Použití vyztužené zeminy při výstavbě mostních opěrek

1. Možnosti použití geosyntetické výztuže v mostním stavitelství

1.1 Zlepšování základových poměrů

Stále častěji se setkáváme s problematikou zakládání mostních konstrukcí na nevhodných podložích. Při řešení problému pomocí vyztužené zeminy (obr. a) zde výztužné geosyntetikum přebírá vznikající vodorovné síly a spolu s dalšími prvky založení redistribuuje rozložení napětí na základovou spáru.

1.2 Redukce zemního tlaku

Jednou z dalších možných aplikací geosyntetických výrobků v mostním stavitelství je redukce zemního tlaku na konstrukční části mostu (obr. b). Geosyntetická výztuž omezuje nebo zcela zachycuje působení aktivního zemního tlaku. Využívá se u opěr, křídel nebo parapetních zdí.

1.3 Výstavba mostních křídel

Jedná se o jednu z nejčastějších aplikací (obr. c), při které se geosyntetická výztuž stává aktivním prvkem konstrukčního systému, ve kterém zajišťuje stabilitu. Je pevně spojena s lícem, který má ochrannou a estetickou funkci.

1.4 Výstavba mostních opěr

Konstrukce mostních opěr z vyztužené zeminy (obr. d) je založena na stejném principu jako výstavba mostních křídel. Oproti nim jsou však přísněji posuzovány zejména deformační vlastnosti konstrukce opěry po dobu celé její životnosti.

1.5 Redukce šířky přesypaných mostů

Ve stísněných prostorách, zejména městských aglomerací, lze geosyntetické výztuhy použít i k budování strmých svahů (obr. e). Tyto v kombinaci s přesypaným mostním objektem umožňují jeho zmenšení a přinášejí tak značné ekonomické úspory.

TVARY MOSTNÍCH OPĚR Z VYZTUŽENÉ ZEMINY

Použití systému vyztužené zeminy při konstrukci mostních opěr je v České republice stále populárnější. Vytváří totiž alternativu vůči nevzhledným monolitickým nebo prefabrikovaným mostním opěrám z betonu nebo železobetonu. Konstrukční systém
vyztužené mostní opěry dovoluje použít na líci prakticky jakýkoliv materiál od různobarevných betonových výrobků s hladkým nebo štípaným povrchem přes kámen nebo zdivo až po vegetaci. Právě široká škála pohledových prvků a neuvěřitelná variabilita tohoto systému jako celku umožňuje architektům a projektantům navrhovat takové mostní opěry, které jsou bezpečné a zároveň vhodné do jakéhokoliv okolního prostředí.

Výběr lícních pohledových prvků závisí na konečné funkci konstrukce a její projektované životnosti. Návrhová životnost většiny důležitých staveb je delší než 100 let. Z tohoto důvodu je zapotřebí, aby odolnost a životnost čel byla stejná jako životnost vyztužených zemin. Volba lícového opevnění pro mostní opěry je limitována očekávanými deformacemi konstrukce jako celku po dokončení výstavby.

Mostní opěry se mohou provádět jako jednoduché nebo stupňovité, aby bylo dosaženo přiměřeného vzhledu redukcí pohledové plochy konstrukce. Tvar vyztuženého zeminového bloku může nabývat různých tvarů, nejčastější jsou tvary zobrazené v řezu konstrukcí jako obdélník, kosodélník nebo lichoběžník.

1.6 Mostní opěry s měkkým lícem

Tzv. měkký líc se provádí buď jako prostý nebo obalením. Opěry s prostým lícem (obr. f) se používají poměrně zřídka, protože maximální sklon líce opěry je limitován vlastnostmi násypového materiálu. Obecně je možné vytvářet pouze mírné sklony líce,
které omezují prostor pod mostem a prodlužují nosnou konstrukci. Úprava čela tzv. obalením (obr. g) se používá v případech, kdy je třeba dosáhnout vyššího sklonu líce opěry. Geosyntetická výztuž se při tomto způsobu použití neukončuje na líci, ale
zavádí se zpět do vyztuženého zeminového bloku v poloze následující vrstvy výztuže. V obou variantách měkkého líce je pod mostním objektem v místech trvalého stínu nutná úprava svahu obložením. Části mimo tento stín se pokrývají vegetací a mohou vytvářet velmi estetické tvary změkčující přísně technické linie mostní konstrukce.

1.7 Mostní opěry s pevným lícem

V mnoha částech světa jsou vyráběny prefabrikované betonové bloky, umožňující vytvoření estetických a jednoduše sestavitelných líců opěrných stěn a mostních opěr (obr. h, i). Bloky jsou vyráběny z betonu vysoké kvality různých barev, vzorů
a provedení. V ČR se nejčastěji používají drobné štípané betonové bloky a prefabrikované betonové panely. K vyztužování opěr s pevným lícem se téměř výhradně používají geomříže, které se u drobných betonových tvarovek připojují do spár pomocí speciálních konektorů. Do betonových panelů větších rozměrů se pak přímo ve výrobně umísťují zárodky geomříží, které se při výstavbě napojují speciální spojkou na projektovanou délku geomříže. Při větších výškách opěr je vhodné použít
členění do jednotlivých stupňů (obr. j), které umožňují lepší obsluhu a údržbu konstrukce a zároveň vytvářejí prostor pro osázení vegetací.

2. příklady použití vyztužené zeminy při výstavbě mostů v ČR

Pro lepší orientaci čtenáře uvádíme výčet zajímavých projektů mostních objektů, u nichž bylo využito pro výstavbu vyztužené zeminy. Některé z nich jsou podrobněji popsány v kapitole 4.

3. základní zásady pro návrh mostních opěr z vyztužené zeminy

Při návrhu mostních opěr z vyztužené zeminy je třeba respektovat celou řadu pravidel, doporučení a ověřených postupů, které zaručují bezvadnou funkci této mostní konstrukční části po celou dobu životnosti mostu. K nejdůležitějším zásadám patří:

• geosyntetická výztuž musí mít zaručenou životnost v konkrétních podmínkách stavby delší než je návrhová životnost mostního objektu,
• geosyntetická výztuž musí mít důvěryhodně deklarované pevnostní a deformační parametry po celou dobu své životnosti,
• geometrie mostního objektu musí umožnit rozdílný pokles jednotlivý opěr,
• provedení nosné konstrukce musí umožnit nerovnoměrnou svislou deformaci mostní opěry,
• provedení mostu musí umožnit účinnou ochranu geosyntetické výztuže před povětrnostními vlivy, erozí vlivem působení vodních toků nebo záplavových proudů, vandalismem, požárem atd.,
• přemosťovaná komunikace musí mít výškovou rezervu nad rámec normy pro prostorové uspořádání,
• staticky neurčitá nosná konstrukce musí umožnit bezproblémovou rektifikaci,
• a další.

4. stručný popis konstrukcí realizovaných v letech 2003 - 2004

4.1 Most ev. č. 16-098 přes trať ČD v km 188.395 silnice I/16 u obce Královec

Jedná se o trvalý silniční most o jednom prostém poli z prefabrikovaných nosníků profilu T se spřaženou železobetonovou deskou přes trať ČD. Most tvoří prostý trámový rošt s opěrami z vyztužené zeminy. Výška mostu je 7,44 m, délka nosné
konstrukce je 14,11 m.

Popis konstrukce

Silnice I/16 tvoří hlavní tah na hraniční přechod do Polska. Most se nachází v katastru obce Královec v okrese Trutnov. Převádí silnici přes trať ČD Jaroměř - Královec (v km 59,380 trati) vedenou v místě mostu v zářezu.

Stavební stav původního mostu se stal během minulých let ve smyslu ČSN 73 6221 havarijním. Opěry a křídla vykazovaly značné poruchy původní kamenného zdiva, v minulosti zesilovaného betonovými prefabrikáty. Přes toto zesílení musela být spodní stavba provizorně zajištěna proti zřícení pomocí dodatečně kotvených ocelových prvků. Oprava mostu byla provedena komplexní rekonstrukcí s výstavbou nových opěr i křídel.

Během výstavby nového mostu bylo nutno zachovat provoz na železniční trati. Provoz na silnici byl proto po dobu výstavby převeden na mostní provizorium a provoz na železniční trati tak zůstal téměř bez omezení. Krátké výluky byly omezeny pouze
na montáž a demontáž mostního provizoria a nosné konstrukce.

Zemní práce se při rekonstrukci omezily na minimum potřebné k provedení demolice stávající konstrukce včetně základů do požadované úrovně a výstavbě nového mostu. Vytěžený materiál byl částečně zpětně použit. Založení spodní stavby bylo provedeno na upravených stávajících základech. S ohledem na to, že opěry i křídla jsou z vyztužené zeminy, byl základ proveden pouze pod lícním obkladem. Typ a rozmístění výztuh bylo stanoveno na základě podrobné statické analýzy mostní
konstrukce. Rovnoběžná křídla byla provedena s odstupňovanou výškou. Jako geosyntetická výztuž byly použity geomříže Tensar RE. Tyto byly kladeny v úrovních daných skladebnou výškou tvarovek použitého betonového obkladu.

Hutnění zásypu bylo prováděno po vrstvách odpovídajících výšce tvarovek, resp. vzdálenostem jednotlivých vrstev geovýztuží na požadovanou míru zhutnění. Všechny geosyntetické výztuhy byly před zasypáním vypnuty a přikotveny. Lícový obklad z betonových tvarovek byl opatřen rubovou drenáží ve dvou úrovních. První drenáž byla uložena na spádovém betonu v dolní části opěry z vyztužené zeminy s vyústěním skrz obklad. Druhá drenáž byla vedena v úrovni založení úložného prahu s vedením podél koruny křídel a vyústěním za křídly na svah zářezu. V koruně opěry byl zřízen železobetonový úložný práh.

Nosná konstrukce je tvořena prefabrikovanými nosníky T profilu z předem předpjatého betonu s monolitickou spřaženou deskou mostovky.

4.2 Most D211 na dálnici D1 v úseku Vyškov - Mořice

Jde o přesypaný jednopolový šikmý most z prefabrikovaných dodatečně předpínaných nosníků z vysokopevnostního betonu se spřaženou monolitickou deskou založený na opěrách z vyztužené zeminy. Výška mostu je 15,80 m, délka nosné konstrukce je 36,56 m.

Popis konstrukce

Trasa dálnice D1 v prostoru mostu D211 překračuje násypem výšky 14,5 m potok Runza. Podloží je tvořeno fluviálními jílovitými hlínami měkké konzistence s ověřenou mocností více než 20 m s ustálenou hladinou podzemní vody cca 1,0 m pod terénem.

Vzhledem k tomu bylo podloží v celé oblasti mostního objektu a přilehlých násypů sanováno štěrkopískovými pilíři. Opěry mostu ze zeminy vyztužené pletenými geotextiliemi Tensar Basetex jsou navrženy tak, aby přenesly zatížení mostu do sanovaného podloží při požadavku rovnoměrného roznosu zatížení. Hutnění je provedeno po vrstvách s mírou zhutnění
ve vyztužené oblasti ID=0,85. Odvodnění vyztuženého násypu je zajištěno průnikem vody nesoudržným materiálem násypu v celém jeho objemu. Použité geotextilie netvoří bariéru pro průnik vody. Svrchní betonová část opěr je založena plošně
na základových pasech. Opevnění líce svahu je navrženo ve sklonu svahu 1:1,25 s ohledem na předpokládané deformace během konsolidace podloží. Pod mostem jej tvoří kamenná dlažba do betonu, mimo půdorys mostu bude provedeno ozelenění s využitím protierozní rohože Tensar Mat.

Nosná konstrukce mostu je tvořena prostým polem délky 34,8 m z dodatečně předpínaných prefabrikovaných 1,5 m vysokých nosníků spřažených s monolitickou deskou. Nosná konstrukce je na obou koncích mostu ztužena monolitickými příčníky,
které jsou uložené na elastomerová ložiska. Nad nosnou konstrukcí je dále umístěn vylehčený násyp z bloků z expandovaného polystyrenu (EPS) navzájem propojených ocelovými hmoždinkami.

4.3 Most D8201 na dálnici D47, stavba 4708.2 v Ostravě

Tento mostní objekt je koncipován jako spřažený ocelový dvojtrám s betonovou deskou o 11 (resp.12) polích. Spojitá konstrukce mostu byla zvolena s ohledem na minimální účinky od doznívajícího poddolování. Most je tvořen dvěmi samostatnými konstrukcemi (pro každý dopravní směr jedna) založenými na opěrách z vyztužené zeminy. Výška mostu je proměnná, max. 15,0 m, délka konstrukce je max. 587,85 m.

Popis konstrukce

Most převádí dálnici D47 přes ulici Polaneckou, rybník Rojek, koleje stávající trati ČD, místní obslužnou komunikaci a výhledově zajistí též přemostění trasy vysokorychlostní trati ČD (VRT), která bude křížit dálnici D 47.

Opěry jsou založeny na násypu z vyztužené zeminy, který je vždy společný pro levý i pravý most. Geosyntetickou výztuž tvoří geomříže Tensar RE, doplněné pod zeminovým blokem opěr několika vrstvami geotextilie Tensar Basetex. Líc opěr
je proveden jako stupňovitý za použití drobné betonové tvarovky. V místě, kde jsou stísněné poměry vzhledem k přilehlé komunikaci, stupně vymizí a pokračují jako svislá opěrná stěna.

Na opěře z vyztužené zeminy je umístěn masivní betonový úložný práh s revizním prostorem umožňujícím kontrolu, přestavení nebo výměnu dilatačního závěru po eventuálním poškození nebo deformaci od poddolování.