Ve dnech 4. a 5.dubna letošního roku se v rakouském Štýrském Hradci konalo další – v pořadí již 17. Christian Veder kolokvium s názvem: Injektování v zeminách a horninách. Tato monotematická kolokvia, jejichž přehled byl uveden v čísle 2/2001 tohoto časopisu, představují zřejmě evropskou špičku z hlediska návrhu a technologie provádění prací speciálního zakládání staveb. Článek podrobně seznamuje s obsahem většiny z celkem 18 příspěvků letošního kolokvia.
Na akci bylo přítomno
rekordních 400 účastníků převážně z německy mluvících zemí: Rakouska,
Německa, Švýcarska, ale i z Itálie, Polska, Slovenské a České republiky.
Ve dvou dnech bylo prezentováno celkem 18 příspěvků, jež byly podrobně
a kriticky diskutovány. Na akci se již tradičně podílely významné západoevropské
firmy, které uspořádaly výstavu svých prací i výrobků. V úvodu konstatoval
prof. Semprich z pořádající TU Graz, že rozhodující uplatnění „klasických
injektáží“ leží v oblasti injektáží těsnicích, neboť zpevňovací injektáže
využívané v minulosti k podchycování staveb a zpevňování podloží pozbývají
postupně na významu v důsledku rozšiřování technologie tryskové injektáže,
jíž bylo věnováno 15. kolokvium v roce 2000. Zvláštní význam však má technologie
tzv. kompenzační injektáže, což je řízená injektáž způsobující pohyb ve
struktuře horniny s cílem vyrovnávání a zmírňování účinků deformací od
výkopových prací, výrubů apod. tak, jak byl tento pojem vymezen v evropské
normě EN 12715: Execution of special geotechnical work – Grouting z roku
2000 (český překlad této normy byl již ČNI vydán). Hlavní problém injekčních
prací spočívá dnes především v dosažení jejich kvality a v kontrole kvality
prací, jež jsou náplní dohody mezi jejich objednatelem a zhotovitelem.
Konstatováno bylo – a většina příspěvků to potvrdila – že rozhodující
podíl na tom má na jedné straně správná volba technologie a injekčních
materiálů, na straně druhé pak především zkušenost všech zúčastněných
pracovníků, počínaje projektantem a konče dělníkem na staveništi. Dále
uvádíme seznam publikovaných příspěvků, na něž se budeme v dalším textu
odvolávat.
1. G. Stadler, TU Graz: Co přineslo injekční technice evropské
normování;
2. U. Bärtel, G. Dausch, Bilfinger Berger AG: Využití injekčních
prací při pracích speciálního zakládání staveb;
3. R. Kleina, L. Liersch, Bauer Spezialtiefbau GmbH: Vodorovná
zpevňovací injektáž mikrocementem a tvrdým gelem pro
dočasné zajištění klenby podchodu pro pěší v Abu Dhabi
(SAR);
4. S. Semprich, G. Sochatzy, M. Gutzeit, R. Fuchs, TU
Graz,B+B, 3G: Stabilizační injektáž kvartérních štěrků
–
kvalitativní pokrok při výstavbě tunelu metra U1/1 ve Vídni
štítováním;
5. K. F. Garshol MBT Latin America: Předběžná injektáž v
tunelovém stavitelství – smysluplné opatření;
6. F. Deman, R. Enger, T. Gross, W. Jullien, WPG, Stump
Spezialtiefbau, DB-Netz, SRN: Zpevnění pilířů dvou
železničních mostů přes Moselu pomocí injektáže a
mikropilot jako opatření proti nárazu lodí;
7. N. Vogt, M. Cartus, TU München, Keller Grundbau GmbH:
Využití injekčních prací při zvedání rámového bloku
protlačované části tunelu Engelberg;
8. G. Maybaum, K. Patzelt, T. Boeck, prof. Rodatz, Bauer
Spezialtiefbau, SRN: Kompenzační injektáž pro zajištění
stávající zástavby na severním břehu Labe při výstavbě tunelu
pod řekou v Hamburku;
9. M. Zander, A. Müller-Jahreis, G. Breitsprecher, Steinfeld und
Partner, Keller Grundbau GmbH: Zvedání a stabilizace pilíře
č. 11 mostu Rudolf Wissell v Berlíně pomocí zpevňovací
injektáže;
10. R. Lippomann, G. M. Kley, FH Erfurt: Sanace škod
způsobených sedáním objektů pomocí injektáže;
11. C. Kummerer, H. F. Schweiger, R. Otterbein, TU Graz,
Keller Grundbau GmbH: Numerická analýza účinků zvedání
při injekčních pracích;
12. Reichl, R. Wollmarker, G. Stadler, K. Schretter, S. Eder,
ILF ZT GmbH, TU Graz, Brenner Eisenbahn GmbH:
Průzkumná štola Brixlegg Ost – příklad pro stanovení
hraničních účinků injektáže ve skalních horninách;
13. J. Linortner, B. Aberle, STRABAG AG: Těsnicí injektáž
zemin a hornin při výstavbě přehrad Borčka a Muratli na
severovýchodě Turecka;
14. F. Winkler, F. Trummer, Keller Grundbau GmbH: Těsnicí
injektáž proti tlakové vodě při výstavbě tunelu;
15. H. Geissler, NLB Hannover: Injektáž pro omezení průsaku z
přehrady v Harcu;
16. N. Tausch, F. Ecker, FH Kaiserslautern: Výzkum průniku
injekční směsi při použití jemně mletých cementů – umění v
laboratoři injekčních prací;
17. H. Müller-Kirchenbauer, M. Kuk, K. Gawalek, C. Schlötzer,
TU Hannover: Výsledky průniku injektáže prostředím při
využití nových injekčních hmot;
18. J. Brauns, M. Luber, J. Santo, U. Schuler, B. Schulze, TU
Karlsruhe: Příspěvek k výzkumu průniku a rozšíření injekční
směsi v horninovém prostředí.
Postřehy a komentáře k některým příspěvkům
V 1. příspěvku zdůraznil prof. Stadler, že přes logické
obtíže vyplývající z tak obsáhlé a obtížně předvídatelné technologie,
kterou je právě injektování, má vytvoření normy značný význam, neboť:
• harmonizuje stávající dosti různorodé národní předpisy (touto cestou
se ubírala TC288 pod vedením dr. Stockera),
• vychází z výsledků rozsáhlého výzkumu teoretických problémů
spojených s injektováním, jimž se věnovala International Society for Rock
Mechanics, Commission on Rock Grouting,
• bere v úvahu nejnovější výsledky
výzkumu v oblasti výroby stavebních hmot pro injektáže,
• shromažďuje
dosavadní bohaté praktické zkušenosti ze stavenišť a využívá je pro doporučené
technologické postupy injektování, jakož i kontroly, dohled a monitoring
injekčních prací.
Těžiště příspěvku spočívalo v komentování kapitoly 5
této normy, jež se týká průzkumu staveniště pro potřeby injektování, a
kapitoly 6, jež se zabývá kontrolou injekčních prací.
2. příspěvek specialistů z firmy Bilfinger a Berger AG
se týkal příkladů využití injekčních prací při speciálním zakládání staveb,
resp. v jejich kombinaci, a to konkrétně při:
• zlepšování únosnosti vrtaných pilot,
• poruchách vrtaných pilot,
podzemních stěn a betonu prováděného pod vodou,
• utěsňování štětových
stěn,
• dočasném zajišťování výrubu v tunelovém stavitelství,
• stabilizaci některých zemin.
Jak bylo uvedeno, velmi dobrých výsledků bylo dosaženo při dodatečném
injektování paty vrtané piloty, a to při použití speciálně vyvinutého
detailu ukončení armokoše v pilotě tak, aby injektáž byla usměrněna do
správných míst. Podobná zkušenost je s injektováním pláště piloty, kdy
pomocí jednoho ventilu lze injektovat 3,5 až 4 m2 plochy pláště. Značný
význam se přisuzuje injektáži zemin pod patou piloty, která samozřejmě
přichází v úvahu pouze při ukončení pilot v zeminách, což ostatně není
častý případ v naší zemi. Byly uvedeny příklady významné redukce sedání
piloty po provedení tohoto opatření. Zvláštní význam má injektáž při nápravě
poruch a škod na různých prvcích hlubinných základů.
Využitím zpevňovací injektáže v píscích, jakožto dočasného stabilizačního
opatření při ražbě velmi mělce situovaného podchodu délky 36 m se zabýval
3. příspěvek. Definitivní šířka podchodu je 6,6 m a světlá
výška 4,6 m, velmi plochá klenba se vzepětím 1,6 m má uprostřed výšku
nadloží 1,5 m, z čehož 0,7 m tvoří konstrukce městské vozovky. Portály
byly tvořeny převrtávanými pilotovými stěnami tl. 0,90 m. Vlastní injektáž
byla naplánována spolu s „deštníkem“, tvořeným ocelovými trubkami průměru
89/10 mm ve vzdálenostech po 0,65 m, jež sloužily současně jako manžetové
trubky s etážemi po 0,75 m. Na základě polních zkoušek a následného odkopání
těles vzniklých injektáží byla injektáž prováděna jednak mikromletým cementem
(v dávkování kolem 170 kg/m3), přičemž výsledná pevnost proinjektovaných
písků činila 5 – 9 MPa (!), nicméně dosah této injektáže nepřesáhl asi
0,5 m. Pro doinjektování se pak použilo vodní sklo se speciálně vyvinutým
reaktivem pro místní podmínky (obsah soli v píscích, vysoká teplota apod.).
Ražba byla prováděna v píscích nad hladinou podzemní vody po záběrech
délky 2,0 m, přičemž definitivní výstroj tvořil stříkaný beton tloušťky
0,40 m vyztužený sítěmi. Doba provádění byla kolem 6 týdnů.
Těsnicími
a současně stabilizačními injektážemi se zabývaly další příspěvky
(4, 12, 13, 14, 15), pro něž jsou charakteristické následující
skutečnosti:
• jednoznačný odklon od chemických injektáží
(o nich byla zmínka pouze v teoretickém příspěvku 17, kdy byl prováděn
výzkum silikonových injekčních hmot za účelem stanovení jejich průniku
různými zeminami),
• systematické využívání ultrajemných cementů, jež
umožňují injektovat i jemné písky; jedná se především o produkty firmy
Dyckerhoff pod označením FINOSOL, přičemž výrobky F mají d95 < 15 mm,
výrobky U pak d95 < 10 mm a konečně nejjemnější FINOSOL F vykazuje d95
< 6 mm (d95 značí 95% podíl zrn příslušného průměru),
• relativně vysoký
vodní součinitel injekční směsi na bázi
ultrajemných cementů dosahující
v/c = 3–5 (kdy injekční směs
se svým charakterem blíží „roztoku“), • velmi
příznivé koloidní vlastnosti těchto směsí, především dekantace a stabilita,
kdy přidávání např. bentonitů není nutné,
• velmi dobré těsnění písků,
kdy výsledné koeficienty filtrace dosahují 10–6 až 10–7 m/s,
• důsledné využívání předběžných zkušebních polí a podrobné vyhodnocení zkoušek,
neboť je jednoznačně prokázáno, že tyto činnosti vedou k úspoře nákladů,
• v případě klasických těsnicích injektáží v horninách důsledné využívání
vodních tlakových zkoušek prováděných s proměnným tlakem za účelem zjištění
charakteru puklin a následného stanovení technologie injektáže včetně
nejvhodnějšího složení injekční směsi – v případě cementové pak stanovení
vodního součinitele v/c (např. příspěvek 13),
• důraz na monitoring injekčních
prací (nezávislé monitorování a záznam injekčních prací je samozřejmostí),
důraz na kontrolu injektáží jak přímými, tak i nepřímými metodami (např.
geofyzikálními)
Poučný byl 5. příspěvek zabývající se předběžnou injektáží
v tunelovém stavitelství, a to především pro zamezení nebo omezení přítoku
na čelbě raženého tunelu. Tato předběžná injektáž se provádí pomocí relativně
dlouhých vrtů zasahujících 20 – 40 m před čelbu. Vrty mají jednak zajistit
kontrolu možných přítoků, jednak je omezit injektováním. Bylo prezentováno
několik příkladů z Japonska, Jižní Ameriky, ale i z Norska, kde např.
zanedbání této předběžné injektáže znamenalo nekontrolovatelný průval
vody do tunelu, který bylo nutné opustit, a následné „vypuštění“ jezera,
pod nímž byl tunel veden.
Zvedáním objektů pomocí speciální injekční techniky se zabývaly především
příspěvky 7, 9 a 10. V prvním případě (příspěvek
7) se jednalo o rozšíření tunelu Engelberg, který podchází násypové
těleso a je tvořen paralelními tunely z železobetonových rámů délky 20
m, šířky 23 m a výšky 7 m. Tyto rámy byly posunovány po speciální dráze
vytvořené plechovými pásy s bentonitovým povlakem, přičemž v případě jednoho
rámu došlo k jeho nerovnoměrnému sednutí o asi 150 mm proti plánovanému
stavu. Do své správné polohy byl rám ustaven pomocí injektáže Soilfrac
®, což je v podstatě řízená klakáž v soudržných zeminách, jež byla prováděna
vějířem horizontálních injekčních vrtů ze šachty situované na rohu bloku,
který byl obepnut štětovou stěnou za účelem omezení vlivu injektáže na
okolí. Injektováno bylo pomocí klasických manžetových trubek suspenzí
na bázi cementu a vápencové moučky s přídavkem bentonitu, přičemž celkové
množství zainjektované hmoty činilo 333 m3 v ohraničeném podzákladí objemu
asi 1700 m3, tvořeném prachovitými jíly s podložím jílovců.
Další příspěvek
(příspěvek 9) popisuje zvedání plošně založeného pilíře
č. 11 mostu v Berlíně, vybudovaného v roce 1961. V souvislosti s výkopovými
pracemi pro budoucí průplav v mostním poli došlo k sednutí pilíře o 8
– 10 mm, jeho pootočení a k horizontálnímu posunu 4 mm. Při kontrole původního
statického výpočtu bylo zjištěno, že s ohledem na spojitý nosník o 6 polích
nejsou „žádné rezervy“ v předpjaté mostovce z hlediska deformace podpěr,
tudíž bylo přistoupeno k sanaci tohoto pilíře, jehož základová spára patky
12 x 20 m je v hloubce 3 m a základová půda je tvořena jemnými prachovitými
písky. Břeh průplavu zajištěný kotvenou štětovou stěnou se nachází ve
vzdálenosti asi 5 m od patky a dno průplavu je až 4 m pod úrovní základové
spáry. Vlastní injektáž sestávala ze dvou fází: stabilizační injektáž
bloku mikrocementem (Microdur U + X) pod základem dosahujícím do hloubky
7 m pod základovou spáru a klakáž (Soilfrac ®) podložní vrstvy mocné asi
5 m za účelem zvednutí a posunu pilíře do původního stavu. Vlastní práci
předcházely předběžné a průkazní zkoušky na zkušebních polích, jež prokázaly
dobrou využitelnost použitých cementů pro injektáž. V průběhu injektáže
byly měřeny deformace pilíře pomocí následujících systémů:
a) měřicí systémy investora:
• tři extenzometry pro vodorovné deformace a čtyři
extenzometry pro vertikální deformace v rozích stávajícího základu,
• několik dilatoměrů
osazených na trhlinky v pilíři a v mostovce,
• digitální automatické nivelační
měření k dodatečnému sledování svislých deformací,
• automatické vodováhy,
• to vše napojeno na plně automatickou měřicí centrálu zahrnující sběr
výsledků, okamžité vyhodnocení a jejich vizualizaci,
b) měřicí systém zhotovitele:
• další digitální automatické nivelační měření nezávislé
na měření investora,
• plně automatické tachymetrické měření pro sledování
„prostorového pohybu“ pilíře,
• nezávislá automatická měřicí centrála.
Poslední příspěvek z této skupiny (příspěvek 10) ukazuje na sanaci
stávajícího železobetonového bazénu oválného tvaru rozměrů asi 30 x 17 m s hloubkou
kolem 1,8 m založeného na
4 m vysokém násypu z recyklátů stavebních hmot s podložím tvořeným písčitým
prachem s organickými příměsemi a s vrstvou rašeliny v objektu lázeňského
komplexu. V průběhu tří let (po výstavbě) dosáhlo sedání více než 150
mm, jež bylo navíc značně nerovnoměrné. Pro sanaci byly zvažovány dvě
varianty řešení: podchycení bazénu pomocí svislých prvků zasahujících
do stabilního položí (prvky tryskové injektáže, spec. piloty) a injektáž
za účelem zvedání. První varianta byla zamítnuta pro možnost poškození
zařízení a sítí umístěných pod bazénem. Sanace byla tedy prováděna opět
řízenou klakáží pomocí vějíře vodorovných vrtů opatřených manžetovými
trubkami, přičemž s výhodou bylo využito výškové uspořádání na staveništi,
jež umožnilo provádět vrty ze stávajícího terénu do svahu opatřeného zpevněním
ze stříkaného betonu. Při vlastní injektáži, jež stále probíhá, bylo v
průběhu asi šesti měsíců spotřebováno 200 m3 injekční směsi na bázi cementu,
přičemž se dosáhlo zvednutí asi o 50 mm.
Matematickým modelováním účinků
zvedání a kompenzační injektáže se zabýval 11. příspěvek.
Na příkladu výstavby tunelu metra pod budovou hlavního nádraží v Antverpách
bylo ukázáno, že pomocí programu PLAXIS 3D lze s úspěchem modelovat účinky
injektáže, která se prováděla za účelem omezení deformací a velikosti
poklesové zóny při ražbě 80 m dlouhého tunelu procházejícího v hloubce
13 m pod základy nádražní budovy. Na staveništi se do hloubky asi 20 m
nacházejí ulehlé jemnozrnné písky s 10 % podílem prachové složky, podloží
tvoří jíly. Hladina podzemní vody v hloubce kolem 7 m byla napřed snížena
asi o 12 m a vybudovány byly dvě startovací šachty 25 x 10 m zajištěné
podzemními stěnami. Z nich byla prováděna kompenzační injektáž pomocí
dvou proti sobě jdoucích vějířů vodorovných vrtů délky až 45 m vystrojených
manžetovými trubkami. Kompenzační injektáž má mít vždy dvě fáze: předběžná
injektáž, jež slouží k vyplnění pórů, zpevnění a vytvoření takového stavu
napjatosti podzákladí, jež ještě neznamená vznik deformací (v našem případě
tato fáze končila při zvedání budovy o 2–5 mm); fáze vlastní kompenzační
injektáže (za účelem vyrovnávání deformací budovy v souvislosti s ražbou).
Pro provedení předběžné injektáže byly protláčeny ocelové roury (celkem
8 ks průměru 3,0 m resp. 2,5 m), jež vytvořily relativně tuhý „deštník“
pro vlastní ražbu tunelu, jež probíhal belgickou metodou tak, že z vnějších
rour byly vyhloubeny rýhy pro boční stěny tunelu a následoval výrub vlastního
jádra, přičemž niveleta tunelu se nachází v hloubce 21 m pod terénem.
V průběhu ražby tunelu, jež proběhla celkem na třináct záběrů, se paralelně
prováděla druhá fáze kompenzační injektáže, a to v závislosti na výsledcích
měření deformací, které obstarával automatický vodováhový systém s 93
měřícími body (přesnost měření 0,3 mm). Kromě toho se absolutní deformace
měřily přesnou nivelací. Matematické modelování prostřednictvím programu
PLAXIS vycházelo ze sítě asi 2000 prvků pro osovou symetrii danou svislou
rovinou jdoucí středem tunelu. Vlastní výpočet zahrnoval následující kroky
(stavy):
• stanovení původní napjatosti prostředí (kdy např. koeficient
bočního tlaku byl stanoven k0 = 1–sinj = 0,398),
• zatížení stávajícími
plošnými základy objektu nádražní budovy (kdy napětí v základové spáře
dosahuje až 0,8 MPa) a konsolidace podzákladí,
• snížení hladiny podzemní
vody – sedání v důsledku tohoto vlivu
• předběžná fáze kompenzační injektáže,
• ražba rour v pořadí B-D-A-C (A je nejdále od osy tunelu) včetně následných
fází kompenzační injektáže,
• těžba rýh pro boční stěny tunelu a následná
vlastní ražba tunelu.
Prognóza získaná tímto modelováním se až neuvěřitelně dobře shodovala
s naměřenými deformacemi při vlastním provádění. Kompenzační injektáží
se spíše z hlediska měřicího systému deformací zabýval 8. příspěvek,
týkající se rozšíření stávajícího tunelu na dálnici A7 procházející pod
Labem v Hamburku. Další dva dálniční pruhy budou umístěny do 4. roury
labského tunelu, jež byla ražena štítem o průměru 14,20 m. Pro zamezení
účinků deformací na stávající zástavbě rodinných domů nacházející se na
severním břehu řeky (Övelgönne a Othmarschen) byla realizována rozsáhlá
kompenzační injektáž, a to prostřednictvím vějířů vodorovných vrtů prováděných
ze dvou kruhových šachtic průměru 7,5 m, hloubky 11 m, zajištěných štětovými
stěnami s utěsněným dnem. Vrty dosahovaly až na délku kolem 55,0 m. Opět
na základě vyhodnocení zkušebního pole na Bernadottestrasse byly stanoveny
dvě fáze kompenzační injektáže, kdy v předběžné fázi před ražbou byl terén
zvednut asi o 2 – 5 mm a v průběhu ražby pod zástavbou byly vzniklé deformace
ihned dorovnávány kompenzační injektáží. Výsledky měření ukázaly, že pod
typický dům s půdorysnou plochou kolem 100 m2 bylo nainjektováno celkem
asi 70 m3 injekční směsi na bázi jemně mletých cementů s přísadami.
Poslední
tři příspěvky č. 16, 17, 18 se týkaly převážně laboratorního
výzkumu injekčních směsí a průniku injekčních směsí zeminami, jakož i
účinky reinjektáží. Velice podnětný je výzkum injektovatelnosti zemin
a příslušná kritéria injektovatelnosti stanovená v závislosti na efektivní
pórovitosti zemin.
Závěr
17. Christian Veder Kolokvium věnované klasickým injektážím představilo
zřejmě současnou evropskou špičku v této technologii a zároveň naznačilo
jisté trendy v injekčních pracích do budoucna. Jde především o využití
jemně mletých cementů, jež v těsnicích a kompenzačních injektážích zcela
převažují, a o odklon od injektáží chemických, které se prakticky nevyužívají.
(V této souvislosti nelze nevzpomenout značné rozšíření polyuretanů u
nás, využívaných často zcela nesmyslně – např. pro injektáž mikropilot
a kotev v zeminách, přesto, že jejich pevnost je zanedbatelná, nicméně
cena je „zajímavá“). Byla zdůrazněna významná role předběžných a průkazních
zkoušek na zkušebních polích, jakož i nutnost důsledného monitoringu a
kontroly kvality injekčních prací. Byl naznačen směr, kterým se budou
pravděpodobně ubírat kompenzační injektáže, jež budou zřejmě provázet
většinu ražených děl v zástavbě, neboť investoři nepřipustí vznik obtížně
kontrolovatelných deformačních projevů v zastavěných oblastech. I u nás
byl již v tomto směru učiněn první krok – byla realizována kompenzační
injektáž v souvislosti s ražbou tunelu Mrázovka v zastavěném území kolem
ulice Ostrovského v Praze 5. Z příspěvků přednesených na kolokviu přímo
vyvěrá preciznost a skutečnost, že především „jde o věc“, jíž je vyřešení
obtížného a současně zajímavého technického problému, a to s sebou samozřejmě
přináší jistě mnohdy značné náklady, zatímco u nás je (prozatím) přinejmenším
pořadí „důležitosti“ obrácené. Lze jen doufat, že i v této oblasti se
brzo přiblížíme Evropě, když bezpochyby technicky na to „máme“ již dnes.
Doc. Ing. Jan Masopust, CSc., Zakládání staveb, a. s.
Příspěvek vznikl díky podpoře grantu AV ČR č.103/02/0688
a výzkumného záměru MSM 261100007.
English summary
Knowledges from 17th Christian Verder colloquium in Graz devoted to grouting
Next already 17th Christian Verder colloquium was held in Austrian Graz on 4th and 5th April this year with the title: Grouting in soils and rocks. These monothematic colloquiums, their summary was articled in the copy 2/2001 of our journal, present probably the european top from the point of view of design and execution technologies of special foundation works. This article detaily presents the volume of the most of together 18 contributions of this year´s colloquium.
|