Inovace a modernizace plavebních komor vodního díla Gabčíkovo

Průběh stavby

Stavba začala v únoru roku 2019 a skončila v závěru roku 2023. Zadavatel, Vodohospodárska výstavba, štátný podnik, se rozhodl v rámci smluvních podmínek využít mezinárodního standardu a smlouva byla uzavřena podle podmínek Žluté knihy FIDIC. Znamená to, že projekt byl zadán technickým opisem a požadavky zadavatele (dále jen „Opis předmětu zakázky“), na které bylo třeba zpracovat projektovou dokumentaci, a to již od fáze pro stavební povolení, které v součinnosti se zadavatelem taktéž obstarával generální zhotovitel. Celková výstavba byla smluvně rozdělena do tří milníků (uzlových bodů). Prvním milníkem bylo zpracování projektové dokumentace ve stupni dokumentace pro stavební povolení a taktéž ve stupni dokumentace pro provádění stavby. Druhý milník byl vymezen pro realizaci pravé plavební komory a třetí pro realizační práce na levé plavební komoře (obr. 2). Etapizace prací po jednotlivých komorách byla nutná z důvodu zachování nepřetržité plavby na Dunaji přes VD Gabčíkovo. Výstavba trvala téměř pět let a z uvedeného období vyplývá, že se ani tato realizace nevyhnula vnějším vlivům způsobeným pandemií COVID-19 a vojenskou agresí na Ukrajině, jak je názorně vidět na časové ose (obr. 3).

První z těchto vlivů postihl realizaci v období 03/2020, kdy celosvětová pandemie vypukla. Stavba se v tu dobu nacházela ve vysokém stupni rozpracovanosti s nasazením výrobních kapacit jak na místě realizace, tak ve výrobních závodech ocelových konstrukcí. Zásadní dopad na realizaci nastal dne 12. 3. 2020, kdy Ústřední krizový štáb Slovenské republiky rozhodl, že uzavírá hraniční přechody. Tímto rozhodnutím byl zamezen vstup na stavbu kompletnímu vedení projektu z ČR a všem dodavatelům z okolních zemí. V uvedeném období tak došlo k zásadnímu poklesu počtu pracovníků na stavbě a tato situace trvala značnou dobu, než se podařilo zhotoviteli zabezpečit vystavení výjimky z opatření úřadu veřejného zdravotnictví. Tato výjimka byla vystavena pro omezené množství pracovníků a dodavatelů a byla průběžně aktualizována podle potřeb stavby. Obdobná situace nastala i v období od 02/2021, kdy bylo vydáno nařízení vlády k omezení pohybu mezi ČR a SR, a dále v období 03/2021, kdy na základě velkého množství pozitivně testovaného personálu na straně zhotovitele došlo k omezení prací na realizaci díla.

Druhé zásadní ovlivnění průběhu realizace přišlo v druhém měsíci roku 2022, kdy v souvislosti s vojenskou invazí na Ukrajinu došlo k mnoha omezením. Skokově se zvýšily ceny vstupních komodit a následně i nedostupnost samotného materiálu. Realizaci díla nejvíce ovlivnila nedostupnost armovací výztuže a nerezového potrubí, kdy na samotné objednání materiálu byly u dodavatelů tvořeny pořadníky dodávek, které způsobovaly dlouhé dodací doby materiálu.

I z důvodu výše popsaných vlivů byla celková realizace plavebních komor oproti plánované době prodlužována až do konce roku 2023.

Předmět prací

Rozsah realizačních prací zahrnoval kompletní výměny ocelových konstrukcí, modernizaci technologií včetně hydraulických a řídicích systémů, sanaci betonových konstrukcí a dilatačních spár a injektáže podzákladí. Hlavní částí byla výměna ocelových konstrukcí spolu s provedením stavební připravenosti pro osazení nových armatur stěn, na které byla tělesa vrat a uzávěrů připojena. Jednalo se o výměnu horních a dolních vrat, záskokové klapky, regulačních uzávěrů, drážek šachet provizorního hrazení v hydra­ulickém systému plnění a prázdnění (dále jen „HSPaP“). Dále šlo o úpravy dynamické ochrany horních a dolních ohlaví obou plavebních komor. Byly vyrobeny i další pomocné ocelové konstrukce, jako například provizorní hrazení vtoků a provizorní hrazení regulačních uzávěrů v HSPaP. Taktéž byl vyměněn kompletní hydraulický systém, a to od nových agregátů, přes potrubní rozvody, až po nové hydraulické válce u většiny konstrukcí (kromě dílčích výjimek). Kompletně nově byly vybudovány rozvody vzduchu k jednotlivým zařízením. Tyto rozvody slouží jako ochrana pohyblivých konstrukcí před jejich možným zamrznutím a používají se i k vyhánění naplavenin. V neposlední řadě byla provedena nová motorická instalace a nasazení nového řídicího systému. Vybrané části stavebních konstrukcí prošly sanačními pracemi, což se týkalo především dilatačních a pracovních spár nacházejících se v komoře a v systému plnění a prázdnění. Po odevzdání staveniště levé plavební komory v prosinci 2021 byl předmět prací rozšířen o rozsáhlou sanaci statických poruch v HSPaP.

Průběh prací ani prostor pro jejich realizaci nebyl vždy příznivý

Již v počátku zahájení prací a provedení stavebně technického průzkumu, ze kterého byly zjištěny skutečné pevnosti betonů, se dalo předpokládat, že bourací práce v omezených prostorových podmínkách i s využitím mechanizace budou časově velmi náročné. Podle údajů z původní projektové dokumentace bylo počítáno s betonem značky 250 (MV8 – T50 – 250 TR. III, resp. MV4 – T100 – 250 TR. III), jehož průměrná pevnost v tlaku je 20 MPa. S uvážením nárůstu pevnosti betonu v čase podle normy STN EN 1992- 1-1 (příloha č. 7) se dalo očekávat, že průměrná pevnost betonu 20 MPa bude za 40 let stáří konstrukce na hodnotě cca 29 MPa. Ze zkoušek v rámci stavebně technického průzkumu však byla získána hodnota cca 70 MPa, což je podstatně více, než se dalo z původní dokumentace předpokládat.

Hlavní omezení plynulo z prostorů, kde se konstrukce určené k bourání nacházely. Například u 30,1 m vysokých drážek plovoucích úvazů byla v zásadě jakákoli mechanizace vyloučena a práce musely být prováděny ručně z pracovních lávek. Po několika pokusech s využitím i ­„trhací“ malty byl zvolen postup částečného narušení zálivek v horizontální rovině asi po jednom metru, vytvoření kapsy mezi primárním betonem a zálivkou, do které byly vloženy hydraulické trhací nůžky, čímž došlo k odtržení bloku zálivky od primárního betonu. Tento blok byl kladkou spuštěn na dno komory.

Do prostoru regulačních uzávěrů, které se nacházejí u nátokového i výtokového objektu v HSPaP v hloubce cca 36 m pod terénem, byl v případě pravé komory přístup přes otvory průměru 0,8 m, na něž navazuje 2 m silné dno komory, a dále přes další 4 m volného prostoru až na dno kanálů. Z toho důvodu byla na levé plavební komoře s investorem projednána varianta provedení montážních otvorů ve dnu plavební komory o využitelných rozměrech v době výstavby cca 3,2 x 2,2 m (obr. 5a, b). Po zpracování statických výpočtů a prokázání, že nedojde k ohrožení bezpečnosti komory, zadavatel k uvedenému technickému řešení přistoupil s tím, že po dokončení prací budou otvory zpětně zabetonovány. Technické řešení bylo ještě v průběhu prací změněno, a to v souvislosti s vyvolanými sanacemi statických poruch v HSPaP. Změna spočívala v nahrazení trvalé dobetonávky otvoru ŽB prefabrikáty (obr. 6), které do budoucna umožňují otvor opět využít.

V rámci bouracích prací, a to konkrétně i u prorážení otvorů do dna komory, došlo na využití speciální technologie bourání betonu tlakovou vodou, tzv. hydrodemolice.

Unikátní ocelové konstrukce a jiné práce

Po ukončení bouracích prací a zajištění stavební připravenosti přišla řada na montážní práce ocelových konstrukcí, které jsou samy o sobě svými dimenzemi velmi ojedinělé. Ve vztahu k montáži ve velmi omezených prostorech byla tato unikátnost podtržena především u výměny horních a dolních vrat obou komor. Dolní vrata pro každou ze dvou plavebních komor mají rozměry 36 x 22 m, tloušťku 2 m, a i s pomocnými konstrukcemi váží 1 200 tun. Hmotnost jednoho tělesa horních vrat je 280 tun, jeho hradicí výška je 8 m a šířka 34 m. Vrata byla vyrobena v závodu výroby ocelových konstrukcí divize 3 Metrostavu v Horních Počernicích a odtud se postupně za speciálních opatření transportovala do Gabčíkova. Další podrobnosti o parametrech těchto konstrukcí již byly publikovány v čísle 01–02/2021 tohoto časopisu.

Další, ne zcela běžný parametr se týká rozsahu vrtů do stávající železobetonové konstrukce, kdy se na konci roku 2023 celková délka vrtů do průměru 32 mm zastavila na hodnotě 34 769,2 m. Délka jádrových vrtů do průměru 100 mm činila 2 053,4 m a zcela netypické jádrové vrty průměru 905 mm dosáhly hodnoty 31,4 m.

Změna rozsahu prací vlivem statických poruch v hydraulickém systému plnění a prázdnění

Sanace statických poruch výtokových (prázdnicích) kanálů dolního ohlaví nebyla původně předmětem rozsahu realizace díla podle Opisu předmětu zakázky. Potřeba sanace těchto kanálů vznikla až po převzetí staveniště levé plavební komory v prosinci 2021 a po zajištění přístupu do HSPaP. Při obhlídce většiny prostor byl zjištěn stav podobný stavu v pravé plavební komoře, tedy dobrý. Pouze v prostoru dolního ohlaví pravé plavební komory, kde prázdnicí kanály levé plavební komory kříží osu pravé plavební komory, byly ve stěně mezi kanály č. 2 a 3 objeveny výrazné trhliny, a to jednak u stropu a dna, ale také šikmé trhliny vedoucí po obou stranách stěn plavební komory pod úhlem 45˚ ke dnu. V trhlinách byla obnažena hlavní nosná výztuž, která byla v některých místech přerušena, a to např. i pět prutů svislé výztuže vedle sebe [2].

 

V první fázi průzkumu poškozených míst byl odbourán degradovaný beton a ­proveden odběr vzorků výztuže a betonu pro následné zkoušky. V tomto období po odhalení skutečného rozsahu poškození musela být část stropní konstrukce kanálového systému v místech poruch z důvodu bezpečnosti zajištěna podepřením. V červnu 2022 bylo ze strany generálního zhotovitele provedeno komplexní statické posouzení konstrukcí výtokových kanálů, na kterých se podílel Ústav betonových a zděných konstrukcí VUT v Brně. Celkově byly zpracovány prostorové a lineární statické výpočty s posouzením různých pevností betonů a patnácti zatěžovacích stavů (obr. 9). Dále byly provedeny zkoušky stávající výztuže v tahu. Výsledkem bylo doporučení neuvádět levou komoru do provozu bez realizace odpovídajících sanací těchto statických poruch.

Mezi další očekávané výsledky posouzení patřilo také zjištění příčiny poruch betonových konstrukcí, kde se dospělo k závěru, že se jedná o únavové trhliny vzniklé během provozu levé plavební komory při běžném provozu v pravé plavební komoře, ale zejména při vyčerpání vody v pravé plavební komoře (suchý dok), protože v tomto stavu jsou poškozené kanály pod vyčerpaným prostorem, avšak uvnitř kanálů je tlak horní vody a proti působí pouze vlastní tíha betonové desky stropů kanálu. Vzhledem k závažnosti situace se i samotný objednatel rozhodl vypracovat oponentní posudky ke zhotovitelem zpracovaným zprávám a závěrům s návrhy řešení. Z výsledků všech zpracovaných posouzení a průzkumů stavu konstrukcí vzešel jednoznačný závěr, který potvrdil zjištění a obavy zhotovitele o nutnosti provést zásadní sanace.

Zhotovitel přistoupil ke zpracování možných variant řešení. Výsledkem byl návrh čtyř variant, který byl následně zúžen na dvě, jejichž základem bylo „vyvložkování“ poškozené části kanálů ocelovým potrubím. Jedno řešení bylo navrženo jako trvalé a prostor mezi svařeným potrubím a stěnami kanálu by byl zabetonován. Druhé řešení počítalo s dočasným svařením potrubí v kanálu a po dalších sanačních pracích by byla provedena jeho demontáž. Obě varianty obsahovaly navazující sanace, které počítaly s nutností spřažení stropní konstrukce kanálu přes stěnu do základové desky předpínanými kotvami, a to vše ze dna pravé komory v části dolního ohlaví.  Finálně bylo objednatelem potvrzeno řešení s dočasným potrubím, pro které se vžil pracovní název „zahradní hadice“.

Pro výběr varianty dočasného řešení přispěla i zásadní skutečnost, že instalací potrubí do kanálu 4 x 4 m dochází ke změnám hydraulických poměrů. Následné uvedení kanálů do původního stavu zajistí, že se hydraulický systém plnění a prázdnění, včetně optimalizovaných křivek řízení, vrátí do výchozího stavu. Vybraná varianta „zahradní hadice“ byla rozdělena do čtyř realizačních etap. První etapa zahrnovala realizaci spřahovacích předpínaných kotev ze dna levé plavební komory, druhou etapou byla samotná sanace statických poruch v jednotlivých kanálech v částečném souběhu s montáží ocelových konstrukcí potrubí do těchto kanálů. Třetí etapa mohla být realizována až po zprovoznění levé plavební komory a vytvoření suchého doku v pravé plavební komoře a zahrnovala „sešití“ stropu kanálů spřahovacími předpínanými kotvami (obdobně jako u první etapy). Poslední čtvrtá etapa se týká samotné demontáže dočasně osazených ocelových potrubí.

V únoru 2023 začala podle dílčích částí projektové dokumentace ­realizace ­prvních dvou výše popsaných etap. Jelikož se kanály nacházejí přibližně 36 m pod úrovní terénu, jejich prostory jsou stísněné, tmavé, s trvalou hladinou vody a vzdálenost k dodatečně vytvořeným montážním otvorům ve dnu komory je přes 300 m, vyvstaly nové výzvy v podobě způsobu transportu materiálů, mechanizace a samotné ocelové konstrukce potrubí.

První zmíněná etapa, která probíhala ze dna levé komory na dolním ohlaví, předpokládala provedení 83 kusů vrtaných kotev s následným předepnutím. Předtím než tato etapa vůbec mohla započít, byl ze strany zodpovědného statika vznesen požadavek na vytvoření zkušebního vzorku pro ověření návrhu a technologie provádění a únosnosti kotev. Výsledky byly více než uspokojivé a návrh kotev byl potvrzen [1].

Realizace spočívala v rozsahu hlubinných vrtů do betonové konstrukce přes dno komory, stěnu a desku kanálu (celkové délky až 9,3 m). Každý vrt byl zdrsněn speciálním nástrojem (navrženým ve spolupráci se společností Zakládání staveb a.s.) a v délce kořene kotvy byly navíc vytvořeny rozšiřující zářezy. Po vyčištění vrtu se provedla kamerová kontrola a přistoupilo se k osazení SAS tyčí, zainjektování kořene a předepnutí hydraulickým válcem na sílu 850 kN s následným uvolněním na 700 kN. Vše bylo ukončeno doinjektováním dříku a osazením ocelové hlavy kotvy. Pro kontrolu předepnutí byly předem určeny kotvy, na které byly osazeny magneto-elastomerové měřiče, což objednateli v budoucnu, po napojení měřicí jednotky, umožní kdykoliv zjistit předpětí v kotvě.

Druhá etapa, týkající se samotné sanace jednotlivých kanálů, probíhala pod prostorem realizace první etapy. K tomu, aby stávající konstrukce a konstrukce určené k odbourání byly minimálně zatíženy vibracemi a otřesy bouracích kladiv, byla využita metoda bourání výše uvedenou hydrodemolicí. Tato metoda však s sebou přináší extrémní hluk a realizace musela být koordinována s činnostmi ostatních profesí. Současně probíhaly injektáže trhlin způsobených poruchou.

Po celkové přípravě sanovaných stěn, bylo přistoupeno k jejich opětovné přibetonávce. Délka přibetonávky stěny byla 34 m, výška 4 m a její proměnlivá hloubka 0,15 až 0,25 m s požadovaným provedením v jediném záběru.

Jak bylo zmíněno, dno kanálů je cca 36 m pod úrovní terénu s následnou velkou horizontální dopravní vzdáleností a s tím spojeným značným rizikem úspěchu betonáže. Po provedení sanačních prací bylo přistoupeno k realizaci ocelového potrubí o celkové délce 2 x 46 m, ­průměru 3,65 m s přechodovými kusy z tvaru kanálu 4 x 4 m na uvedený průměr 3,65 m (obr. 11a, b). Jednotlivé části potrubí byly na místo montáže dopravovány po tzv. „půlkruhových lubech“ délky 1,5 m a na místě byly teprve svařovány v ucelené potrubí. Celková hmotnost konstrukce potrubí je 206,2 t.

Podle původního plánu se funkční a komplexní zkoušky levé plavební komory měly realizovat na přelomu listopadu a prosince 2022, avšak z důvodu nezbytného zabezpečení stability díla nebylo možné zrušit suchý dok komory a pokračovalo se až po zrealizování výše popsaných opatření. Termín uvedení levé plavební komory do provozu se proto posunul z ledna 2023 na čtvrtý kvartál roku 2023.

Závěr

Jedná se o fascinující vodní dílo. Plavební komory patří při zohlednění kombinace jejich parametrů – půdorysných rozměrů, výškového spádu a rychlosti proudění v hydraulickém systému plnění a prázdnění – k celosvětovému unikátu. Říčním lodím umožňují překonat výškový rozdíl 16 až 23,3 m za cca 15 min. Na projektu inovace a modernizace plavebních komor se v největším stupni rozestavěnosti na staveništi pohybovalo až 500 pracovníků. Práce na takto rozsáhlé stavbě vyžadovala vysokou úroveň organizace. V tomto směru poskytovala výhodu velikost díla, díky níž mohly práce probíhat souběžně na všech objektech, aniž by docházelo ke zvýšenému omezení jednotlivých profesí. I přesto však byla koordinace profesí a jednotlivých fází složitá.

Při realizaci levé komory byly využity zkušenosti, ale i negativní poznatky z práce na pravé komoře, což vedlo k výraznému urychlení a zjednodušení některých fází a celkově plynulému postupu, a tím získání časové rezervy pro případ neočekávaných zjištění. Rozhodně také napomohly výše uvedené montážní otvory, které navíc mohou být v budoucnu opět využity.

Rekonstrukce s sebou často nesou nepředvídatelné problémy a komplikace a nejinak tomu bylo i u vodního díla Gabčíkovo. Ať už šlo o nepředvídatelné fyzické překážky zjišťované průběžně při odhalování konstrukcí nebo o vnější negativní aspekty způsobené pandemií, skokový nárůst cen stavebních materiálů či problémy vyplývající z války na Ukrajině. Veškeré problémy, které projekt potkaly, se však účastníkům výstavby podařilo překonat a plavební komory byly uvedeny do provozu v souladu s požadavky objednatele. O tom svědčila i spokojenost zástupců evropské komise a ministerstev při slavnostní proplavbě na dokončeném díle.