Současné tendence při zakládání hal
Nadzemní části halových konstrukcí vytvářejí klamný dojem poměrně nenáročného statického schématu. Především narůstající rozpětí jsou zdrojem složitých zatížení, která je třeba přenést do podloží, v mnoha případech tvořeného málo únosnými nebo silně stlačitelnými zeminami. Návrh zakládání se obecně musí opírat o zásady druhé geotechnické kategorie a v některých případech je dokonce nezbytné dodržet zásady třetí geotechnické kategorie. V obou případech se jedná o prokázání splnění podmínek mezního stavu únosnosti a použitelnosti.
Rozlehlé halové objekty se obvykle situují v údolních nivách, kde vrchní vrstvy podloží tvoří kvartérní zeminy. Původně nerovný povrch terénu byl v minulosti vícekrát zarovnáván a případné erozní rýhy, vytěžené materiálové jámy nebo terénní deprese v blízkosti míst byly po mnoho desetiletí vyplněny inertním odpadním materiálem, resp. tuhým komunálním odpadem. Pokud se do reliéfu předtím nezasahovalo, při realizování halových objektů je často potřebné v jedné části půdorysu terén upravit odkopem a v druhé časti zhotovit násyp. Proměnlivá tloušťka pokryvných vrstev, nesourodé pevnostní i deformační charakteristiky zemin a kolísání hladiny podzemní vody vytvářejí takové podmínky pro zakládání, které při použití vžité technologie vedou k předimenzování nebo k poddimenzování základů v té části půdorysu, v níž se vyskytly geologické anomálie.
To znamená, že i kvalitní inženýrskogeologický průzkum ponechává projektantovi více otevřených otázek, které je třeba řešit. Vhodným způsobem, který minimalizuje rizika nesprávného návrhu, je včasná komunikace mezi projektantem a geologem, přičemž důležitou roli zde sehrává i investor.
V převážné míře se budují nové halové objekty. V některých případech se však přistupuje k rekonstrukci starších hal, které se obvykle doplňují o přístavbu a nový způsob využití získaných prostorů. Je třeba zdůraznit, že taková řešení jsou podstatně náročnější již z toho důvodu, že chybí dokumentace stávající haly a celá projektová příprava vyžaduje náročnou rekognoskaci, která se v případě zakládání ne vždy opírá o přesné informace.
Zakládání nosných konstrukcí
Základním konstrukčním prvkem hal jsou železobetonové nebo ocelové sloupy. V podmínkách únosných a málo stlačitelných zemin, jakými jsou středně uleželé až uleželé štěrkovité a písečnaté zeminy, se pod sloupy navrhují základové patky (obr. 1 a 2), většinou čtvercového půdorysného tvaru. Se sloupem se spojují buď jednoduchým vložením do kalichu, napojením na vyčnívající výztuž, přivařením na příložky nebo přišroubováním k zapustěným trnům.
Při statickém návrhu základových konstrukcí se doporučuje:
- mezní stav únosnosti posoudit i z hlediska účinků vodorovných sil a momentů vstupujících do základové patky,
- při hodnocení mezního stavu použitelnosti prokázat splnění podmínek nerovnoměrného sedání sousedních patek tvořících součást analyzovaného rámu.
V případě, že se pod základovou spárou nachází stlačitelná vrstva, musí se podloží správně upravit. Jednou z možností je prohloubení výkopu až po únosnou polohu (obvykle ji tvoří uleželé štěrkovité zeminy) a nevhodnou vrstvu nahradit štěrkovým polštářem. Toto tradiční řešení však může být za určitých okolností i nevhodné. U velkých objemů je například neekonomické a v případě výskytu vyšší hladiny podzemní vody je ukládání a zhutňování polštáře technologicky nerealizovatelné. Ve snaze držet se tradičních postupů je při hloubce vody do 1 m vhodné nahradit štěrkový polštář vrstvou betonu nízké pevnosti (technologií betonování pod vodou).
Jako příklad je možné uvést objekt [1] se základovou patkou (2,5 × 2,5 m), která je zatížena svislou silou V = 4 480 kN a ohybovým momentem M = 83 kNm, a její základová spára je v hloubce 1,95 m. Po úpravě 1 m vrstvy kyprých štěrků pod základovou spárou se výpočtem prokázalo předpokládané sedání v intervalu 15 až 27 mm (větší sedání se vázalo na nižší hodnotu modulu přetvoření zemin podloží). Správnost řešení potvrzuje úspěšná realizace a bezporuchový provoz objektu.
Moderní metodou je například i zlepšení (zhutnění) stlačitelné vrstvy na začátku prací. Vzhledem k tomu, že se halové objekty stavějí dále od již existující zástavby, je možné u tohoto řešení použít těžkou mechanizaci. Nadměrné sedání se může vyskytovat již v zeminách s více než desetiprocentním podílem jemnozrnných částic. Metody zlepšování zemin se v tomto případě orientují na zhutnění nebo vyztužování nevhodných vrstev.
Z technologií zhutňování se i v našich podmínkách rozšířilo zhotovování štěrkových pilířů (příp. štěrkových pilířů zalévaných betonem) metodou hloubkového vibračního zhutňování. V některých případech se daří uplatnit i dynamickou konsolidaci [3]. Schémata základních pracovních operací a detail zhotovování štěrkových pilířů jsou uvedeny na obr. 3 a 4.
Geologické podmínky a konkrétní zatížení často vyžadují zakládání svislých nosných konstrukcí na pilotách. Kromě obvyklých vrtaných pilot se mohou zhotovit piloty roztlačující zeminu do stran (obr. 5) nebo s rozšířením dříku v žádané hloubce (obr. 6).
Zajímavým řešením jsou i beraněné piloty. Ve slovenských podmínkách se používají především jehlanové beraněné piloty (obr. 7). Vyrábějí se podle potřeby v délkách do 6 m. Práce s nimi je rychlá, jednoduchá a zemina roztlačovaná do stran při zahlubování významnou měrou zvyšuje únosnost pilotového základu. Pod nosný sloup se podle velikosti zatížení umísťují samostatně nebo ve skupině. Na hlavy pilot se ukládá základová patka.
Návrh podlah
Umísťování hal na pozemky se složitými základovými poměry spolu s požadavkem investorů, aby se co největší zatížení přeneslo na podlahy, vedlo k zavedení nových způsobů zakládání.
Jedním z nich je například vyztužování podkladových vrstev geosyntetikou. Tyto vrstvy jsou často podepřeny vertikálními prvky (štěrkovými pilíři nebo pilotami). Základní rozdíl mezi nevyztuženou a vyztuženou roznášecí vrstvou je v potřebné tloušťce. Nevyztužená podkladová vrstva má na neúnosné podloží stejný účinek jako vyztužená vrstva s tuhou georohoží, jejíž tloušťka je o 42 % menší. To vede k zásadní úspoře pokládaných štěrkovitých zemin. Navrhování těchto konstrukcí je však stále ve vývoji. Světoví výrobci geosyntetiky zavedli výpočtové postupy, které kromě odlišného mechanismu spolupůsobení výztuže se zeminou zohledňují i zvláštnosti geosyntetiky.
Známý je například membránový princip nebo vytvoření klenbového účinku ve vyztužované vrstvě. Mezi sebou se tato dvě řešení navzájem liší mechanismem přenášení zatížení z podlahy do podloží. Důležitou složkou návrhu (platí pro membránový i klenbový princip) je i volba druhu vertikálních podpěrných prvků (např. pilot) s ohledem na jejich tuhost a zejména způsob půdorysného rozmístění (čtvercový nebo trojúhelníkový rastr). Vhodnější je konstrukce s trojúhelníkovým rozmístěním pilot, jejíž návrhové rozpětí geomříže je kratší o 21 % a geomříže jsou namáhané menšími tahovými silami. Z toho vyplývá, že použití membránového nebo klenbového principu se váže na typ geomříže, což je třeba zohlednit při uplatnění zvoleného výpočtového modelu.
Membránový princip je vhodný především při vyztužování podloží násypů. Při návrhu podkladových vrstev podlah a komunikací je zapotřebí splnit především přísná kritéria zabraňující deformacím – podmínky mezního stavu použitelnosti, kterým lépe vyhovují tuhé geomříže vytvářející klenbový efekt.
V případě použití geomříže vhodné k vyztužení podloží násypu do podkladových vrstev podlah je nutné počítat s vyšším počtem výztuh, resp. s výztuhami vyšší pevnosti nebo zvětšením tloušťky vyztužované vrstvy. Při návrhu je třeba si dát pozor na správné použití jednoosých nebo dvouosých geomříží.
Závěr
Příspěvek poukazuje na nejčastější problémy, které je třeba překonávat při zakládání halových objektů. Každá realizace totiž vyžaduje zvláštní přístup a potřebu komplexně zvážit všechny požadavky a možnosti včetně ekonomické stránky projektu.
Příspěvek je jedním z výstupů grantového úkolu agentury VEGA č. 1/3320/06 pod názvem Interakce vybraných geotechnických konstrukcí s horninovým prostředím.
Literatura
[1] Turček, P.: Založenie predajného centra Baumaxmarkt v Bratislave na Bajkalskej ulici. (Expertíza). Senec: T-G, 2001.
[2] Turček, P.: Veľmi zaťažené podlahy na málo únosnom podloží. In: Optimalizácia geotechnických konstrukcí, Bratislava: STU Bratislava, 2001, s. 205–208.
[3] Turček, P. – Hulla, J.: Zakládanie stavieb. Bratislava: JAGA, 2004, 360 s.
Článek byl uveřejněn v knižní publikaci Stavební ročenka 2009.
