Pažené stavební jámy

Pažené stavební jámy

Jámy s kolmými stěnami

Zabezpečení svislých stěn – 3 základní složky

Pažení – navázáno přímo na boky stavební jámy

Roznášecí prahy (převázky), horní ztužující věnec – zajišťují stabilitu pažení, roznášejí zatížení => umožňují, aby podpěrné kce mohly být rozmístěny pouze bodově, ne spojitě po celém pažení

Roznášecí trám spojuje pažení po obvodě, slouží k připojení podpěrných kcí.

Horní ztužující věnec často zasahuje až do základů, vychází z něj první řada kotev

Podpěrné kce (rozpěry, vzpěry, kotvy) – soustředěně přenášejí zatížení z pažení do okolí

Rozpěra – vodorovný prvek, který přenáší zatížení do protilehlého pažení a naopak. Dobré, ale omezují stavební prostor.

Vzpěry – přenášejí zatížení šikmo do dna stavební jámy. Jáma musí být větší, protože vzpěra nemůže zasahovat do míst, kde bude základová deska.

Kotevní systém – předepnuté kotvy, zasahují do okolní zeminy a ne do vlastní stavební jámy => nejlepší, ale nejsložitější. Kotvy dáváme postupně, vždycky když se vyhloubí část jámy (etáž). Využíváme toho, že pažení je ještě vetknuto v nevyhloubené zemině.

Druhy pažení stavebních jam

Dle materiálu – dřevěné (většinou v kombinaci s ocelí), ocelové, betonové

Dle kce/statického působení

Příložné, zátažné, hnané – většinou celodřevěné, používají se do mělkých výkopů. Základním prvkem jsou pažiny – vodorovné, svislé nebo šikmé.

Záporové – metoda používaná v prolukách v městské zástavbě. Základem je ocelový prvek – zápora.

Štětové stěny – různě tvarované štětovnice (ocelové prvky), používala armáda (je to poměrně rychlé)

Podzemní stěny monolitické nebo prefabrikované

Pilotové stěny, mikropiloty – vytvoření souvislé stěny z pilot okolo jámy. Využívá toho, že piloty jsou únosné ve svislém i vodorovném směru. Mikropiloty – průměr do 300 mm, od pilot se liší speciálním vyztužením (výztužné jádro tvoří ocelová trubka, která se nachází v betonové zálivce).

Injektované stěny – vytvořené např. tryskovou injektáží. Mezi zrna zeminy se nainjektuje cement s vodou a dalšími složkami => vznikne jakýsi „zeminový beton“, který je schopen přenášet zatížení. Nevýhoda: nelze to vyztužit => nutno kotvit.

Dle uspořádání – pažené na celou výšku, kombinované (jen část) nebo kotvený svah (kotvené prvky)

Dle metody

Milánská – metoda s podzemními stěnami, poprvé použita při hloubení podchodů v Miláně

Berlínská – metoda se záporovými stěnami, poprvé použita v Berlíně při hloubení metra, spadlo jim to

Dle času – trvalá nebo dočasná (pažící stěna se nakonec může stát prvkem základu objektu => funkce pažení jen dočasně)

Dle statického zajištění kcí, které vytváříme na boku jámy

Vetknuté – nepůsobí úplně jako konzola (spíš jako nosník dole vetknutý a uložený po délce na pružný podklad)

Rozepřené

Kotvené

Se vzpěrami

Dle těsnění dna a boků – snažit se vyřešit těsnění naráz s pažením. Často pažící stěna utěsní boky stavební jámy, ale voda prosakuje pod ní skrz dno => nutno utěsnit dno.

Příložné pažení

Pažení po otevření stavební jámy

Svislé příložné pažení

Pažina – dřevěný prvek, který bezprostředně přiléhá na boky jámy. Měly by být od sebe max. 20 – 30 cm (v reálu až několik m – nesprávné, může dojít k provalení)

Podélník – roznášecí prah spojující pažiny

Rozpěry – drží stěny pažení od sebe. Buď dřevěná kulatina nebo speciální nastavitelné rozpěry.

„Prefabrikované bednění“ – ocelové desky s hydraulickými rozpěrami, často jsou k vidění při hloubení kanálů. Nesmí se nechat v jámě moc dlouho, protože jsou hodně těžké. Urychlují ale výstavbu.

Vodorovné příložné pažení

Max. hloubka 5-8 m

Vhodné do jílovitých písků nebo písčitých štěrků (zpevněné zeminy)

Pažiny na sraz

Hnané pažení

„Ženeme před sebou“, když provádíme nějaký výkop

Sestaveno ze systému rámů ve vodorovném i svislém směru

Nejprve uděláme na povrchu rám z podélníků, před sebe „ženeme“ šikmé pažiny. Aktivace pažin se provádí pomocí klínů (aby seděly přímo na zemině a neviklaly se)

Jakmile se dostaneme do určité hloubky, musíme udělat další rám. Rámy mezi sebou spojíme sloupky.

Záporové pažení

Hlavním prvkem je zápora, což je ocelový profil, který se osazuje před otevřením jámy (profily I 240 – I 400, dvojice U profilů)

Pažiny – prvky, které jsou přímo v kontaktu se zeminou. Přenáší zatížení do zápor. Vkládají se do zápor při postupném vybírání zeminy z jámy (tzn. dávají se odshora dolů, vždy se zaklínují, aby dobře držely).

Klíny a další prvky (kotvení, rozpěry, převázky) – klíny aktivují pažiny, aby nevypadly. Pokud dám rozpěry, nemusí být zápora vetknutá tak hluboko.

Hloubky 5 – 20 m (S), 8 m (G)

Vetknutí min. 1,5 – 3 m pod dno stavební jámy, vzdálenosti zápor cca 2 m

Osazování zápor

Hlavní problém celého procesu –může se stát, že v půlce hloubky bude něco, čím neprojdeme

Beraněním – prvek je sám hned fixován, ale neprojde vším

Vrtáním při vrtání snáze projdeme skrz tvrdý materiál, ale musíme prvek dodatečně fixovat.

Vibrováním – bezhlučné => vhodné do měst. Kmitáním se ale rozrušují částice zeminy => mohou vznikat dutiny, prvek není dokonale fixován => alespoň konec je dobré doberanit.

Výhody

Vícenásobné použití pažin (někdy jdou vytáhnout i zápory)

Rychlost výstavby

Ztracené bednění (bednění pro podzemní stěnu kce)

Nevýhody

Pracnost – spousta technologií, které se často kombinují – knihovna: část se vyvrtala, pak se to zavibrovalo a konec se doberanil

Přesnost – pokud šikmo osadíme zápory, nepůjdou zasouvat pažiny

Náročnost na prostorovou stabilitu

Nutná technologická disciplína

Štětové stěny

Štětovnice – základní prvek

Materiály

Dřevěné – max. do 3 m

ŽB – jen do lehkých zemin (takových, které umožňují snadné vnikání materiálu)

Ocelové – metody osazení: beranění, vibrování, vibroberanění, vplachování

Beranění – výhoda: velmi dobře osadí prvek. Nevýhody: potřeba těžké mechanizace, může dojít k deformaci prvku.

Vibrování – menší hluk, ale prvek není tak dobře osazen => alespoň konec je dobré doberanit (=> vibroberanění – spojuje výhody obou metod)

Ocelové prvky

Prvky typu Larsen – válcovaný profil tl. 10 mm, zámky. Jsou nejčastější.

Hloubky i přes 30 m (prvek není vcelku, postupně se navařuje)

Životnost 100 let (v prostředí slaných vod 50 let) – kvůli agresivitě prostředí

Nejběžnější profily I – IVn (400x220x7,5 – 500x340x10)

Zámky se osazují tak, že se vedlejší profily pootáčí proti sobě => výsledná tloušťka kce je dvojnásobek profilu. Pomocí speciální vložky lze vytvořit i pravý úhel.

Zámky z počátku vykazují určitou propustnost, ale postupně se zanášejí částečkami zeminy => za krátkou dobu se propustnost sníží na minimum. Kdybychom ji chtěli snížit okamžitě, zámek zavaříme.

Existují i jiné typy než Larsen

Beranidla

Padací, parní, naftová, hydraulická (váha 2000 kg, 140 úderů/min)

Beraněný prvek chrání stavební jámu proti zemním i vodním tlakům

Jímky

Výhoda: více funkcí (vodní i zemní tlaky), opakované použití, různé způsoby usazování

Nevýhoda: hluk, závislé na struktuře základové půdy, otřesy

Podzemní stěny

Souvislé svislé stěny, které mají pažící a těsnící funkci

Díky možnostem materiálů a propojování prvků mohou mít i funkci hlubinného základového prvku.  V této roli mohou fungovat i jako samostatné prvky – nemusí to být souvislé stěny, může jít i o pouhé segmenty vytvořené technologií podzemní stěny (jakoby pilíře).

Nevýhoda – překážka pro vodní režim (jsou většinou souvislé, kolem dokola rozsáhlých staveb, do velkých hloubek)

Technologie

Provádíme většinou drapákovou technologií (drapák – zařízení, které rozpojuje a vytěžuje zeminu). Drapák se do rýhy spouští na lanech nebo na výsuvných tyčích.

Vrtné – v místech, kde jsou těžce rozpojitelné materiály

Dláta, hydrofrézy (155 m)

Ochranná pažící suspenze

Před osazením stěn je nutné odtěžený prostor chránit => používáme ochranné pažící suspenze (vháníme je do prostoru při odtěžování materiálu)

Mají 3 funkce

Pažení stěny – zamezuje sesunutí boků rýhy

Zamezení vniku podzemních vod – jejich g > g_w

Výplň dutin u stěn

Přísné parametry – 1060-1090 kg/m³ (více než g_w => zamezí vniku vody), požadavky na viskozitu, pH

Většinou se skládají z jílu a vody (vytváří film). Klasického kopaného jílu musíme použít 150 – 600 kg na m³ suspenze aby to těsnilo, mletého bentonitu stačí 30 – 80 kg/m³ (bentonit je ale poměrně vzácný a tedy drahý)

Z ochranné pažící suspenze často děláme samotvrdnoucí suspenzi – voda + cement + MAB (bentonit) + přísady (zpomalování/zrychlování tvrdnutí aj.). Nemůže sloužit jako zakládací prvek, ale slouží jako dobrá hydroizolace nebo bariéra pro zachycování škodlivin ze skládek.

Součinitel propustnosti k = 10^-8 m/s => těsněný prostor

Monolitické podzemní stěny

Dělají se po etapách (sekce šířky 0,4 – 1,5 m, délky 4 – 9 m)

Sekce se zajistí, vybetonuje a pokračuje se

Jednotlivé sekce se nakonec do sebe zaváží

Prefabrikované podzemní stěny

Rýha se vyplní samotvrdnoucí suspenzí, do té se ponoří prefabrikáty (jinak by se nespojily s okolním prostředím)

Šířky sekcí do 0,6 m, délky do 3 m

Hloubky max. do 15 m (obtížně se provádějí spoje prefabrikátů v hloubce – problém s utěsněním spojů)

Zajištění stability – vetknutí, rozepření, kotvení

Připojení vodorovné desky a podzemní stěny. Část stěny se vybourá až na výztuž, k výztuži se přivaří ocelová pásnice a na tu se připojí vodorovná deska.

Hrany rýhy se nahoře do hloubky cca 1 m zajišťují ochrannou (vodící) zídkou – vodící funkce pro drapák, chrání suspenzi proti vnikání vody (Samotná suspenze má hustotu větší než voda, takže do ní voda nepronikne. Pokud by ale byla HPV nad hladinou suspenze, mohla by voda do suspenze pronikat a měnit její vlastnosti. Nalijeme tedy suspenzi tak, aby měla hladinu v ochranné zídce.)

K monolitickým stěnám – zavázání do sebe:

K prefabrikovaným stěnám – různé typy:

Stabilita rýhy vypažené suspenzí:

Pilotové stěny

Souvislá pažící stěna s nebo bez mezer

Vyšší únosnost, možno injektovat (injektáž má těsnící funkci)

Nejběžnější typ – piloty vrtané

Nejčastější jsou velkoprůměrové piloty (průměr přes 600 mm), ale dělají se i středněprůměrové (od 300 mm) a mikropiloty

Funkce piloty je stálá – ponechávají se ve stavební jámě. Mají funkci pažící, těsnící a někdy i konstrukční (část základu)

Piloty bývají nahoře svázány ŽB prahem, ten bývá ještě přikotven

Statické působení pilotových stěn

Piloty jsou diskrétní prvky => při rozepření nebo kotvení je nutné provést převázku (roznášecí trám)

Pilotové stěny lze použít i ke stabilizaci svahu. Kotvu musím proinjektovat až za předpokládanou smykovou plochu.

Zajištění vetknutí – u jámy hluboké 10 m musí jít pilota cca 6 – 8 m pod dno jámy

Kotvení pilotové stěny

Kotevní deska – osadí se za předpokládanou plochu porušení, spojí se kotvou s pažící konstrukcí

Kotvící pilota – výhodou je stejná technologie

Kotvící pilotová stěna – pokud je nutno roznést větší zatížení

Kotvící studna – nepříliš častá metoda

Injektovaná zemní kotva

Bývá předepnutá, provádí se vrtnou technologií

Zhotovíme pažící stěny, pak část zeminy odtěžíme (na úroveň 1), vyvrtáme otvor pro kotvu, vložíme svazek drátů. Vytvořený vrt zaplníme injektážní směsí. Kořen kotvy by se měl rozšířít na dvoj- až trojnásobek šířky vrtu. Sklon kotvy bývá kolem 15 – 30°.

Musíme jít opět za smykovou plochu

Předpínat se smí až po zatvrdnutí kořene (cca 14 dní). Předepnutí musí být na sílu, kterou by vyvodila zemina při usmyknutí

Teprve po předepnutí můžeme pokračovat v hloubení stavební jámy

Kotvy jsou trvalé nebo dočasné

U dočasných funguje předpětí pouze po dobu stavby.

U dočasných kotev injektážní trubku vytáhneme, u trvalých ji ponecháme ve vrtu. Pro konečnou injektáž se zavádí plastová trubka.

Hlava trvalé kotvy musí být přístupná, aby ji bylo možné kontrolovat

Typy pilotových stěn

Bez mezer – těžko se provádí

S mezerami – mezera nesmí umožňovat vypadávání zeminy => velikost mezery závisí na soudržnosti zeminy. Mezery jsou klenuté (tzv. přirozená zeminová klenba)

S torkretem – přestříkání mezer betonem (někdy vyztuženým). Pro sypké zeminy.

S pažnicemi – jakoby záporová pilotová stěna. Desky mohou být dřevěné (někdy se používají staré pražce), ocelové desky (někdy se dávají vyřazené štětovnice), speciální ŽB desky (mohou být povrchově upravené => používá se na brány tunelů apod.)

Převrtávané piloty – pokud chceme co nejtěsnější provedení pažící stěny. Nejprve provedeme s mezerami všechny liché piloty, sudé provedeme až potom tak, že zasahují do půdorysu lichých pilot. Liché bývají z prostého betonu, sudé ze ŽB.

Mikropilotová stěna – typicky průměr mikropiloty 125 mm pokud je vrtaná, při injektáži okolo 200 mm. V jádru tuhá výztuž (trubka). Injektážní směs napouštíme do trubky => nateče i pod samotnou vyvrtanou pilotu a rozšíří její patu. Dobré je řady mikropilot vystřídat. Vepředu zajištění torkretem.

S těsnící injektáží – mezi piloty provedené s mezerami se provede těsnící injektáž

Celé přestříkané torkretem – jednodušší provádění než stříkat beton jen do mezer, trochu zlepší celkovou tuhost stěny

Při betonování základové desky pod HPV musíme uvažovat se vztlakem vody => pokud není vlastní tíha desky dostatečná, musíme ji přikotvit

Někdy základovou desku před vytvořením chráníme těsnící injektáží

Provádění tryskové injektáže

Technologický postup, kdy do prostředí vpravujeme kapalné médium (vodu) s dalšími součástmi. Základními prvky jsou vrtná a injektážní souprava, vysokotlaké čerpadlo a míchačka.

Je to metoda, při které porušujeme strukturu zeminového prostředí – v okolí vrtu se vytvoří systém trhlin, do těch pak povádíme injektáž

Používáme vysokého tlaku, abychom porušili prostředí (u nás cca do 50 MPa, jinde až 100 MPa)

Postup

Vyvrtáme otvor, vyplníme ho bentonitovou suspenzí

Po dosažení patřičné hloubky se vrt odspodu injektuje

3 základní systémy

Jednoduchý – tou samou tryskou poruším materiál i vyplním vzniklé trhliny. Nepříliš účinné – vysoké tlaky (kolem 50 MPa), proinjektujeme asi 90 cm v průměru.

Dvojitý – dvě trysky (obě z jednoho otvoru). Z jedné jde stlačený vzduch, ze druhé vysokotlaká injektážní směs. Vzduch jde po obvodu => usměrňuje směr paprsku směsi a chrání ho. O 25 – 50% účinnější.

Trojitý – trysky ve dvou úrovních. Přivádíme 3 média – tlakovou vodu, stlačený vzduch (oboje horní otvor) a vysokotlakou injektážní směs (dolní otvor). Paprskem vody rozřežeme zeminu, aby jeho účinnost byla co největší, chráníme ho vzduchovým obalem. Pak tyč povytáhneme => do rozrušených míst napouštíme injektážní směs, zároveň už vodou rozrušujeme vyšší vrstvu. Nejlepší, ale nejnáročnější na údržbu aparatury. Proinjektuje se průměr kolem 2,5 m. U směsi stačí menší tlak (jednotky MPa).

Použití:

Zlepšení vlastností půdy – základovou půdu proinjektujeme, na ni teprve vytvoříme plošný základ. Injektáž vyplní dutiny, obalí zrna => vznikne systém odolný proti deformaci. Z původně sypkého vznikne nesypké prostředí, které má mnohem lepší smykové parametry (zrna nejsou jen opřena o sebe, ale slepena).

Zajištění nepropustnosti prostředí – může sloužit jako izolace dna stavební jámy (můžeme dosáhnout až k = 10^-9 z původních 10^-3­ – 10^-5)

Náhrada pažících stěn – viz dříve

Ochranné obálky kolem stávajících děl – pokud například chceme stavět nad tunelem nebo kolektorem, může být zapotřebí chránit podzemní stavbu před vlivem přitížení od nového základu

Zhomogenizování prostředí – pokud zakládáme na sesuvech (ve svahu) nebo navážkách, můžeme nepředvídatelné prostředí proinjektovat => získáme prostředí, jehož vlastnosti známe

Narovnání nakloněných prvků – pod nakloněný prvek provedeme injektáž, dojde k zastavení poklesu nebo i narovnání. Nesmí se to přehnat, aby se nenaklonil na jinou stranu.

Zvýšení únosnosti stávajících základů nebo jejich sanace – např. pokud chceme přistavět patro na dům, můžeme injektáží rozšířit základy a zvýšit tak jejich únosnost.

Kasárna ve Vídni – dřevěné piloty, po poklesu HPV shnily => potřeba nové základy => piloty provedené tryskovou injektáží

Малый театр v Moskvě – pokles HPV => nahnily dřevěné piloty => sanace pilot + nové založení objektu na skálu pomocí injektáže

Metoda klasické injektáže

Neporušujeme prostředí

Používá se při provádění těsnění kotev nebo při provádění pilot – nepotřebujeme porušit prostředí, ale souvisle vyplnit vrt

Postup:

Provedeme vrt, vnitřek vrtu vyplníme bentonitovou suspenzí (případně cementovou zálivkou)

Vložíme manžetovou trubku. Manžety – pryžové krytky po obvodě, uzavírají injektážní otvory.

Do ní vložíme injektážní trubku, která je zakončena obturátorem (perforovaná těsněná hlavice)

Do obturátoru se přivádí tlaková směs, pohybuje se jím v trubce. Jelikož je obturátor utěsněn, směs neutíká do trubky.

Tlakem se nadzvednou manžety => směs se dostane ven (do okolí 40 – 50 cm kolem vrtu => menší tlaky, aby se prostředí neporušilo, jen se vyplní póry v zemině)

Kotvy

Sklon minimálně 10°, obvykle 15° – 30°

Nejdříve provedeme vrt (průměr 60 – 150 mm), pak se vloží kotva

S – vodorovná síla, kterou musí kotva přenést. Kotva je ale šikmá => přenáší sílu S_K. Obvykle známe zatížení v kN/m => musíme znát vzdálenost kotev. Jelikož nikdy neuděláme kotvení přesně podle výkresu v konstantních vzdálenostech, použijeme bezpečnostní součinitel a dostaneme vztah pro sílu v kotvě S_K:

Aby kotva přenesla sílu S_K, musí být splněny tyto podmínky:

1. Nesmí se porušit táhlo => síla v kotvě při předpínání musí být menší, než únosnost táhla (pevnost táhla R_at = 210 – 290 MPa):

2. Nesmí dojít k vytržení táhla z kořene => posuzuje se soudržnost betonu a oceli (R_bt – tření na plášti mezi betonem a ocelí, 1 – 1,9 MPa):

3. Kořen je správně zafixován v zeminovém prostředí => při předpínání se nevytrhne ze země. R_dk je soudržnost mezi betonem a zeminou (odpor kořene), t_d je smykové napětí:

kde

kde h je střední výška zeminy nad kořenem.

Vysvětlení vzorce: Kořen drží v zemině tlakem zeminy nad ním => potřebujeme znát svislé napětí vyvolané na kořen zeminou nad ním:

Normálová složka napětí působící na kořen je:

To už jen dosadíme do Coulombova smykového zákona a vydělíme součinitelem bezpečnosti (1,5 pro úhly do 30°, 2 pro úhly do 60°) a máme vzorec pro smykové napětí.

4. Nesmí vypadnout celý blok zeminy i s kořenem – mohlo by k tomu dojít, pokud prochází smyková plocha až za kořenem. Musíme posoudit (nezkouší se).