V článku je popsán návrh a
provádění rekonstrukce několika pilotových základů objektu Multifunkčního
centra v Hradci Králové. S ohledem na výraznou změnu zatížení objektu
bylo nutné již provedené pilotové základy zesílit. Podchycení bylo navrženo
metodou tryskové injektáže s tím, že pod příslušným základem byly provedeny
sloupy TI podporující zesílenou patku spočívající na vrtané pilotě. Práce
byly prováděny ve stísněných podmínkách pod stropem přízemí.
Úvod
Na jaře roku 2000
se na Moravském předměstí v Hradci Králové započalo s výstavbou Multifunkčního
centra. Prefabrikovaný železobetonový skelet půdorysných rozměrů 159
x 144 m navazuje přímo na supermarket Carrefour. V jednopodlažní části
půdorysných rozměrů 83 x 144 m je základní modul sloupů 16 x 16 m. Ve
dvoupodlažní části půdorysných rozměrů 76 x 144 m je základní modul
sloupů 8 x 16 m. Sloupy jsou čtvercové – 400/400 mm, 500/500 mm, obdélníkové
– 500/700 mm a dokonce i kruhové ř 600 mm. Ztužující stěny jsou monolitické
tl. 250, resp. 400 mm. Jednopodlažní část je využívána jako prodejní
galerie, přičemž na střeše je otevřené parkoviště. Dvoupodlažní část
se světlou výškou podlaží 2,80 m je zčásti využívána jako kryté parkoviště,
zčásti jsou zde kanceláře. Na střeše jedné poloviny dvoupodlažní části
jsou opět parkoviště, na zbývající části je umístěna ocelová konstrukce
střešní nástavby s multikinem, výšky kolem 13 m, půdorysných rozměrů
asi 80 x 76 m. Zatímco železobetonová konstrukce objektu byla při zahájení
stavby jasně definovaná, a to jak z hlediska konstrukčního, tak i z
hlediska statického, konstrukce ocelové nástavby nebyla vyjasněna, což
vedlo v této části objektu k nutnosti podchycení stávajících pilotových
základů, a to ještě v době, kdy objekt nebyl dostavěn.
Geotechnické
poměry na staveništi
Území stavby náleží
k labské oblasti České křídové tabule, kde horniny skalního podloží
jsou tvořeny svrchnokřídovými sedimenty, což jsou vesměs hnědé až šedé
vápnité jílovce a slínovce silně rozpukané, ve svrchních partiích zvětralé
a rozložené na plastické slíny se střípky horniny. Kvarterní pokryvy
jsou tvořeny především pleistocenními štěrky a písky, ulehlými a zvodnělými.
Jejich svrchní poloha je tvořena tzv. povodňovými hlinami a vlastní
rovinný povrch staveniště je vyrovnán vrstvou navážky charakteru písčité
hlíny s kameny.
Fluviální sedimenty
tvoří rozsáhlou zvodeň s průlinovou propustností charakterizovanou řádovou
velikostí koeficientu filtrace k = 10–4 m.s–1. Podzemní voda vykazuje
zvýšenou uhličitou agresivitu a mírně zvýšený obsah síranových iontů.
Z hlediska platných norem lze toto prostředí zařadit do stupně 5b, kdy
je žádoucí primární ochrana železobetonových konstrukcí.
Ta byla nakonec
pro základové piloty zabezpečena jednak speciální recepturou betonu,
jednak zvětšením staticky nutného profilu piloty o 100 mm.
Terén na staveništi se před zahájením stavby nacházel na kótě –0,30
= 232,10 m n. m. a tvořil zároveň pracovní plošinu pro zakládání.
Zakládání objektu
S ohledem na značná
bodová zatížení v patách sloupů přicházela v úvahu jediná metoda zakládání
– pomocí osamělých vrtaných velkoprůměrových pilot. Je to metoda nejhospodárnější
a zároveň osvědčená. Pod každým sloupem byla navržena jediná pilota
profilu 630 mm, 880 mm, nebo 1220 mm (tabulka 1).
Typ
piloty
|
Svislé
zatížení (MN)
|
Průměr
piloty d(mm)
|
Orientační
délka piloty L (m)
|
Min
délka vetknutído R4 t(m)
|
Počet
nosných prutů
|
armokoše
|
|
|
|
|
A
|
4,6
|
1220/1070
|
12,0
|
4,0
|
14
R 16
|
B
|
2,8-3,2
|
1220/1070
|
10,0
|
2,0
|
14
R 16
|
C
|
1,3
|
630/530
|
9,5
|
1,5
|
8
R 16
|
D
|
1,0-1,1
|
630/530
|
9,0
|
1,0
|
8
R 16
|
E
|
5,0-5,3
|
1220/1070
|
13,0
|
5,0
|
14
R 16
|
F
|
3,9-4,0
|
1220/1070
|
11,0
|
3,0
|
14
R 16
|
G
|
1,2-1,6
|
880/770
|
9,0
|
1,0
|
10
R 16
|
H
|
0,8-0,9
|
630/530
|
8,5
|
0,5
|
8
R 16
|
I
|
1,8-1,9
|
880/770
|
9,5
|
1,5
|
10
R 16
|
J
|
0,5-0,7
|
630/530
|
min.
7,0
|
-
|
8
R 16
|
K
|
2,5
|
880/770
|
10,5
|
2,5
|
10
R 16
|
L
|
2,0-2,2
|
880/770
|
10,0
|
2,0
|
10
R 16
|
M
|
3,5
|
1220/1070
|
10,5
|
2,5
|
14
R 16
|
N
|
0,4-0,5
|
880/630/530
|
min.
8,0
|
-
|
8
R 16
|
V hlavách osamělých
pilot byly navrženy vrtané patky průměru 1 300 mm hloubky 1,2 m (pro
sloupy 400/400 mm) a pro ostatní sloupy průměru 1 500 mm hloubky 1,2
m s příslušnými kalichy hlubokými 0,83 m. Pod ztužujícími stěnami byly
navrženy krátké základové pasy podporované pilotami. S ohledem na značný
tlak investora a potažmo generálního dodavatele na minimalizaci nákladů
byly vrtané piloty navrženy velmi úsporně – jak ostatně vyplývá z tabulky
1. Takový návrh byl umožněn autorovými zkušenostmi z rozsáhlého staveniště
FN v Hradci Králové s obdobnými geotechnickými poměry, na němž byla
v minulosti provedena série zkušebních pilot zčásti instrumentovaných.
Vlastní zakládání
objektu proběhlo v květnu roku 2000 a ihned poté se započalo s montáží
skeletu. V jejím průběhu bylo měřeno sedání většiny sloupů, a to pomocí
měřických značek nastřelených na sloupy v přízemí. Časový průběh sedání
vcelku odpovídal předpokladům projektu – jeho velikost byla v konečném
stádiu výstavby skeletu (bez užitného zatížení) 8–12 mm.
V říjnu roku 2000,
v době, kdy železobetonová část byla prakticky dokončena, byla konečně
projekčně dořešena ocelová nástavba multikina. Oproti původním předpokladům
došlo zprvu u třiadvaceti sloupů a čtyř skupinových základů k výraznému
nárůstu zatížení o 21 % až 55 %. Zatěžovací údaje byly upřesněny a celkový
počet nevyhovujících základů stoupl na třicet. Jak bylo již uvedeno,
původní základy byly navrženy velmi úsporně a nevykazovaly žádné rezervy
pro možnost přenesení nového výrazně vyššího zatížení. Bylo tedy nutné
přistoupit k okamžité rekonstrukci třiceti stávajících základů. Přitom
objekt byl v hrubé stavbě zcela dokončen, a to včetně podlahové desky.
Světlá výška v hale byla 2,80 m.
Návrh rekonstrukce
základů
Typické
základy byly tvořeny vrtanou pilotou průměru 1 220 mm, délky 10–13 m,
vetknutou do podložních slínovců a v hlavě opatřenou vrtanou patkou
průměru 1 500 mm, výšky 1,20 m, přičemž povrch patky byl na kótě –0,30
m a přes celou halu byla provedena průmyslová podlaha tl. 200 mm s podkladním
betonem. Provedení dalších pilot nebylo možné jednak pro nedostatek
pracovního prostoru v hale, jednak pro nemožnost jejich funkčního spojení
se stávajícím základem. Obdobně i zesílení základů pomocí mikropilot
se jevilo jako krajně nevhodné. Byla tedy přijata metoda podchytávání
stávajících základů pomocí sloupů tryskové injektáže, zakotvených do
úrovně slínovců. Aby bylo reálné těmito sloupy podchytit základ, bylo
nutné jej rozšířit, neboť mezikruží na kótě –1,50 m mělo šířku jen asi
0,14 m. Stávající kruhové vrtané patky průměru 1,50 m bylo tedy nutné
rozšířit na čtvercovou patku rozměru 2,60 x 2,60 m výšky 1,20 m tak,
aby tato patka zaručeně přesáhla půdorys nově navržených sloupů tryskové
injektáže. Vlastní výztuž patky byla v podstatě konstruktivní, rozhodující
bylo spojení stávající patky s novým betonem. Tento spoj byl navržen
pomocí smykové výztuže tvořené svorníky ř R 32 mm, jež byly osazeny
a zalepeny do vrtů ve stávající patce.
Navrhli jsme sloupy
tryskové injektáže metody R1 o průměru nejméně 0,60 m, délky 5,50 m
s patou na kótě asi –7,0 m, tedy zhruba na povrchu zvětralého slínovce
tř. R5. Parametry tryskové injektáže byly zvoleny tak, aby zaručená
prostá tlaková pevnost sloupu byla so = 5,0 MPa. Přípustné tlakové napětí
ve sloupu je potom sdov = 1,25 MPa a sloup TI je schopen přenášet tlakovou
sílu o velikosti P = 350 kN. Sloupy TI byly tedy prováděny v příslušném
počtu (nejméně 2 ks) tak, aby jejich středy byly na kružnici o poloměru
0,95 až 1,0 m vždy symetricky v půdorysné rovině. Pod deseti základy
byly dva sloupy TI, pod sedmi základy pak tři sloupy TI, pod devíti
základy čtyři sloupy TI a pod jedním základem dokonce šest sloupů TI.
Ostatní případy byly netypické – stávající krátké základové pasy se
při nich podchytávaly běžným způsobem, tj. provrtáním stávajícího pasu
a jeho podtryskáním.
Únosnost svorníku
závisela především na možnosti dosažení příslušné kotevní délky ve stávající
patce. Ta byla ovšem s ohledem na rozměry této patky (průměru 1,50 m)
limitována. Navrhli jsme tedy vlastní uchycení lepením dvousložkovou
chemickou maltou KOTE POXY, což umožnilo zkrátit kotevní délku na Lk
= 470 mm. Únosnost jednoho svorníku (při posouzení na smyk a otlačení
betonu) byla 143 kN, tudíž jejich potřebný počet byl dán jednoduchým
předpisem: na 1 sloup TI bylo zapotřebí celkem 3 ks svorníků zhruba
rovnoměrně rozdělených na kontaktní ploše. Typická podchytávaná patka
je na obr. 1, kde jsou vykresleny i případy různého počtu sloupů tryskové
injektáže pod jednotlivou patkou.
Při realizaci podchytávání
se postupovalo následujícím způsobem:
- byla vyříznuta podlahová deska v ploše 2,6 x 2,6 m kolem příslušného
sloupu;
- byly vytyčeny a provedeny sloupy TI z úrovně cca –0,20 s příslušným
„hluchým“ vrtáním tak, aby paty sloupů byly na kótě –7,0 m a hlavy na
kótě asi –1,20 m;
- byla odkopána stávající válcová základová patka až na úroveň cca –1,60
m v celém prostoru a povrch této patky byl řádně očištěn (zprvu mechanicky,
finálně tlakovou vodou);
- byly odbourány přečnívající části sloupů TI až na úroveň –1,50 m a
v celé ploše byl položen podkladní beton
v tl. 100 mm;
- na válcové ploše stávající patky byly vytyčeny vrty pro svorníky tak,
aby byly rozděleny v ploše rovnoměrně, vrty pro svorníky měly průměr
36 mm, vrtány byly pod úhlem
3°–5° vzhledem k vodorovné (šikmo dolů), délka vrtů byla min. 470 mm;
- vrty byly vyfoukány stlačeným vzduchem, vypláchnuty tlakovou vodou
a znovu vyfoukány, následovalo jejich vyplnění chemickou maltou pomocí
speciální pistole a ihned byl zaražen trn ř R 32 mm celkové délky 1,0
m;
- výztuž základové patky byla s dostatečným překrytím na bocích svázána
a vyčnívající trny byly k této výztuži přivařeny;
- patka byla zabetonována betonem C 20/25–5b bez použití bednění do
úrovně –0,30 m;
- v dotčené části se zhotovila nová podlahová deska.
Zesílení třiceti
stávajících základů bylo provedeno během sedmnácti pracovních dnů v
říjnu a listopadu roku 2000. Celkový objem prací činil: 523 m sloupů
tryskové injektáže R1, 280 ks svorníků a 162 m3 zesílených základových
patek.
Doc. Ing. Jan Masopust,
CSc., Zakládání staveb, a. s.
English summary
Reconstruction of pile foundation of Multifunctional Center in Hradec
Králové
A design and a realization of the reconstruction of several pile foundations
of The Multifunctional Center in Hradec Králové is decribed. Due to a
distinct change of the object loading it was necessary to fortify just
executed pile foundations. Underpining was designed with jet grouting.
Jet grouting columns that were realized under the foundation lean the
fortificated footing lieing on a bored pile. Works were executed at constrained
conditions under a ground floor ceiling.
|