Možné způsoby sanace objektů v historických centrech měst

Cílem prezentovaného článku je podělit se o zkušenosti v problematice sanace objektů v historických centrech. Článek poukazuje na to, jak je sanace objektů v historických centrech měst složitá a jak důležité je získání podrobných údajů o stavu objektu, aby byla úspěšná. Nejprve je předloženo řešení dané problematiky z pohledu geotechnika, kdy jsou brány v úvahu celé řady aspektů, které ovlivňují správnou volbu sanace. Ve druhé části článku jsou uvedeny konkrétní příklady, u kterých došlo k výrazně rozdílným rozhodnutím o sanaci.

Při řešení geotechnických úkolů sanace přímého podzákladí, v aktivní zóně předmětné stavby, je nutné brát z pohledu geotechnika v úvahu celé řady aspektů, které ovlivní možnosti sanace. Kromě analýzy stávajícího stavu, který zahrnuje vstupní parametry popisující současný stav konstrukce a charakter geologického prostředí v podzákladí, se jeví jako nezbytné prostudovat historii stavební konstrukce objektu, stavební úpravy konstrukčního systému v minulosti, historický vývoj geotechnických podmínek podzákladí, jak přímo pod objektem, tak i v jeho bezprostřední blízkosti, a také možné poklesy v souvislosti s poddolováním, výskyty podzemních chodeb, či vlivy povodní a podobně. Podrobné zmapování historického pozadí objektu může do značné míry ovlivnit charakter a koncepci navrhovaných sanačních prací. Pojem historické pozadí může z časového pohledu představovat několik set let, nebo také několik desítek let.

Aspekty ovlivňující návrh vhodného způsobu sanace podzákladí jsou:
1.    stavební úpravy objektů – tím jsou myšleny různé stavební zásahy, jejichž důsledkem je zvýšení celkového zatížení základové spáry,
2.    výrazné kvalitativní změny parametrů zemin v podzákladí – tyto změny mohou souviset s povodněmi, s dlouhodobou saturací, s poddolováním a podobně,
3.    ovlivnění základových poměrů objektů vnějšími vlivy – mezi vnější vlivy lze počítat stavební práce v blízkosti objektů, dynamické otřesy z okolní dopravy, sesuvy a podobně,
4.    degradace stavebních materiálů základových konstrukcí objektů – v důsledku zvětrávání probíhá degradace materiálů základů, čemuž napomáhá mimo jiné i délka zvětrávacího procesu.

Uvedené aspekty byly zjištěny jak samostatně, tak i v kombinaci, často byla ověřena kombinace aspektů č. 1 a č. 4.

Stavební úpravy objektů
Častým jevem při historickém mapování objektu bylo zjištění neevidovaných výstaveb, nástaveb, vnitřních úprav, či přístaveb, jejichž důsledkem bylo zvýšení celkového zatížení základové spáry od těchto konstrukcí. Průvodním jevem byly projevy nadlimitního celkového sedání a zvláště pak diferenciální deformace základových konstrukcí na kvalitativně proměnlivém geologickém podzákladí. Tyto stavební úpravy podstatně přitížily stávající základový systém, přičemž rekonstrukce základů byla v nejednom případě opomenuta, či zanedbána, což mohlo mít až téměř fatální následky, viz níže – příklad budovy vedení firmy Tchas, a. s., Ostrava.

Výrazné kvalitativní změny parametrů zemin v podzákladí
Změnami geotechnických poměrů, především snížením hodnot fyzikálně-mechanických charakteristik zemin v podzákladí, bývají vyvolány nevratné kvalitativní změny, především u méně únosných podložních materiálů. Za hlavní příčinu lze považovat náhlou přítomnost vody v aktivní zóně podzákladí. Její vliv na materiály podzákladí, spolu s heterogenní stavbou přímého podloží a s podporou statických či – v důsledku dopravy – dynamických účinků z okolí, jsou hlavním negativním vlivem pro napěťo-deformační stav interaktivního prostředí základová konstrukce – geologické prostředí podzákladí.

Ovlivnění základových poměrů objektů vnějšími vlivy
Při hledání příčin základových problémů je nutné vzít v potaz i faktor interakce studovaného objektu s okolní zástavbou, statickými a dynamickými účinky od přitížení, stavebními, především výkopovými pracemi, opomenout nelze ani výskyt sesuvů, které přímo ovlivňují napětí v podzákladí a mění i hydrogeologické poměry zájmové lokality. Studium těchto činností, jejich analýza a důsledky jejich dopadů jsou velmi důležitými zdroji informací, charakterizujícími počáteční stav geotechnického problému a důležitými pro správný návrh způsobu sanace i samotnou realizaci stavebně-sanačních prací.

Degradace stavebních materiálů základových konstrukcí objektů
U historických objektů vystupuje do popředí faktor stávajícího stavu konstrukčního systému základové i nosné konstrukce objektu. Je nutné si uvědomit, že proces fyzikálně-mechanického zvětrávání probíhá neustále, výrazně postihuje pojiva a proměnlivě i materiál zdiva, tedy cihly nebo kamenné kvádry. Z nich nejméně odolné jsou kvádry ze sedimentárních hornin terciérního stáří, tedy jílovců a pískovců. V důsledku všech přímých i nepřímých faktorů se mohou vytvořit poruchy konstrukce, které dle svého charakteru, rozsahu a dispozice určují míru statické a stabilitní rov­nováhy a svou komplexní analýzou předurčují koncepci následné sanace. Typologie poruch je dalším určujícím faktorem studování postiženého objektu a také prvkem, pomocí něhož je naopak možné posléze hodnotit míru účinnosti realizovaných sanačních prací.

Možné způsoby sanace základových konstrukcí a podzákladí
Po důsledné a komplexní analýze příčin geotechnického problému nestability přímého podzákladí a omezené statické funkce základové konstrukce objektu nastupuje proces výběru vhodných postupů stavebně-sanačních prací. V náročných geotechnických podmínkách zakládání bývá ve většině případů zjištěn celý komplex přímých i nepřímých negativních faktorů, ovlivňujících celkový stav interaktivního prostředí. Tyto faktory svými širšími souvislostmi dávají důvod pro volbu tzv. etapovité sanace, která po jednotlivých, koncepčně vhodně volených krocích, eliminuje jednotlivé příčiny poruch se zajištěním spolehlivé funkce základové konstrukce objektu.

Široká škála příčin poruch konstrukce objektu si žádá také individuální přístup ve volbě způsobu sanace. V současnosti nelze předložit tzv. manuál vhodného způsobu sanace, ani v případě rádoby shodných, či podobných geologických a konstrukčních poměrů. Volba sanačních prací, jejich rozsah, charakter a dimenzace je na projektantovi (geotechnikovi), který musí ve svém návrhu zohlednit všechny aspekty a spolu s jistým pro­centem spolehlivosti na straně bezpečnosti určit maximálně efektivní postup sanace.
Za precizně navrženými sanačními pracemi jdou i jejich celkové rozpočtové náklady, které u těchto speciálních geotechnických prací bývají často nemalé. Z tohoto pohledu je někdy nutné rozhodnout o budoucnosti celého objektu. Při obzvláště problematické sanaci, kde stávající charakter poruch konstrukce objektu vyžaduje razantní a náročné stavebně-technické sanační řešení, lze dokonce v krajních případech, z důvodu bezpečnosti a vysokých rozpočtových nákladů na sanaci, zvážit i samotnou existenci stávajícího objektu, či navrhnout jeho demolici.

Příklad nedoporučení sanace pro objekt budovy firmy Tchas
V sídle vedení firmy Tchas, a. s., v Ulici 28. října v Mariánských Horách, se v pátek, dne 16. 11. 2003, po 17. hodině zřítila část budovy (obr. 1). V noci na sobotu hasiči strhli nejvíce nebezpečné části domu. Podle statiků byla stavba i nadále nebezpečná a hrozilo kompletní zřícení. Majitel musel do 22. listopadu 2003 vypracovat postup, jak dál. Na řešení se podílela celá řada odborníků, kteří přicházeli s návrhy od sanací základů i objektu, až po zbourání objektu. Na základě žádosti vedení firmy Tchas, a. s., bylo, po rekognoskaci nadzemní části objektu i sklepů a po vyhodnocení získaných údajů, doporučeno zbourání poškozené stavby a postavení nového objektu.

Obr. 1  Základové zdivo budovy Tchas

Rekognoskací předmětné lokality byly zjištěny v nadzemní části budovy tři systémy průběžných trhlin o četnosti 2 – 3/m. Základové zdivo bylo viditelně porušeno trhlinami, jinak se zdálo nenarušené. Jen do toho okamžiku, než bylo zjištěno, že se nejedná o pravé základové zdivo, ale o krycí tenkou stěnu z cihel, pokrytou béžovou barvou (dolní okraj obr. 1). Skutečné základy byly od této stěny vzdálené asi 5 cm, zdivo bylo silně zvětralé, drobivé, pojivo bylo nestmelené, charakteru písku, obojí silně zavlhlé (obr. 1).

Budova byla postavena ve druhé polovině 19. století, stojí na konci řady domů těsně vedle sebe postavených. Základové půdy tvoří jíly středně až vysoce plastické, mocné až 5 m, které lze z hlediska propustnosti charakterizovat jako velmi málo propustné až nepropustné. Základové konstrukce, které jsou na této ulici jedny z nejhlubších, byly pravidelně při větších srážkách dotovány vodami, což urychlilo degradaci materiálů základů.

Vezme-li se stav základů v době výstavby budovy za 100 %, byly tyto základy dimenzovány na zátěž od konstrukce budovy, která je také brána za 100 %. Firma Tchas, a. s. koupila tuto budovu počátkem 90. let 20. století a provedla velkou přestavbu. Dle doloženého obr. 1 lze odhadnout stav základů v době přestavby na asi 30 %, stav zátěže přestavbou mohl narůst na asi 120 %. Výrazný nepoměr mezi stavem základů a zátěží konstrukce, spolu se stupněm porušení nezřícené části budovy, nemluvě o finanční náročnosti sanace, napovídají, proč nebylo firmě Tchas, a. s. doporučeno budovu sanovat, ale zbourat.

Příklad zvoleného postupu sanace objektu radniční věže Ostravského muzea
Charakteristika objektu a geologické stavby podzákladí
Před několika lety (2004) byl řešen návrh způsobu sanace základové spáry a podzákladí historického objektu radniční věže Ostravského muzea. Budova byla v minulosti významně porušena důlními vlivy, které dlouhodobě doznívají. Budova staré ostravské radnice byla postavena počátkem 16. století. Začátek naklonění věže je možno datovat do období počátku exploatace ložiska uhlí, pokračování naklonění v poslední době bylo také ovlivněno jak několika povodněmi, zejména povodní v roce 1997, tak i svedením vody okapním svodem a jeho možným netěsným napojením na kanalizaci (spojení vlivu sufózy a saturace zemin v podzákladí ). V rámci rekognoskace současného stavu objektu radniční věže byly zjišťovány možné příčiny poruch konstrukce, jejich rozsah, charakter tahových trhlin a prasklin s vymezením směrovosti denivelace objektu radniční věže. Poznatky z analýzy směrovosti diferenciálních pohybů napomohly při návrhu a posuzování způsobu sanace podzákladí budovy a statického zajištění základů.

Při analýze byla posuzována geologická stavba podzákladí, kde předkvartérní podloží je budováno neogenním pokryvem karbonských hornin, s nástupem v hloubce asi –9,5 metru pod stávajícím terénem, charakteru jílů vysoce plastických až jílů písčitých, na kontaktu s kvartérním pokryvem tuhé, hlouběji pak pevné konzistence. Kvartérní pokryv je budován štěrkovou terasou řeky Ostravice, s nástupem asi 3,5 – 4,5 metru pod úrovní současného terénu, tvořenou středně až hrubozrnnými štěrky hlinitými až štěrky s příměsí jemnozrnné zeminy, symbolu GM, respektive G-F, středně ulehlými, vlhkými, od hloubkové úrovně 6,0 metrů zvodnělými, středně ulehlými, aleuritická výplň je tuhé až pevné konzistence. Celková mocnost psefitických fluviálních zemin dosáhla asi 5,0 – 6,0 metru. Geologický profil je shora uzavřen náplavovými fluviálními zeminami charakteru jílů písčitých až písků hlinitých. Hloubka dosahu asi do 3,5 metru.

Návrh způsobu sanace základové spáry a podzákladí radniční věže
Za účelem dosažení spolehlivosti statické a stabilitní funkce základové konstrukce a aktivní zóny podzákladí je navrhována sanace podzákladí a statické zajištění základové konstrukce objektu, a to postupně ve dvou etapách.

I. etapa sanace
Cílem I. etapy sanace, pomocí injektáže polyuretanovými pryskyřicemi CarboPur WX, by mělo být dosažení zpevnění nejbližšího vnějšího okolí pomocí zavibrovaných injektážních ocelových jehel 48/4,05 mm v úklonech 0°, 5°, 15° a 30° ve jmenovitých délkách 3 – 6 metrů v celkové metráži 286 metrů
jehel. Injektážní jehly orientované směrem do náměstí budou spojeny se stávající clonou pilotové stěny, vybudovanou technologií tryskové injektáže. Tím by mělo být eliminováno nebezpečí vytlačování zemin zpod základu směrem do náměstí, jenž je i pseudogenerelním směrem denivelace objektu. Jako injektážní médium lze doporučit použi­tí dvousložkové polyuretanové pryskyřice CarboPur WX, jež svým charakterem a technickými možnostmi spolehlivě zajistí požadovanou těsnicí a výplňovou funkci výsledného geokompozitu.

Rozmístění injektážích jehel bylo voleno tak, aby konečné proinjektování hlinito-štěrkových fluviálních podložních sedimentů vytvořilo spolehlivý geokompozit s injektážním médiem v celém prostoru podzákladí na kontaktu se základovou spárou až do úrovně –3,0 metru pod ní. Umístění jehel a jejich následná injektáž svým charakterem taktéž zvýší aktivní plochu roznášení napětí od přitížení, a tudíž i sníží jeho celkovou hodnotu. Stejně tak i projektovaný postup injektáže pryskyřicemi, dle číslování (obr. 2), zajistí spolehlivé vyplnění pórů podzákladních zemin s napěněním na kontaktu s vodou s faktorem do 3násobku objemu vháněného média a vytvořením kompaktního homogenního prostředí v celé sanované ploše s předpokládanou spotřebou asi do 15 L PUR/1 metr jehly s celkovou konečnou spotřebou asi do 1 627,5 kg složky A a 1 953 kg složky B polyuretanové pryskyřice CarboPur WX.

II. etapa sanace
Cílem II. etapy sanace je přenesení části zatížení od radniční věže hlouběji do geologického prostředí podzákladí. Celoplošné hlubinné založení pomocí mikropilot Titan by mělo zabezpečit stejnoměrné přenesení zatížení, a tudíž eliminaci diferenciálních deformací základové konstrukce v místech zhoršených materiálových, pevnostně-přetvárných parametrů geologických vrstev aktivní zóny podzákladí.

V návaznosti na provedení I. etapy sanace a jejího monitoringu sanačního účinku lze pro docílení maximální statické funkce základové konstrukce doporučit přenesení částečného zatížení od radniční věže hlouběji do podloží pomocí plovoucích mikropilot Titan průměru 52/26 mm z titanové zušlechtěné vysokokvalitní oceli v provedení technologií Ischebeck v délkách 6 a 7,5 metru v úklonech 5° a 10° od svislice (obr. 3). Vrtání mikropilot bude realizováno přes vrtací korunku průměru do 115 mm s injektážními tryskami z boku korunky.
Při vrtání bude současně prováděna injektáž cementovou suspenzí, jež vytvoří interface mezi geologickým prostředím a prvkem mikropiloty. Bude použito cementové suspenze v:c = 0,5 – 0,6; SPC 32,5R s vytvořením kompaktního stvolu průměru asi 220 – 250 mm. Předpokládaná spotřeba injektážní cementové suspenze je asi 10 – 15 l/1 m délky MP, předpokládaná celková spotřeba cementu asi 6 tun.

Po provedení celkové sanace podzákladí by mělo dojít ke stabilizaci diferenciálních deformací a měl by být vyřešen problém s konsolidací přímého podloží věže. Injektáž zpevní nejbližší podloží a mikropiloty Titan přenesou část zatížení rovnoměrně do hlubšího podloží pod věží.

Při analýze možných příčin bylo konstatováno, že problém s kvalitativní změnou materiálových charakteristik výplňových aleuriticko-pelitických sedimentů zčásti zapříčinily i poškozené odvodňovací svody a netěsnost napojení na kanalizaci. Tento předpoklad musí být ověřen s jeho nevyhnutelnou nápravou. Projekt opravy svodů musí být řešen v projektové dokumentaci generálního projektanta.

Závěr
Cílem prezentovaného článku bylo podělit se o zkušenosti v problematice sanace objektů v historických centrech. Článek poukazuje na to, jak je sanace objektů v historických centrech měst složitá a jak důležité je získání podrobných údajů o stavu objektu, aby byla úspěšná. Bylo předloženo řešení dané problematiky z pohledu geotechnika, kdy jsou brány v úvahu celé řady aspektů, které ovlivňují správnou volbu sanace. Ve druhé části článku byly uvedeny konkrétní příklady budov, u kterých došlo k výrazně rozdílným rozhodnutím o sanaci.

V současnosti lze konstatovat, že výše uvedené návrhy byly akceptovány, budova vedení firmy Tchas, a. s. byla zbourána a již stojí nová. Podzákladí staré radnice bylo sanováno pracovníky firmy Minova, a. s. dle uvedeného návrhu. Tato firma prováděla navíc na budově radnice injektáže zdiva, stažení objektu lany a sanace kleneb.

TEXT: Ing. Jaroslav Ryšávka, Ph.D., Ing. Richard Skopal, Ing. Petr Ondrášek
FOTO: UNIGEO

Jaroslav Ryšávka je geotechnik ve společnosti UNIGEO, a. s.

Richard Skopal je geotechnik ve společnosti UNIGEO, a. s.

Petr Ondrášek je obchodní vedoucí oblasti Morava a Slovensko ve společnosti Viamont, a. s.

Literatura
1.    Ondrášek, P., Ryšávka, J.: Faktory ovlivňující možné způsoby sanace podzákladí stávajících objektů v lokalitě Ostrava, Ostrava, 2004.
2.    Matějů J., Cigler, Z.: Statické zajištění historické
budovy Ostravského muzea, Ostrava, 2005.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby / Inženýrské stavby.