Sanace sesuvu svahu u obce Mírová pod Kozákovem

Na komunikaci III/2832 byly na části úseku pozorovány dlouhodobě se vyvíjející poruchy, které se projevovaly tvorbou trhlin v asfaltovém krytu vozovky a propady krajnice. To vedlo k částečnému uzavření provozu komunikace v roce 2022, kdy byla uzavřena její polovina a došlo k omezení nákladní dopravy s výjimkou zachování autobusové linky jako nezbytné součásti dopravní obslužnosti tohoto území. Další vývoj svahových pohybů (obr. 1, 2) vedl k úplnému uzavření této oblasti v únoru 2024 a bylo nařízeno rychlé vyřešení tohoto problému a opětovné spuštění provozu komunikace.

Obr. 1 Svahové pohyby v první oblasti

Výsledkem prohlídky stavby geotechnikem bylo doporučení provést sanaci komunikace včetně propustku a svahu pod komunikací v co nejkratším možném časovém horizontu. Zároveň měla být stanovena a navržena vhodná opatření tak, aby byla komunikace dlouhodobě bezpečná a nedocházelo k opakovaným problémům vedoucím k omezení dopravní obslužnosti.

Pro provedení potřebných opatření bylo nutné uzavřít komunikaci v celé její šířce s vyloučením provozu. Důvodem byla nutnost odtěžit nekvalitní materiál, který byl použit při výstavbě komunikace, a potřeba provést samotnou sanaci svahu včetně opravy nefunkčního propustku a důkladného převedení povrchových vod přes těleso silniční komunikace.

Obr. 2 Svahové pohyby ve druhé oblasti

Za účelem zajištění dlouhodobé stability násypového tělesa se v rámci návrhu inženýrských opatření přistoupilo k výběru vhodné opěrné konstrukce. V rámci projektových prací byly zvažovány následující varianty opěrné konstrukce:

• Železobetonová tížná/úhlová opěrná zeď – konstrukce s vysokou stabilitou, avšak se značnými nároky na založení a realizaci. Charakterizuje ji mokrý proces, nutná doba zrání betonu a časově poměrně náročné vyvazování výztuže.
• Gabionová opěrná zeď – flexibilní konstrukce s příznivou strukturou pro drenážní funkci trvalého zajištění svahu. V daných podmínkách jde o technicky vhodné řešení. Je nutný dovoz a nákup většího množství kamene vhodného do gabionů a je třeba počítat s technologickou pracností a časovou náročností při skládání kamene.
• Pilotová stěna – konstrukce vhodná do složitých geotechnických podmínek, má však vysoké realizační náklady. Je funkční, ale v daných časových sledích stavby technologicky a ekonomicky nepřijatelná varianta.
• Konstrukce z vyztužené zeminy – efektivní řešení kombinující výhody zemních a tížných konstrukcí s možností přizpůsobení se geometrii terénu.

Na základě hodnotové analýzy, která zahrnovala především rychlost a technologické kroky výstavby, estetiku a ekonomiku stavby, byla jako nejvhodnější a v daných složitých podmínkách optimální zvolena konstrukce z vyztužené zeminy. Tato konstrukce je tvořena sypaninou z vhodného materiálu (zrnitý, dobře zhutnitelný materiál), který je horizontálně vyztužen polymerními výztužnými prvky zajišťujícími stabilitu konstrukce jako celku.

Líc konstrukce byl navržen tak, aby sledoval přirozené směrové a výškové poměry v dané lokalitě – šlo tedy o konstrukci se sklonem 60°, budovanou ve třech samostatných etážích. Stabilizaci a ochranu lícní roviny zajišťovaly ocelové svařované koše vyplněné kamenivem, které poskytují nejen estetickou funkci, ale i ochranu proti erozi a degradaci líce.

Realizovaná konstrukce měla tyto základní technické parametry:

• maximální výška opěrné konstrukce: 5,0 m,
• délka výztužných prvků: maximálně 6,0 m,
• typ výztuže: geosyntetické výztuže typu PET s návrhovým odporem minimálně 31 kN/m,
• zásypový materiál: sypanina specifikovaná jako Typ 2 podle ČSN/STN EN 14475, hutněná na předepsanou míru zhutnění ID = 0,85.

Navržené řešení představuje technicky efektivní, ekonomicky přijatelnou a vizuálně přizpůsobivou metodu zajištění svahu, která vyhovuje místním geotechnickým podmínkám. Konstrukce z vyztužené zeminy umožňuje bezpečný provoz komunikace a zároveň minimalizuje zásahy do krajiny a okolního prostředí.

Geologická skladba lokality

Na lokalitě byl v listopadu 2023 proveden geotechnický průzkum, který se zaměřoval na ověření geologické stavby a určení geotechnických vlastností zemin v prostoru násypu a pod ním. V rámci průzkumu byly realizovány dvě průzkumné sondy – jedna dynamicky zarážená sonda a druhá těžká dynamická penetrace.

Dále byly odebrány vzorky, na kterých byla stanovena smyková pevnost a stlačitelnost. Průzkum předpokládal přibližně 4,5 m silnou vrstvu navážek, převážně charakteru štěrkovitého písku (S2 SP) až písčitého štěrku (G2 GP), pod kterou se nacházejí deluvio-eluviální sedimenty – směs prachu, jílu a písku (F3 MS nebo S1 SW). Skalní podloží bylo zastiženo v hloubce 8,0 m pod terénem (obr. 3).

Obr. 3 Geologický řez v zájmové lokalitě

Na základě geologického průzkumu a prohlídky lokality bylo zřejmé, že se jedná o sesuv lokalizovaný na rozhraní vrstev navážek. Násyp byl zároveň vybudován z nevhodných zemin obsahujících popílek, ale také stavební suť a odpadní materiál, jako plechovky, skleněné lahve, textilní materiál a další. Bylo navrženo odtěžení nevhodné zeminy a její nahrazení vhodnou sypaninou.

V rámci následných zemních prací (obr. 4) však bylo na staveništi zastiženo jiné geologické prostředí, než uváděl předložený geotechnický průzkum a projekt investora, a byly zjištěny i lokální přítoky podzemní vody. Vzhledem k těmto skutečnostem a z hlediska bezpečnosti práce, provádění zemních prací a použité techniky byly zemní práce zastaveny a investor objednal doplňkové geologické posouzení lokality.

V srpnu 2024 bylo provedeno doplňkové geologické posouzení staveniště Rohliny III/2832. Průzkumné práce sestávaly ze čtyř kopaných sond a šesti dynamických penetračních sond. Penetračními sondami byl přesně stanoven průběh a povrch pískovců (F4 CS až S5 S6).

Obr. 4 Zemní práce na staveništi

Vstupní údaje pro návrh – geotechnický model

Kritický profil

Byl stanoven tak, aby co nejpřesněji vystihoval úsek s nejnepříznivějšími podmínkami z hlediska globální stability i deformačního chování konstrukce. Profil zohledňuje výskyt svahových deformací (aktivních i reliktních), zvýšenou nasycenost zemin v důsledku nepříznivých hydrogeologických podmínek, stejně jako přítomnost zemin s nízkou únosností, se zvýšenou stlačitelností nebo s nedostatečnou smykovou pevností v násypovém tělese.

Geologický profil

Vycházel z kolmého promítnutí dat inženýrskogeologického průzkumu (sond) do osy kritického profilu. Rozhraní geologických vrstev mezi jednotlivými sondami bylo interpolováno lineárně mimo body sond, přičemž průběh vrstev kopíroval morfologii terénu.

Charakteristika násypového materiálu v kontaktu s geosyntetickými výztužemi

Počítalo se se strukturou a vlastnostmi násypového tělesa v rámci vyztuženého bloku.

Typ použité geosyntetické výztuže

Specifikovaly se druh výztužných prvků a jejich mechanické parametry.

Soubor zatížení

Zahrnuje všechna působící zatížení, která ovlivňují stabilitu a návrh konstrukce (vlastní tíha konstrukce, dopravní zatížení, případné mimořádné zatížení apod.).

Návrh a posouzení geotechnické konstrukce

Vzhledem k tomu, že původní násypové těleso bylo tvořeno nevhodným materiálem a zároveň docházelo na více místech k svahovým pohybům, bylo nutné odtěžit prakticky celý stávající násyp a také odstranit původní propustek včetně vtoku.

Výkop pro navrženou konstrukci se realizoval postupně po etážích o šířce maximálně 6,0 m. Základová spára pod vyztuženou konstrukcí je totožná s horní hranou drenážní vrstvy. Za konstrukcí i pod ní byla provedena drenážní vrstva ze zeminy s otevřenou frakcí velikosti 32/63 mm. Tloušťka této vrstvy je minimálně 300 mm za vyztuženým blokem a 1 300 mm pod vyztuženým blokem. Drenážní vrstva je na horním i spodním povrchu obalena separačně-filtrační geotextilií, která splňuje požadavky předpisu Ministerstva dopravy ČR TP 97 pro geotextilie typu S1 s významnou filtrační funkcí.

V první fázi byla stavba realizována v místě stávajícího propustku (obr. 5), následně probíhala ve směru staničení ke křižovatce komunikací. Po výstavbě nového propustku se vybudovalo také nové násypové těleso, které bylo navrženo jako opěrná konstrukce z vyztužené zeminy se sklonem líce 60°. Návrh se řídil zásadami pro vyztužené zemní konstrukce podle předpisu Ministerstva dopravy ČR TP 97 a normy ČSN EN 1997-1.

V posuzovaném geotechnickém modelu se počítalo s proměnným zatížením v souladu s předpisem Ministerstva dopravy ČR TP 97, kapitola 7, v charakteristické hodnotě 20 kPa. Vzhledem k tomu, že jde o vyztuženou zemní konstrukci s výškou nad 5,0 m, realizovanou ve složitých základových poměrech, je zařazena do třetí geotechnické kategorie.

Obr. 5 Stavba realizovaná v místě stávajícího propustku

Konstrukční řešení

V rámci geotechnického posouzení byla navržena opěrná konstrukce z vyztužené zeminy se sklonem líce 60° ve třech výškových etážích (obr. 6), která sestává z těchto konstrukčních prvků:

• geosyntetická výztuž, geomříž v souladu s ČSN/STN EN ISO 10318-1,
• poddajné lícové opevnění, ocelová síť v souladu s ČSN/STN EN 14475, včetně distančních a spojovacích prvků,
• hrubozrnná sypanina typu 2 nebo kvalitnější podle ČSN/STN EN 14475.

Obr. 6 Příčný řez navrženou konstrukcí

Byl navržen jeden typ výztužných geomříží z hlediska výrobní suroviny, technologie výroby i pevnosti. Geomříže s funkcí vyztužování jsou vyrobeny z primární suroviny PET technologií tkaní s návrhovým odporem v tahu se zohledněním redukčních faktorů a dílčích součinitelů minimálně 31 kN/m v souladu s předpisem Ministerstva dopravy ČR TP 97:2021. Kotvicí délka geomříží je 8 m od líce konstrukce, jejich výškové rozestupy jsou 600 mm.

Lícové opevnění bylo navrženo z ocelových svařovaných sítí s kovovým neželezným povlakem Zn95Al5 s průměrem drátu 4 mm a osnovou drátu 100 × 100 mm, resp. 50 × 100 mm na lícové straně konstrukce. Všechny spojovací a distanční prvky mají rovněž průměr 4 mm s povrchovou úpravou kovovým neželezným povlakem Zn95Al5. Pevnost v tahu ocelové svařované sítě je minimálně 40 kN/m. Za lícovými ocelovými sítěmi bylo instalováno kamenivo o tloušťce 0,5 m. Velikost kameniva je 1,5– až 2násobek velikosti oka svařované sítě, objemová hmotnost minimálně 2 300 kg/m³.

Vzhledem ke kontaktu s geosyntetickou výztuží byla použita hrubozrnná sypanina typu 2 podle ČSN EN 14475, hutněná na předepsanou míru (minimálně ID = 0,85), s technologickým krokem maximálně 300 mm, což je polovina modulární výšky lícového opevnění. Efektivní úhel vnitřního tření sypaniny je minimálně 32° a maximální velikost zrna 63 mm.

Konstrukce z vyztužené zeminy je založena na štěrkové vrstvě, která slouží jako drenážní vrstva pro vodu potenciálně pronikající do tělesa komunikace. Tato vrstva sloužila při výstavbě také jako podkladová vrstva pro pohyb stavebních strojů. Návrhová životnost vyztužené zemní konstrukce byla podle trvanlivosti dílčích geosyntetik stanovena minimálně na 50 let v přírodních zeminách s hodnotou 4 ≤ pH ≤ 9 a při teplotách zeminy ≤ 25 °C.

Závěr

Při návrhu konstrukcí z vyztužené zeminy je nezbytné dodržovat soubor konstrukčních a geotechnických zásad, které zahrnují především:

• aplikaci principů mezních stavů podle ČSN EN 1997-1 (Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí – Část 1: Všeobecná pravidla) včetně doporučených metod posouzení stability a interakce konstrukce se zeminovým prostředím,
• využití pokynů souvisejících českých technických norem a předpisů, zejména předpisu TP 97 z roku 2021, respektive TKP 30 z roku 2020, případně zahraničních doporučení, jako jsou FHWA-NHI-00-043 (Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Design & Construction Guidelines) či BS 8006-1:2010 (Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills).

Nezbytnou podmínkou kvalitního a bezpečného návrhu je dostatečná zkušenost s obdobnými typy konstrukcí, ideálně podložená zkušenostmi z realizací a provozního monitoringu, což umožňuje zpětnou validaci návrhových předpokladů a zajištění spolehlivého chování konstrukce po celou projektovanou životnost.