Stoleté zkušenosti s pilotami Franki
Ekologická metoda zakládání má již stoletou tradici. Poprvé byla použita počátkem minulého století v Belgii, kde ji vyvinul inženýr Pier Franki. Pomocí této zdokonalené technologie jsou zakládány hypermarkety, průmyslové a výrobní haly, železniční a dálniční mosty i občanské stavby.
Metoda provádění piloty Franki byla poprvé přihlášena k patentování jejím vynálezcem Pierem Franki v Belgii v roce 1908. V průběhu let byla tato výrobní technologie dále rozvíjena. Od konce 70. let minulého století se objevovaly úvahy, jak by se dalo optimalizovat roznášení zatížení přes patu piloty a provádění dříku piloty. Tyto nové metody provádění a dimenzování pilot Franki se používají od 80. let až dodnes.
Provádění dříku piloty s pěchovaným betonem
Klasická pilota Franki se provádí již téměř po celé století podle stejného základního principu. Suchý beton nebo štěrk se do pažnice plní a pěchuje lehkými údery beranu (obrázek). Po vytvoření zátky se volně padajícím beranem s pádovou výškou 6 až 10 m zaráží pažnice do země, dokud se nedosáhne potřebné hloubky. Po dosažení hloubky se pažnice přidrží na lanech přes kladky a zvýší se pádová výška beranu, aby se zátka uvolnila a vydusala se pata piloty. Po provedení paty a části dříku se vloží armovací koš a přidáváním betonu s půdní vlhkostí se lehkými údery vypěchuje vlastní dřík piloty.
Postup pilotáže předrážené piloty Franki
Provádění formované piloty
Klasická pilota Franki se provádí z pěchovaného betonu. Jak znázorňuje obrázek, nejprve se uvolní zátka a následně se provede pata piloty. Pro vytvoření dříku se plní do pažnice 40 až 50 cm beton s půdní vlhkostí (v/c = 0,28). Na tento beton se spustí beran jako zátěž a pažnice se pak povytáhne tak, aby v ní zůstalo ještě asi 15 až 20 cm betonu. Beton se zhutní a vytlačí ven pomocí 2 až 4 úderů při pádové výšce asi 50 cm. Proti tlaku vody a vnikání půdy zdola zůstane v trubce 5 až 15 cm zhutněného betonu jako „jistina“. Opakováním tohoto postupu se vytvoří vlastní pilota.
Provádění dříku piloty s tekutým betonem
U klasické piloty Franki se na začátku procesu provádění plní suchý beton nebo štěrk do pažnice a pěchuje se mírnými rázy beranu. Jakmile se vytvoří zátka, vytáhne se volně padající beran do výšky a nechá se padat na zátku. Podle zařízení, délky pažnice a mezních podmínek může pádová výška odpovídat normové hodnotě 6 až 7 m nebo se může zvýšit až na přibližně 10 m (podle energie potřebné pro formování dříku). Tím se pažnice zarazí do země až po dosažení potřebné hloubky. Po dosažení hloubky uložení se pažnice uchytí, zátka se uvolní a vytvoří se pata piloty. Na rozdíl od klasické piloty Franki se nyní vyrazí stanovené množství betonu patky, nastavené podle pevnosti základové půdy a přenášeného zatížení. Na konci provádění piloty se pažnice musí znovu zarazit zpět do patky a zbytková „jistina“ se z ní musí zcela odstranit. Pak se zabuduje armovací koš, pažnice se naplní tekutým betonem a následně se vytáhne.
Vytvoření paty piloty
Jak je znázorněno na obrázku, pata piloty se provádí po dosažení požadované hloubky vytláčení zátky pomocí vysokých rázů při současném vytahování pažnice. Zátka se vytlačuje pomocí rázů a tahu, to znamená, že pažnice se při každém rázu povytáhne o 2 až 3 cm. Objem potřebný pro rozšířenou patu piloty se zjišťuje v závislosti na pevnosti základové půdy a přenášeného zatížení piloty pomocí křivek k dimenzování pilot. Střední objem paty se vytlačuje na celkovém zdvihu přibližně 80 cm. Nemůže-li se toho dosáhnout při jednom zdvihu, zarazí se pažnice opět do paty a pokračuje se ve vytlačování. Po vytlačení potřebného množství betonu paty se pažnice znovu zarazí do paty. Vzhledem k tomu, že pro zasazení koše a naplnění betonu se zátka musí z pažnice vytlačit celá, je nezbytně nutné vodotěsně uzavřít pažnici betonem paty. Nyní je možno provést zabudování jak armovacího koše, tak betonu v suchém stavu.
Výhody tohoto provádění pilot
1. Provádění piloty je hospodárnější.
2. Provádění piloty poskytuje vyšší bezpečnost pro dodržení krytí betonu a pro ochranu proti zúžením.
3. Paty pilot je možno provádět podle křivek pro dimenzování.
4. Stávající půdu je možno zlepšit přeštěrkováním.
Dodatečné zlepšení únosnosti přeštěrkováním okolo paty piloty
Kromě varianty, při které se únosnost piloty Franki zvyšuje provedením velké, případně nadměrné paty, se alternativně nebo doplňkově může stávající půda zlepšit dodatečným doplněním zhutněného štěrku v patě piloty. Toto zlepšení se může provést jak v oblasti paty piloty a pod ní, tak i v oblasti dříku piloty. Tato varianta kromě toho poskytuje i tu výhodu, že se při ní může redukovat délka piloty v půdách s nízkou únosností.
Při přeštěrkování paty piloty se pažnice zarazí do země 1 až 2 m pod projektovanou hloubku uložení. Nyní se začne za současného vytahování pažnice formovat štěrk, a tím zlepšovat stávající půda. Podle požadavků se to provádí na délce až 4 m. Po ukončení štěrkování se pažnice opětovně zarazí na projektovanou hloubku uložení a začne výše popsané vlastní provádění piloty.
Dimenzování piloty
Vyhodnocením velkého počtu statických zatěžovacích zkoušek bylo možno určit souvislosti mezi hustotou uložení, resp. konzistencí existujících zemin a potřebnou beranicí prací při zarážení pažnic na jedné straně a potřebným objemem paty piloty pro roznášení zatížení na straně druhé. Na základě těchto souvislostí je možno určit energetické kritérium a objem paty v závislosti na únosnosti stávající půdy. Výsledkem těchto dlouholetých zkoumání jsou křivky dimenzování pilot, které jsou k dispozici pro následující druhy půd: tlakové piloty v nesoudržných půdách (písek, štěrk); tlakové piloty v soudržných půdách (pánevní písčitohlinitý jíl, naplavený slín, jílovec atd.); tlakové piloty ve vápencové hornině (vápenec, jílovec atd.) a tahové piloty v nesoudržných půdách (písek, štěrk).
Popis provádění piloty
Při zarážení pažnice se počítají a protokolují počty úderů na metr hloubky zaražení v závislosti na výšce pádu beranidla. Počty úderů a výška pádu beranidla dávají výpověď o hustotě uložení jednotlivých geologických vrstev a jejich únosnosti. Podle takto provedeného energetického diagramu se určí nebo navrhne vlastní únosnost piloty. (Podrobnosti jsou uvedeny v článku Ing. Ladislava Kopřivy v tomto čísle časopisu Realizace staveb na straně 21 a dále v článku Ing. Romana Koiše nazvaném Spodní stavba velkokapacitních nádrží, možnosti zlepšení podloží štěrkopískovými pilíři a modifikace na líci zeminové desky, který bude uveřejněn na www.asb-portal.cz.)
Dále je zde možné v případě nižší únosnosti půdy oproti projektu provést větší objem či přeštěrkování paty piloty. Tím se příslušně zmenšují špičkové hodnoty tlaku pod patkou a není nutné příliš prodlužovat pilotu. Toto opatření dovoluje vyrovnat se s nepředvídaným zhoršením vlastností zemin v podloží.
Při vyšší únosnosti půdy je možno odpovídajícím způsobem redukovat projektovanou délku piloty, protože mohou být přípustné vyšší špičkové hodnoty tlaku v patě piloty. Při používání křivek pro dimenzování pilot je tak možno při vlastní realizaci snížit rozdíly v délkách piloty podle skutečnosti. Přizpůsobená délka piloty při realizaci podle skutečnosti současně vede k rovnoměrnému sedání jednotlivých pilot celé konstrukce.
Výhody a nevýhody této technologie
- U pilot technologie Franki je výrazně vyšší náročnost provádění pilotáže, a to z důvodů provádění tzv. formované piloty. Zde je postup provádění piloty oproti vrtané výrazně časově náročnější – z důvodu postupného plnění po maximálně cca 20 cm a následného dusání zavlhlé směsi, aby bylo zaručeno její dokonalé zhutnění. Oproti vrtané pilotě je zde pak dosaženo výrazně vyšší kvality zpracování betonu, a tím i jeho vyšší pevnosti (ovšem na úkor výrazně vyššího času provádění). Z výše uvedených důvodů nelze provádět betonáž autodomíchávačem (vrtané piloty), beton se musí dovážet sklopkou a následně dumprem, což zvyšuje strojovou náročnost.
- U pilot technologie Franki není možné provádět hlavice do vývrtu. Je zde nutné postupovat klasickým způsobem, tedy výkop, provedení podkladního betonu, začištění hlavy piloty (odstranění přebetonované části), provedení ztraceného bednění, betonáž spodního stupně, osazení kalichu a betonáž horní části hlavice, odstranění ztraceného bednění, postupný zpětný zásyp okolí hlavice. Oproti tomu uvrtaných pilot je použit předvrt a následně současně provedena pilotáž a hlavice.
- Z výše uvedeného vyplývá, že není možné tyto technologie srovnávat na základě provedených metrů a průměru pilot s dosazením jednotkových cen vrtaných pilot. Technologie pilot Franki je časově náročnější a v případě srovnání jednotkových cen vrtaných pilot výrazně dražší. Zde je ale nutno vyzdvihnout výhody technologie pilot Franki, zejména výrazně vyšší únosnost při stejném průměru a menší délce jako u vrtané piloty, roztlačení zeminy do okolí dříku piloty, odpadá odvoz zeminy, přesné určení únosnosti jednotlivě provedené piloty na základě dosažené energie, provedení průměru hlavice podle sloupu (ne podle možnosti použití vrtného nářadí). Při vyhodnocení těchto aspektů se její dražší provádění ztrácí a cenová relace je výhodnější než u vrtaných pilot. Obecně asi o polovinu nákladů.
- Oproti vrtaným pilotám je zde výhoda provedení piloty na požadovanou únosnost (u vrtaných pilot je nutné počítat s větší délkou z důvodů možné geologické anomálie); provedení pilotáže vždy pod ochranou pažnice (u pilot Franki nelze provádět pilotáž na sucho bez pažení); zaručené osazení armokoše ve středu piloty a dosažení požadovaného krytí výztuže; zajištění čistoty provedení základové spáry hlavice piloty (u vrtaných pilot může dojít při betonáži k napadání okolní zeminy); osazení hlavice na střed sloupu (u vrtaných pilot je časté osazení na střed vývrtu) a větší možná zpětná kontrola provedení piloty a hlavice.
TEXT: Arnošt Lysák
FOTO: archiv SPEZIALBAU
Článek recenzoval Ing. Petr Klablena, DrSc.
Autor je výrobní ředitel ve firmě SPEZIALBAU, s. r. o, Brno, která se specializuje na zakládání.
