PODCHYCENÍ ZÁKLADŮ OSTRAVSKÉ UNIVERSITY POMOCÍ MIKROPILOTOVÉ PODZEMNÍ STĚNY KOTVENÉ PŘEDPĚTÍM

Transkript

1 Ing. Radim Čajka, CSc. ARMING spol. s r.o., Ocelářská 6, Ostrava - Vítkovice, tel. 069/ , fax 069/ radim.cajka@arming.cz Katedra konstrukcí FAST VŠB - TU Ostrava, L. Podéště 1875, Ostrava Poruba, tel. 069/ , fax 069/ radim.cajka@vsb.cz, Ing. Stanislav Starzyczny RESA sanace a rekonstrukce, spol. s r.o., U Cementárny 16, Ostrava Vítkovice, tel./fax 069/ resa-sanace@volny.cz PODCHYCENÍ ZÁKLADŮ OSTRAVSKÉ UNIVERSITY POMOCÍ MIKROPILOTOVÉ PODZEMNÍ STĚNY KOTVENÉ PŘEDPĚTÍM Resume Provision of foundation pit at new building construction in Ostrava - Hladnov. Numerical analysis and modelling of wall - subsoil interaction. Design and realization of micropiles wall anchoraged into subsoil by means of prestrained strand anchor. Reinforcement of wall structure by the help of reinforced mesh and torcrete. Úvod V rámci výstavby nového objektu Ostravské Univerzity v Ostravě Hladnově bylo nutno podchytit a staticky zajistit základy a štítovou stěnu stávající budovy. Suterén nové přístavby zasahuje téměř 2,5 m pod základovou spáru stávajícího nepodsklepeného objektu. Při celkové koncepci návrhu musely být zohledněny složité základové poměry tektonicky porušeného a nestabilního poddolovaného území Hladnovského kopce s výskytem tekutých písků. S ohledem na propojení přístavby se stávajícím objektem byla podzemní stěna navržena a úspěšně realizována pomocí mikropilot, jejichž stabilita je zajištěna předpjatými kotvami za současného zmonolitnění stříkaným betonem vyztuženým svařovanou sítí. Tímto způsobem byla minimalizována tloušťka podzemní stěny za současného dosažení potřebné únosnosti a zajištění stability přilehlé části stávajícího objektu. Základové poměry V rámci přípravných prací byl proveden IG průzkum [10], který spočíval ve vyhodnocení stávajících sond 3/470 a 4/470 provedených při výstavbě objektu B v roce 1953 a provedení 3 nových vrtů S1 až S3. Pod povrchovými navážkami se nachází soudržné jíly třídy F6 a písčité jíly tuhé konzistence F4 dosahující mocnosti cca 4 m. V hloubce 4 m pod stávajícím terénem lze podle [10] očekávat písčité jíly se směrnými charakteristikami podle ČSN [4] - modul přetvárnosti E def = 5,0 MPa - Poissonovo číslo ν = 0,4 - objemová tíha γ z = 20 kn.m -3 - soudržnost c ef = 8-16 kpa, (c u = 50 kpa) - úhel vnitřního tření ϕ ef = o, (ϕ u = 0) Hlouběji se pod soudržnými zeminami nachází písky s příměsí jemnozrnné zeminy, které jsou ulehlé a zvodnělé. Hladina podzemní vody byla naražena v hloubce 4,0 m pod povrchem.

2 Účinky poddolování Podle vyjádření OKD, a.s. IMGE [9] se zájmová oblast nachází nad střední částí rušeného dobývacího prostoru Slezská Ostrava III, který byl ve správě OKD, a.s. dolu Odra. Tato oblast byla v minulosti dotčena okrajovými účinky důlní činnosti mírné intenzity, přičemž celkový pokles území nepřesáhl za 10 let 5 cm. Po ukončení dobývání v bývalém důlním závodě Petr Bezruč se vlivem stabilizace horninového masívu předpokládají časově doznívající deformace, které odpovídají klasifikaci stavenišť IV. až V. skupiny ve smyslu ČSN [3]. V posuzovaném areálu se však nachází tektonická porucha tzv. slezsko ostravského zlomu, který se projevuje až nespojitými deformacemi terénu. Jeho dvě ověřené větve prochází pozemkem a příčina této poruchy se přisuzuje kernému pohybu horského pásma vyvolaného zřejmě důlní činností. S ohledem na ukončení těžby uhlí a doznívajících vlivů poddolování se podle pozorování jeho intenzita snížila o cca 20 %. Protože charakter zlomu a další možné projevy jsou nepředvídatelné, jsou stavby podle vyjádření IMGE [9] a posudku [12] zařazeny do III. skupiny stavenišť s následujícími deformačními parametry: i max = 5, rad ε max = 3, R min = 12,0 km Prognóza dalšího možného tektonického pohybu podloží je v samostatném posudku [12]. Σ4/470 Υ 4,0 Ν 4,0 Obr. 1 Svislý řez kotvenou mikropilotovou stěnou a vyznačením etap provádění

3 Statické řešení S ohledem na minimalizaci tloušťky podzemní konstrukce je navržena mikropilotová stěna kotvená do podloží pomocí předpjatých lanových kotev. Při statickém řešení a projekční návrhu bylo použito numerického modelování interakce podzemní stěny a zemního prostředí [13]. Výpočet vnitřních sil v kotvě a mikropilotách byl proveden pomocí programového systému NEXIS se zohledněním zatížení a tuhostí podle [1] až [6]. Postup výkopů nezajištěné základové jámy a průběžné provádění podzemní stěny po etapách bylo určeno z podmínky maximální výšky nezapaženého výkopu [8]. Pro nejnižší a nejvyšší hodnoty vstupních parametrů zeminy F4 až F6 v podzákladí 3 0 cef = 8 18 kpa, γ = 20 kn / m, ϕ ef = vychází minimální a maximální výška při zajištění stability kolmého výkopu soudržné zeminy 2. cmin 0 ϕ min h ca, min =. tg 45 + =. tg 45 + = 1, 1 m γ cmax 0 ϕ axn hca, max =. tg 45 + =. tg 45 + = 2, 9 m γ Po převedení přitížení okraje výkopu průměrným kontaktním napětím v základové spáře p z štítové stěny na ekvivalentní náhradní výšku zeminy h p pz 20,0 hp = = = 1, 0 m γ z 20,0 dostáváme předpokládanou spodní a horní hranici výšky pro stabilní kolmý výkop bez pažení hca,min 1,1 Dmin hp = 1,0 = 0,2 m < 0 γ 1,3 u hca,max 2,9 Dmax hp = 1,0 = 1,2 m > 0 γ u 1,3 kde součinitel spolehlivosti je uvažován hodnotou γ n = 1,3 Z uvedených hodnot je patrné, že i při nejpříznivějších (optimistických) geotechnických parametrech zemin je nutno zajistit štítovou stěnu proti sesutí do výkopu. Postup provádění stěny Před zahájením výkopových prací byla výškově a polohově zaměřena štítová stěna stávajícího objektu na stabilizovaných výškových bodech. Měřením byl rovněž průběžně kontrolován případný pohyb objektu během provádění prací. Výkop se prováděl po etapách, tj. po jednotlivých výškových úrovních v závislosti na postupu injektážních prací a provádění mikropilot. Štítová stěna je zajištěna pomocí mikropilot z trubky TR 89/100 o délce 6,0 m provedených z vnější (z výkopu) a vnitřní (ze suterénu) strany kotvené stěny. Horizontální síly vyvolané zemním tlakem a zatížením od stávajícího základu, stejně jako stabilitu mikropilotové stěny zajišťují předpjaté lanové kotvy 2 x Lp 15,5 mm [5] o celkové délce 10 m. Pro zabránění vysypávání či vyplavování zeminy z podzákladí do stavební jámy jsou na mikropiloty z vnější strany ukotveny sítě KARI 6/100-6/100 a následně zmonolitněny stříkaným betonem. Kotvení sítí je provedeno pomocí tyčových kotev délky 3,0 m a profilu R 32, které byly injektovány do zemního prostředí pomocí polyuretanové pryskyřice. Injektáž tyčových kotev R 32 byla prováděna okamžitě po navrtání.s možností jejich zatížení již po minutách. Při postupném odkopu byla dodržována největší nezajištěná plocha pod

4 Obr. 2 Půdorys a pohled kotvené stěny s vyznačením úrovní etap provádění

5 základem maximálně 2 x 2 m. Tímto způsobem se pokračovalo po celé délce úseku dané etapy, zmonolitnění stěny stříkaným betonem bylo prováděno postupným odkopem II. etapy na úrovni -3,3 m. Stavební práce byly prováděny následujícím postupem [14]: - vrtání a osazení mikropilot z původního terénu a ze sklepních prostor, - provedení I.etapy výkopu po úroveň 2,0 m, tj. původní základové spáry stávajícího objektu, - odstranění volných trubek délky 1,6 m a úprava původního základu zarovnáním do úrovně svislé stěny, - navrtání a osazení lanových kotev 2 x Lp 15,5 mm včetně injektáže a předepnutí, - provedení II.etapy výkopu po úroveň 3,3 m za současného pokládání geotextílie a KARI sítě, - provedení kotvení sítě pomocí tyčových kotev a nástřik vrstvy betonu všech polí etapy II, - stejným způsobem provedení III.etapy výkopu a zajištění stříkaným betonem na úroveň budoucí základové spáry nové budovy v hloubce 4,5 m. Při aktivaci stěny pomocí předpjatých lanových kotev byly průběžně vyhodnocovány vodorovné i svislé deformace. Při hloubení stavební jámy a realizaci kotvené stěny současně probíhalo výškové a polohové sledování přilehlé části stávajícího objektu. Injektážní práce Po provedení vytyčení vrtného schématu byly zahájeny vrtné práce pro instalaci kotevních zábran (I 120). Jako mechanizace bylo použito vrtné soupravy Wirth B0/B1 na podvozku, průměr vrtů 156 mm [14]. Před dalším prováděním bylo nutno obnažit stávající základovou konstrukci pod štítovou stěnou až po základovou spáru. Po odkopu byly provedeny z vnější strany objektu, pomocí vrtné soupravy Wirth B1 na podvozku V3S, vrty pro mikropiloty P1-P16, délky 7,5 m a průměru 171 mm. Současně byly prováděny vrty o průměru 115 mm a délky 6,0-8,5 m z vnitřní strany budovy pomocí přenosné vrtné soupravy HVS 02. Do všech těchto vrtů byly jako výztuž mikropiloty osazeny ocelové trubky 89/10 mm. Po odkopání 1. etapy (-2,0 m) byly pomocí vrtné soupravy Wirth B1 na podvozku V3S provedeny vrty pro lanové kotvy o délce 10,0 m a průměru 156 mm. Situování stěny, rozmístění mikropilot a lanových kotev je patrné z obr.1 až 3. Do vyztužených vrtů pro mikropiloty byla provedena nízkotlaká zálivka cementovou směsí v poměru c:v = 2:1 pomocí vřetenového čerpadla KTX 40. Byl použit cement SPC 32,5. Po zatuhnutí zálivky byla provedena vysokotlaká injektáž pístovým čerpadlem IC tlakem 4,5 MPa shodnou cementovou směsí jako pro nízkotlakou zálivku. Kořeny lanových kotev (2 x Lp 15,5 mm) byly injektovány cementem SPC 42,5 s přidáním plastifikátoru KEMAZIN OC a s následnou reinjektáží. Kotvy byly postupně po etapách napnuty na 100 kn podle předem určeného postupu předpínání [13]. Maximální naměřené deformace kotev K01 až K09 se pohybovaly od 10,6 m do 14,5 mm [14]. Během injektáže byly odebírány vzorky pro zjištění tlakové pevnosti injektážní směsi. Z důvodu odlišného a nepravidelného tvaru základové konstrukce než mohlo být předpokládáno z provedeného průzkumu [11] bylo nutno provést přikotvení mikropilot k základovému pásu pomocí lepených ocelových svorníků.

6 Obr. 3 Napojení hlouběji založené nové přístavby a její půdorysné umístění Výkopové práce Po provedení zajištění stěny a geodetické kontrole stabilizovaných bodů štítové stěny byla zahájena II. etapa výkopových prací po úroveň 3,3 m. Odkop byl prováděn postupně na max. otevřenou šířku 2,0 x 2,0 m. Po ručním dočištěním, přichycení svařované sítě 100/100 mm a po přikotvení tyčových kotev R32 pomocí injektáže polyuretanovou pryskyřicí byl proveden suchý stříkaný beton B 30 [7]. Před prováděním svislé izolace byl povrch stříkaného betonu vyrovnán pomocí vyrovnávacího potěru. Během provádění výkopových a injektážních prací, stejně jako po celou dobu stavebních prací při výstavbě objektu, nedošlo ve štítové stěně ani jiných místech stávající budovy ke vzniku viditelných trhlin nebo poruch. Literatura [1] ČSN Zatížení stavebních konstrukcí; 1986, a-91 [2] ČSN Zemní a horninový tlak na stavební konstrukce; 1990 [3] ČSN Navrhování objektů na poddolovaném území; 1989, a-91 [4] ČSN Zakládání staveb. Základová půda pod plošnými základy; [5] ČSN Navrhování betonových konstrukcí; 1986, a-89 [6] ČSN Navrhovanie tenkostenných sieťobetónových konštrukcií; 1992 [7] ČSN Provádění a kontrola betonových konstrukcí; 1986 a-88, b-89, c-91 [8] Hulla, J.- Šimek, J.- Hulman, R.- Trávníček, I.-Štěpánek, Z.: Zakladanie stavieb, Alfa Bratislava - SNTL Praha, 1987 [9] OL-1998/ Ing.Mů Odborné posouzení z důlního hlediska ke stavbě Demolice a novostavba objektu areál bývalého gymnázia Hladnov, k.ú. Slezská Ostrava, OKD, a.s. IMGE, o.z., Ostrava 01/1999

7 [10] IG průzkum pro stavbu objektu přírodovědecké fakulty OU ve Slezské Ostravě, zakázkové číslo , archivní číslo , Geosta Ostrava, Ostrava 10/1999 [11] AR-0006-BK Stanovení hloubky založení štítové stěny objektu přírodovědecké fakulty OU ve Slezské Ostravě, stavební průzkum, ARMING spol. s r.o. 03/2000 [12] Janas, P.: Prognóza vývoje deformace povrchu v lokalitě plánované přístavby Ostravské univerzity na Slezské Ostravě, znalecký posudek, Ostrava 7/2000 [13] AR-0106-BK Zajištění štítové stěny. Rekonstrukce objektu Chitussiho 10, Ostrava Hladnov, SO 104 Dostavba bloku L, ARMING spol. s r.o., 01/2001 [14] Starzyczny, S.: Univerzita 2000, Chitussiho 10, Slezská Ostrava. Předávací dokumentace mikropilotové stěny, RESA - Sanace a rekonstrukce, spol. s r.o., 01/ 2001