Vybudování protipovodňových opatření na stokové síti v pražském Karlíně – retenční nádrž a čerpací stanice odpadních vod

Anglický inženýr W. H. Lindley, autor původní kanalizace na území Prahy, na­vrhl svést odpadní vody do čistírny v Bubenči (zprovozněné v roce 1906), neboť tam mohly dotéci splaškové vody z celé tehdejší Prahy samospádem. V projektu z roku 1893 navrhl stokovou síť rozdělenou na kmenové stoky A a B. Odpadní vody z pravého břehu Vltavy (Staré a Nové Město, Vinohrady aj.) podcházely Vltavu tzv. staroměstskou shybkou, zleva přibíraly stoky ze Smíchova a Malé Strany a pokračovaly, resp. dosud pokračují, tunelem pod Letnou do čistírny. Druhá velká větev sbírala vody z Karlína a Žižkova, shybkou podešla Vltavu, přibrala splašky z Holešovic a Buben a souběžně s Vltavou pokračovala po okraji Stromovky do čistírny.

Lindley rozdělil kanalizaci nejen plošně, ale i výškově. Při povodních a deštích totiž hrozilo, že dojde k přeplnění stok a kanalizace v nízko položených částech města přestane plnit svoji funkci. Proto Lindley rozdělil stoky do dvou výškových pásem, což umožnilo v případě nouze odvést odpadní vody z vyšších částí města přímo do Vltavy. Níže položené oblasti Prahy pak měly vyhrazeny celou kapacitu hlavních stok pro sebe. [1]

Stoková síť byla postupně rozšiřována, doplňována o nové sběrače a se zpožděním bylo přistoupeno k výstavbě nové čistírny. Kmenová stoka B v místě popisované stavby zůstala původní.

Nově navržená opatření v oblasti Karlína mají svůj počátek v generelu odvodnění z roku 1988, zpracovaném firmou Hydroprojekt, předchůdcem Sweco Hydroprojekt, a. s. V této době bylo mj. uvažováno o výstavbě nové stoky B profilu DN 3200 a retenční nádrže. Další aktualizace koncepce proběhly v letech 2001 (stanovení objemu retenční nádrže), 2004 (začlenění retenční nádrže do protipovodňové ochrany stokové sítě) a 2005. Původní projekt byl umístěn do v té době nezastavěného území Rohanského ostrova. Konečné rozhodnutí o jeho vybudování přišlo v okamžiku vznikající developerské výstavby na přilehlých pozemcích, kdy byly nutné komplikované koordinace s budovanými a již dokončenými stavbami.

Retenční nádrž a čerpací stanice odpadních vod jsou součástí širšího souboru protipovodňových opatření na stokové síti, z důvodu rozsáhlé finanční a koordinační náročnosti vybudovaných v předchozích etapách. Jedná se o přeložku a zkapacitnění kmenové stoky B, kdy původní stoka z roku 1905 (zděný vejčitý profil 1650/2170 pražského normálu) byla po novou odlehčovací komoru OK 6B nahrazena stokou DN 3200. Z odlehčovací komory stoka pokračuje profilem DN 2000 ke stávající shybce anebo výpustí DN 3200 do Vltavy. Dále je v současné době realizováno technologické centrum, rozdělovací a spojné komory a podzemní chodby. Již provedená opatření chrání stokovou síť před zaplavením z recipientu a vylepšují zhoršené odtokové podmínky na stokové síti v Karlíně.

Objekt bude sloužit k retenci deštěm zředěných splašků při srážkové události v povodí stoky B až do naplnění nádrže, poté budou zvýšené průtoky přepadat do Vltavy. Po snížení nátoku na Ústřední čistírnu odpadních vod na Císařském ostrově bude obsah čerpán zpět do stoky a nádrž bude vyčištěna.

Hloubka základové spáry sahá 16,5 m pod úroveň terénu a 7,5 m pod hladinu řeky Vltavy. Nádrž je založena plošně, převážně na říčních terasových sedimentech a částečně na navětralé břidlici. Většina objektu je skryta pod úrovní terénu.

Celkové půdorysné rozměry objektu jsou 36 × 47 m. Dispozičně se jedná o podzemní nádrž doplněnou o nátoky a čerpací stanici odpadních vod. Nad částí nádrže je podzemní strojovna, obslužné chodby a vstupní objekt. Do nádrže je zajištěn přístup bočními schodišti s vodotěsnými dveřmi.

Nosná konstrukce nádrže je tvořena základovou a stropní deskou, které jsou pnuté mezi příčnými nosnými stěnami tloušťky 400 mm a obvodovými stěnami tloušťky 700 mm. Rozpon polí je 5,4 m. Základová deska je tloušťky 700 mm. Stropní deska nádrže tloušťky 600 mm je 6 m pod úrovní terénu. Prostřední vnitřní stěna dělí nádrž na dvě poloviny propojené přelivy, ostatní stěny jsou volně obtékány. Konstrukce bočních schodišť je tloušťky 400 mm, šikmá deska jejich stropů je k nádrži připojená dodatečně vlepovanou výztuží.

Jímka čerpací stanice je uzavřená deskostěnová konstrukce, kdy nejvíce namáhaným prvkem je svislá stěna o délce 10 m a výšce 9 m zatížená zemním tlakem a podzemní vodou. Stěny a základová deska jímky mají tloušťku 800 mm, stropní deska je společná s nádrží.

Strojovna je deskostěnová konstrukce rozměrů 16,6 × 10,8 × 3,5 m s podélným trámem v polovině kratšího rozponu, trám je podepřen sloupy. Stropní deska strojovny je 2,2 m pod úrovní terénu, nad desku vede několik šachet. Obslužný prostor vyplachovacích klapek je zastropený jednosměrně pnutou deskou o rozponu 3,2 m. Nad krajními klapkami jsou ve stropě montážní šachty, jejichž stěny, nesoucí přesypané betonové prefabrikáty, zároveň tvoří otočené trámy protažené nad podpory. Kruhový vstup do objektu má výšku 3 m nad terén a vnější průměr 5,8 m. Konstrukce strojovny, vstupního objektu a prostoru klapek mají tloušťku 400 mm, stropní deska vstupního objektu 200 mm.

Podzemní část objektu se strojovnami a nádržemi je navržena jako železobetonová konstrukce z vodostavebního betonu třídy C30/37 — XC2‑4, XA2. Vodonepropustnost bude zajišťovat železobeton navržený a vyztužený na omezenou velikost šířky trhlin. Do retenčního prostoru mohou z kanalizace pronikat stokové plyny (je pravděpodobné korozní působení biochemické kyseliny sírové oxidované
ze sirovodíku), proto je předepsáno použití síranovzdorných cementů. V Česku dostupný síranovzdorný cement má nízký vývin hydratačního tepla, což je pro vodonepropustné betonové konstrukce žádoucí.

Nadzemní část objektu je navržena z betonu třídy C30/37 — XC4, XF2, XD1, v malém množství bude použit beton třídy C35/45 — XC4, XA2, XF4, XD3 (pro monolitické šachty na povrch ukončené poklopy v komunikacích). Železobetonové konstrukce jsou vyztužené vázanou výztuží třídy B500 a lištami smykových trnů s napěchovanými hlavami.

Z důvodu nedalekého toku řeky Vltavy a propustnosti souvrství nadloží je nutné objekt ochránit proti nadzvednutí vztlakem podzemní vody a při povodňových stavech. Ve finále proto bude na stropech proveden zásyp, část objektu má rozšířenou konstrukci přitíženou zeminou a některé prostory jsou vyplněny přitěžujícím betonem. Objekt je navržen tak, aby po dokončení odolal vztlaku podzemní vody výšky hladiny povodně z roku 2002, která v tomto místě zasahuje přibližně 0,5 m pod úroveň terénu.

Nádrž bylo v průběhu výstavby nutné zabezpečit pro případ přelití pažení a zatopení stavební jámy. Díky úzké spolupráci projektanta a zhotovitele monolitických konstrukcí byla zvolena ochrana pomocí optimalizované etapizace betonáže. Vnější stěny budou uzavřeny v době, kdy tíha již provedených konstrukcí a zásypů odolá nadzvednutí vztlakem až do okamžiku přelití vody do nádrže skrz budoucí nátokové kanály. Zároveň budou mít dotčené prvky dostatečnou pevnost, aby přenesly zatížení hydrostatickým tlakem. V konstrukci tak nemusí být provedeny zaplavovací otvory, jejichž dodatečné zaslepení může být zdrojem pozdějších problémů.

Staveniště bylo předáno v listopadu 2020 a po provedení nezbytné přípravy území včetně přeložek inženýrských sítí práce pokročily ke zhotovení hlavní stavební jámy pro objekty čerpací stanice (ČS) a retenční nádrže (RN).

Rozsáhlá stavební jáma byla odtěžena ve dvou výškových úrovních, přičemž první etáž (horní) byla zajištěna záporovým pažením, druhá etáž (spodní), tvořící výkop pro vlastní konstrukce ČS a RN, je pažena podzemními kotvenými železobetonovými stěnami.

Nástup na betonářské práce, tj. zhotovení podkladních betonů a kluzných vrstev z asfaltových pasů, byl v dubnu 2021. Dokončení monolitických konstrukcí ČS a RN o celkovém objemu cca 6 000 m³ betonu (v jednom dilatačním celku) je plánováno na polovinu roku 2022. Pro potřeby výstavby jsou nasazeny dva stacionární věžové jeřáby umístěné ve vhodných polohách na okrajích stavební jámy.

Kromě konstrukcí ČS a RN, o kterých pojednává tento článek, jsou budovány související objekty navazujícího technologického koridoru a stokové sítě obsahující výpustní objekt do Vltavy.

Rozsáhlá konstrukce je založena plošně na základové desce ve třech výškových úrovních, přičemž dvě nejnižší jsou určeny pro založení stěn ČS. Betonováno je na kluznou vrstvu ze dvou asfaltových pasů, v místě nejnižší úrovně byly pro umožnění případných vodorovných posunů konstrukce ke svislým lícům desek a stěn přiloženy polystyrenové desky. Z důvodu požadavku na vodonepropustnost jsou do pracovních spár jak vodorovných, tak svislých osazovány systémové bednicí a těsnicí prvky. Poloha pracovních spár byla předem určena na základě spolupráce s projekční organizací, výsledkem bylo ideální využití možností bednicích sestav a bezchybné provedení konstruk­čních detailů.

Základová deska RN, půdorysně nejrozsáhlejší, je navržena ve sklonu 3,5 % směrem ke hraně sběrného kanálu ČS. Betonáž byla rozdělena do optimalizovaných záběrů z hlediska omezení rozvoje trhlin vlivem raného smršťování betonu a dle technologických možností betonáže.

Svislé konstrukce lze rozdělit do následujících skupin: stěny ČS, obvodové stěny RN a vnitřní stěny RN, tzv. dělicí příčky. Stěny ČS a obvodové stěny jsou navrženy vodonepropustné, z tohoto požadavku vyplývá adekvátní úprava pracovních spár (těsnění povrstvenými plechy) a použití systémového vodotěsného rádlování.

Stěny jsou přednostně betonovány na celou výšku až po navazující vodorovnou stropní konstrukci, přičemž u vybraných stěn ČS toto řešení znamená betonáž stěny tloušťky 800 mm na výšku 9 m v jednom záběru. Proto byl kladen velký důraz na kvalitní provedení konstrukčních detailů (prostupů) a osazování zabetonovaných součástí.

V receptuře betonu je použit „pomalý“ cement typu CEM III/B, proto bylo nezbytné věnovat pozornost důkladnému kotvení bednění stěn proti vyplavání a též sledovat rychlosti betonáže s ohledem na únosnost bednění – tlak čerstvého betonu mohl být maximálně 80 kN/​​m² – to vše z důvodu pomalého tuhnutí betonu. Pomalý nárůst pevnosti betonu v tlaku rovněž znamená delší dobu ošetřování již vybetonovaných konstrukcí, která je určena projektovou dokumentací do doby dosažení 70 % projektované pevnosti v tlaku.

Naopak mezi příznivé technologické vlastnosti lze na základě zkušeností z výstavby řadit např. fakt, že konstrukce mají minimální sklon ke vzniku trhlin a že v neposlední řadě líce stěn vykazují ojediněle jakostní pohledovost.

Nakonec si lze jen postesknout, že téměř všechny tyto funkční, zajímavé a krásné železobetonové konstrukce skryje z vnější strany zásyp zeminou a interiéry budou přístupny pouze obsluhujícímu personálu.

V době vydání tohoto článku probíhají práce na stropní desce RN. Vzhledem k výšce stropu nad dnem nádrže a jeho tloušťce je nutné použít pro nosnou konstrukci bednicího pláště tzv. podpěrné bednicí věže (rámy). Bedněna budou vždy tři pole vymezená dělicími příčkami nádrže. I zde je, obdobně jako u konstrukce základové desky, plánováno rozdělení na vhodné pracovní záběry.

Strojovna ČS, včetně vstupního rondelu, a konstrukce bočních schodišť budou prováděny od jara příštího roku.

Zprovoznění retenční nádrže a čerpací stanice odpadních vod zvýší funkčnost již vybudovaných protipovodňových opatření na stokové síti v oblasti Praha-Karlín, které prozatím řešily spíše kapacitní problémy více než sto let staré kmenové stoky B. Při srážkových událostech v povodí stoky budou zvýšené průtoky retenovány v nové nádrži, a to až do objemu 6 000 m³. Bude tak významně sníženo množství odpadních vod přepadajících do Vltavy.

Jedná se o první takto velkou retenční nádrž na stokové síti v Praze, připravovanou již od osmdesátých let 20. století. Konečné rozhodnutí o její realizaci uspíšila developerská výstavba v oblasti Rohanského ostrova, po jejímž dokončení by bylo vybudování této infrastrukturní stavby problematické. Vzhledem ke stále se zvyšujícím nárokům na omezení znečištění vodních toků je na území Prahy uvažováno s výstavbou dalších nádrží obdobného typu a funkce.