3. Pažení

3.4 Kotvení a rozepření

? Proč vůbec kotvit a rozpírat pažicí konstrukce ?
Zde je vcelku jednoduchá odpověď : aby při větších hloubkách výkopu pažení nespadlo, případně se nadměrně nedeformovalo.

? Co jsou zemní kotvy ?
Zemní kotvy - stavební prvky, přenášející tahové zatížení do únosné vrstvy zeminy.

V souvislosti s pažením výkopů bývají zemní kotvy používány pro zajištění stability pažicí stěny při větších hloubkách výkopu (a) nebo větším zatížení za rubem stěny.

Jedná se obvykle o ocelové tahové prvky osazené do vrtu s cementovou zálivkou.
(Standardní průměr vrtů pro dočasné kotvy o únosnosti do 0,6 MN bývá dnes obvykle 89 mm, pro trvalé 133-178 mm. Pro vrty vysokých únosností - výjimečně 250 mm.) Běžně se provádějí kotvy do délek 40-60 m, výjimečně i 100 m - prováděné speciální technologií.

Aby kotva byla funkční, musí být v prostoru za smykovými plochami zajištěno v dostatečné délce její dostatečné spolupůsobení se zeminou.
Dnes se obvykle provádějí zemní kotvy upnuté do zeminy pomocí injektované části - kořene. (POZOR - není to pravidlo : lze např. použít také kotvy pouze v cementové zálivce - obvykle ale s nižší únosností.

Hlavní části kotvy:

Kotvy musí zasahovat až za smykové roviny vedené
                 1) v patě svahu pod úhlem vnitřního tření zeminy
a zároveň 2) v patě pažení pod úhlem 45° - /2 od svislice - viz obr. 3.4.B,

délka kořene závisí na požadované únosnosti jednotlivých kotev a stanoví se výpočtem.

Pažicí stěna může být kotvena buď skrz jednotlivé pažicí prvky nebo pomocí převázky - obvykle ocelové nebo železobetonové, která zachytí dva nebo více svislých prvků.
Převázky - viz jednotlivé typy pažení - kap. 3.2, 3.3..

Základní dělení kotev:

Postup provádění: (obvykle)

Injektáž (pozor - hodnoty spotřeby injekční směsi jsou jen velmi přibližné):

• Ve štěrkovitých zeminách se kořen injektuje jednou až dvakrát (jedna až dvě fáze). Obvykle se celkem injektuje 20-100 l směsi na 1 m kořene. Větší množství se injektuje při málo ulehlých nebo velmi propustných zeminách.
• V písčitých zeminách se provádí injektáž na dvě až tři fáze při celkové spotřebě 30-90 l směsi na 1 m kořene. V silně stlačitelných slídnatých hlinitých píscích - 100-200 l/etáž.
• V soudržných zeminách se provádějí dvě až tři fáze. V pevných až tvrdých soudržných zeminách se při jedné fázi spotřebuje cca 5-10 l na 1 m kořene kotvy, v tuhých až pevných zeminách 8-30 l na 1 m kotvy na 1 fázi (cca 30-120 l celkem na 1 m kořene).

Některé problémy:

• Určitým problémem stále zůstává provádění kotev s hlavou pod úrovní podzemní vody například u štětových stěn. Ale i u jiných pažení (např. podzemní monolitické stěny) je třeba obrátit se na specializované firmy.
• Zemina, do které budou kotvy prováděny, bývá obvykle v zastavěném území oplývajícím inženýrskými sítěmi. V případě střetu kotvy s inženýrskou sítí mohou vzniknout značné problémy. !! Proto je naprosto nutné znát v předstihu půdorysnou i výškovou polohu všech inženýrských sítí v dosahu kotev.

Možný další problém:
Někdy se s ohledem na úsporu místa navrhují kotvy, jejichž funkčnost je vázána na postup výstavby nového objektu, pro nějž jámu pažíme.

Příklad: Po výstavbě stropu 3. podzemního podlaží se odstraní kotvy v úrovni těsně nad stropem 3.p.p. a předpokládá se další rozepření v této úrovni pomocí hotové stropní konstrukce (viz obr. 3.4.D), protože převázka zasahuje do konstrukce nového objektu.
Pokud výkop probíhá v těsné blízkosti nějakého stávajícího objektu se základy nad úrovní dna výkopu, pak tento postup osobně nedoporučuji. Případně je nutná maximální opatrnost při zajištění rozepření pažení stropem, aby nedošlo k poškození výše uvedeného stávajícího objektu.!

Stroje, nástroje:

• Používají se obdobné stroje a nástroje jako pro mikropiloty a mikrozápory - viz kapitola 3.3.4.
• Pro vrty běžných délek je v měkkých horninách běžně využíváno šnekové vrtání, v píscích beranění a v poloskalních a skalních horninách rotačně příklepové vrtání.
• Velmi používanou metodou je v současné době rotačně příklepové vrtání + Duplex systém.

Použitá mechanizace - "lehká" - viz TEXT T2
Při navrhování kotvených či rozpíraných pažicích stěn je nutno v projektu vždy vyznačit předpokládané pracovní úrovně, z nichž budou kotvy prováděny. Tyto úrovně musí být uvažovány ve statickém výpočtu.
Obvykle je ze statického hlediska nejvýhodnější umístit tyto úrovně těsně pod hlavy kotev. Je ovšem také nutno respektovat možnosti konkrétních vrtných souprav - zde je třeba uvážit celkový charakter pracovního prostoru - možnosti postavení vrtné soupravy,... atd. Obvykle se tyto pracovní plošiny navrhují cca v hloubce 0,2-0,6 m pod hlavou kotvy (z hlediska statiky i provádění) - viz obr. 3.4.C .

Ochrana proti korozi:
! Všechny namáhané ocelové součásti kotvy musí být po dobu jejich návrhové životnosti chráněny proti korozi ! Požadavky velmi detailně řeší norma ČSN EN 1537 - Příklady protikorozních ochranných systémů pro dočasné kotvy - viz tab. 3.4.1, příklady protikorozních ochranných systémů pro trvalé kotvy - viz tab. 3.4.2 .

Ochrana pro dočasné kotvy musí zajistit jejich neporušenou funkčnost po projektem navrženou dobu životnosti - a to nejdéle dva roky. Kotvy mohou být dle potřeby opatřeny trvalou ochranou jen některé části (kořene, táhla, hlavy).

U trvalých kotev se v zásadě rozeznává:

• dvojitá protikorozní ochrana v takovém uspořádání, kdy zůstává vždy nedotčena jedna ochranná vrstva kotvy (v případě poškození druhé ochrany)
• jednoduchá protikorozní ochrana, jejíž integrita musí být dokázána zkouškou každé kotvy
• protikorozní systém sestávající z ocelové manžetové trubky obklopující táhlo
• protikorozní systém sestávající z ohebné plastové manžetové trubky obklopující táhlo
• protikorozní systém sestávající z ocelové tlakové trubky obklopující táhlo

Uspořádání kotvy v příčném řezu se liší pro kotvy s trvalou ochranou kořenové části a bez trvalé ochrany kořenové části.

Na obrázku 3.4.E jsou nakresleny kotvy s trvalou ochranou
a) volné délky a hlavy kotvy,
b) celé kotvy.
V případě a) prochází injekční manžetová trubka středem kotvy,
v případě b) je kořenová část kotvy vložena do vlnité polyetylenové trubky a manžetová trubka je umístěna mimo výztuž kotvy s protikorozní ochranou.

Rozpěry:
Rozpěry představují další možnost jak zajistit stabilitu pažení hlubokého výkopu. Jedná se o tlakem namáhané prvky - obvykle ocelové nebo dřevěné. Rozpírat lze obvykle všechny typy pažení, pokud to dovolí rozměry výkopu a postup výstavby nového objektu.
Ve srovnání se zemními kotvami se jedná pravděpodobně o ekonomicky méně náročnou záležitost. Je třeba ovšem počítat se skutečností, že rozpěry zasahují do paženého prostoru - a tomu přizpůsobit postup provádění nového objektu (realita viz obrázky 3.4.H, 3.4.I) .

Statický výpočet

Při návrhu se posuzují tyto prvky:

• únosnost ocelového profilu kotvy
• únosnost kořene kotvy
• stabilita kotevního systému

V případě některých atypických kotev je třeba posoudit rovněž soudržnost ocelového profilu kotvy s kořenem, popřípadě únosnost provedených nosných svarů.

Kotvy doporučuji pro celkový systém výpočtu posuzovat dle klasické teorie

1) Únosnost ocelového profilu:
F_dov  = _dov * A
F_dov  = maximální přípustná síla v kotvě
_dov = dovolené napětí oceli
A       = průřezová plocha kotvy

Pro předpínatelné pramencové kotvy s pramence 15,5 mm (často používaný průměr) se obvykle uvažuje:
F_dov = 125 kN pro dočasné kotvy
F_dov = 120 kN pro trvalé kotvy

2) Únosnost kořene:
Lze použít následující postup a hodnoty (Viz Inženýrské stavby 5/1986 - Ing.Kelin, CSc, Ing. Mišove, CSc, Výzkumný ústav inženýrských staveb Bratislava - viz tab 7.j

Tabulka tab. 7.j

Pro dočasné kotvy se navrhuje koeficient bezpečnosti k_b = 1,5, pro trvalé kotvy k_b = 1,6.

Síla na mezi únosnosti:
F_m = * d * * l_kk    nebo
F_m = F_ml * l_kk
Musí platit : F F_m * k_b

3) Stabilita kotevního systému:
- viz výpočet pomocí software, (pokud jsou dodržena pravidla dle obrázku obr. 3.4.B, a to pro všechna zatěžovací stádia, systém by měl být stabilní).

!? Otázky

1. S jakými dvěma hlavními problémy se setkáte, provedete-li nejprve výkop až ke dnu stavební jámy několik metrů pod plánovanou nejnižší řadu kotev a teprve pak budete chtít začít provádět kotvy?
2. Které faktory mají obvykle vliv na rozhodnutí, zda zajistit stabilitu pažení výkopu kotvami nebo rozpěrami?
3. Které faktory ovlivňují návrh délky kotvy?
4. Které faktory ovlivňují návrh délky kořene kotvy?
5. Kdy je třeba dočasné kotvy chránit proti korozi?
6. Kdy je třeba trvalé kotvy chránit proti korozi?
7. Kdy není třeba injektovat kořen zemní kotvy?
8. Které faktory mají vliv na návrh sklonu kotvy?
9. Jaká bývá obvykle požadovaná šířka pracovní plošiny pro provádění kotev?

předchozí kapitola 3.3.4

následující kapitola 4

zpět na obsah