Betonářské práce při modernizaci plavebních komor VD Gabčíkovo

O vytvoření plavební cesty po Dunaji odklonem řeky od jejího původního koryta se uvažovalo již v 19. století. Počátky projektu, který vznikl ve spolupráci Československa a Maďarska, spadají však až do druhé poloviny 20. století. Výstavba soustavy vodních děl Gabčíkovo – Nagymaros byla zahájena v roce 1978, avšak po zastavení prací na maďarské straně v roce 1989 musel být projekt přepracován. Vodní dílo Gabčíkovo (dále jen VDG) bylo nakonec uvedeno do provozu v říjnu 1992 v pozměněné variantě bez dolního stupně Nagymaros. Vodní elektrárna byla spuštěna v roce 1995. Po 25 letech provozu VDG byl v roce 2017 vypsán tendr na zhotovitele akce „Inovácia a modernizácia plavebných komôr pre zvýšenie bezpečnosti a intenzity vodnej dopravy na vodnom diele Gabčíkovo“. Jejím předmětem je zejména modernizace plavebních komor spočívající především ve výměně téměř všech ocelových konstrukcí, injektáže podzákladí, výměně hydraulického systému, vytvoření nového řídicího systému a dále v zamezení průsaků dilatačními spárami mezi jednotlivými bloky plavebních komor.

Železobetonářské práce sice nejsou v popředí zájmu, avšak v prostředí plavebních komor Gabčíkovo se jedná o velice náročné a složité práce. V rámci modernizace VDG nejsou vybourávány primární betony nosných konstrukcí, ale „pouze“ zálivkové betony, které vyplňují prostor mezi primárním betonem a osazenou ocelovou konstrukcí, tzv. armatury muriva. Jedná se o protikus pohyblivé ocelové konstrukce, který plní většinou funkci opěrných nebo těsnicích elementů, které však přenáší značné zatížení do primárních betonových konstrukcí. Do části „armatur muriva“ patří také konzole pro ložiska.

Z pohledu množství se nejedná o významné betonáže, ale z pohledu přípravy a způsobu provádění jde rozhodně o betonáže velice specifické a náročné, kdy dochází ve velmi omezeném prostoru k vybourání zálivkového betonu, bednění komplikovaného tvaru a následné betonáži ve stísněných prostorech se značným množstvím výztuže. Na stavbě byl z velké části používán samozhutnitelný beton, např. SCC C35/45 — XC4, XD3, XF3, XA3 (SK) — Cl 0,2 — D_max 8 — SF2 — max. průsak 50 mm, jelikož v dané kombinaci betonářské výztuže a ocelové konstrukce by jinak nebylo možné konstrukci kvalitně probetonovat. (Pro názornost je na následujícím obr. uvedena ocelová konstrukce drážek pro plovoucí úvazy, a to před a po vyvázání výztuže.) Z tohoto důvodu byl při betonáži vždy na místě i technolog betonárny, který kontroloval vlastnosti dopravené směsi a vlastní betonáž.

Konstrukce horních vrat jsou osazeny na čtyřech ložiscích, která mají svoji pevnou část na konzole osazenou ve stavbě. Vzhledem k velkým silám, které působí na vrata při provozu, a to v různých režimech otvírání a zavírání, bylo nutné nové konstrukce po vybourání řádně provázat se stávajícími betonovými konstrukcemi. K tomu byl navržen hustý rastr lepených trnů a kotev. Betonářská výztuž se kotvila do primárního betonu do hloubky 1 m a speciální SAS kotvy namáhané výraznou tahovou silou se kotvily do hloubky až 8 m. Taktéž byla betonářská výztuž provařována s nově osazovanými ocelovými konstrukcemi „armatur muriva“, tím je zajištěn přenos zatížení z ocelové do betonové konstrukce. S ohledem na nutnost dodržet postup svařování těchto konstrukcí bylo podmínkou disponovat příslušnými dokumenty WPS a WPQR včetně zabezpečení svářeče oprávněného na svařování betonářské výztuže, což nebývá v případě železobetonářských prací zcela obvyklé. WPQR je zpráva, nezávislé posouzení a ověření výsledků nedestruktivního a mechanického hodnocení svarových spojů provedených na zkušebních vzorcích prostřednictvím nezávislé třetí strany. Děje se tak ověřením návrhu vyhotoveného svářečským dozorem formou WPS, tzv. předběžným návrhem postupu svařování. Na základě vyhovujícího nezávislého prověření zkoušek WPQR v určeném rozsahu svářečský dozor (IWE/EWE) stanoví WPS – stanovený postup svařování v rozsahu prověřené metody a parametrizace pro konkrétní typ spoje.

V případě klapky byly prováděny jádrové vrty do hloubky až 8 m, kde byly osazeny SAS kotvy. I v tomto případě bylo nutné navrtat a nalepit stovky trnů pro následné vyvázání nové výztuže pro nové betonové konstrukce. 

Vzhledem k extrémnímu počtu vrtů pro kotevní prvky a betonářskou výztuž bylo v jednom okamžiku nasazeno až 15 vrtacích souprav najednou. Při provádění zkušebních odvrtů byla zkoušena metoda pneumatického vrtání na plnou čelbu, která se jevila velice výhodná, a to jak z finančního hlediska, tak především z hlediska časového. V průběhu vlastních prací bylo od této metody odstoupeno z důvodu značného vyztužení betonů a taktéž byly v betonech zastiženy ocelové konstrukce, které byly touto metodou neprůchodné. Pro názornost je uveden řez konstrukce provedený pomocí diamantového lana na ložiscích horních vrat. Obdobné konstrukce byly zastiženy i u klapky a z tohoto důvodu se přešlo k jádrovému vrtání.

Po vyarmování příslušných konstrukcí již vlastní betonáž nepředstavovala zásadní problém a vše probíhalo ve smyslu běžný postupů.

V případě dolních vrat byly železobetonářské práce prováděny na opěrných a těsnicích prazích. Komplikací u těchto konstrukcí byly dílčí kroky při vyvazování výztuže a osazování ocelových konstrukcí, kdy jedna část navazovala na druhou a dále. Tímto byly práce náročné na koordinaci a tedy i čas provádění, jelikož nebylo možné naráz provést kompletní vyvázání výztuže a vše muselo probíhat po částech.

U horního opěrného prahu probíhalo značně náročné ukládání betonové směsi, kdy betonáž byla prováděna při uzavřených vratech plavební komory a konstrukce byla tím pádem zcela skrytá za ocelovou těsnicí stěnou. Prostor, ze kterého byla prováděna betonáž, je po vzdálenostech 0,5 m přehrazen střídavě šikmými vzpěrami ocelového horního prahu a vodorovnými rozpěrami ocelové těsnicí stěny. I pro betonáž bylo nutné zajistit takový typ čerpadla, které bylo schopno dělením svého ramene dosáhnout až na požadované místo betonáže. Pro ověření a potvrzení proveditelnosti byl proveden „suchý pokus“, zda je čerpadlo schopno manévrovat ramenem a dosáhnout tak na požadované místo. 

Aby dále bylo zajištěno spolehlivé probetonování celého bloku horního opěrného prahu, bylo nutné konstrukčně upravit ocelovou těsnicí stěnu. Pro účel betonáže byla do stěny při její výrobě provedena kruhová okna po vzdálenosti cca 4 až 4,5 m, skrze něž byla vlastní betonáž prováděna. Proti každému plnicímu oknu v těsnicí stěně byl ve svislém bednění boku prahu proveden nalévací otvor, jehož horní hrana musela sahat nad nejvyšší hranu betonovaného opěrného prahu.

Z pohledu vlastních sanací betonových konstrukcí bylo největší výzvou provést opravy dilatačních a pracovních spár. Vlastní betony nevykazovaly zásadní nedostatky nebo poškození, a dokonce vykázaly vyšší kvalitu a hlavně pevnost, než se v počátcích projektu předpokládalo. Destruktivní zkoušky jádrových vývrtů vykázaly pevnostní třídu betonu o dvě třídy vyšší, než požadoval původní projekt pro výstavbu VDG.

Betonové konstrukce plavebních komor jsou rozděleny do jednotlivých dilatačních bloků délky cca 40 m. Už od uvedení vodního díla do provozu se projevoval vliv netěsnosti těchto dilatačních spár. Dilatace a pracovní spáry byly v průběhu provozu plavebních komor opakovaně opravovány a injektovány. Problém netěsností spár vznikl již při realizaci původního díla, kdy pryžové pásy byly vystavovány dlouhodobému působení povětrnostních vlivů. Tím došlo k částečné degradaci pryže. Po zabetonování a uvedení díla do provozu došlo po zatížení k nerovnoměrnému sedání jednotlivých bloků, které mělo za následek i mechanické poškození dalších dilatačních pásů.

Předmětem sanačních prací bylo proto navrhnout a provést takové řešení, které zajistí maximální vodotěsnost dilatačních spár i při možném pohybu dilatačních bloků ve všech směrech, které jsou způsobovány teplotním zatížením, nerovnoměrným sedání i měnícím se směrem zatížení (plná/​​prázdná plavební komora). V případě plnicích a prázdnicích kanálů, které jsou trvale pod hladinou vody, nejsou požadavky na dilatační spáry tak velké, a proto se v prostoru plavební komory a v kanálech přistoupilo k odlišnému těsnění dilatačních spár. Pro prostor komory se přistoupilo k řešení, které zahrnuje nejen chemickou injektáž, ale také mechanické těsnění pomocí pásů.

Práce na dilatačních spárách byly rozděleny do několika kroků. V prvé části bylo nutné spáru vyčistit od pozůstatků z předchozích injektáží a provést vybouraní rozšířené části pro vlepení nových pásů. Za pásem byla následně provedena rozšířená drážka pro chemickou injektáž. Po vybourání těchto částí dilatací byla plocha vyrovnána a byl nalepen nový těsnicí pás. Pro zabezpečení pásu proti mechanickému poškození byly nakotveny ochranné prvky. Jednalo se o kombinaci kompozitních desek a betonových rohoží. Tyto prvky slouží také jako „opěrný“ člen v případě, že by za dilatací nastoupala voda. Vybouraná drážka za pásem byla posléze zainjektována. Tato injektáž plní částečnou a pomocnou funkci těsnění, ale opět slouží především jako opěra pryžového pásu při jeho
zatížení vodou směrem od komory. V plnicích a prázdnicích kanálech byla zvolena metoda chemické injektáže bez použití mechanického prvku.

I přes všechny počáteční problémy a neznalost původní konstrukce (množství výztuže průměru až 50 mm, zabetonované válcované profily) se všechny práce na betonových konstrukcí povedly dle projektu a přání investora.

V současné době začínají práce na levé plavební komoře. Zahajuje se demontážními pracemi ocelových konstrukcí, odpojením hydraulických zařízení a elektroinstalací. Na tyto činnosti navazují bourací práce betonových konstrukcí. Současně budou probíhat sanace betonových konstrukcí, dilatačních spár a injektáže podzákladí.

Předpokládané dokončení díla a pře­dání do provozu je naplánované na leden 2023, což je mírné zpoždění oproti původnímu plánu, protože stavba byla stejně jako celý svět ovlivněna pandemií nemoci covid-19 a s tím souvisejícími dalšími nepředvídatelnými okolnostmi.