PROJEKT SANACE A SANOVÁNÍ VAD OSTĚNÍ VOTICKÉHO TUNELU NA ŽELEZNIČNÍ TRATI VOTICE – BENEŠOV U PRAHY THE PROJECT OF THE REPAIR AND FIXING OF PANELING DEFECTS OF „VOTICKY TUNEL“ ON RAILWAY IN THE DIRECTION FROM VOTICE TO BENESOV U PRAHY Ing. Libor Mařík Ing. Vladimír Mika Ing. Viktor Slezák Ing. Ladislav Štefan Ing. Eva Tatíčková
(1) (2) (3) (4) (5)
(1) IKP Consulting Engineers s.r.o., Jankovcova 1037/49, 170 00 Praha 7, Tel.: 605 707 767, fax: 255 733 605, e-mail:
[email protected], www.ikpce.com (2) SGS Czech Republic s.r.o., K Hájům 1233/2, 155 00 Praha 5, Tel.: 602 326 456, fax: 234 708 100, e-mail:
[email protected], www.sgs.com (3) SGS Czech Republic s.r.o., K Hájům 1233/2, 155 00 Praha 5, Tel.: 602 285 004, fax: 234 708 100, e-mail:
[email protected], www.sgs.com (4) HOCHTIEF CZ a.s., Plzeňská 16/3217, 150 00 Praha 5, Tel.: 602 273 703, fax: 257 406 008, e-mail:
[email protected], www.hochtief.cz (5) HOCHTIEF CZ a.s., Plzeňská 16/3217, 150 00 Praha 5, Tel.: 602 688 270, fax: 257 406 008, e-mail:
[email protected], www.hochtief.cz
Klíčová slova: tunel, sanace, novostavba, stavebně technický průzkum, průsaky. Anotace: Při výstavbě hloubeného dvoukolejného Votického tunelu na traťovém úseku Votice – Benešov u Prahy došlo při betonáži k mělkým plošným i hloubkovým lokálním vadám ostění navrženého z betonu odolného proti průsakům. Vzniklou situaci bylo nutné řešit velmi rychle, neboť obnova vodonepropustné funkce ostění podmiňovala provádění zásypů tunelu. Abstract: During the structures of double-track tunnel - „Voticky tunel“ on the railway from Votice to Benešov u Prahy some shallow and deep local defects were discovered on paneling, which was supposed to be resistant to seepages. This situation had to be resolved quickly as the restoration of waterproof function of paneling was connected to the tunnel filling. 1. ÚVOD Nově prováděný dvoukolejný železniční tunel Votický délky 590 m je součástí 4. železničního koridoru, který tvoří severojižní železniční propojení od státní hranice ČR/SRN přes Děčín – Prahu – České Budějovice až k hranicím s Rakouskem. Spolu s dalšími 4 tunely na 18,5 km dlouhém modernizovaném úseku Votice – Benešov u Prahy umožňuje železnici překonat terénní nerovnosti Jihočeské vysočiny a napřímením původní trati dosáhnout traťové rychlosti až 160 km/h. 2. POPIS TECHNICKÉHO ŘEŠENÍ TUNELU Tunel byl vzhledem k nedostatečné výšce nadloží do max. 9 m prováděn v otevřené stavební jámě, jejíž hloubka dosahovala bezmála 20 m. Horninový masiv tvoří v dané lokalitě granitoidy různého stupně zvětrání. Při hloubení bylo nutné použít pro rozpojování horniny trhací práce. Z důvodu minimalizace objemu zemních prací byla šířka stavební jámy ve dně dána šířkou konstrukce tunelu, jehož boky se přímo opíraly o boky stavební jámy (viz obr. 1). 82
Obr. 1: Příčný řez tunelu a stavební jámy
Pro vyrovnání nerovností vzniklých při odstřelu poslední etáže stavební jámy byly na horninu na bocích jámy nabetonovány vyrovnávací klíny. Vlastní betonáž ostění probíhala pomocí bednících vozů v blocích betonáže délky 10 m. Bednění tvořil ocelový most nesoucí plášť jak vnitřního, tak vnějšího bednění. Zatímco bednící vůz líce ostění pojížděl po kolejnicích instalovaných na předem vybetonované patky tunelu, rubové bednění pojíždělo po horní úrovni vyrovnávacích klínů na bocích stavební jámy. Klenbu tunelových pásů tvoří beton odolný proti průsakům vody pevnostní třídy C 25/30-XC2, XF1 s výjimkou portálových tunelových pásů P1 a P2, které jsou navrženy z betonu C 30/37-XC2, XF3. Minimální tloušťka ostění ve vrcholu klenby činila 500 mm a směrem do boků se zvětšovala. U betonu všech kleneb byla investorem požadována odolnost proti průsakům vody s maximálním povoleným průsakem 35 mm pro beton ostění C25/30 XF1, resp. 20 mm pro beton C30/37 XF3 dle ČSN EN 12309-8. Beton klenby ostění odolný proti průsakům tvoří spolu s vnitřními těsnícími pásy jedinou zábranu proti pronikání vody do tunelu. Novostavba tunelu vyžadovala návrh konstrukce na třídu vodotěsnosti 0 dle čl. 20.3.8.1 TKP20. Hydroizolační systém byl navržen jako deštníkový. Podzemní voda při tomto systému izolování tunelu volně stéká po konstrukci k bočním tunelovým drenážím a je gravitačně odváděna do prostoru portálu. Tlakové působení vody na konstrukci není uvažováno. Zvláštností byla kromě rozepření ostění tunelu a boky stavební jámy i samonosná výztuž ostění (viz obr. 2), která je standardně používána spíše v ražených úsecích tunelů.
Obr. 2: Samonosná výztuž vodonepropustného ostění tunelu
Důvodem jejího použití bylo urychlení proudového postupu výstavby. Montáž samonosné výztuže probíhala nezávisle na postupu bednícího vozu a neblokovala betonáž ostění. Montáž výztuže jednoho bloku ostění trvala cca 8 hodin, cyklus betonáže ostění od ustavení bednícího vozu přes vlastní betonáž až po odbednění a přesun vozu na další blok trvala cca 30 hodin. Při montáži výztuže na bednění by se celková doba jednoho cyklu prodloužila na cca 38 hodin.Tato doba se měnila v závislosti na klimatických podmínkách. Kriteriem pro odbednění bloku betonáže bylo dosažení pevnosti 12 MPa ve vrcholu klenby. Pevnost se měřila Schmidtovým kladívkem po otevření okna pro betonáž, nebo po odbednění čela bloku betonáže. 83
3. POPIS SITUACE VZNIKLÉ PŘI REALIZACI Již při hloubení stavební jámy docházelo ke komplikacím, způsobeným zejména odlišných sklonem diskontinuit v horninovém masivu od předpokladů projektové dokumentace. Nepříznivá orientace puklin vzhledem k rovině svahu stavební jámy způsobovala lokální nestability svahů stavební jámy a vypadávající bloky horniny ohrožovaly bezpečnost provádění stavebních prací. Proto musely být na téměř 3 měsíce práce přerušeny a nalezen způsob bezpečného zajištění svahů jámy. Tím se dostal harmonogram stavby do skluzu a těžiště betonářských prácí sklouzlo do zimních měsíců let 2010/2011. Proti tepelnému šoku po odbednění byla konstrukce chráněna klima-vozem, který po odbednění zaujal původní polohu bednícího vozu a chránil hydratující beton ostění před rychlým vychladnutím a vznikem nežádoucích trhlin. Vnější stranu ostění chránily po odbednění polystyrénové rohože a přes ně pokládaná geotextilie. Betonáž ostění v těžkých klimatických podmínkách i snaha zhotovitele o dohnání skluzu v harmonogramu prací byly zřejmě hlavní příčinou vad ostění, ke kterým při realizaci došlo. Vzniklou situaci řešil zhotovitel a projektant s investorem stavby, kterým byla SŽDC. První stanovisko investora na zbourání nejvíce poškozených kleneb se po dlouho trvajících diskusích podařilo zvrátit a byl zahájen standardní postup prací, který je v případě železničních tunelů definován požadavky TKP 23 Sanace inženýrských objektů. Konstrukce byla vyšetřena pomocí stavebně technického průzkumu, lokalizovány vady a vytvořeny jejich charakteristické typy. Následně došlo k vypracování projektu sanací, který byl předložen ke schválení zástupcům investora. Podle projetu sanací zpracoval zhotovitel technologické postupy prací pro jednotlivé metody provádění a nechal je spolu s kontrolním a zkušebním plánem rovněž schválit zástupcům investora. Pak teprve mohly být zahájeny vlastní sanační práce. 4. STAVEBNĚ TECHNICKÝ PRŮZKUM Cílem stavebně technického průzkumu bylo jednoznačně zjištění zjevných i skrytých vad ostění a poskytnutí dostatečného množství podkladů pro vypracování projektu sanace. Stavebně technický průzkum byl zaměřen zejména na: ● obnovení homogenity prvků narušených trhlinami (při překročení šířka Wk ≥ 0,2 mm); ● obnovení schopnosti konstrukce odolávat průnikům vody s povolenou hloubkou průsaku dle vlivu prostředí (pro XF1 35 mm, pro XF3 20 mm); ● obnovení estetického vzhledu konstrukce (v případě líce ostění a portálových pásů); ● obnovení statické funkce nekvalitně provedených vrstev ostění (pokud hloubka vady zasáhne do nosné části průřezu a bude plošně obnažena výztuž). Vzhledem k tomu, že se jednalo o sanaci nové konstrukce, nepředpokládalo se, že by sanací bylo nutno řešit zastavení korozních procesů na výztuži. Stavebně technický průzkum se proto zaměřil na beton ostění především s ohledem na obnovení vad krycí vrstvy výztuže a dosažení požadované životnosti konstrukce. Projektant na základě místního šetření stanovil typy vad, které měly být stavebně technickým průzkumem lokalizovány a metodiku, podle které měly být vady zjišťovány. Jednalo se o vady typu: a) otevřená struktura betonu (povrchová štěrková hnízda) b) vznik pórů ve smyslu článku 20.3.4.18 TKP 20 SŽDC c) vznik hnízd či stínů za výztuží a v místě distančníků d) vyčnívající kovové části výztuže a montážních prvků e) nedostatečná tloušťka krytí výztuže f) vznik trhlin nad limit stanovený v TKP 20 g) odrcení hran ostění (výklenky, niky, spáry tunelových pásů) h) průsaky ostěním a výluhy
84
typ A; typ B; typ C; typ D; typ E; typ F; typ G. typ H
Vady ostění typu „A“ spojené s otevřenou strukturou betonu (viz obr. 3) byly zjišťovány vizuálně na obou volně dostupných površích ostění. Pro každý tunelový pás (blok betonáže) provedl zpracovatel průzkumu pasportizaci s uvedením rozsahu vady a lokalizací na povrchu ostění. Na základě místního šetření vytipoval reprezentativní místa s největší předpokládanou hloubkou poruchy a v těchto místech provedl ověřovací jádrové vrty o průměru 100 mm a hloubce do 350 mm. Z vrtů byly následně odebrány vzorky pro ověření pevnosti betonu v tlaku a zároveň zjištěna hloubka povrchové poruchy. Vzorky byly z jádra odebrány v souladu s požadavky normy mimo rozsah porušené části ostění, u které se po sanaci předpokládalo obnovení projektované tloušťky konstrukce materiály a postupy uvedenými v projektu sanací. I když investor trval na provedení zkoušek i z porušených částí vzorku, projektant je při hodnocení statické funkce ostění do souboru výsledků nezahrnul, aby nedošlo ke zkreslení celkových výsledků. Odebírání, příprava a zkoušení vzorků probíhalo v souladu s ČSN EN 12504-1.
Obr. 3: Odstranění nekvalitního betonu s otevřenu strukturou
Požadavky na povrch ostění stanovují TKP 20 Tunely v článku 20.3.4.18, ve kterém se o pórech na povrchu vyztuženého ostění (typ vady „B“) říká, že na bocích tunelů, pod skloněnými plochami ostění jsou póry do průměru 20 mm prakticky nevyhnutelné a neškodné. U ostění s výztuží, což byl právě případ Votického tunelu, nesmí hloubka pórů překročit hodnotu 10 mm. Stavebně technický průzkum byl proto zaměřen na vyhledání míst na povrchu konstrukce, kde hloubka a průměr pórů přesahoval předpisem stanovené hodnoty. Takto postižené oblasti byly v pasportizaci vad označeny a následně sanovány podle postupu uvedeného v projektu sanace. Při odebírání vzorků pro zjišťování pevnosti betonu byly v místě plošných štěrkových hnízd zastiženy i nedostatečně zhutněné kaverny, situované v blízkosti výztuže (typ vady „C“). Velikost kaveren se pohybovala do cca 20 mm. Jednalo se zřejmě o stejnou příčinu vzniku, která vedla k vytvoření plošných štěrkových hnízd, tj. nedostatečné zhutnění povrchové vrstvy betonu. V hlubších vrstvách konstrukce tyto kaverny v žádném z odebraných vzorků zastiženy nebyly, beton odebraný z vývrtů byl homogenní a jeho parametry odpovídaly požadavkům uvedeným v zadávací dokumentaci. Proto se dalo předpokládat, že při odstraňování nekvalitně provedené vrstvy betonu dojde k odstranění i těchto vad a poškozená místa budou sanována stejným způsobem, jako v případě poruch typu „A“. Betonáž ostění probíhala do posuvného bednění jehož vnější, rubová část nebyla ve vrcholu klenby uzavřena. Zhotovitel si v této části vytvořil z přidaných prutů výztuže šablonu, podle které tvaroval vrchlík ostění. Při místním šetření bylo zjištěno, že na portálovém bloku výjezdového portálu tato pomocná výztuž v ostění zůstala a vzhledem k minimálnímu, či žádnému krytí betonem mohla v budoucnu při korozi představovat nebezpečí pro povrchové vrstvy betonu (typ vady „D“). Proto bylo nutno pomocnou výztuž s nedostatečným krytím z konstrukce vyšramovat a následně provést reprofilaci ostění podle postupů uvedených v projektu sanací. 85
Nedostatečné krytí výztuže, označované jako typ vady „D“ může být způsobeno na líci ostění podrcením nebo zatlačením distančních prvků při osazování bednícího vozu, na rubu nesprávným osazením rubového bednění, nebo posunem bednění v průběhu betonáže. Na líci ostění je možno tento typ poruchy zjistit vizuálně prokreslením rastru výztuže na povrchu ostění, neboť samonosná výztuž klesne při podrcení distančnímu vlastní vahou na plášť bednícího vozu. Na rubu lze kromě vizuální kontroly použít i výsledky získané vyhodnocením vývrtů z ostění, prováděných za účelem zjištění pevnosti, nebo vodonepropustnosti ostění. Podle příslušné normy je u každého vzorku povinna akreditovaná laboratoř uvést polohu výztuže vzhledem k povrchu vzorku, pokud byla výztuž vývrtem zastižena. Zároveň je ze všech vrtů pořízena fotodokumentace, ze které je možno zjistit polohu výztuže ve vzorku. Vzhledem k tomu, že konstrukci ostění tvoří beton odolný proti průsakům a zajišťuje vodonepropustnost konstrukce, hraje zásadní roli i šířka trhlin. Jejich pasportizace proto byla před provedením zpětných zásypů zaměřena na lokalizaci nadlimitních trhlin (typ vady „F“) pouze na rubové straně ostění, aby mohla být konstrukce co nejrychleji zasypána zpětným zásypem. Na líci ostění bylo provádění paspartu požadováno až po provedení zpětných zásypů, kdy lze očekávat vznik smršťovacích a především statických trhlin. Pasportizaci a případnou sanaci mělo proto smysl provádět až na plně zatížené konstrukci. Kriterium šířky trhlin odpovídá požadavku TKP 20, čl. 20.3.4.4, tabulka 11, kde je pro ostění odolné proti průsakům požadována hodnota Wk < 0,2 mm. Tomuto požadavku odpovídalo dimenzování konstrukce a návrh výztuže. Při prohlídce tunelu po déle trvajících deštích se na ostění objevovala vlhká místa, která svědčila o lokálním oslabení konstrukce. Tato místa mohla vznikat jednak ve vlastním betonu ostění, jednak ve spárách mezi tunelovými pásy. Příčinou průsaků mohla být např. i nedůsledně ošetřená pracovní spára vzniklá přerušením betonáže, nedostatečné hutnění betonu zejména v místě styčníků samonosné výztuže apod. Aktivní průsaky klenbou ostění jsou vadami, které je nutno lokalizovat a sanovat tak, aby byla obnovena funkce vodonepropustného ostění. Vzhledem k tomu, že průzkum byl prováděn v období, kdy ještě nebyly zaslepeny všechny otvory po spojovacích tyčích vnějšího a vnitřního bednění, bylo třeba rozlišovat průsaky těmito otvory a případné rozlití vody po ostění pod těmito otvory. V tomto případě se nejednalo o vadu, ale nedokončenou konstrukci ostění. V takovém případě bylo nutné provést pasport průsaků až po zajištění vodonepropustnosti ostění jako celku, tj. až po utěsnění otvorů. Výrazný průsak ostěním byl objeven v místě záchranného výklenku a je dokumentován na obrázku č. 4.
Obr. 4: Průsak ostěním v místě záchranného výklenku
V rámci stavebně technického průzkumu byly na konstrukci prováděny následující zkoušky: ● ověření pevnostních charakteristik betonu klenby ostění dle ČSN EN 12 504-1 v čl. 10 ● ověření odolnosti betonu ostění proti průsakům dle ČSN EN 12 390-8 v čl. 8 ● ověření soudržnosti sanačních materiálů s podkladem dle ČSN 73 6242, přílohy B, čl. B7.2 Součástí prováděného průzkumu byla rovněž fotodokumentace vad ostění i prováděných vývrtů, referenčních ploch a odebraných vzorků. 86
5. VÝSLEDKY ZÍSKANÉ V RÁMCI PRŮZKUMU Stavebně technický průzkum měl v první řadě podat informaci o pevnostních charakteristikách betonu, neboť zástupce investora po prohlídce konstrukce zpochybňoval i statickou funkci ostění a trval na demolici některých nejvíce poškozených bloků betonáže. Dalším zásadní informace se týkaly obnovení funkce ostění jako vodonepropustného prvku. S napětím byly proto očekávány zejména výsledky zkoušek pevnosti betonu v tlaku a zkoušky hloubky průsaků. Místa pro odběr vzorků byla určena ve dvou etapách. V první etapě byla zástupcem investora při místním šetření dne 19.4. 2011 určena místa na nejvíce povrchovými vadami typu „A“ poškozených klenbách. Jednalo se o celkem 6 bloků betonáže a z rubu konstrukce bylo odvrtáno celkem 7 vrtů o průměru 100 mm (viz obr. 5)
Obr. 5: Vývrty z ostění pro zkoušky pevnosti betonu v tlaku
Druhý odběr vzorků proběhl dne 5. až 6.5.2011 za účasti zástupců firmy HOCHTIEF CZ jako zhotovitele, firmy Beton Bohemia ZL jako zástupce akreditované zkušební laboratoře a firmy IKP Consulting Engineers jako projektanta realizační dokumentace tunelu a projektu sanace vad ostění. Odběr vzorků pro ověření pevnosti betonu v tlaku proběhl v místech určených projektantem podle stejného kriteria, jako v prvním případě, tj. v místech vyhodnocených jako nejvíce poškozených vadami typu „A“. Odběr vzorků i zkoušky probíhaly v souladu s normou ČSN EN 12504-1, i když zástupce investora požadoval do hodnocení zahrnout i vzorky obsahující poškozenou povrchovou vrstvu betonu. Tyto vzorky byly sice připraveny a odzkoušeny, jako nenormové však nebyly do hodnocení zahrnuty. Všechny vzorky byly odebrány z konstrukce o projektované pevnostní třídě C25/30. Nejnižší naměřená pevnost betonu v tlaku dosahovala hodnoty 34,1 MPa, nejvyšší pak 67, 3 MPa. Ve všech případech probíhalo zkoušení na vzorcích betonu o stáří min. 28 dní. Kompletní výsledky zkoušek ukazuje graf na obrázku č. 6. Pevnost v tlaku normových vzorků (kontrolní zkoušky dle ČSN EN 12390-3)
70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 50a
50b
49a
49b
46a
46b
44Vc
44Vb
43c
44b
42c
43b
42b
42a
42b
41c
39c
41b
39b
39a
39b
38c
38b
24a
0,0 24b
Pevnost v tlaku [MPa]
80,0
Číslo vzorku / tunelového pásu
Obr. 6: Grafické vyhodnocení pevnostních zkoušek sanované konstrukce 87
Výsledky zkoušek ukazují, že ani v jediném případě neklesla pevnost vzorků pod normou stanovenou mez a kvalita betonu je v souladu s požadavky realizační dokumentace, resp. je pevnost betonu vyšší, než požaduje projekt. Pro zajímavost ukazujeme i výsledky zkoušek pevnosti v tlaku nenormových vzorků, které obsahovaly i poškozené části povrchu ostění. Z následujícího grafu je zřejmé, jaký vliv na výslednou pevnost má poškození vzorku, resp. jeho hloubka v poměru k celkové tloušťce zkušebního tělesa. Vzhledem k tomu, že poškozený beton byl v plném rozsahu z konstrukce odstraněn a nahrazen sanačním materiálem, nemělo smysl se výsledky těchto zkoušek vážně zabývat. Rozptyl naměřených hodnot byl značný a pohyboval se podle podílu poškozeného betonu ve vzorku od 5,6 MPa až po 37,4 MPa. Výsledky ukazuje graf na obrázku č. 7.
Pevnost v tlaku poškozených vzorků (nenormové vzorky)
Pevnost v tlaku [MPa]
40 35 30 25 20 15 10 5 0 38a
39a
41a
42a
43a
44a
44Va
Číslo vzorku Obr. 7: Grafické vyhodnocení pevnostních zkoušek nenormových vzorků ostění
Neméně důležité byly i výsledky zkoušek měření hloubky průsaků prováděných podle metodiky uvedené v ČSN EN 12 390-8. Pro beton portálových pásů C30/37 XF3 platilo kriterium hloubky průsaku 20 mm dle ČSN EN 206-1/Z3 tab. F.2. U betonu C25/30 ostatních bloků betonáže s vlivem prostředí XF1 platilo přísnější kriterium hloubky průsaku a místo normou požadovaných 50 mm byla použita investorem požadovaná hodnota 35 mm. Při místním šetření dne 5.5.2011 byly projektantem určena místa odběru vzorků pro měření hloubky průsaku. Jednalo se o jádrové vrty o průměru 150 mm vrtané na rubu ostění,a to jak na boku, tak ve vrcholu klenby. Na boku bylo kriteriem pro situování vrtu štěrkové hnízdo velkého rozsahu s předpokládanou maximální hloubkou poškození konstrukce. Ve vrcholu klenby byla kriteriem pro situování vrtu otevřená struktura betonu, která je způsobena absencí finální úpravy povrchu betonu na rubu ostění betonovaného mimo vnější bednění. Vzorky byly odebrány z nejvíce vadami postižených bloků betonáže. Na všech vzorcích byla odstraněna poškozená část na rubu ostění a vzorek byl připraven a zkoušen v souladu s ČSN EN 12590-8. Limitní hodnoty nebyly dosaženy ani u jednoho ze zkoušených vzorků. Proto bylo možné prohlásit, že pod nekvalitní vrstvou betonu na povrchu konstrukce se nalézá beton odpovídající jak pevností, tak z hlediska vodonepropustnosti požadavkům projektu. Po získání těchto informací se další část zkoušek zaměřila na prověření možnosti sanace a obnovení původně plánované funkce ostění. Jednalo se o odtahové zkoušky na referenčních plochách přímo na konstrukci. Konkrétní sanační materiál navrhl projektant po dohodě se zhotovitelkou firmou a následně byl předložen investorovi ke schválení. Na referenční ploše v místě vybouraného štěrkového hnízda byl sanační materiál aplikován podle předepsaného technologického postupu. Referenční plocha byla připravena na portálovém tunelovém pásu. Odstranění poškozených vrstev ostění probíhalo bouracím kladivem a pemrlicí. Odtahové zkoušky se konaly za přítomnosti zástupce investora a probíhaly v souladu s ČSN 736242 – 88
příloha B ve dvou termínech při stáří sanační hmoty 7 dní a 20 dní. Na základě požadavku investora bylo kriterium zpřísněno na 1,5 MPa. K porušení vzorku došlo buď ve vrstvách lepidla, nebo ve vrstvách podkladu. Jako nevyhovující z hlediska požadovaných parametrů byla zkouška označena v případě, kdy došlo k porušení v místě sanace při hodnotě pevnosti nižší než 1,5 MPa. Vyhodnocení zkoušky lze proto považovat z hlediska požadavků TKP 23, tab. 23-1 vzhledem k použitým kriterium za nadstandardní a závěry leží na straně bezpečné. Odtrhové zkoušky byly provedeny přístrojem Dyna Z16 s použitím zkušebních terčíků kruhového průřezu průměru 50 mm (plocha 1963 mm2) nebo čtvercové terčíky o hraně 50 mm (plocha 2500 mm2). Výsledky odtahových zkoušek ukazuje graf na obr. 8. Odtrhové zkoušky na referenční ploše (ČSN 736242 - příloha B) 4,5 4
Pevnost [MPa]
3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
1
Řada1 3,41
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
3,85
2,66
2,28
1,19
1,56
1,36
1,5
0,9
1,09
1,64
1,48
1,1
0,8
1,93
2,41
Číslo zkoušky
Obr. 8: Grafické vyhodnocení odtrhových zkoušek na referenčních plochách
Vzhledem k tomu, že se u některých zkoušek nepodařilo dosáhnout ze strany TDI požadované pevnosti 1,5 MPa, byla vytvořena nová referenční plocha a zkouška se opakovala. Při zkoušce byla dosažena průměrná pevnost 2,71 MPa > 1,1 MPa. Žádná z hodnot neklesla pod 0,8 MPa. Bylo splněno i investorem požadované kriterium pro pevnost > 1,5 MPa. 6. PROJEKT SANACE A VLASTNÍ REALIZACE SANACÍ Projekt sanace byl vypracován na základě výsledků zkoušek a informací zjištěných v rámci stavebně technické průzkumu. Probíhal v úzké spolupráci projektanta, zhotovitele a zástupců akreditované zkušebny Beton Bohemia ZL, která prováděla stavebně technický průzkum. Projekt sanace i navržené technologické postupy odpovídaly striktně požadavkům TKP 23 SŽDC. Sanační materiály byly voleny tak, aby zaručily splnění definovaných požadavků. Z hlediska harmonogramu provádění byly na kritické cestě sanace plošných vad rubu ostění. Před nanášením sanačních hmot byla provedena předúprava povrchu ostění s cílem otevření struktury betonu tak, aby mohlo dojít k dobrému zakotvení reprofilačních vrstev. Místo poruchy betonu bylo na základě pasportizace vad označeno a ohraničeno úhlovou bruskou s diamantovým kotoučem pomocí zářezu do hloubky cca 10 mm. Na základě vyhodnocení vzorků byla stanovena hloubka poškození vzorků cca do 20 mm až 50 mm, lokálně se předpokládalo ojedinělé poškození až do hloubky 100 mm. Odstranění nekvalitní vrstvy betonu bylo navrženo jednak mechanicky pomocí lehkých pneumatických kladiv do 4 kg, jednak nasazením vysokotlakého vodního paprsku. Této metodě byla přisuzována ze strany projektanta i zhotovitele velká vážnost, neboť se jedná o výběrový způsob odstraňování porušených vrstev betonu šetrný k vlastní konstrukci ostění. Cílem bylo minimálně porušit „zdravou“ část betonového průřezu a odstranit pouze jeho poškozené části. Praktické použití vysokotlakého vodního paprsku při odstraňování nekvalitních vrstev betonu na rubu konstrukce ukazuje obrázek č. 9.
89
Obr. 9: Odstraňování betonu vysokotlakým vodním paprskem
Pro nahrazení odstraněné části konstrukce byly navrženy dva sanační materiály. V případě odstranění povrchové vrstvy v tloušťce menší než 15 mm se jednalo o Sika Mono Top 620 se spojovacím můstkem Sika Mono Top 910N. Těmito materiály byla sanována i místa pórů na líci ostění, jejichž rozměry překračovaly hodnoty uvedené v TKP20. Pokud tloušťka odstraněné vrstvy betonu přesáhla 15 mm, byla použita hmota SikaTop 122 SP nanášená strojně v tloušťkách do 40 mm, nebo ručně v tloušťkách do 20 mm. Pokud tloušťka odstraněné vrstvy zasáhla až k výztuži, byl pro ochranu výztuže použit rovněž materiál Sika Mono Top 910N. Na rozdíl od jeho použití jako pevnostního můstku mezi betonovým podkladem a sanační hmotou, kdy je nutno sanační hmotu nanášet do vlhkého můstku, je v případě jeho využití jako ochrany výztuže sanační materiál nanášen na zaschlý povrch můstku po cca 5 hodinách od nanesení. Stejnými materiály byla vyplněna místa po odběru vzorků v rámci stavebně technického průzkumu. Pro pasivaci výztuže v případě nedostatečného krytí byla navržena kombinace materiálů Sika Top 122 SP a pevnostního můstku Sika Mono Top 910N. V případě, že by byl sanační materiál nanášen na líc konstrukce v prostoru ohraničeném půdorysem sdruženého tunelového průjezdného průřezu (STPP), bylo by nutné vrstvu sanačního materiálu vyztužit nerezovým pletivem přikotveným k podkladu pomocí nerezových kotviček, aby při případném uvolnění sanační hmoty nedošlo během provozování tunelu ke zranění osob, nebo poškození projíždějícího vlaku. Tento poměrně komplikovaný způsob nebylo naštěstí nutné použít. Z hlediska zajištění vodonepropustnosti ostění hrály významnou roli i trhliny. Vznik trhlin automaticky nevyvolává potřebu jejich oprav a jejich vznikem je podmíněno správné fungování železobetonového průřezu. Kriteriem pro sanaci trhliny byla její šířka Wk ≥ 0,2 mm. Pro výplň smršťovacích trhlin byla použita jednosložková hydrofilní pryskyřice na bázi polyuretanu, která při styku s vodou bobtná a vytváří trvale pružnou těsnící hmotu. Jednalo se o výrobek MEYKO MP 350. Pro sanaci případných statických trhlin byl v projektu navržen materiál PCI Apogel F. Po zainjektování se ústí trhliny do hloubky 50 mm prořízlo a zbavilo zbytků betonu pomocí stlačeného vzduchu. Následně se vzniklý řez zaplnil materiálem PCI Polyfix 5min, nebo SikaDur 31 Rapid. Stejným způsobem bylo navrženo sanovat i průsaky konstrukcí, ke kterým docházelo v místě vnitřních těsnících pásů nebo styčníků samonosné výztuže, kde zřejmě nedošlo k dostatečnému probetonování konstrukce. Příklad dotěsňování prosakující pracovní spáry mezi bloky betonáže ukazuje obrázek č. 10. Provádění sanací a dodržování technologických postupů bylo po celou dobu pečlivě sledováno technickým dozorem investora. Ověřování kvality materiálů a provedených prací probíhalo podle kontrolního a zkušebního plánu. Četnost provádění zkoušek a sledování ukazuje tabulka č. 1. 90
Obr. 10: Injektování pracovní spáry pryskyřicí na bázi polyuretanu Zkouška
Pracovní postup
Kontrola podkladu před nanesením správkové hmoty nebo spojovacího můstku Pevnost v tahu povrchových vrstev betonu
Pevnost v tahu za ohybu a tlaku správkových hmot
Zápis v SD
Stavbyvedoucí, TDI
ČSN 736242
3x na 100m2 sanované plochy
Protokol AZL Zápis do SD
Stavbyvedoucí Beton Bohemia
3x na 100m2 sanované plochy
Protokol AZL Zápis do SD
Stavbyvedoucí Beton Bohemia
1sada/týden/materiál trámečky 40x40x160 2 sady/materiál/akce trámečky 40x40x160 opravované plochy větší než 0,5m2
Protokol AZL Zápis do SD Protokol AZL Zápis do SD
Stavbyvedoucí Beton Bohemia Stavbyvedoucí Beton Bohemia
Zápis vad do SD
Stavbyvedoucí
ČSN 731322
Spojení vrstev s podkladem akustickou trasovací metodou Klimatické podmínky a teplota podkladu při aplikaci vrstev systému Vlhkost podkladu před nanášení vrstev systému
Zodpovědnost /provádějící
Před každou sanací
ČSN EN 196-1
Mrazuvzdornost
Doklad
Vizuálně
ČSN EN1542 ČSN 736242
Soudržnost hmot s podkladem odtrhové zkoušky
Požadovaná četnost
TKP23 TKP23
1x denně
Zápis do SD
Stavbyvedoucí
vizuálně
před aplikací správkové hmoty
Zápis do SD
Stavbyvedoucí
Tab. 1: Kontrolní a zkušební plán prováděných prací
I když stavebně technický průzkum ukázal, že předpokládaná hloubka poškození bude postihovat převážně jen krycí vrstvu výztuže a jen ojediněle půjde do větší hloubky, docházelo při provádění sanací k výrazně vyšším objemům odbourávané části ostění. Projektant v dokumentaci projektu sanací upozorňoval, že není vhodné porušovat nosnou část betonového průřezu. Přesto docházelo při odbourávání mechanickými kladivy k poškozování hlubších částí průřezu. K odstraňování nekvalitně provedené krycí vrstvy použil zhotovitel vysokotlaký vodní paprsek o tlaku 2400 barů. Tím došlo k odstranění poškozené vrstvy, nasycení podkladní vrstvy vodou a otevření struktury betonu pro zakotvení sanační hmoty. Ze strany investora však nebyla takto připravená plocha přebrána a muselo dojít k následnému dalšímu odbourávání mechanickými kladivy. Části betonu poškozené šramováním požadoval zástupce technického dozoru investora dále odbourávat jako nevyhovující a tím docházelo k dalšímu oslabování ostění až do hloubky přesahující 200 mm (při tloušťce klenby 500 mm). Plošným odstraňováním vrstvy betonu pod úroveň nosné výztuže docházelo k jejímu uvolňování a vybočování vlivem napětí od vlastní tíhy konstrukce a od teplotního namáhání. Ani tento způsob sanování konstrukce nepřispěl k celkové 91
kvalitě výsledného stavu ostění. Na sanaci bylo použito cca 80 tun materiálu SikaTop 122 SP při strojním nanášení a dalších 5 tun při ručním nanášení. Jemná vysprávka hmotou Sika MonoTop 620 byla použita v množství 5 tun. Jako adhezní můstek použil zhotovitel cca 1 tunu materiálu Sika Monotop 910N. Pro dodatečné těsnění spár bylo použito cca 300 kg injektážního materiálu MEYCO MP 350 PU. 7. ZÁVĚR Ostění Votického tunelu nebylo navrženo z betonu odolného proti průsakům náhodou. Při své délce 590 m je v současné době nejdelším hloubeným tunelem v síti Českých drah. Zajištění vodonepropustnosti pomocí hydroizolační fólie je v takovém případě spojeno s vysokým rizikem jejího poškození při provádění zpětných zásypů. Objevit místo porušení hydroizolační fólie je prakticky nemožné, neboť voda do tunelu neprosakuje v místě porušení fólie, ale zpravidla v místě spár mezi bloky betonáže, nebo v místech oslabení konstrukce. Sanace takových průsaků je velmi problematická. V případě vodonepropustného ostění se případný lokální průsak dá sanovat přímo tam, kde k němu došlo a sanace takové vady je mnohem jednodušší. Při betonáži ostění došlo vlivem mnoha faktorů k celé řadě poruch, které musely být následně sanovány. Díky geotechnickým problémům při hloubení stavební jámy došlo ke zdržení výstavby a posunu zahájení betonáží do zimního období. Vnější bednící vůz nebyl zpočátku vybaven příložnými vibrátory, což negativně ovlivnilo kvalitu povrchové vrstvy ostění a bylo příčinou vzniku plošných hnízd. I po dodatečné instalaci vibrátorů bylo nutné celý technologický proces vyladit, což v zimním období nebylo jednoduché. K průsakům ostěním docházelo v některých případech v místech styčníků samonosné výztuže, které tvořily průběžné úhelníky, jejichž probetonování bylo problematické. Svou roli sehrála i obtížná doprava betonové směsi, neboť betonárka nebyla součástí zařízení staveniště a zhotovitel objednával beton ze vzdálenější betonárky. Při objednávání betonu v zimním období vznikaly prostoje a při přerušení betonáže docházelo k vytváření spár. Na líci ostění docházelo při nedostatečném vibrování příložnými i ponornými vibrátory ke vzniku štěrkových hnízd v místech plnicích otvorů bednícího vozu, kde se směs roztřídila o výztuž. Štěrková hnízda pak měla tvar kužele. Významnou roli při vzniku vad ostění hrál lidský faktor. Sanace vad ostění probíhala za pečlivého dozoru zhotovitele i investora a došlo k obnovení projektované funkce ostění. Přesto se rozhodl zhotovitel k zaizolování volně přístupného vrchlíku klenby hydroizolační fólii (viz obr. 11). Jako její ochrana sloužila po obou stranách geotextilie 500 g/m2 a noppová fólie. Do vzdálenosti 1 m od fólie byl použit zásypový materiál jemné frakce, aby se minimalizovalo nebezpečí proražení fólie při hutnění. V současné době je tunel provozován po jedné koleji a všechny vady se podařilo v požadované kvalitě odstranit.
Obr. 11: Ochrana hydroizolační fólie geotextilií
92
