Nejčastější poruchy opěrných zdí z gabionů

1. Úvod

Opěrné a okrasné zdi se pro vyrovnání a zajišťování výškových změn terénu používají často. Podle okolností a možností je možné použít různé způsoby stavby zdí. V sousedním Rakousku lze spatřit opěrné zdi z velkých balvanů (Obrázek 1), u nás místo od místa se staví úhlové (Obrázek 3) či kotvené opěrné stěny (Obrázek 2), často montované z velkých dílců [9], [11] a [12]. V poslední době se více objevují i opěrné stěny skládané z gabionů [8].

Je to možné přisoudit jednoduchosti jejich použití, příznivou cenou i jejich atraktivnímu vzhledu. Je ovšem nezbytné každou instalaci podobné stěny posoudit staticky a přísně dodržovat pravidla jejich výrobce, např. v [10]. Tyto základní dispozice jsou všeobecně známé a dostupné. Přitom je možné se ovšem setkat s jejich nedodržováním, což následně vede k deformacím stěn a k jejich poruchám. Opravy jsou přitom obtížné, v krajním případě je nutné stěnu rozebrat a postavit znovu.

Obrázek 3: Příklad příčného řezu úhlovou stěnou

Obrázek 1: Pohled na opěrnou stěnu složenou z velkých balvanů (Rakousko)

Obrázek 2: Nová železobetonová zeď ukotvená zemními kotvami do svahu za ní

2. Návrh a posouzení gabionových stěn

Při návrhu gabionových zdí platí všechny náležitosti pro realizaci běžných opěrných zdí [3] až [5] a [9]. Vždy je třeba zvážit, o jakou jde lokalitu, jaké jsou inženýrskogeologické podmínky na pozemku a je-li použití gabionů vůbec vhodné. Je nutné při výpočtech zvolit druh zemního tlaku na rub zdi – rozbor situace na místě samém se obvykle volí jako základní zemní tlak v klidu, nicméně nelze vyloučit i použití posudku na aktivní zemní tlak.

Zásypy za zdmi by se měly provádět odpovědně – pokud možno z vytěženého materiálu, dostupného na staveništi. Měl by být předepsán způsob hutnění a úprava povrchu terénu před patou a na koruně zdi.

Obvykle se vyplácí posoudit i konstrukce, ležící poblíž zamýšlené úpravy terénu – ať na pozemku investora či okolních majitelů pozemků a staveb. Podle místních podmínek mohou v budoucnosti vzniknout problémy s okolními objekty, jejichž vlastnící by případné poruchy mohli přisoudit vlivu budování, existenci či funkci opěrné zdi jakéhokoliv typu, viz [1] a [2].

3. Geologické poměry

Žádné stavby, tedy i opěrné stěny, nelze stavět bez inženýrskogeologického průzkumu staveniště. Platí to i pro gabionové stěny, zejména pro možnost jejich snadné dosažitelnosti a jednoduchého způsobu stavění (což někdy svádí k podcenění výsledné spolehlivosti konstrukce). Projektant musí mít k dispozici údaje o skladbě a únosnosti podloží a současně je nezbytné ověření i stability území jako celku – tj. musí být výslovně řečeno, že zajišťovaný svah není ovlivněn sesouváním, což je úkaz často v dnešní době zmiňovaný v [3], [4], [5], [6] nebo [7].

4. Stav vegetace v okolí zdí

Je na místě upozornit, že poruchy zdí mohou do jisté míry ovlivnit přítomnost kořenových systémů blízkých stromů a keřů – a to i zbytků stromů, pařezů či kořenů – které odebíráním vody z podloží nepříznivě ovlivňují tuhost stavby – dochází ke smršťování zemin a v důsledku toho k nerovnoměrnému sedání.

Zejména nebezpečný je vliv listnatých stromů. Vzrostlé listnaté stromy i keře potřebují značné množství vody k regulaci teploty listů ve vegetačním období (od druhé poloviny dubna do konce října). V tomto období odebírají kořeny stromů z půdy podzemní vodu z plošné oblasti, hloubky a v množství odpovídající druhu stromu, místním podmínkám a dlouhodobým klimatickým poměrům. Transpirace stromů způsobuje podstatně intenzivnější vysychání zeminy, zejména v klimaticky suchých obdobích, v nichž stromy svými kořeny odsávají vodu z větších vzdáleností a hloubek. V důsledku nerovnoměrných změn vlhkostí dochází pak k nerovnoměrnému smršťování podzákladí, které ve vodorovných směrech vyvolává potrhání s charakteristickými svislými plochami trhlin, ve svislém směru pak poklesy myšlených horizontálních rovin. Tyto poklesy jsou největší u stromu a se zvětšující se vzdáleností od stromů se zmenšují, až konečně vymizí.

Problémy s vegetací dále nastávají zejména u stavebních pozemků, kde se v podzákladí vyskytují sprašovo-jílovité zeminy. U těchto zemin převážná část zrn je menší než 0,002 mm. Kromě rozměru zrna se zde však výrazně uplatňuje i jejich mineralogické složení. Tím je dána jejich podstatná vlastnost, tj. při stejném zrnitostním složení a stejné vlhkosti se mohou chovat odlišně. Jak je všeobecně známo, sprašovo-jílovité zeminy jsou objemově nestálé a smršťují se.

5. Příklady problémů se stěnami

5.1 Gabionová zeď poblíž frekventované silnice

Obrázek 4: Pohled na opěrnou gabionovou stěnu, za zdí vlevo frekventované silnice, vpravo výrobní hala, před zdí zelený pás

Obrázek 5: Svah za zdí, povrch kryt fólií

Mohutná opěrná gabionová stěna byla vybudována podélně a poměrně blízko (cca 8 m) frekventované komunikace (často těžká vozidla) – Obrázek 4. Poblíž opěrné zdi se nachází i výrobní hala, postavená ve vzdálenosti cca 5 m rovnoběžně se stěnou. Mezi zdí a výrobní halou byl situován trávník, ohraničený obrubníky; u haly je to pak pěší komunikace. V tomto zeleném pásu u paty zdi byly uloženy podzemní instalace.

Stavba byla založena na původně mírném svahu. Zásahy do terénu byly poměrně značné. Srovná-li se původní reliéf terénu s novým uspořádáním povrchu území, je možné říci, že vnější vzhled lokality se zásadně změnil.

Bylo třeba zajistit plošinu pro vybudování haly, a oddělit ji zdí od silnice. V mezeře mezi zdí a silnící pak upravit svah o sklonu cca 20°, který byl v době posuzování pokryt již dříve odstraněnou vegetací (z níž nad terén vyčnívalo množství pařezů).

Pokrytí svahu bylo navíc zajištěno fólií, takže povrchová voda stékala po delší dobu přímo za rub zdi (viz Obrázek 5). Již brzy po realizaci zdi vznikly obavy, zda zdí nebude ohrožena stabilita svahu. Tato domněnka se v čase do jisté míry potvrdila, neboť brzy došlo k mírným a posléze značným posuvům a poklesům jednotlivých gabionů. Gabionová stěna se nacházela přímo v oblasti poklesové kotliny, docházelo k poklesu a k rozevření základové spáry.

Rozborem podkladů a po prohlídce na místě bylo zjištěno, že z neznámých důvodů byla stěna navržena nestandardně, neboť jak je možné nalézt v běžně dostupném doporučení [10], měla být konstruktivně a tvarově upravena jinak. Bylo konstatováno, že gabionová stěna je narušena lokální ztrátou stability – vyboulovaním (Obrázek 6). Bylo nutné ji zdokumentovat, přepočítat a stanovit její stabilitu a doporučit možné způsoby opravy. Nebyly odebírány vzorky materiálů a nebyla provedena kontrola pevnosti stavebních materiálů. Provedena však byla šachtice k základům zdi (Obrázek 7), kde bylo zjištěno, že zeď nemá prakticky žádný základ – základová spára nalezena v hloubce cca 0,2 m (snad by tam mohlo být štěrkové lože).

Obrázek 6: Vyboulení zdi, potrhané dráty, použity byly kámen a nevhodná výplň

Obrázek 7: Sonda S1 – gabiony položeny mělce na zeminu bez základu

Inženýrskogeologické a hydrologické poměry byly zjišťovány jen při výstavbě vedle umístěné haly. Byly zde provedeny tři průzkumné vrty do hloubky 12,0 m. Z provedených vrtů vyplynulo, že základovou půdu opěrné gabionové stěny tvoří sprašová hlína, pevná, okrové barvy, eolická (F6/CI). Předkvartérní podklad v oblasti zdi tvoří vápnité jíly od hloubky 4,00 m, označované jako tégly s tenkými polohami jemnozrnných písků.

Vnější půdorysné rozměry opěrné gabionové zdi byly ověřeny z dokumentace a měřením na místě samém. Byla zjištěna délka cca 45,5 m, výška cca 4,0 m, v části zdi pak byla zeď stupňovitě snížena. Nad sebou byly uloženy čtyři gabiony rozměrů 1,0 × 1,0 × 1,0 m (šířka × délka × výška – Obrázek 8). Gabiony byly vyplněny lomovým kamene různé velikosti.

Obrázek 8: Příčný řez gabionovou stěnou

Stav zdi byl neuspokojivý. Vzdušný lic opěrné stěny se středem (tj. cca 2,0 m nad úrovní terénu) vybočuje, což dokazují měření. Vzrůstajícím tlakem došlo na vzdušném líci cca 0,5 m nad terénem k deformacím obalujících drátů a drcení výplňového kamene (Obrázek 6). V obou případech (tj. jak pro zemní tlak v klidu, tak i pro aktivní zemní tlak) opěrná gabionová zeď při přepočtu nevyhověla.

5.2 Gabionová zeď kolmo na sklon svahu

Lokalita, na níž byla vystavěna gabionová opěrná stěna (Obrázek 9 a Obrázek 10), se nachází v předměstí Brna. Část parcely byla před výstavbou stěny, a rodinného domu za ní, tvořena velice strmým svahem, jehož tvar byl výsledkem lidské činnosti, což potvrzuje současné geofyzikální měření. Jednalo se o opuštěné hliniště místní cihelny.

Obrázek 9: Zeď postavená kolmo na spádnici, deformace (šipka) vzdušného líce zdi

Obrázek 10: Deformace (šipka) terénu za zdí, vegetace, obrubníků a schodů

Prostor hliniště byl později zavezen různorodou navážkou a překryt zeminou – došlo tak k významnému zhodnocení lokality, ale i ke snížení stupně stability původního svahu, tvořeného navážkami. Na podkladě provedených šetření, zejména geofyzikálního proměření sesuvu bylo zřejmé, že do oblasti zdi a domu zasahuje tahová zóna, vázaná na odlučnou oblast sesuvu. V zóně se vyskytují tahová napětí, která způsobují poruchy zdi a základového zdiva (Obrázek 11 a Obrázek 12).[13]

Obrázek 11: Odtrhy (šipka) v terénu za zdí

Obrázek 12: Deformace (šipka) terénu za zdí

Zjištěná tahová napětí ovlivnily negativně inženýrské sítě (vodovod, kanalizaci) a základy domu i zdi.

6. Možnosti úprav

Možnosti úprav gabionových stěn se dají všeobecně rozdělit na úpravy stávajících stěny tak, aby vyhovovaly po statické stránce, nebo je odstranit a vybudovat nové opěrné stěny.

Obě možnosti jsou ovšem závislé na vlastnostech lokality, na které gabionové opěrné zdi stojí – tj. na vlastnictví pozemků, na instalacích uložených v blízkém okolí současných zdí v podloží, na možnostech prostorových (zelený pás vedle zdi, komunikace podél stěny haly, blízká silnice apod.). Tyto problémy je nezbytné vyjasnit předem, tedy před zahájením prací na projektu opravy a na její realizaci.

Lze zvážit následující postupy:

• Varianta 1 – Celkové odstranění stávající gabionové zdi a její náhrada novou gabionovou zdí. Nově navržená gabionová stěna by měla mít jiný příčný profil než zeď původní, např. dle doporučení [10].
• Varianta 2 – Celkové odstranění stávající gabionové zdi a její náhrada za tížní gravitační nebo lépe úhlovou opěrnou železobetonovou stěnu.
• Varianta 3 – Přistavení další gabionové zdi před stávající zeď. Nová zeď by měla být dobře založena do nezámrzné hloubky, například přisypáním zeminy k patě nové stěny. Spojení původní a nové zdi by se provedlo například ocelovými táhly z betonářské výztuže.
• Varianta 4 – Představení nové železobetonové zdi – obálky – ukotvené zemními kotvami do podloží, jak je ukázáno na Obrázku 2.

Nicméně ať už bude zvolena jakákoliv z variant opravy stěny, je třeba na ni vypracovat podrobný projekt včetně statického výpočtu, a technické zprávy.

7. Závěr

Obrázek 13: Dobře provedená zeď z gabionů (na hraně pozemků)

Důvodem zpracování tohoto příspěvku je upozornit na možné poruchy a problémy s gabionovými stěnami, které jsou ukázány na dvou praktických příkladech. Dále bylo navrženo několik možností úprav posuzovaných konstrukcí, které se dají rozdělit na úpravy stávajících stěny tak, aby vyhovovaly po statické stránce, nebo je odstranit a vybudovat nové opěrné stěny. Dobře provedená gabionová zeď je uvedena na Obrázku 13.

Závěrem je vhodné opět zopakovat, že při návrhu nebo opravě (ať už bude zvolena jakákoliv z variant oprav) gabionových stěn, je třeba na ni vypracovat podrobný projekt včetně statického výpočtu a technické zprávy.

Vždy a stále navíc platí zásada Prof. V. Mencla [3]: „Na rozsahu podrobného průzkumu, zejména sondovacích prací, se nemá šetřit. Dobrý a spolehlivý průzkum je nejlepší ochranou investora i projektanta před nesprávnými dispozicemi již v počátečním stádiu stavebních prací a při plánování stavby. Zejména v dnešní době, kdy se klade důraz na řádné propracování plánů, je pečlivý geologický průzkum staveniště nezbytný. Má-li být plán splněn ve stanoveném termínu, je nezbytné, aby všechny informace a podklady, podle nichž inženýr provádí své výpočty, konstrukční plány a rozpočty, byly správné a spolehlivé, pokud je to vůbec v lidských možnostech.“

Poděkování

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 „AdMaS UP – Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie“ podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“.

Literatura

1. PUME D., ČERMÁK F. A KOL.: Průzkumy a opravy stavebních konstrukcí. ARCH Praha 1993
2. BAŽANT Z., KLUSÁČEK L.: Statika při rekonstrukcích objektů. 6. vydání. CERM Brno 01/2015
3. ZÁRUBA, Q., MENCL, V.: Inženýrská geologie. NČAV. Praha, 1974
4. ZÁRUBA, Q., MENCL, V.: Sesuvy a zabezpečování svahů. NČAV. Praha, 1987
5. MENCL, V.: Konstruktivní úpravy při budování sídlišť na svazích. Sborník „Zakládání na svazích“, Ústí nad Labem, 1986
6. PASEKA, A., BAŽANT, Z.: Nezbytnost spolupráce statika a inženýrského geologa při výstavbě na problematickém podloží. „Zakládaní staveb“, 11/2004 Brno
7. BAŽANT, Z., PASEKA, A., HUBATKA, F.: Vliv některých faktorů na stabilitu svahu. www.tzb-info.cz, 12. 10. 2015
8. BAŽANT, Z., KOLÁČEK, J.: K poruchám opěrných stěn z gabionů. Sborník „Sanace 2017“. VUT FAST Brno, 2017
9. MAJDÚCH, D., ARINGER, K.: Oporné múry a podzemné steny. Bratislava, ALFA 1982
10. www.gabiony.cz
11. BAŽANT, Z., KLUSÁČEK, L., MELOUN, V.: Montované konstrukce. Brno, CERM 2003
12. ZICH, M., BAŽANT, Z.: Plošné betonové konstrukce, nádrže a zásobníky. Brno, CERM 2010
13. KAČÍREK, J.: Sesuv na D8. Novela Bohemia 2017.