Geotechnický průzkum pro zakládání staveb

Úkolem geotechnického průzkumu je získat a zpracovat informace, které napomohou optimálnímu řešení, návrhu a realizaci inženýrského díla po stránce technické i ekonomické. Existuje geotechnický průzkum pro různé stavební obory, ale nejčastěji realizovaným typem je průzkum pro zakládání staveb. Poskytuje údaje nezbytné pro výpočet únosnosti a návrh geometrie základů. Takový průzkum se provádí nejen pro novostavbu, ale i pro každou přestavbu, při které dochází k přitížení základů nebo změnám v distribuci jejich zatížení. Zcela nezbytný je průzkum pro návrh sanace základů, u kterých došlo k porušení.

Základové konstrukce
Každý stavební objekt je v kontaktu s horninovým prostředím. Podzemní částí stavby, která zprostředkovává styk s horninovým prostředím, jsou její základy. V nej­běžnějších případech se obvykle zakládá na plošných základech, které zatížení stavbou roznesou v malé hloubce na větší plochu (patky, pasy, rošty nebo desky). Pokud nemá horninové prostředí v dosahu plošného založení příznivé vlastnosti, založí se stavba pomocí hlubinného zakládání na pilotách, mikropilotách, šachtových pilířích nebo elementech podzemních stěn. Nepříznivé vlastnosti zemin se případně vylepší pomocí injektáže, tryskové injektáže (jet-groutingu), štěrkových pilířů či vápenno-cementové stabilizace.

Průzkum základové půdy
Základová půda je částí horninového prostředí, která spolupůsobí se stavební konstrukcí. Přenášejí se do ní účinky zatížení stavbou a zároveň na ni působí vlivy okolního prostředí, jako jsou změny vlhkosti, kolísání hladiny podzemní vody a teplotní změny. Těmito účinky se v základové půdě vyvolávají procesy, které způsobují i změny v chování stavební konstrukce.
Základová půda, hydrogeologické poměry a morfologie území pak charakteri­zují základové poměry stavby.

Etapovitost průzkumu
Ideální geotechnický průzkum probíhá ve třech fázích:

• Předběžný průzkum se provádí pro stavbu­ ve fázi územního rozhodnutí a zpracová­vá se pro stanovení celkové vhodnos­ti­ staveniště, porovnání alternativních sta­ve­­nišť a naplánování podrobného a kon­­trolního průzkumu. Orientační údaje o mís­tních základových poměrech lze najít v geologických archivech. Největším zdrojem informací tohoto druhu jsou archivy geologické služby (Geofond geologické služby České republiky).
• Podrobný průzkum se provádí pro rea­lizační dokumentaci stavby a má poskytnout informace požadované pro přiměřený a ekonomický návrh stavby a návrh technologie výstavby.
• Kontrolní průzkum je pak součástí stavebního dozoru a provádí se během výstavby za účelem zjištění, zda předpoklady předchozích fází průzkumu jsou v souladu se skutečnými základovými poměry na stavbě.

Rozsah průzkumu
Průzkum má ověřit geologickou stavbu území a vlastnosti zemin v podzákladí stavby v celém rozsahu a v dosahu účinků od stavby do potřebné hloubky.

Hloubka průzkumu pod předpokládanou úroveň plošného založení má být mezi 1 až 3 šířkami základových prvků, u základové desky je rovna nejméně šířce základu. U hlubinného zakládání na pilotách požaduje norma průzkum do hloubky minimálně 5 průměrů piloty pod patu piloty. Do větších hloubek se základová půda vyšetřuje v místech s nepříznivými vlastnostmi, kde je nutné zjistit podmínky sedání a hydrogeologické poměry staveniště.

Vzdálenost mezi vyšetřovanými místy má být obvykle mezi 20 až 40 metry. U násypů má minimální hloubka průzkumu zahrnovat všechny stlačitelné vrstvy, hloubkově může být omezena do úrovně, pod kterou je podíl sedání menší než 10 % celkového sedání. Vzdálenost vyšetřovaných míst u průzkumu pro násypy může být běžně 100 až 200 m.

Projekt průzkumných prací
Projekt průzkumných prací se s výjimkou drobných akcí s povahou posudkové a znalecké činnosti připravuje pro každou z etap geotechnického průzkumu. Pro ekonomicky a technicky optimální návrh průzkumných prací je nezbytná maximální míra možných znalostí o budoucí stavbě. Zejména je nutné znát plošný a hloub­kový rozsah stavby a jejího působení, předpokládané úrovně a způsob založení, zatížení v základové spáře, druh použitých konstrukcí, případně staticky i jinak kritická místa projektu stavby. Při sestavování projektu průzkumu je proto vhodná spolu­účast projektanta založení stavby. Projekt stanoví cíle průzkumu a postupy, kterými se k cílům dobrat.

Pro dosažení zadaných cílů projekt vhod­ně kombinuje technické sondážní práce s polními zkouškami, penetračním sondováním, geofyzikálními měřeními, hydrogeologickými zkouškami a laboratorními zkouškami. Rozsah a druh použitých prací závisí na parametrech, které chceme průzkumem zjistit, geologických poměrech staveniště a hloubce, do které bude sondování probíhat.

Projekt má část geologickou, kterou sestavuje řešitel úkolu – geotechnik, a část technickou, kterou sestavuje technik, odborník na navrhování a řízení technických prací včetně odběru vzorků a polních zkou­šek. Jeho součástí je cenová kalkulace a harmonogram prací.

Způsoby provedení průzkumu
Při průzkumu pro zakládání staveb jsou nejběžnějším způsobem sondování kopané sondy a jádrové vrty. Ručně či strojně kopané sondy lze obvykle bezpečně provádět nad hladinou podzemní vody do hloubek nepřesahujících 2 až 3 metry. Hornickým způsobem prováděné šachtice se zabezpečením výdřevou lze provádět do hloubek podstatně větších. Vrtané sondy slouží ke zjištění sledu a vlastností jednotlivých vrstev zemin v podzákladí do hloubek až několik desítek metrů. Nejpoužívanější jsou vrty jádrové. Běžně se provádějí nasucho jednoduchou jádrovkou. Takto prováděné vrty jsou sice rychlé a relativně levné, ale jejich vypovídací schopnost je velmi malá, neboť neposkytují dostatečně kvalitní vzorky zemin a způsob vrtání většinou výrazně ovlivňuje jejich skutečné geotechnické vlastnosti. Pro věrohodný průzkum je vhodnější vrtání minimálně dvojitou jádrovkou a odběr vzorků pro laboratorní zkou­šky prováděný ve vrtu odběrným přístrojem, nikoliv odběrem z vrtných jader.

Nepřímé metody sondování, jako například geofyzikální průzkum či penetrační zkoušky, mají při průzkumu pro zakládání doplňkové použití. Oproti bodovým informacím z vrtů poskytují obraz o geotechnických poměrech v linii delšího geo­fyzikálního profilu. Geofyzikální měření lze doporučit například v místech, kde lze v podzákladí předpokládat výskyt přirozených či umělých dutin.

Vhodným doplňkem vrtaných sond jsou penetrační zkoušky. Při znalostech místní geologie lze z výsledků dynamické i statické penetrační zkoušky na základě empirických vzorců přímo odvodit řadu důležitých charakteristik zastižených zemin, jako je ulehlost, smyková pevnost či deformační modul.

Z ostatních polních zkoušek a měření se běžně provádějí zatěžovací zkoušky deskou pro zjištění deformačních charakteristik pláně nebo únosnosti základové půdy. U větších staveb lze zjišťovat deformační charakteristiky hornin in situ pomocí presiometrické zkoušky přímo ve vrtech.

Hydrogeologické poměry staveniště se zjišťují měřením naražené a ustálené hladiny­ podzemní vody ve vrtech v čase. Běžné jsou hydrodynamické zkoušky (čerpací zkou­šky), kterými se ověřují hydraulické vlastnosti horninového prostředí nezbytné pro určení přítoků do stavební jámy a způsob jejího odvodnění. Ve formacích jemnozrnných zemin je vhodné sledovat rozdělení pórového tlaku vody a jeho změn alespoň do hloubek pod úroveň výkopu, která se rovná hloubce výkopu pod hladinou podzemní vody, aby se odhadl vztlak ve výkopu. Měření pórových tlaků je důležité i pro určení rychlosti konsolidace jemnozrnných zemin, například při zatížení vysokými násypy dopravních staveb, zemních hrází atp. Měření se provádí pomocí snímačů pórového tlaku zabudovaných do podloží. Velice důležité je měření bludných proudů pro zjištění korozivity horninového prostředí na betonové a ocelové konstrukce.

Z průzkumných děl se odebírají vzorky zemin a vody, u kterých se pak laboratorně určují vlastnosti potřebné k vyhodnocení průzkumu. U zemin se zkouškami zjišťují tzv. indexové vlastnosti potřebné pro zatřídění podle příslušných norem. Zjišťuje se objemová hmotnost, zrnitost, vlhkost, ­Atterbergovy meze, plasticita, konzistence, ulehlost, obsah uhličitanů a organických látek. Dále se ověřují parametry smykové pevnosti, objemové změny jako bobtnavost, smrštitelnost a prosedavost, zhutnitelnost a deformační charakteristiky, z nichž je nejdůležitější deformační modul sloužící k výpočtu sedání stavby. 

U hornin se stanoví mineralogické složení, petrografické složení, vlhkost, objemová hmotnost, pevnost v tlaku, případně další speciální zkoušky podle zadání projektu.

U podzemní vody se provede stanovení agresivity vody vůči stavebním mate­riálům.

Geotechnický průzkum se provádí zejména pro potřebu vypracování projektu stavby, musí však poskytnout také informace  pro potřeby návrhu technologie výstavby základových konstrukcí. 

Vyhodnocení průzkumu
Výstupem z provedeného průzkumu je zpráva o průzkumu základové půdy, která má obsahovat dvě části. V první jsou prezentovány dostupné geotechnické informace včetně geologické charakteristiky staveniště, ve druhé jsou zhodnoceny geotechnické informace  a uveden výčet předpokladů, za kterých byly geotechnické parametry vyhodnoceny.

Prezentace geotechnických informací musí zahrnovat účel a rozsah průzkumu včetně výčtu všech polních a laboratorních prací spolu s metodikou jejich provádění a vyhodnocování. Má krátce popsat projekt, pro který je zpráva sestavena, zejména umístění stavby, její velikost a geometrii, předpokládaná zatížení, konstrukční prvky atp. a uvede se předpokládaná geotechnická kategorie konstrukce. Důležitým prvkem zprávy, zejména při výstavbě na tzv. brownfieldech, tj. již dříve stavebně využívaných územích, je historie staveniště. Popis geologických poměrů staveniště, geomorfologie, klimatických poměrů, případně hydrologie u vodohospodářských staveb a staveb v blízkosti vodních toků je samozřejmostí. Osvědčenou pomůckou jsou v tomto případě tabelární přehledy.

Jádrem celé zprávy je pak vyhodnocení geotechnických informací. Je nutné, aby výsledky všech zkoušek a testů byly pečlivě zváženy, aby se určilo, zda reprezentují skutečné poměry staveniště a zda nejsou zavádějící. Prezentace rozsahu hodnot geotechnických charakteristik všech typů základové půdy zastižených na staveništi musí být srozumitelná a musí umožnit, aby pro návrh založení, resp. statický výpočet jakékoliv geotechnické  konstrukce, byly vybrány nejvhodnější parametry základové půdy.

Ve vyhodnocení nemohou být opomenuty technologické parametry nutné pro provedení geotechnických prací. U plošných základů je dostačující těžitelnost hornin, pro hlubinné základy a speciální geotechnické práce je obvykle potřeba celá řada parametrů, minimem je zatřídění hornin podle vrtatelnosti.

Závěr
Dobře provedený geotechnický průzkum je nezbytnou součástí přípravy každé stavby, rodinným domem počínaje a rozsáhlou průmyslovou, dopravní či vodohospodářskou stavbou konče. V případě běžného geotechnického průzkumu pro novostavbu musíme obvykle počítat s částkou do 3 až 5 % z ceny hrubé stavby. Průzkum pro složitější konstrukce v náročných základových poměrech však může být výrazně dražší, přesto se však obvykle nevyplácí šetřit na rozsahu a podrobnosti průzkumných prací, protože finanční náklady a časové prostoje spojené s řešením nepředpokládaných geo­technických problémů na staveništi, nebo dokonce se sanací poruch stavby, jsou několikanásobně vyšší, než je cena vlastního průzkumu.

RNDr. Ivan Beneš
Foto: autor

Autor je autorizovaný inženýr pro geotechniku.

Literatura:
(1) Pašek J. a kol.: Inženýrská geologie. Praha: SNTL, 1995.
(2) ČSN EN 1997-1 Navrhování geotechnických konstrukcí. Část 1: Obecná pravidla (2004).

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.