RIZIKA PROJEKTU A REALIZACE ZAJIŠTĚNÍ STAVEBNÍ JÁMY JAMU BRNO Ing. Petr Svoboda, Ph.D., Ing. Karel Vítek, Ing. Jaroslav Majer KELLER speciální zakládání spol. s r.o. The project &realisation risks of stabilisation Brno JAMU construction pit The construction of JAMU laboratory was started in Brno town centre in 2010. For the project was considered a horizontal shore micro-shoring wall of a building pit and stabilisation of the neighbouring objects. Part of the new object was to be founded on bored piles while the rest surficially. This concept would have for sure brought many complications. The contractor of special foundation decided to change the original design and realised the stabilisation of construction pit and foundation with a minimum of hazards using anchored jet grouting and micropiles. 1. VŠEOBECNĚ Vysoká škola JAMU Brno zahájila na podzim roku 2010 výstavbu Hudebně dramatické laboratoře na ulici Orlí. Novostavba nacházející se ve středu města poblíž Měnínské brány a dalších objektů vysoké školy bude ve svých funkcích zahrnovat uživatelské provozy, které má škola v nevyhovujícím stavu, nedostatečném množství nebo jí zcela chybí. Jedná se o vlastní divadelní scénu pro hudební a muzikálovou tvorbu se zázemím, nahrávací studio, výukové, správní, provozní a technické zabezpečení. Objekt bude vybaven potřebným technickým zařízením a odpovídajícím potřebám kvalitní výuky studijních programů na JAMU. Součástí předmětného objektu bude i komerční prostor kavárny a vinárny. Navrženou novostavbu tvoří dvě části o celkové zastavěné ploše 757,0 m 2, nepravidelného tvaru, s maximálními rozměry 22 m x 33 m. Uliční menší část respektuje okolní zástavbu a je určena půdorysem původního objektu nad historickými místy dvoupatrovými sklepními prostorami. Sklepní prostory byly označeny jako velice hodnotná a pozoruhodná památka dokumentující brněnské podzemí a jeho středověké počátky. Druhá část, orientovaná do domovního vnitrobloku, je navržena jako blok částečně porostlý zelení a integrující přírodu s parkovacím dvorem pro 5 stání osobních automobilů. Ze statického hlediska se u nadzemní části objektu jedná o prostorový 3D rám, který se skládá ze svislých ocelobetonových sloupů s cihelnou vyzdívkou stěn a vodorovných konstrukcí tvořených zmonolitněnými filigránovými železobetonovými stropy v kombinaci se skrytými v rámci stropní desky spřaženými ocelobetonovými příčlemi a průvlaky. Prostorová tuhost objektu je zajištěna soustavou svislých podélných a příčných ztužidel a také tuhých stropních desek. U zadní podzemní části objektu se jedná o železobetonovou vanu, jejíž dno tvoří základová deska, na niž navazují svislé stěny, na kterých jsou uloženy stropní desky (s trámy) nad 2. i 1.PP.
2. INŽENÝRSKOGEOLOGICKÉ A GEOTECHNICKÉ POMĚRY Staveniště se nachází na k jihovýchodu mírně ukloněném pravém údolním svahu Ponávky, u jihovýchodního okraje historické zástavby Brna. Jižní část staveniště zasahuje do prostoru s klenbovými sklepy s úrovní podlah v hloubce 4 m (206,7) až 7 m (203,16) pod terénem. Mírně ukloněný povrch terénu se nachází na úrovni kóty cca 210,2 až 211,5 m n.m. Podloží kvartérních sedimentů tvoří neogenní jíly. Provedenými sondami byly zastiženy do 13 m pod terénem převážně vysoce plastické pevné jíly tř. F7 MH až F8 CH. Mírně zvlněný povrch neogenních jílů byl ověřen v hloubce 8,6 až 9 m m pod terénem, na kótě cca 202,5 až 203 m n.m. Miocenní jíly, místy zřejmě s vložkami písků jsou překryty ulehlými zahliněnými kvartérními písky až písčitými štěrky o mocnosti 2 až 2,5 m, tř. S4 SM až G4 GM. Povrch štěrkovitopísčitých terasových sedimentů se nachází v hloubce cca 6,7 m pod terénem, na úrovni kóty kolem 204,5 m n.m. Zahliněné písčité štěrky s nedokonale opracovanými valouny pestrého petrografického složení se nacházejí na podlaze klenbového sklepu pod stávajícím průjezdem, nacházející se na úrovni kóty 203,16 m n.m. Nadloží zahliněných bazálních písčitých a štěrkovitých sedimentů je tvořeno převážně vápnitými sprašemi a sprašovými hlínami charakteru středně plastických jemnozrnných zemin tř. F5 MI, s nepravidelnou bazální polohou pevných jílovitých hlín tř. F6 CI (F7 MH) až písčitých hlín tř. F3 MS. Do sprašových hlín zasahují i cihelné klenby starých sklepních prostor. Ve střední části staveniště došlo u mělce zahloubené podzemní klenbové chodby k závalu s propadem zeminy pod úroveň upraveného terénu. Ve dvorní části stávajících objektů se pod zpevněnými plochami nacházely zbytky starých klenbových sklepů v proměnlivé hloubce pod terénem, cihelného zdiva a navážek s mocností kolem 1,5 m. Hladina podzemní vody nebyla při provádění průzkumných sond ani realizačními pracemi naražena. 3. KONCEPCE PŮVODNÍHO PROJEKTU Projektovou dokumentaci pažení stavební jámy a založení objektu vypracoval projektant pro investora v následující koncepci (citace technické zprávy [1]): Zajištění stavební jámy Zajištění stavební jámy hloubky max. 8,1 m ve střední části a 6,5 m v zadní části se předpokládá pomocí záporového pažení. Kotvení záporového pažení pomocí šikmých kotev se nedoporučuje kvůli rozsáhlým okolním sklepům a pro možnost porušení stávajících okolních budov při aktivaci kotev. Zápory z HE profilů budou zabetonovány do předvrtaných vrtů průměru cca 300 mm do hloubky cca 10 m pod stávající terén tak, aby byly při vytěžení stavební jámy vetknuty cca 2,5 m. Záporové stěny budou rozepřeny vzájemně ve stavební jámě. K rozepření stěn se použije ocelová trubková konstrukce s vodorovnými prahy z HE profilů. Pro návrh rozepření se provede realizační statický výpočet (je nutná konzultace s prováděcí firmou). Obr.1 Konstrukční řešení V návaznosti na provedený geologický průzkum bude objekt v oblastech nad starými sklepy založen na hlubinných pilotách, v oblasti podzemního nahrávacího studia (2.PP) a dvorního podzemí (1.PP) pak bude založen plošně. Části hlubinně a plošně zakládané budou na úrovni ±0,00 m oddilatovány.
Hlubinné zakládání Založení objektu směrem do ulice Orlí je uvažováno kombinované na třech řadách pilot (Obr.2), umístěných mezi stávajícími gotickými sklepy. Piloty budou kotveny do neogenních jílů do hloubky -14,00 m. Vzhledem k tomu, že je třeba v místě gotických sklepů přenést do základů cca 30000 kn na poměrně malém prostoru, navrhujeme použití velkoprůměrových pilot o průměru 900 mm s vypočtenou únosností cca 3600 kn. Při sanaci sklepů bude mezi stěny sklepů zabudována laminátová chránička tak, aby při vrtání piloty nedošlo k narušení zdiva a aby následně při betonáži piloty nedošlo ke spojení betonu piloty se zdivem. Piloty jsou spojeny roštem roznášejícím zatížení na jednotlivé piloty. Protože piloty nemohou být umístěny optimálně, je nutno v omezeném prostoru navrhnout některé roštové pruty jako ocelobetonové. Odpovídající množství mikropilot by v tomto prostoru nebylo možno umístit. Vrtání pilot by se mělo provádět pokud možno šetrnou technologii, betonáž pilot v oblasti sklepů by se měla provádět do výpažnice. Plošné zakládání V oblasti podzemního nahrávacího studia (2.PP) a dvorního podzemí (1.PP) budou provedeny plošné základy (Obr. 2). Základové desky a stěny se budou provádět ve stavební jámě vytvořené pomocí záporového pažení. Je třeba počítat s tím, že pažiny a zápory po vybudování základové jímky nebude možno odstranit, proto bude nutno veškeré izolace provést předem připevněním na pažiny. Proto je třeba uvažovat o provedení pažin z trvanlivého materiálu. Sanace kleneb Předmětem stavby je i rekonstrukce části stávajících historických sklepů v prostoru mezi stávajícími sklepy u ulice Orlí. Součástí sanace je i provedení zpevněné plochy a zabezpečení pojezdů pilotovací soupravy a malorypadla nebo stavebního jeřábu. Vzhledem k tomu, že piloty musí být vrtány mezi stávajícími sklepy, musí být provedena před vrtáním pilot sanace stávajících gotických sklepů (také z hlediska větších tlaků vrtací soupravy). Sanace se má provádět v otevřených pažených jámách. Při tom by se měl vytvořit prostor pro umístění piloty, v místě předpokládané kolize piloty se stěnou sklepa případně vytvořit chráničku z laminátové velkoprůměrové trouby, tak aby nedošlo při betonáži piloty ke spojení piloty s gotickým zdivem. Očekávané sednutí pilot je kolem 25 mm. 4. ROZBOR NEDOSTATKŮ PŮVODNÍHO PROJEKTU Po ukončení výběrového řízení byla situace na staveništi a koncepce projektu zhodnocena jako velmi komplikovaná a riziková. Bylo konstatováno, že záporové pažení z profilů HEB č.220 osazené do vrtů průměru 300 mm prováděných přes staré základové konstrukce těsně vedle stěn sousedních objektů tak, aby zabraly prostor maximálně 200 mm a velmi hustý systém rozepření, že je prakticky nerealizovatelný. Tím spíše, že měly být použity trvanlivé pažiny, na ně nanesena hydroizolace při rozepření pažících stěn. Způsob založení byl shledán jako značně nebezpečný, neboť odlišné způsoby založení obou částí objektu (vrtané piloty a základová deska), bez dilatace v základové spáře, by jistě přinesly rozdílné sedání, které nebylo projektantem ani řádně spočteno. Navíc realizace velkoprůměrových pilot nad památkově chráněným sklepením resp. v jeho zdivu by sebou nesla nadměrné komplikace.
Po několika složitých jednáních mezi zástupci generálního projektanta, generálního dodavatele a investora byl nakonec vyslyšen názor potenciálního zhotovitele speciálního zakládání společnosti KELLER, který pak vypracoval realizační projekt s novým řešením jak zajištění stavební jámy, tak i založení objektu. 5. REALIZAČNÍ PROJEKTOVÁ DOKUMENTACE Zajištění stavební jámy bylo navrženo jako dočasná pažící konstrukce pomocí technologie tryskové injektáže s kotvením. Po obvodu jámy byly z předvýkopu na úrovni cca - 0,5 až 1,0 m vytvořeny svislé nebo od svislice mírně ukloněné pilíře 2- fázové tryskové injektáže 1,3 m do požadované hloubky 9,5 m, vzájemně se protínající v souvislé stěně či bloku. Pilíře byly poctivě a dle požadovaného technologického postupu zavázány do základových konstrukcí přilehlých objektů tak, aby je bezpečně podepřely. Stabilita tělesa TI byla dále zajištěna kotvením v jedné resp. dvou úrovních pomocí dočasných zemních předpjatých pramencových kotev či táhel. Kotvy dosahovaly délek cca 8-13 m. V případě kolize těchto kotevních prvků se sklepními prostory bylo toto kotvení nahrazeno technologií hřebíkování, spočívající v provedení hustší sítě ocelových hřebíků průměru 25 mm, délky 4 8 m. Tím byla zajištěna dostatečná statická spolehlivost pažící konstrukce a zároveň nedošlo k ohrožení sousedních sklepních konstrukcí (Obr. 3). Na plochu výkopem odhalených stěn z pilířů tryskové injektáže se následně nanese a stěna se vyrovná vrstvou stříkaného betonu. Tímto způsobem byly podchytávány všechny stěny stavební jámy kromě části, ve které do stavební jámy zasahují sklepní prostory restaurace Baroko. Zde se provedly sloupy tryskové injektáže pouze do bezpečné úrovně zajišťující nepoškození sklepní konstrukce. Pod úrovní tryskové injektáže se stěna během výkopu zajistila vrstvou stříkaného betonu. Sloupy tryskové injektáže a stříkaný beton zajistily stabilitu zeminy pod základovou spárou sousedního objektu. Vlastní zatížení od horní konstrukce bude přeneseno pomocí roznášecí konstrukce do okolních sloupů tryskové injektáže. S přihlédnutím ke všem diskutovaným okolnostem byla pro založení nejprve uliční a pak i střední, nejhlubší části objektu vybrána technologie mikropilot. Při této technologii bylo možné využít lehčích vrtných mechanizmů, se kterými je možné provedení prací v prostoru nad stávajícím sklepením a v již realizované (vykopané) stavební jámě střední části. Nevznikal tak problém při převrtávání zbytků starých konstrukcí a bylo možné mikropiloty provést v relativní blízkosti stěny stavební jámy nebo sousedního objektu (Obr. 4). Pro přenos zatížení od horní konstrukce, resp. ze základové desky se tedy realizovaly tlakové mikropiloty typu GEWI 50. V části mezi sklepním zdivem se jednalo o skupinky v počtu 3 až 4 kusů. Délka mikropilot se odvíjela od předaného zatížení a dosahovala 17 až 22 m. Pro přenos zatížení z horní konstrukce do mikropilot byly v oblasti prahů nebo rozšířené základové desky tyto opatřeny tlakovou hlavou [2]. 6. ZÁVĚR Realizovaným řešením byly zabezpečeny veškeré požadavky pro spolehlivé zajištění stavební jámy s podchycením sousedních objektů a založení objektu nového.
Vzhledem k tomu, že způsob zajištění stavební jámy pomocí tryskové injektáže byl v Brně již společností KELLER několikrát realizován na obdobných projektech, nebyl problém ani s tryskáním ve spraších či neogenních jílech, ani nebyly nijak poškozeny sousední sklepení apod. Naprosto se nepotvrdily argumenty, že se kotvami apod. ohrozí okolní objekty a naopak se prostor v jámě pro horní konstrukci mohl maximálně využít (Obr. 5). Přestože byl odpor autora základní koncepce založení novostavby ke změnám značný, je možné konstatovat, že se nakonec podařilo vyloučit i rizika v budoucnu jeho možného nerovnoměrného nebo nadměrného sedání. 7. POUŽITÉ PODKLADY [1] PD pro výběr zhotovitele a dokumentace pro provedení stavby Aut. ing. Marek Lukáš, Aut. ing. Jan Crhán, Aut. Ing. Anežka Matoušková, 07/2009 [2] Realizační PD Keller speciální zakládání spol. s r.o., 09/2010 Obr. 1) Půdorys stavební jámy - původní návrh Obr. 2) Řezy stavební jámou se založením objektu - původní návrh
Obr. 3) Půdorys stavební jámy realizace Obr. 4) Řezy stavební jámou se založením objektu- realizace Obr. 5) Hotová stavební jáma