesa hráze [1] 2.2 Materiály používané na ochranné sypané hráze V tabulce na obr. 4 je znázorněna vhodnost materiálů pro jednotlivé zóny sypaných zemních hrází dle [ČSN ]. Obr. 4: Použití materiálu na sypané zemní hráze [1] 5

6 Výběr vhodného stavebního materiálu pro budování zemní hráze je základním prvkem pro zajištění její účinnosti. Volba materiálu stejně jako příčný profil hráze značně závisí na podloží v místě, kde se bude ochranná hráz nacházet. Výstavbě každé ochranné hráze by tedy měl předcházet důkladný inženýrskogeologický průzkum, společně se získáním hydrogeologických a hydraulických podkladů. Z uvedené tabulky na obr. 4 je patrné, že soudržné zeminy se obecně používají při výstavbě homogenních hrází, popřípadě jako těsnící prvek u nehomogenních hrází. Nesoudržné zeminy a kamenivo se potom používají jako stabilizační prvek, popřípadě jako součást drénů a filtrů Hráz homogenní V případě dostatku vhodné zeminy v okolí stavby může být hráz vybudována z homogenního materiálu. Tento typ se používá především pro menší hrazené výšky do přibližně 5 m. Jedná se o nejčastěji používaný typ ochranné protipovodňové hráze. Výhodou je jednoduchost a poměrně snadná výstavba. Nevýhodou může být nedostatečná těsnost hráze popřípadě velká propustnost podloží. Oba problémy je třeba při návrhu posoudit. V případě prokázání možnosti prosakování tělesem hráze se obvykle navrhuje drenážní prvek při vzdušné patě hráze, V případě nebezpečí průsaku podložím hráze, je-li například hráz zakládána na písčitém a štěrkopísčitém podloží, je třeba navrhnout odpovídající odvodňovací a protiprůsaková opatření. Viz další kapitoly. Obr. 5: Schéma homogenní ochranné hráze na nepropustném podloží [1] 6

7 2.2.2 Hráz homogenní s drenážní patkou Pokud nevyhovují průsakové poměry hrází v průběhu povodně a bezprostředně po ni, je třeba ji opatřit drenážním prvkem. To je však finančně i provozně náročné, je tedy třeba zvážit, zda je použití drénu opravdu nutné a není možná jiná varianta. Drény mají za úkol zachytit a bezpečně odvést průsakovou vodu z tělesa hráze. Obvykle se skládají z drenážního potrubí, popřípadě přikopu, drenážního přísypu a filtru. Jsou umísťovány na vzdušnou patu hráze. Drenážní materiály musí umožnit odvodňování zeminy, ale současně musí být filtračně stabilní vůči přilehlé zemině. Většinou jsou tvořeny z písku štěrku sutě, strusky, popřípadě geotextílie. Sběrná potrubí či příkopy jsou zaústěny do šachet, odkud se následně ze záhrází odvádí přečerpáváním nebo gravitačně společně s ostatními vnitřními vodami. Obr. 6: Schéma homogenní ochranné hráze s drenážní patkou [1] Příklady možné skladby drenážního filtru jsou na obr. 7. Číslem jedna je označena depresní křivka. Číslo dva je ochranný filtr a čtyři drenážní potrubí v drenážní patce. Obr. 7: Schéma patního drénu [1] 7

8 2.2.3 Hráz nehomogenní Nehomogenní ochranná hráz se skládá z těsnícího prvku, stabilizační části, popřípadě drenážní patky. Těsnění může být navrženo jako střední uvnitř tělesa hráze, z obou stran přitížené propustnějším materiálem nebo může být zvolené zonální uspořádání, kdy je materiál s minimální propustností umístěn na návodní straně a propustnější materiál na vzdušné stabilizační části. Těsnící vrstva je i tak obsypána kvůli ochraně a přitížení krycí vrstvou ze zrnitých materiálů. V obou případech je třeba na rozhraní vrstev umístit filtrační vrstvu, aby nedocházelo k vyplavování jemných částic z těsnící vrstvy. Výhodou nehomogenních hrází může být efektivní využití dostupných zemin a materiálu. Popřípadě můžou být využity i v případě nedostatku vhodného materiálu na výstavbu homogenní hráze. V případě navázání těsnící vrstvy na nepropustné podloží a následné dotěsnění propustné vrstvy podloží může být rovněž jejich předostí minimální propustnost hráze. Konkrétní rozmístění jednotlivých prvků a navázání na nepropustné podloží je však třeba vždy důkladně zvážit v závislosti na hydrogeologických vlastnostech podloží. Může dojít k narušení přírodního režimu podzemních vod vedoucímu k poruchám. Viz dále. Obr. 8: Schéma nehomogenní hráze se středním těsněním na nepropustném podloží [1] Obr. 9: Schéma nehomogenní hráze s těsněním na návodním líci na nepropustném podloží [1] 8

9 2.2.4 Hráz s těsněním z umělých materiálů Při návrhu protipovodňových hrází není umělé těsnění příliš časté, ale často se používá například na dotěsnění porušených častí nebo v místech, kde hráz bývá zaplavována častěji a po delší dobu. Těsnění z umělých materiálů může být uspořádáno jako povrchové neboli plášťové. Popřípadě jako vnitřní v podobě ocelových štětových stěn, betonových stěn či stěn vytvořených injektáží. Obr. 10: Hráz s povrchovým těsněním syntetickou fólií. Křešice [3] Obr. 11: vnitřní dotěsnění štětovou stěnou. Břeclav [3] 9

10 2.3 Opevnění povrchu hrázi Nejčastější ochranou protipovodňových hrází je obvykle osetí travním porostem, který je pro zlepšení růstu pokládán na humusovou vrstvu. U stabilizačních částí hrází ze štěrkopísku je třeba pod ornici umístit přechodovou filtrační vrstvu. V případě, kdy je trasa hráze vedena v mimořádně a dlouhodobě namáhaných úsecích je třeba hráze opatřit odolnější ochranou. Jedná se například o místa se strmými svahy nebo o přilehlé hráze, které je nutné opevnit podobně jako břehy toku. Jako vhodné opatření se osvědčil štěrkový pohoz, rovnanina z kamene, gabiony nebo například dlažba z přírodního kamene, popřípadě z betonových tvárnic. Volba opevnění závisí na úrovni ochrany hráze. Kvalitní opevnění je finančně nákladné, je tedy třeba vyjít z technicko-ekonomického rozboru. Obr. 12: Protipovodňová hráz v přístavišti Mělník [4] 10

11 3 Zakládání ochranných sypaných hrází 3.1 Průzkum podloží Stejně důležité jako ochranná hráz je i její podloží. Při návrhu je třeba přihlédnout zejména k jeho propustnosti a pevnosti. Podrobný a pečlivý průzkum je zvlášť třeba u nepravidelné skladby podloží. Ta se nachází například na místech křížení ochranné hráze s opuštěnými či slepými rameny nebo původní trasou meandrujícího toku. Dále je třeba věnovat pozornost u poddajných a organických zemin, kdy je třeba zohlednit tlak vody v pórech vzniklý přitížením a jeho vývoj v čase. Podkladem pro průzkum základových poměrů je přehled o geologickém původu a skladbě území. Z něj se určí místa s jednotnými poměry v podloží a také vhodná metoda pro další průzkum. K tomu slouží vrty, sondy a terénní geotechnické zkoušky. V budoucí trase hráze jsou provedeny vrty s odběrem zeminy a hlavní vrty vedoucí až do nepropustného podloží, které jsou důležité nejen pro odběr vzorků i v hlubších polohách, ale rovněž pro zjištění úrovně hladiny podzemní vody a jejího kolísání. V případě potřeby a na problematických místech se provádí další zkoušky například kopané sondy, čerpací pokusy, atd. 3.2 Založení ochranné hráze, zlepšování a dotěsnění podloží Obecně je třeba, aby zajistilo založení ochranných hrází jejich stabilitu. Konstrukce jsou namáhány statickým i dynamickým zatížením od vody v toku. Rovněž je třeba vzít zatížení od prosakující podzemní vody a vzniklým tlakům, popřípadě vztlakům vody na podzemní konstrukce. Převážně u propustných podloží je třeba zajistit spolehlivost konstrukce z hlediska filtračních deformací. Zajistit dostatečně dlouhou průsakovou dráhu a umožnit kontrolu a lokalizaci průsaků. Konstrukce by však neměla ovlivňovat režim proudění podzemní vody. Z tohoto důvodu je třeba v průběhu povodní počítat s průsaky do zvodně a zabývat se zvýšenou hladinou podzemní vody v chráněném prostoru za ochrannou hrází. 11

12 Obr. 13: Základová spára s drážkou pro zavazující klín. Valašské Meziříčí [5] Ochranné hráze se zakládají na únosné podloží po odstranění vegetace a humózní vrstvy. Pokud se v podloží nachází neúnosné zeminy s vysokým obsahem organických látek, je třeba je rovněž odtěžit. Problém nastává také v místech křížení zrušených koryt a slepých ramen. Zde je třeba pečlivě odstranit bahno, rozbředlou zeminu a veškeré organické materiály z koryta, která by mohli způsobit poruchy hlavně v sedání hráze. Dále je třeba v těchto místech lokálně prodloužit průsakovou dráhu, například rozšířením základové spáry hráze jelikož zde bývá velmi propustné podloží. Naopak vhodná pro zakládání je mocná a souvislá těsnící krycí vrstva tvořená naplavovanými hlínami a jíly, takzvaný stropní izolátor. Obvykle se nachází v širokých údolních nivách nad vrstvou propustné písčité a štěrkopísčité zeminy, která může mít mocnost i několik desítek metrů. V tomto případě se ochranná hráz zaváže do nepropustné těsnící vrstvy. Snahou je ji neporušit a zanechat v co největším rozsahu v předhrází, čímž se zabraňuje prosakování do vrstev pod tělesem hráze. Potíže mohou nastat během povodní, kdy stoupáním hladiny na návodní straně hráze narůstá vztlak právě na těsnící vrstvu u vzdušné paty hráze a může docházet k průsakům až k prolomení této vrstvy. To je třeba ověřit výpočtem a popřípadě vyřešit vhodným odvodněním. 12

13 Obr. 14: Hráz založená na těsnící povodňové hlíně [1] Pokud se krycí vrstva nenachází v dostatečné mocnosti, popřípadě není spojitá a nad terén vystupuje propustné podloží je třeba u ochranné hráze zajistit dostatečnou délku průsakové dráhy. Obecně by měla mít délku alespoň osminásobku hloubky vody v záhrází, ale vhodnější je posoudit podloží z hlediska filtrační stability. Vysakování vody na vzdušní straně hráze a ve spodní části vzdušního svahu snižuje stabilitu hráze, může dojít k vytvoření privilegovaných průsakových cest v podloží i v hrázi a následnému protržení. Průsaková dráha lze prodloužit rozšířením základové spáry hráze, popřípadě v kombinaci s předloženým těsnícím kobercem a kobercovým drénem. Vznikne tak v podstatě umělá nepropustná vrstva. Druhou možností jak prodloužit průsakovou dráhu je vybudování vertikálního prvku jako je podzemní stěna nebo zavazovací ozub. Tento prvek je možné zavázat až do nepropustného podloží. To je však vždy třeba zvážit s ohledem na zachování interakce zvodně s vodním tokem. Utěsnění podloží těsnícími stěnami a injektážemi jak je obvyklé u velkých přehrad, se však kvůli nákladnosti u ochranných hrází používá jen ve výjimečných případech. Převážně při opravách. Obr. 15: Hráz založená na propustném podloží [1] 13

14 Pokud se v místě budování hráze nachází zcela nevhodné podloží, je možné provést jeho zlepšení. Únosnost je možné zvýšit zabudováním geotextílie, vertikálními drény, výměnou zeminy, popřípadě zavibrováním kamenné drtě. Výměnou nevhodné zeminy v základové spáře za kamennou drť lze rovněž docílit zmenšení sedání hráze. Obecně je cílem, aby sedání nastalo již během stavby a přitom se zvýšila smyková pevnost. Hráze je proto třeba během výstavby důkladně hutnit. 4 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A ZDROJŮ INFORMACÍ [1] ŘÍHA, Jaromír. Ochranné hráze na vodních tocích. Vyd. 1. Praha: Grada, 2010, 223 s. ISBN [2] Technická zařízení na vodních nádržích [online]. Dostupné z: cka_zarizeni.htm [3] Zemní hydroizolační folie [online]. Dostupné z: [4] Protipovodňová hráz v přístavišti Mělník [online]. Dostupné z: [5] Protipovodňové opatření Smědé [online]. [cit ]. Dostupné z: 14

15 5 SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázky Obr. 1: Zakončení hráze za Miřejovicemi... 4 Obr. 2: Přilehlá opevněná hráz Veltrusy... 4 Obr. 3: Typický příčný řez tělesa hráze [1]... 5 Obr. 4: Použití materiálu na sypané zemní hráze [2]... 5 Obr. 5: Schéma homogenní ochranné hráze na nepropustném podloží [1]... 6 Obr. 6: Schéma homogenní ochranné hráze s drenážní patkou [1]... 7 Obr. 7: Schéma patního drénu [1]... 7 Obr. 8: Schéma nehomogenní hráze se středním těsněním na nepropustném podloží [1]... 8 Obr. 9: Schéma nehomogenní hráze s těsněním na návodním líci na nepropustném podloží [1]... 8 Obr. 10: Hráz s povrchovým těsněním syntetickou fólií [3]... 9 Obr. 11: vnitřní dotěsnění štětovou stěnou [3]... 9 Obr. 12: Protipovodňová hráz v přístavišti Mělník [4] Obr. 13: Základová spára s drážkou pro zavazující klín [5] Obr. 13: Hráz založená na těsnící povodňové hlíně [1] Obr. 14: Hráz založená na propustném podloží [1]