Návrh a realizace pažení stavební jámy pro Novou vodní linku ÚČOV

15. dubna 2019

Nová vodní linka (NVL) byla vybudována v hlavní stavební jámě na Císařském ostrově mezi korytem Vltavy a plavebním kanálem rozměrů cca 560 × 123 m, obvodu 1360 m, ohraničující plochu 68 150 m². V období realizace byla tato jáma největším paženým výkopem v České republice.

Autoři:
Ing. Tomáš Ředina
Ing. Václav Žák

V průběhu vypracovávání jednotlivých stupňů projektové dokumentace (dokumentace pro stavební povolení a dokumentace pro provedení stavby) se postupně zvažovalo několik technických variant zajištění hlavní stavební jámy NVL. Nakonec byla k zapažení stavební jámy a k zamezení přítoků podzemní vody zvolena a navržena pažicí stěna ze štětovnic osazovaných do jílocementové těsnicí podzemní stěny zapuštěné do nepropustného podloží.

V jihovýchodní části stavební jámy se nacházela základová spára ve vrstvách prokřemenělých břidlic, které by však byly drapákem na podzemní stěny netěžitelné. Z toho důvodu byla k zajištění výkopu v této části stavební jámy navržena a provedena převrtávaná pilotová stěna. Pažicí konstrukce hlavní stavební jámy byla navržena na statickou hladinu vody 183,00 m n. m., která odpovídá úrovni průtoku dvacetileté vody při povodni. Rýha podzemních stěn se těžila z upraveného terénu v úrovni cca 179,50 m n. m., přičemž štětovnice byly do rýhy vyplněné jílocementem instalovány s uvedenou návrhovou úrovní horní hrany 183,00 m n. m. Po zhotovení stěny byl po jejím vnějším obvodu do úrovně horní hrany pažení vybudován Sdružením ÚČOV Praha zásyp a kompaktní ochranná hráz stavby NVL proti povodni do úrovně Q₂₀. V koruně ochranné hráze byla též Sdružením ÚČOV Praha zřízena obslužná staveništní komunikace. Dodavatelem prací speciálního zakládání, resp. pažení stavební jámy, byla firma Zakládání staveb, a.s.

Geologické a hydrogeologické poměry

Stavba probíhala v geologicky prozkoumaném terénu Trojské kotliny v oblasti Císařského ostrova. Na ploše určené pro výstavbu nového areálu bylo provedeno celkem 43 průzkumných vrtů. V nejsvrchnějších vrstvách zájmového území se nacházely středně ulehlé jemné písky s příměsemi jemnozrnných a jílovitých zemin, jejichž mocnost byla proměnlivá a pohybovala se v rozmezí 3,5 až 8,0 m. V určitých polohách byly vrchní vrstvy tvořeny navážkami o mocnosti do 2,0 m. Pod vrstvou jemnozrnných písků se nacházela vrstva ulehlých štěrků maninské terasy s proměnlivou mocností, které jsou tvořeny úlomky až valouny z buližníku a křemene o velikosti 50–100 mm, s podílem písku. V těsné blízkosti stávajícího areálu dosahovaly mocnosti od 6,0 do 10,0 m, směrem k východní části stavební jámy docházelo ke snižování jejich mocnosti (5,0–8,0 m). Kolísání mocnosti ulehlých štěrků bylo dáno průběhem původního terénu a skalního podloží. Skalní podloží se vyskytovalo podél stávajícího areálu v hloubkách od 10,0 do 13,5 m od původního terénu, ve střední a východní části zájmového území pak v hloubkách od 7,0 do 10,0 m pod terénem. Skalní podloží bylo ve svrchních vrstvách tvořeno navětralými břidlicemi, jež místy přecházely až do horniny třídy R3.

Hladina podzemní vody byla zastižena v různých úrovních, a to z důvodu zaklesávání hladiny ve směru od plavebního kanálu k řece a ve směru toku řeky. Nejvýše se hladina podzemní vody nacházela podél plavebního kanálu v úrovni cca 1,0 až 3,5 m pod původním terénem, podél stávajícího toku Vltavy v hloubce cca 2,5–4,0 m.

Přípravné práce

Před zahájením prací na zajištění stavební jámy musely být Sdružením ÚČOV Praha provedeny poměrně rozsáhlé přípravné práce. Ty probíhaly paralelně již i s vlastními pracemi na pažení jámy, a to až do prosince 2015. Jednalo se o hrubé terénní úpravy pro pojezd pásových jeřábů Bauer MC 64, UNEX 641 a pilotážních souprav DELMAG RH 22, Bauer BG 18 hmotností až 90 t. Po obvodu stavební jámy byla v úrovni stávajícího terénu zřízena pracovní plošina s povrchem upraveným pro pojezd takto hmotných mechanismů. Byla odstraněna vzrostlá vegetace zasahující do prostoru budoucí stavební jámy a před zahájením prací objednatel v zájmovém území staveniště zajistil a vytyčil všechny inženýrské sítě vedené v místě.

Ve druhé polovině října 2015 byla zahájena příprava betonové plochy pro umístění výrobny jílocementové směsi s míchacím centrem a zařízením staveniště. Jednalo se o komplex zahrnující míchací centrum TWM 30, rozplavovač 7,0 m³, zásobní silo 56 m³ na bentonit, zásobní silo 56 m³ na cement a dvě zásobní sila 56 m³ na strusku. Součástí výrobny byly dvě kruhové zemní jímky o celkovém objemu 500 m³, které sloužily v průběhu provádění jako zásobní nádrže pro bentonitovou suspenzi. Z důvodu nasazení druhé těžní soupravy byla v průběhu realizace výrobna jílocementové směsi rozšířena tak, aby bylo možno zajistit její dvojnásobnou spotřebu.

Pažicí a těsnicí stěna ze štětovnic
K zajištění výkopu byla na většině obvodu použita pažicí a těsnicí stěna ze štětovnic VL 603 a VL 604 délek 7–14 m. Štětovnice byly osazeny do jílocementové podzemní stěny tl. 0,6 m zapuštěné do nepropustného podloží. Stěna byla podle projektové dokumentace vetknuta minimálně 500 mm do pevné břidlice třídy R4/R5. Pevnost jílocementové suspenze v tlaku byla 1,5 MPa po 28 dnech a její předpokládaný koeficient filtrace je 10^–11 až 10^–10 m.s^–1.

Těsnicí podzemní stěna byla těžena jako kontinuální rýha pod samotuhnoucí suspenzí, která zároveň plnila funkci pažicí kapaliny a byla průběžně doplňována na úroveň požadovanou projektovou dokumentací až do zatuhnutí. Na těžbu rýhy těsnicí stěny byl použit pásový jeřáb Bauer MC 64 s lanovým drapákem Stein K 510 a pásový jeřáb UNEX 641 s hydraulickým drapákem Stein K 510 o šířce 2,8 m. Těžba probíhala po lichých záběrech s vynecháním hrázek, které byly dotěžovány jako záběry sudé. Rýhy byly těženy najednou na plnou projektovanou hloubku na úrovni 7,5–15 m pod terénem. V průběhu těžby bylo důležité kontrolovat dodržení vetknutí těsnicí stěny minimálně 0,5 m do nepropustného podloží. Veškerý vytěžený materiál se odvážel na mezideponii v areálu stavby, ze které byl průběžně odvážen dále a ukládán na skládku.

Osazování štětovnic následovalo po vytěžení jednotlivých úseků rýhy těsnicí stěny cca po čtyřech až sedmi dnech. To se dělo autojeřáby LBH 40 t, LBH 35 t a vibračními beranidly ICE 18RF, ICE 416L.

Na třech místech byla stavební jáma doplněna o vjezdové rampy, jejichž vnitřní hrany byly zapaženy rovněž štětovnicemi. Stabilita vnitřní stěny byla zajištěna táhly přivařenými na obvodovou pažicí stěnu.

Provádění jílocementové stěny probíhalo téměř bez zásadních problémů s výjimkou severozápadního rohu staveniště, kdy v průběhu těžby jílocementové stěny došlo u objektu SO 04 Hrubé a mechanické předčištění podél stávající konstrukce zatrubněného Dejvického potoka v hloubce cca 8 m pod terénem k naražení na neprostupnou překážku a současně ke kompletní ztrátě pažicí suspenze v objemu cca 85 m³. Po dohodě se Sdružením ÚČOV Praha bylo rozhodnuto o vyplnění prostoru cementovou stabilizací P050. Současně byla technologie provádění těsnicí stěny změněna v úseku délky cca 16,5 m z technologie jílocementové PS těžené drapákem na stěnu z převrtávaných pilot. Důvodem byla nutnost provrtání neprostupné překážky a jistota pažení horní části vrtu kvůli obavám z poškození kabelových rozvodů. Po dokončení jílocementové stěny bylo za šest dní zahájeno stražení štětovnic. Přitom došlo v jiném úseku k zastižení další neprostupné překážky a úsek tak musel být přetěžen drapákem. Poté již mohly být štětovnice bez problémů osazeny.

V první fázi realizace těsnicích a pažicích stěn, která probíhala od listopadu do konce prosince 2015, byly provedeny těsnicí a pažicí stěny v úseku objektu SO 04 Hrubé a mechanické předčištění. Od začátku ledna do poloviny února 2016 byla realizována druhá fáze pažení, zajišťující stavební jámu oblasti objektů SO 06 Biologické vodní linky, SO 09 Dosazovacích nádrží a SO 10 Třetího stupně čištění.

Převrtávaná pilotová stěna
Na menší části obvodu NVL v jihovýchodním rohu v celkové délce cca 130 m byla pro zajištění stavební jámy u objektu SO 10 Třetí stupeň čištění použita převrtávaná pilotová stěna. Důvodem byla skutečnost, že základová spára se nacházela ve vrstvách prokřemenělých břidlic (třídy R3), které byly drapákem netěžitelné. Stěna byla zhotovena ze 181 vrtaných pilot průměru 880 mm umístěných v osových vzdálenostech po 700 mm. Pro přesné provedení pilotové stěny byly zhotoveny vodicí zídky se šablonami pro vrtný nástroj. Tvar a výztuž vodicích zídek musely být operativně upraveny po zastižení hladiny podzemní vody na vyšší úrovni, než předpokládal projekt. Práce byly zahájeny vrtáním primárních (nevyztužených) pilot vrtnou soupravou DELMAG RH 22 z pracovní plošiny; poté se střídavě prováděly sekundární (vyztužené) piloty. Vzhledem k zastižené geologii se piloty vrtaly rotačně náběrovým způsobem pod ochranou dvouplášťových ocelových pažnic. Délka primárních pilot dosahovala 8,5 až 10,0 m a sekundárních pilot 10,0 m tak, aby jejich paty byly vždy zavázány do nepropustného skalního podloží. Vzhledem k vrtání ve vrstvách zvodnělých písků a štěrků se musela pečlivě dodržovat technologická kázeň, aby nedošlo k provalení dna vrtu.

Primární piloty byly navrženy z betonu C16/20, konzistence S4 (s doporučenou redukcí nárůstu pevnosti 24–48 h). Sekundární piloty byly z betonu C25/30 s výztuží z armokošů z ocelových prutů tl. 25 mm. Kotvení pilotové stěny bylo obdobně jako u štětovnic provedeno v jedné až dvou úrovních podle příslušné pažené výšky. V místech kontaktu štětové stěny s pilotovou stěnou bylo nutné navrhnout detail napojení a technologický postup jednotlivých činností při vrtání pilot a osazování štětovnic. Jednalo se o kombinaci primární piloty z jílocementu a sekundární betonové piloty, do které byl po odpažení zavibrován svařenec profilů Larssen.

Po dokončení vrtných prací na konci roku 2015 byly začištěny hlavy pilot a v polovině ledna 2016 byly zahájeny práce na železobetonovém hlavovém věnci s navazující železobetonovou stěnou, která doplnila a výškově vyrovnala pilotovou stěnu po celé její délce do úrovně štětového pažení.

V průběhu provádění vzešel od Sdružení ÚČOV Praha požadavek na zhotovení většího počtu vrtaných studní, které sloužily během výstavby k odčerpání statické zásoby vody ze stavební jámy. Studny byly hloubeny vrtnou soupravou Bauer BG 18 a byly osazeny celkem padesáti ocelovými nebo plastovými pažnicemi. Práce na studních probíhaly s přestávkami v období leden až březen 2016. Dalším požadavkem bylo zhotovení sedmi pilotových základů pro pevné body základní vytyčovací sítě podél obvodu stavební jámy, které sloužily po celou dobu výstavby.

Kotvení stavební jámy
Po dokončení jílocementových stěn a osazení štětovnic na jednotlivých úsecích výstavby byl zahájen výkop stavební jámy na kotevní úrovně pro provádění kotev. Pažicí konstrukce byla kotvena ve dvou úrovních dočasnými tří- až šestipramencovými kotvami délky 10,0 až 15,0 m přes ocelové typizované převázky. Zemní práce byly koordinovány s postupem kotvení pažení tak, aby se co nejvíce zkrátila doba mezi odtěžením na kotevní úrovně a kompletním provedením kotvení. Při realizaci první a druhé kotevní úrovně u objektu SO 04 Hrubé a mechanické předčištění v západní části stavební jámy bylo důležité přesně dodržet úhel kotev tak, aby se nemohla porušit rámová konstrukce zatrubněného Dejvického potoka, který vedl podél kotvené štětové stěny.

První kotevní úroveň se nachází v úrovni normální hladiny Vltavy nad úrovní podzemní vody, druhá kotevní úroveň trvale pod úrovní podzemní vody. Kotvy druhé úrovně byly při průchodu štětovou stěnou těsněny ke štětovnici přivařeným nátrubkem s tzv. endpackerem. U převrtávané pilotové stěny byl přenos sil z 2. kotevní úrovně řešen železobetonovými převázkami s průchodkami. Prostup kotev pilotovou stěnou byl opět proveden průchodkami a utěsněn tzv. endpackerem. Vrtání první kotevní úrovně probíhalo podle dohodnutých postupů od konce listopadu 2015 do konce února 2016, druhá kotevní úroveň byla provedena během května 2016. Pro hloubení vrtů byly použity maloprofilové vrtné soupravy KLEMM KR 806, KLEMM KR 807 a JANO HVS. Pro výrobu cementové zálivky kotev se vybudovala dvě míchací centra – jedno umístěné v centrální části hlavní stavební jámy a druhé ve východní části za vnější hranou pažení.

Monitoring deformací pažicích konstrukcí
V průběhu navazující výstavby železobetonových monolitických konstrukcí jednotlivých objektů Nové vodní linky byl dodavatelem pažení stavební jámy, firmou Zakládání staveb, a.s., zajišťován i monitoring deformací pažicích konstrukcí, a to v profilech a intervalech určených hlavním statikem. U všech monitorovacích bodů se měřily svislé a vodorovné deformace a nebylo dosaženo žádných kritických hodnot pro horizontální ani vertikální deformace. V roce 2017 bylo štětovnicemi s rozpěrnými rámy provedeno pažení pro výtokové objekty u Vltavy SO 12 a SO 17. Po dokončení objektů vestavby byl prostor mezi pažením a novými konstrukcemi postupně vyplněn hutněným materiálem, kotvy byly přitom postupně deaktivovány a převázky demontovány.

Závěr

Práce na zajištění stavební jámy NVL představovaly rozsáhlou zakázku vyžadující pečlivou přípravu celé akce. Z hlediska nasazení většího počtu technologií speciálního zakládání na jednotlivých úsecích výstavby byla důležitá koordinace jednotlivých prováděných činností výstavby především při těžbě jílocementových stěn, osazování štětovnic a vrtání dočasných pramencových kotev. Podařilo se splnit požadavek Sdružení ÚČOV Praha na urychlení postupu prací při provádění jílocementových stěn s následným osazením štětovnic do poloviny února 2016 tak, aby mohly pokračovat navazující stavební práce a dílo mohlo být dokončeno v požadovaných termínech. Kvalita prací a zejména těsnost podzemních stěn byla prokázána průběhem celé výstavby NVL, kdy hlavní zhotovitel Sdružení ÚČOV Praha mohl realizovat veškeré konstrukce NVL prakticky v suché jámě na Císařském ostrově sice za nepřetr- žitého, ale udržitelného čerpání podzemní vody a snižování její hladiny.

Hlavní objemy prací speciálního zakládání Nové vodní linky ÚČOV Praha
■ Jílocementové stěny tl. 0,60 m: 14 840,0 m².
■ Spotřeba jílocementové suspenze: 13 763,0 m³.
■ Štětovnice VL 603: 5955,0 m².
■ Štětovnice VL 604: 11 124,0 m².
■ Dočasné pramencové kotvy KD3–KD6: 5571,0 m (nad HPV I. KÚ).
■ Dočasné pramencové kotvy KD4–KD6: 3740,0 m (pod HPV II. KÚ).
■ Převázky: 667 ks (kotvy), 76 ks (táhla).
■ Převrtávaná pilotová stěna: 181 ks Ø 880 mm, 1680,0 m.
■ Vrtané studny: 472,0 m.

Identifikační údaje stavby

Stavba: Celková přestavba a rozšíření Ústřední čistírny odpadních vod (ÚČOV) Praha na Císařském ostrově, stavba č. 6963, etapa 0001 – Nová vodní linka (NVL)
Investor: hlavní město Praha zastoupené Odborem investic Magistrátu hlavního města Prahy
Projektant: Sweco Hydroprojekt a.s. (subdodavatel Sdružení ÚČOV Praha)
Zhotovitel: Sdružení ÚČOV Praha ve složení: vedoucí účastník Sdružení SMP CZ, a.s., a členové Sdružení HOCHTIEF CZ a.s., SUEZ International SA (dříve Degrémont), WTE Wassertechnik, GmbH, DWP Praha v.o.s.
Návrh zajištění stavební jámy: FG Consult, s.r.o.
Dodavatel prací speciálního zakládání, resp. pažení stavební jámy: Zakládání staveb, a.s.

Identifikační údaje stavby