Řešení zásobování pitnou vodou v Turnově. Konstrukční řešení nového věžového vodojemu Ohrazenice

Hlavním přínosem významného investičního díla je spolehlivé zásobování Turnova a okolních obcí kvalitní pitnou vodou. Vodárenským cílem bylo odstranění manganu z vodovodní sítě, a to díky odstavení jednoho z kontaminovaných zdrojů na Záborčí u Turnova. Následným zapojením nového věžového vodojemu (150 m³), o kterém je náš článek především, díky novým vodovodům a změně systému zásobování se mohla významná část města začít zásobovat z bezpečnějších hlavních zdrojů – z Dolánek nebo Nudvojovic.

HLAVNÍ ÚDAJE

• Investor: Vodohospodářské sdružení Turnov
• Generální projektant: Radek Hnát, VAK PROJEKT, s. r. o.
• Architekt: Ing. arch. Zdeněk Sláma
• Stavební řešení: Ing. Petr Chval, PROFES PROJEKT spol. s r. o.
• Statika: 
  • PROFES PROJEKT spol. s r. o. 
  • REPOS.Lbc, s. r. o.
  • STTAB spol. s r. o.
• Generální dodavatel: VHS stavby a. s.

Součástí akce byla kompletní obnova dvou centrálních vodojemů na Ohrazenicích z roku 1952 (2 × 300 m³), resp. z roku 1990 (1 000 m³) a výměna včetně rozšíření vodovodů v průmyslové zóně Turnov – Vesecko v celkové délce čtyř kilometrů. Obě akce přispěly k významnému snížení rizika havárií na celém zásobovaném území. Stavba věžového vodojemu byla desítky let zahrnuta do dlouhodobého plánu rozvoje obce Ohrazenice s cílem zlepšení tlakových poměrů ve vodovodní síti v obci. Důležitým výsledkem je také plnohodnotné zajištění požární vody pro průmyslové objekty na Vesecku.

KONSTRUKCE VODOJEMŮ PO REKONSTRUKCI V ROCE 2019

Zemní vodojem 2 × 300 m³
Je tvořen středovou manipulační komorou s podzemní armaturní komorou. Symetricky se po stranách přimykají dvě kruhové železobetonové akumulace s klenutými stropy. Konstrukčním materiálem je původní monolitický beton. Betonové konstrukce byly odborně sanovány a byly obnoveny hydroizolační vrstvy. Původní vystrojení vodojemu bylo nahrazeno nerezovým potrubím v kombinaci s litinovými armaturami. Také elektroinstalace doznala modernizace. Tvar střešní konstrukce byl upraven do sjednocujícího obloukového tvaru, který koresponduje s kulovitou akumulací nového věžového vodojemu.

Zemní vodojem 1 000 m³
Po rekonstrukci byl propojen objekt armaturní komory a samostatný objekt akumulace proskleným zastřešeným koridorem. Betonová prefabrikovaná konstrukce jednokomorového vodojemu byla sanována a byly obnoveny hydroizolační vrstvy. Armaturní komora byla vystrojena nerezovým potrubím a litinovými armaturami. V armaturní komoře byla doplněna čerpací stanice pro věžový vodojem. I zde vznikla pomocí lepených vazníků unikátní oblouková střešní konstrukce. Oba zemní vodojemy jsou v běžném provozním stavu propojeny, tedy je plně k dispozici celá akumulační kapacita 1 600 m³ pro napojenou vodovodní síť.

Věžový vodojem 150 m³
Unikátní vodojem si zaslouží podrobnější popis. Celá konstrukce je založena na monolitické betonové desce uložené na šesti vrtaných pilotách. Prosklená kruhová nadzemní část poskytuje z jedné poloviny prostor pro zázemí provozovatele a z druhé reprezentativní prostor majitele vodohospodářské infrastruktury. Z provozního prostoru sestupuje betonové schodiště do armaturní komory, odkud jsou potřebná potrubí (výtlačný řad, zásobní řad, přepad z vodojemu, provozní voda, elektrika a přenos dat) vedena proskleným tubusem schodiště nahoru do „koule“ věžového vodojemu, kde je i zásobárna 150 m³ pitné vody.

Základní technické údaje věžového vodojemu:

• celková výška od podlahy v přízemí je 27,5 m,
• výška ochozu (vyhlídky) je 16,8 m,
• hloubka podzemí (armaturní komory) je 2,8 m,
• hloubka založení stavby do podzemí je 13 m, založení je na šesti pilotách o průměru 0,9 m, každý délky 12 m,
• koule má průměr 8 m, hmotnost 35 t,
• celková hmotnost plné koule je 185 t,
• délka jednoho sloupu je 23,8 m,
• hmotnost jednoho sloupu je 34 t,
• počet schodů na ochoz je 96, celkem se vstupem do koule jich je 142.

Akumulaci tedy tvoří koule z ocelového plechu tloušťky 10 mm, zavěšená na šesti zahnutých prefabrikovaných betonových sloupech. Přístup pro obsluhu zajišťuje ocelové točité schodiště. Od vchodu po vyhlídkový ochoz je schodiště kryté unikátním zaobleným prosklením. Z ochozu prochází středem koule až do vrchlíku tubus na technologickou plošinu. Z ní se sestupuje do akumulačního prostoru. Uvnitř je lávka, která umožňuje obsluze pohodlný pohyb při čištění vodojemu.

Koule i veškeré potrubí mezi armaturní komorou a zásobníkem je tepelně izolováno nenasákavou pěnovou hmotou. Ocelový plášť byl uvnitř i vně opatřen nátěrem na bázi epoxidové pryskyřice. Na povrchu je kulová plocha pokryta hliníkovými fasádními šablonami. Veškeré materiály byly voleny tak, aby konstrukce vodojemu vyžadovala po dobu své životnosti minimální údržbu. Celý vodojem je nasvětlen zemními LED reflektory, které nechávají vyniknout impozantní stavbě v nočních hodinách.

BLIŽŠÍ POPIS – KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Založení
Založení vodojemu je kombinací plošného a hlubinného založení. Pod podzemním technologickým prostorem je železobetonová kruhová deska tl. 0,5 m. Z této desky vystupuje kruhová stěna tl. 300 mm se žebry, do kterých jsou vetknuty hlavní nosné sloupy vodojemu. V místech pod výztužnými žebry jsou vrtané velkoprůměrové piloty o průměru 0,9 m. Piloty jsou vetknuty do horizontu velmi až mírně zvětralých slínovců (zatřídění R6‑R5). Délka pilot je 12,0 m. Piloty jsou z betonu C25/30 – XC2, XA1, výztuž z oceli B 500B. 

Nosná konstrukce
Podzemní část vodojemu – armaturní komora a přízemní část vodojemu je navržena jako monolitická železobetonová konstrukce. Schodiště mezi armaturní komorou a přízemím je monolitické a je součástí nosného systému. Podzemní část je válcový prostor o vnitřním průměru 7,60 m, min. světlá výška 2,46 m. Strop nad armaturní komorou je deska o tl. 300 mm. Přízemní část tvoří monolitické sloupy o dimenzích 300 × 300 mm, které jsou uspořádány radiálně. Sloupy na obvodu konstrukce jsou skloněné v úhlu 83,2°. Strop nad přízemím je kruhová deska tl. 250 mm a průměru 7,90 m.

Materiál podzemní části vodojemu beton C30/37 – XC2, XD1, materiál monolitické konstrukce vstupní části beton C25/30 – XC1.

Hlavní nosnou konstrukci vodojemu tvoří šest zakřivených sloupů. Sloupy jsou železobetonové, prefabrikované o dimenzi 700 × 680 – 905 mm. Sloupy jsou vetknuté do kalichů v monolitické konstrukci armaturní komory. V horní části na úrovni +16,80 m jsou sloupy propojeny betonovou plošinou tl. 400 mm o průměru 5,6 m s otvorem ∅ 2,7 m uprostřed. Tato deska spřahuje sloupy dohromady a svojí tloušťkou zajišťuje stabilitu konstrukce v ohybu a v kroucení. Materiál prefabrikovaných sloupů vodojemu beton – C50/60 – XC4, XF1, betonářská ocel B500B.

Schodiště
Konstrukce schodiště je ocelová. Konstrukci tvoří sloupky z jäcklů TR 140 × 60 × 6 mm a TR 120 × 60 × 6 mm. Tyto sloupky jsou propojeny prstenci z trubek TR 60 × 60 × 5 mm. Sloupky schodiště jsou kotveny na strop vstupní části. Schodiště je dělené montážními styky na výšku 2,8 m. Ocel schodiště je z materiálu S 235 JR. Konstrukce schodiště je žárově zinkována.

Nádrž vodojemu
Nádrž vodojemu je prostorová konstrukce tvarově se blížící kouli. Základní tvar ve svislém řezu je kružnice o průměru 8,0 m. Ve vodorovném řezu se jedná o 24 úhelník o délce strany max. 1 044 mm. Koule je tak složená z prvků, které mají pouze jednu křivost. Do koule je vložen válec o průměru 2 620 mm, kterým prochází schodiště. Nádrž vodojemu je osazena na nosné sloupy pomocí čepů ∅ 80 mm, které jsou osazeny na závěsy kotvené na sloupy. Nádrž je tak pouze položená v závěsech. Základní obvodový plášť a vložený válec schodiště je z plechu tl. 10 mm. Vnější plášť je vyztužen na vnitřním povrchu vertikálními výztuhami z plechu P12 × 120 a dvěma výztuhami v horizontálním směru v úrovni uložení nádrže. Válec schodiště je vyztužen horizontálními výztuhami z plechu P10 × 120. V místě kotvení je vložena výztuha z plechu tl. 25 mm, do kterého je „vevařen“ čep ∅ 80 mm. Na úrovni +24,85 m je v nádrži manipulační plošina z ocelového plechu tl. 5 mm. Materiál nádrže je z oceli S 355 J2.

Výroba a montáž nádrže
Nádrž je z jednotlivých zakružených segmentů, max. šířky 1 044 mm. Dvojice segmentů byly svařeny při výrobě, jednotlivé montážní díly byly svařeny na montáži. Byla provedena dílenská montáž v přípravku, který nádrž podpíral v bodech uložení na čepech (uložení na sloupy). Tento montážní přípravek sloužil i pro montáž na staveništi.

Na staveništi byla po montážních svarech před aplikací povrchové úpravy provedena těsnostní a pevnostní zkouška celé konstrukce. Zkouška byla provedena tak, že nádrž byla napuštěna vodou na maximální možnou hladinu a po dobu 72 hodin byla sledována hladina vody a vizuální kontrola 100 % svarů na vnějším povrchu. Třída provedení ocelové konstrukce podle ČSN EN 1090‑2 je EXC3.

Výplně otvorů, prosklené fasády, tepelné izolace, opláštění nádrže
Obvodový plášť vstupního objektu je z hliníkového fasádního systému, vstup do objektu je dvoukřídlými prosklenými dveřmi z hliníkových profilů. Zasklení fasády i dveří je čirým izolačním dvojsklem, exteriérové sklo ESG (kalené), interiérové VSG (bezpečnostní lepené sklo).

Prosklená fasáda schodiště
Prosklená fasáda schodiště je provedena z fasádního systému, který je kotvený na nosnou konstrukci schodiště. Vertikální spáry fasády jsou s krycí lištou, horizontální spáry tmelené. Zasklení fasády i dveří je pomocí čirého izolačního dvojskla.

Opláštění nádrže vodojemu
Vlastní nádrž vodojemu je opláštěná kosočtvercovými kazetami z materiálu RHEINZINK‑prePATINA blaugrau. Šablony jsou kotveny na podkladní hliníkový rošt. Nádrž vodojemu je na svém povrchu izolována izolací Armaflex 100 mm (2 × 50 mm). Touto izolací je rovněž izolován vnitřní válec schodiště v nádrži.

MONTÁŽ KONSTRUKCE VODOJEMU

Montáž nádrže na staveništi probíhala v přípravku, který sloužil i pro dílenskou montáž. Přípravek byl navržen tak, aby nádrž byla osazena na čepy přesně v té poloze jako při finálním osazení na betonové sloupy. V přípravku byl smontován montážní šestiúhelníkový prstenec, který sloužil pro osazení prefabrikovaných železobetonových sloupů do konečné polohy.

Montáž prefabrikovaných sloupů probíhala tak, že byly nejprve osazeny první tři sloupy do kotevních kalichů, podepřeny provizorní ocelovou konstrukcí a v horní úrovni byly sloupy zafixovány montážním prstencem. Další krok bylo osazení zbývajících tří mezilehlých sloupů. Po vybetonování monolitické plošiny, byl montážní prstenec odstraněn. Následovala montáž vřetenového schodiště.

Vlastní nádrž vodojemu byla osazena již opláštěná přes čepy na závěsy na sloupech.

STATICKÝ VÝPOČET

Analýza konstrukce byla provedena ve výpočetním softwaru SCIA. Výpočet byl proveden na lineárním modelu pomocí kombinovaných 1D a 2D prvků. Na prostorovém modelu bylo pomocí lineární stability stanoveno kritické napětí konstrukce. Spoje mezi jednotlivými prvky konstrukce byly modelovány jako ideálně tuhé, podpory modelovány ideálně kloubové.

VODOVODNÍ ŘADY, AREÁLOVÉ SÍTĚ

Za zmínku stojí i to, že vodovodní řady byly realizovány v délce více jak 4 km. Jednalo se o nové zásobní řady v průmyslovém areálu Vesecko a o část výtlačného řadu mezi areálem vodojemů v Ohrazenicích a průmyslovou zónou. Investor preferoval použití potrubního materiálu z tvárné litiny, který se vyznačuje vysokou spolehlivostí a dlouhou životností. Zvoleny byly trubky a tvarovky řady NATURAL od francouzského výrobce SAINT‑GOBAIN PAM. Původní vodovody byly z roku 1940 a byly vedeny z části pod průmyslovými halami, což znamenalo značné riziko v odstávce vody pro velkou část města v případě havárie. Dalším významným přínosem nových vodovodních řadů a zprovoznění věžového vodojemu je zajištění požární vody pro průmyslovou zónu.

Ing. Petr Chval, PROFES PROJEKT spol. s r. o.
Radek Hnát, VAK PROJEKT, s. r. o.