REKONSTRUKCE DRENÁŽNÍCH PRVKŮ SYPANÝCH HRÁZÍ VD SLUŠOVICE A VD BOSKOVICE 1. Úvod Petr Holomek Na sypaných přehradních hrázích je správně navržený a provedený drenážní systém jedním z nejdůležitějších prvků, který má význačný vliv na jejich stabilitu a bezpečnost. Drenážní systém má zajišťovat bezpečné odvedení prosakující vody přes vlastní zemní násyp tělesa hráze a současně i vytvoření přijatelné polohy průsakové křivky. Další funkcí tohoto systému je odvedení prosáklé vody podložím hráze často hlavně za účelem snížení tlaku na základovou spáru vzdušní stabilizační části hráze. Tento druhý případ je pak obzvláště aktuální u hrází s méně kvalitním podložím (v rámci ČR např. karpatský flyš). Příspěvek se zabývá rekonstrukcí drenážních systémů na sypaných přehradních hrázích ve správě Povodí Moravy s.p., které byly dokončeny v uplynulém roce tj. na VD Slušovice a VD Boskovice. Hráz VD Slušovice se nachází cca 2 km severně nad Slušovicemi ve Zlínském kraji (ČR). Hráz je situována na Dřevnici v ř. km 28,800 na úpatí Hostýnských vrchů. Nádrž je vodárenská a v současnosti je význačným zdrojem vody pro celou Zlínskou aglomeraci. Hráz VD Boskovice se nachází cca 2 km severovýchodně nad Boskovicemi v Jihomoravském kraji (ČR). Hráz je situována na Bělé v km 7,400 na rozhraní Boskovické brázdy a Drahanské vrchoviny. Výstavba této vodárenská nádrže se uskutečnila na základě vzrůstající spotřeby pitné vody na Blanensku v 80 a 90. letech minulého století. V současné době je však díky následnému poklesu spotřeby vodárenský odběr z nádrže pozastaven. 2. Stručná charakteristika vodních děl Zejména z hlediska typu hráze, ale i geologickými poměry se obě VD význačně liší. Z obojího pak vyplývá odlišný typ použitého drenážního systému. Výstavba VD Slušovice proběhla mezi r. 1972-1975 (trvalý provoz od r. 1978). Nádrž má celkový objem 9,949 mil. m 3. Výška hráze nad základovou spárou je 33,9 m a její délka v koruně 562 m. Kubatura tělesa hráze je 0,960 mil. m 3. Hráz je nasypána jako zemní, nehomogenní s mírně návodním jílovitým těsněním (obr. 1). Obě stabilizační části mají poměrně složitou stavbu ze zahliněných štěrkopísků se soustavou štěrkových až štěrkopískových (bez hlinitých příměsí) komínových a plošných drenážních vrstev. Pod hrází se v údolní části nacházejí původní náplavové údolní hlíny mocnosti průměrně 3,5 m, dále propustné podložní štěrky mocnosti 5 m a nejníže skalní podloží tvořené flyšovými pískovci a jílovci. Na údolních svazích se pod hrází nachází pokryvné kvartérní vrstvy tvořené zahliněnými sutěmi až svahovými hlínami mocnosti průměrně 1,5 m resp. 4,5 m (levý resp. pravý svah). Rovněž i zde je skalní podloží tvořeno flyšovými pískovci a jílovci. Na hrázi nebyla vybudována injekční chodba. V údolní části je podloží těsněno jílovocementovou membránou, zavázanou do podložních jílovců a pískovců. Na tuto těsnící membránu navazuje injekční clona. V levém svahu je proveden injekční bloček a z něj i injekční clona. V pravém svahu nebyl proveden žádný těsnící prvek podloží. 71
TÉMA 2 / 2.1 XXXII. PRIEHRADNÉ DNI Obr. 1 Schéma příčného profilu hráze VD Slušovice 1 těsnící jádro (tříděné náplavové hlíny), 2 přechodová část (netříděné náplavové hlíny), 3 stabilizační část (netříděné údolní štěrky) 4 filtr (údolní štěrk bez hlinit. příměsí), 5 drenážní vrstva (lomový kámen), 6 návodní líc (zpevněný makadam), 7 vzdušní líc (ohumusování a osetí), 8 náplavové hlíny v podloží hráze, 9 údolní štěrky v podloží hráze, 11 jílocementová membrána, 12 injekční clona, 13 drenážní studna, 14 potrubí patního drénu, 15 odvodňovací, sběrný příkop. Výstavba VD Boskovice proběhla mezi r. 1985-1990 (trvalý provoz od r. 1994). Nádrž má celkový objem 7,347 mil. m 3. Výška hráze nad základovou spárou je 45,0 m a její délka v koruně 305 m. Kubatura tělesa hráze je 0,492 mil. m 3. Hráz je nasypána jako nehomogenní - rokfilová, se středním hlinitým těsněním chráněným dvoustupňovým filtrem a přechodovou vrstvou (obr. 2). Obě stabilizační části mají poměrně jednoduchou shodnou stavbu. Z menší části jsou tvořeny uvedenými přechodovými vrstvami /navětralý granodiorit/ a zejména vrstvou lomového kamene /střílený granodiorit/. Podloží hráze tvoří granodiority, mírně navětralé. V údolní nivě byly pod tělesem hráze ponechány údolní štěrky v mocnosti cca 2 m. Původní hlinito-kamenité suti na údolních svazích v místě hráze byly se svrchní humózní hlinitou vrstvou odstraněny. Injekční chodba byla na hrázi vybudována v údolní části a v převážné části levého svahu. V celém pravém svahu a v menší části levého svahu je proveden injekční bloček. Injekční clona je provedena pod injekční chodbou i bločkem po celé jejich délce. Navíc je v pravobřežním i levobřežním zavázání v délkách 35 a 100 m provedena zavazovací injekční clona a to přímo z terénu Obr. 2 Schéma příčného profilu hráze VD Boskovice 1 těsnící jádro (písčitý jíl), 2 stabilizační rokfilová část (granodiorit) 3 filtr 1 (těžené kamenivo 0-4 mm), 4 filtr 2 (drcené kamenivo 8-16 mm), 5 přechodová vrstva (granodiorit), 6 kamenná obrovnávka, 7 podkladní betonová deska, 8 hlinitokamenitý násyp, 9 injekční chodba, 10 injekční clona, 11 drenážní patka (štěrkopísek), 12 potrubí patního drénu, 13 náplavové hlíny, 14 hlinitopísčitý štěrk, 15 údolní říční štěrky, 16 skalní podloží (granodiorit) 72
3. Zdůvodnění rekonstrukce Drenážní systém hráze VD Slušovice je již od ověřovacího provozu tvořen dvěmi hlavními prvky. Jednak klasickým patním drénem, který odvodňuje vlastní těleso hráze a dále drenážními studnami odvodňujícími vrstvu údolních štěrků pod tělesem hráze (údolí) resp. svahových sutí pod tělesem hráze (pravý svah). Potrubí patního drénu je situováno ve vzdušní patě hráze, drenážní studny pak cca 5 až 10 m pod ní. Hlavní nedostatky původního patního drénu byly: částečně narušené potrubí (ne zcela vhodné betonové potrubí), potrubí bez perforace kladené bez hrdel na sraz, neexistence revizních šachet na dlouhých úsecích drénu (až 400 m!), špatně provedený (resp. místy téměř neprovedený) dvouvrstvý filtr okolo potrubí. Uvedené nedostatky vedly zejména k zanášení potrubí drénu resp. místně i k jeho částečnému zborcení. Jelikož drén odvádí vodu z filtrační vrstvy (č.4 na obr. 1), která odvodňuje přímo i vzdušní líc hráze, docházelo v něm za přívalových srážek ke vzdouvání vody. Z dlouhodobého hlediska však nebyl pozorován výraznější trend nárůstu hladiny vody ve vlastním tělese hráze. Pokud by však rekonstrukce nebyla včas uskutečněna, byl by tento scénář vcelku reálný. V neposlední řadě bylo důvodem pro rekonstrukci i zkvalitnění sledování účinnosti drenážního systému vybavení jednotlivých sekcí patního drénu měrnými šachtami s měrnými přepady a výhledově s možností zapojení do systému automatického sledování vybraných veličin technickobezpečnostního dohledu. U původních drenážních studní docházelo dlouhodobě k procesu jejich stárnutí (snižování účinnosti), kdy jímané množství v nich klesalo. To pak vedlo k nárůstu tlaku vody v podložní vrstvě údolních štěrků. Hladina vody ve štěrcích je napjatá, štěrky jsou pod tělesem hráze a v podhrází překryty vrstvou relativně málo propustných náplavových hlín. Uvedené zvyšování tlaku vody ve štěrcích bylo nepříznivé s ohledem jednak na nebezpečí filtračního prolomení pokryvných hlín v podhrází a jednak nepříznivým vlivem na stabilitu vzdušního líce hráze (nárůst vztlaku na základovou spáru hráze). Drenážní systém hráze VD Boskovice tvoří jen jeden prvek - patní drén s drenážní patkou okolo něj. Slouží k zachycení průsaků jak přes těleso hráze tak i podložím hráze resp. i pramenů svahových vod na základové spáře hráze. Patní drén sestává ze dvou nestejně dlouhých větví levé LD (delší) a pravé PD (kratší). Z dlouhodobého hlediska docházelo v trvalém provozu VD k mírnému poklesu jímaných množství vody do obou větví drénu. Pravděpodobným důvodem byla kolmatace puklin horninového masivu (podložené poklesem tlaků vody v horninovém masivu jak na návodní tak i vzdušní straně clony). Zanášení potrubí ani šachet patního drénu nebylo pozorováno. Jako ne zcela vhodným se jevil použitý materiál i konstrukční řešení původního drenážního potrubí tj. ocelové svařované potrubí perforované po celém obvodě a to relativně velkými otvory. Navíc bylo toto potrubí i částečně zkorodované (více než 20letý provoz). Taktéž stěny i dna původních revizních šachet vykazovaly různé stupně porušení (výmoly ve dně, trhliny ve stěnách šachet). Hlavním důvodem pro rekonstrukci však bylo zkvalitnění sledování účinnosti drenážního systému. V rámci plánovaného systému automatického sledování vybraných veličin technickobezpečnostního dohledu bylo navrženo v předstihu vybudování dvou nových, prostorných měrných šachet s měrnými přepady s následnou možností osazení automatických snímačů přepadové výšky. U levé větve drénu bylo dalším důvodem pro rekonstrukci nevhodné výškové uspořádání jeho výusti. Její niveleta byla totiž provedena prakticky v úrovni Q 355d a tudíž již za mírně zvýšených stavů vody v odpadním korytě docházelo ke zpětnému zatápění potrubí LD. 73
TÉMA 2 / 2.1 XXXII. PRIEHRADNÉ DNI 4. Způsob provedení rekonstrukce Rekonstrukce drenážního systému na VD Slušovice proběhla ve 4 etapách mezi roky 2002 2009. I. etapa rekonstrukce byla provedena v 11-12/2002 a dotýkala se vybudování osmi nových drenážních studní. V rámci této obnovy bylo pečlivě zvažováno nebezpečí sufozních jevů v podložní, k tomuto náchylné štěrkové vrstvě, kterou tyto studny odvodňují. Vrty pro studny byly provedeny jako velkoprofilové o průměru 0,6 m a hloubce 9-10 m. Do každého vrtu byla instalována výpažnice z PVC - hrdlových trub DN 200 mm. Výpažnice byly perforovány v rozsahu 4,5-5,0 m nade dnem a na tuto výšku byly i obsypány těženým štěrkem frakce 4-16 mm. Nad tímto obsypem byl proveden 0,1 m vysoký přechodový můstek z bentonitových peletů. Zbylá část prostoru mezi PVC výpažnicí a stěnami vrtu byla utěsněna částečně jílocementovou zálivkou a hutněným hlinitým zásypem. Odvedení jímané vody ze studní bylo řešeno v hloubce 2 3 m odpadním PVC hrdlovým potrubím o DN 100 mm vedeným do původního sběrného odvodňovacího příkopu. II až IV. etapa se týkala postupné rekonstrukce patního drénu. Bezprostředním podnětem k ní bylo (05/2004) zjištěné propadení a částečné ucpání patního drénu v úseku za boční zdí odpadního koryta od strojovny spodních výpusti. Celkově bylo rekonstruováno 580 m drénu s vybudováním čtyř měrných-revizních šachet /MRŠ/, jedenácti revizních šachet /RŠ/ a tří drenážních výustí /Dv/ a to ve: II. etapě od 10/2005 do 11/2005 na délce 235 m (včetně: 2 MRŠ, 6 RŠ, 1 Dv), III. etapě od 12/2008 do 02/2009 na délce 175 m (včetně: 2 MRŠ, 2 RŠ, 2 Dv), IV. etapě od 04/2009 do 05/2009 na délce 170 m (včetně: 3 RŠ). Nové potrubí patního drénu bylo provedeno z PVC - hrdlových trub DN200 mm, které byly v horní polovině dodatečně perforovány (štěrbiny do 2 mm). Bylo nahrazeno původní betonové potrubí DN 150 mm, které bylo bez perforace kladené na sraz. Okolo potrubí byl proveden dvouvrstvý filtr ze štěrku frakce 4-8 mm a štěrkopísku frakce 0-22 mm. Minimální tloušťka jednotlivých vrstev byla 0,2 m. Nad tímto filtrem byla provedena cca 1 m mocná vrstva štěrkopískového přechodového zásypu frakce 0-22 mma to z důvodu navázání na filtrační vrstvu vlastního tělesa hráze (č. 4 na obr. 1). Zbylý prostor rýhy byl zpětně vyplněn zeminou z výkopu. Částečná rekonstrukce údolní části drenážního systému na VD Boskovice proběhla jednorázově od 04/2009 do 07/2009 v rámci akce VD Boskovice automatický monitoring TBD, část stavební úprava drénů. U pravé větve drénu PD byl tento obnoven v horní polovině délky a u levé větve LD provedeno nové vyústění a obnoven krátký úsek nad ní. Původní ocelové svařované potrubí DN 150 mm (perforované po celém obvodu) bylo nahrazeno PVC - hrdlovým potrubím DN 200 mm, které bylo v horní polovině dodatečně perforovány (štěrbiny do 2 mm). Okolo nového potrubí byl proveden dvouvrstvý filtr ze štěrku frakce 4-8 mm a štěrkopísku frakce 0-22 mm. Minimální tloušťka jednotlivých vrstev byla 0,2 m. Hlavním účelem rekonstrukce však bylo vybudování nových prostorných měrných šachet s měrnými přepady a to na obou větvích patního drénu. Šachty byly provedeny prefabrikované, železobetonové o světlosti 1,5 m. Přepady v nich byly realizovány jako trojúhelníkové o středových úhlech 45 ( PD ) a 90 ( LD ) a o hloubce výřezu 120 mm. Přepady byly osazeny v přítokových žlabech vybavených sadou uklidňovacích přepážek. Materiálem žlabů i přepadů byl nerezový plech. 74
Zhodnocení Komplexní rekonstrukce drenážního systému hráze VD Slušovice uskutečněná postupně v letech 2002 2009 měla kladný vliv na průsakový režim v přehradním profilu. Vedla i k určitému zlepšení stabilitních poměrů vzdušního líce hráze. Částečná rekonstrukce drenážního systému hráze VD Boskovice provedená v roce 2009 byla prakticky bez vlivu na průsakový režim v přehradním profilu. Dílčím pozitivním jevem je, že po navýšení kóty nivelety nové výusti levé větve o 0,35 m došlo ke snížení četnosti zpětného zatápění drenážního potrubí vodou z odpadního koryta. V obou případech provedená rekonstrukce navíc vedla ke zkvalitnění sledování účinnosti drenážního systému. Jednotlivé částí patních drénů byly vybaveny šachtami s měrnými přepady, přičemž v současnosti je připravováno jejich zapojení do systému automatického sledování vybraných veličin technickobezpečnostního dohledu. Ing. Petr Holomek VODNÍ DÍLA TBD a.s Studená 2, 638 00 Brno, Česká republika holomekp@vdtbd.cz +420 544 525 129 resp. +420 777 769 348 75