Technologie CPSP, její uplatnění a první zkušenosti v podmínkách ČR

Současné technologie pilotáže

Odhlédneme-li od u nás zatím nejvíce rozšířeného a v mnohých případech nezastupitelného náběrového vrtání a od pilot prefabrikovaných, existuje široká oblast, kde kromě klasické, dosud uplatňované technologie předrážených pilot Franki a různých variant pilot vibroberaněných bývá u speciálního zakládání uplatňována zejména technologie CFA. Proces pilotáže urychlila (a tedy zlevnila) a navíc odstranila nepříznivé průvodní dynamické účinky na okolní zástavbu. Spirálový nástroj je plynule zavrtán do požadované hloubky a následně je jeho dutým středem vháněna do vrtu betonová směs za současného vytahování vrtáku spolu s jádrem zeminy. Po skončení betonáže a začištění zhlaví je do piloty osazena požadovaná výztuž. U této technologie je tedy na rozdíl od technologie Franki nutná manipulace se zeminou vytěženou z vrtů (podobně jako u technologií náběrových). Tato skutečnost, která místně zvyšuje výslednou cenu pilot, vedla firmu SVIPP s.r.o. Brno k rozhodnutí uplatnit při pilotáži technologii souhrnně označovanou jako CPSP (cast in place screw piles) s variantami Atlas, De Waal, Omega aj.

Zkušenosti s použitím technologie roztlačování CPSP

Tato metoda spočívá, jak její název napovídá, v ?zašroubování? vrtného nástroje do zeminy, při kterém dochází k jejímu radiálnímu roztlačování, a v kontinuálním vyplnění vzniklého vrtu betonem směrem ode dna, přes duté vrtné soutyčí. Ocelová výztuž se následně zatlačí nebo zavibruje jako při realizaci vrtaných železobetonových pilot technologií CFA.
Při šroubování vrtného nástroje (compression auger head) dochází k masivnímu hutnění stěny vrtu. Prakticky veškerý objem vrtu je komprimován a pěchován do jeho okolí, čímž dochází k výraznému zlepšení fyzikálně mechanických vlastností zemního prostředí.
Zkušenosti potvrzují údaje uváděné firmou FRANKI, že při zavedení výpočtu únosnosti pro piloty lze při použití technologie CPSP uvažovat průměr o 30 % větší, než by odpovídalo průměru vrtného nástroje (viz dále). K částečné elimitaci pružné složky radiálního přetvoření dochází při vytěžování nástroje, za současného vyplňování betonovou směsí pod tlakem.

Pro výpočet a průkaz únosnosti hotové piloty, případně již v průběhu jejího provádění, lze výhodně využít průběžně snímaných údajů o hodnotách tlaků v jednotlivých hydraulických obvodech vrtné soupravy a čerpadla betonové směsi i ostatních naměřených veličin (rychlost posunu vrtáku v závislosti na otáčkách, čerpané množství betonové směsi apod.). Vyhodnocení takto získaných údajů umožňuje vytvořit korelační vztahy s výsledky dynamického či statického penetračního sondování nebo s výstupy laboratorních rozborů na vzorcích vrtného jádra.
Pro uplatnění metody CPSP byla kanceláří Ing. Karel Krupička zkonstruována a ve vývojové dílně firmě GEO-ING Jihlava postavena vrtná souprava na bagrovém podvozku Caterpillar (obr. 1-4) s použitím vrtné rotační hlavy Wirth B 6A s krouticím momentem 6,5 kNm. Pro kontinuální dopravu betonové směsi slouží pístové čerpadlo MECBO GETTO P2. 800 D o výkonu 15 m³hod^-1. Vrtný nástroj vlastní konstrukce má průměr 530 mm. V rámci ověřovacích zkoušek byly provedeny piloty v prostředí kvartérních aluvií charakteru přeplavených prachových a jílovopísčitých hlín a jílovitých písků, překrytých navážkami, s hladinou podzemní vody v úrovni 3,5 m pod terénem (ve vzdálenosti 35 m od koryta Svitavy). Makroskopický popis vrtného jádra a výsledek dynamické penetrační zkoušky je uveden na obr. 5-7. Piloty byly ponechány bez výztuže. Pro ověření únosnosti byla zvolena kratší pilota délky 4,05 m (přesná délka piloty a kvalita betonu po třech týdnech byla ověřena jádrovým vrtem) v očekávání, že se při hmotě zatěžovacího mostu 55 t podaří pilotu dostatečně zatlačit a získat celý průběh zatěžovací křivky. Tato hypotetická možnost byla potvrzena, neboť při využití veškerého balastu došlo na stupni 550 kN při vzrůstající deformaci (řádově cm) k úbytku zatěžovací síly. Zajímavé je srovnání grafu celkové deformace z této zatěžovací zkoušky s mezní zatěžovací křivkou velkoprůměrové piloty ø 800 mm podle ČSN 73 1004 pro daný geotechnický profil - prostředí měkkých a tuhých jemnozrnných zemin třídy F6 (CL-CI), částečně pod hladinou podzemní vody (obr. 5-7). Z obou křivek lze pro zatěžovací stupně 300 a 400 kN odečíst prakticky shodné deformace. Výsledek této jediné zatěžovací zkoušky sice nelze generalizovat, je však v souladu s výše uvedeným poznatkem firmy FRANKI.

¤ Obr. 5. Schéma geologického profilu

¤ Obr. 6. Graf celkové a trvalé deformace zkušební piloty - statická zkouška

¤ Obr. 7. Graf deformace piloty - statický výpočet piloty o průměru 800 mm

Po překonání počátečních potíží souvisejících se zvládnutím nové technologie CPSP existují zkušenosti z prvních staveb již v rozsahu několika stovek pilot. Jednalo se o stavby ve složitých geologických podmínkách s málo únosnou základovou půdou, případně v kombinaci s vysokou hladinou podzemní vody - tedy v lokalitách, které uplatnění některé z technologií pilotáže jednoznačně vyžadují. Piloty byly vesměs aplikovány jako plovoucí, ukončené v prostředí, do kterého již vrtný nástroj dále nepronikal. Potvrdil se původní předpoklad, že takovéto prostředí představují jemnozrnné zeminy pevné konzistence, velmi ulehlé nesoudržné zeminy a zeminy třídy R.
Příjemné je zjištění, že při dobré organizaci a za podmínky dodržení bezpečnosti a kvality lze dosáhnout výkonu kolem 100 bm za směnu. To je výhodné pro uplatnění i na stavbách středního rozsahu. Při malých stavbách se projeví relativně nízké přepravní náklady a vyloučení manipulace se zeminou v případě stísněných stavenišť a v městské zástavbě.

Závěr

Přes nesporné výhody provádění pilotáže technologií CPSP není v ČR pravděpodobně očekávat, vzhledem k rozmanitosti geologických podmínek, masivní rozšíření této technologie. Především přenesení větších zatížení (za hranici lze považovat cca 1200 kN) nelze řešit jedinou pilotou, ale pilotovou skupinou. Opatrnosti je třeba při posuzování únosnosti na ohyb v poměru k svislému zatížení, protože je třeba vycházet ze skutečného průměru piloty. Potíže rovněž vznikají při výskytu pevnějších vrstev v jinak měkkém nebo tuhém profilu. Pevné vrstvy na povrchu stavby, které nejsou určeny k odstranění, lze narušit nebo předvrtat jiným nástrojem.
Ukazuje se, že hlavní využití technologie CPSP v ČR se nalézá v prostředí souvrství měkkých až tuhých nebo málo až středně ulehlých kvartérních sedimentů, v kombinaci s vysokou hladinou podzemní vody, které nasedá na předkvartérní podloží nebo štěrkové terasy. Tedy prostředí tradičně předurčené pro pilotáž, ve kterém může velmi úspěšně konkurovat ostatním technologiím speciálního zakládání.