Beton pro Orlík: odpověď na extrémní povodně
Předejít povodňové tragédii a chránit obyvatele podél toku řeky – to je s ohledem na skutečnost stále extrémnějších projevů změny podnebí v ČR logický cíl projektu nového přelivu z nádrže vodního díla Orlík. Jaká jsou ale úskalí projektu rekonstrukce a budování nových částí vodní přehrady tak, aby odolala desetitisícileté vodě? Jaké technologie inženýři a betonáři využívají pro největší vodohospodářskou stavbu v novodobé historii ČR? A jak to všechno začalo? O všech těchto překážkách a jejich řešení informuje následující článek.
Základy z historie určující dnešek
První plán na vybudování přehrady vznikl už v roce 1911. Inženýři rakousko-uherského císaře Františka Josefa I. plánovali přehrazení úzkého a hlubokého údolí pod soutokem Vltavy s Otavou. Plán však nebyl uskutečněn a přehrada byla jen snem až do konce 2. světové války, kdy v polovině čtyřicátých let provedli experti geologický průzkum oblasti, a v roce 1954 tak mohly začít stavební práce. Autorem přehrady se stal inženýr Alois Kraus a vodní nádrž Orlík byla vybudována v letech 1954–1961. Vodní dílo mělo za účel minimalizaci průtoku na Vltavě a ochranu sídel podél jejího povodí před záplavami. To ale nebylo vše, přehrada má také dodávat elektrickou energii a vyrovnávat tak odběrové špičky v době největšího zatížení sítě a dodávat povrchovou vodu.
Specifika Orlické přehrady
Přehradní nádrži propůjčil své jméno zámek Orlík, který se v nedávné historii tyčil nad hlubokým údolím Vltavy a dnes se nachází jen pár metrů nad hladinou přehradního jezera. To však zdaleka není nejzajímavější věc. Vodní dílo Orlík, jež je součástí vltavské kaskády – ke které se řadí přehradní jezera Lipno, Hněvkovice, Kořensko, Kamýk, Slapy, Štěchovice a Vrané – je také největším vodním dílem na našem území s ohledem na objem zadržené vody. Mimo technické účely vyjmenované výše plní rovněž roli rekreační a sportovní vodní plochy pro velkou část Čech. Vybudování mohutné nádrže musely ustoupit vesnice v korytu řeky, stejně jako tomu bylo u ostatních děl vltavské kaskády.
Bylo přesunuto mnoho obydlí, avšak ne všechny památky se povedlo zajistit. Orlická přehrada má tak vlastní kostel stojící v hloubce mezi 40 a 50 m na dně nádrže dodnes. Podél celého povodí vede cesta, která v místě Orlické hráze spojuje oba břehy. „Orlík tvoří přímá, tížná, betonová hráz, v koruně dlouhá 450 m. Výška koruny hráze nade dnem je 81,5 m. Celkový objem betonu hráze činí přes 1 milion m3,“ uvádí v informačním listu Povodí Vltavy, státní podnik.
Voda je z přehrady odváděna jednak třemi korunovými přepady, tak i dvěma spodními výpustmi. Toho využívá elektrárna se čtyřmi turbínami zajišťující výrobu ekologicky čisté energie s průměrnou roční produkcí elektrické energie 398,1 GWh, což představuje pokrytí spotřeby cca 94 000 domácností, jak uvádí skupina ČEZ. Vodu k turbínám přivádí čtyři ocelová potrubí o průměru 625 cm zabetonovaná v hrázi. Potrubím by tedy s přehledem projelo například metro.
Vodní dílo Orlík pracuje ve vzájemné spolupráci se svou vyrovnávací nádrží přehrady Kamýk.
Hráz musí umožnit i přesun plavidel podél celého toku a pro tento účel je zde umístěno plavební zařízení (lodní výtah) pro malá sportovní plavidla.
Zkouška v podobě povodní 2002
Těleso přehradní nádrže velkou vodu v srpnu roku 2002 přečkalo, elektrárna byla ale zcela vyplavena vlnami vody ze spádu z přelivů. Vlny zničily také příjezdovou cestu k elektrárně a most pro pěší v Solenicích, proud vymlel přilehlé břehy pod přehradou a poškodil i lodní zdvihadlo.
V průběhu první vlny povodně 8. srpna 2002 se přítok do nádrže zvýšil na úroveň 1 700 m3 za sekundu a volná kapacita nádrže se tím zcela vyčerpala. Druhá vlna povodně dorazila 11. srpna a velmi rychle zvýšila úroveň přítoku až na rekordních 3 900 m3 za sekundu, což odpovídá hodnotě tisíciletého průtoku. Pro představu, roční průměr činí zhruba 80 m3. Přehrada však tuto opravdu ostrou zkoušku ustála.
Přehrada Orlík představuje prvek kritické infrastruktury našeho státu. To je dle definice takový prvek, jehož narušení by mělo závažný dopad na bezpečnost státu, zabezpečení základních životních potřeb obyvatelstva, zdraví osob nebo ekonomiku státu (dle Ministerstva vnitra, které vede seznam těchto prvků).
Zkušenosti s povodní v roce 2002, kdy bylo vodní dílo vystaveno enormně velkému zatížení, na které nebylo projektováno, a zvyšující se požadavky na bezpečnost vodních děl vedly správce vodního díla, tedy státní podnik Povodí Vltavy, k rozhodnutí realizovat opatření v podobě zaručení bezpečného převodu desetitisícileté povodně s kulminačním průtokem 5 300 m3 za sekundu.
Beton odolávající extrémním povodním
Zabezpečení vodního díla Orlík proti účinkům velkých vod bude vyřešeno vybudováním doplňkového bezpečnostního přelivu a skluzu s vysokou kapacitou. Společnost Českomoravský beton se na projektu podílí dodávkou betonu o celkovém plánovaném objemu 64 000 m3. Beton bude dodáván v průběhu čtyř let, a to převážně čerpáním. Kontinuální dodávky betonu zajišťují dvě betonárny Orlík a Milevsko, které se vzájemně doplňují.
Tato technologicky náročná stavba s sebou nese vysoké nároky na parametry betonové směsi. Specificky pro účel přehrady se jedná o pevnost, mrazuvzdornost, minimalizaci smršťování, omezení tepla produkovaného při zrání betonu, až po modul pružnosti.
Vytvoření takové směsi předcházelo mnoho zkoušek nejen v laboratořích. „Nejsložitější bylo splnění parametrů na mrazuvzdornost a na druhou stranu bylo potřeba, aby ztuhl pomaleji, což redukuje počet a velikost vzniklých trhlin,“ popsal Ing. Michal Števula, Ph.D., jednatel společnosti BETOTECH, s.r.o.
Hledala se tedy kombinace materiálů, které přinesou požadované vlastnosti. „Receptura se vyvíjela přes rok ve spolupráci s laboratoří, kde se vzorky například namáhaly mrazem a rozmrazováním, kontroloval se požadovaný modul pružnosti a zkoušelo se mnoho dalších mechanicko-fyzikálních vlastností navrženého betonu,“ vysvětluje Michal Števula a také dodává: „Zajímavostí je, že trhliny jsou v každém betonu, některé jsou přípustné a některé nepřípustné. Ty přípustné pro Orlickou přehradu jsou do 0,2 mm – takzvaná vlasová trhlina.“ Přičemž vlasovou trhlinou menší než 0,2 mm voda neproniká.
Hráz vodní nádrže musí být vybudována z betonové směsi, která tuhne podstatně delší dobu než běžných 28 dní. Jelikož se ale beton ukládá ve značném spádu, museli betonáři ověřit schopnost betonu udržet se i ve sklonu 22°. To se nejdříve provedlo na malém vzorku v laboratoři, později v reálných podmínkách na stavbě na zkušebním segmentu v měřítku 1 : 1.
Zároveň se zde uplatnila unikátní metoda zpracování povrchu betonu – hlazení ocelovým válcem v šířce jednoho segmentu.
„Vypadá to tak, že se beton odspoda betonovaného úseku hladí rotujícím ocelovým válcem směrem k vrcholu ve sklonu 22°,“ upřesňuje Michal Števula. Později se povrch betonu dohlazuje z pracovní lávky ručními hladítky.
Realizace betonáže pod taktovkou technologie Giatec
Systém Giatec umožňuje sledování zrání betonu pomocí měření teploty v betonu a předchozí kalibrace betonové směsi. Čidlo s teploměrem baterií, pamětí a Bluetooth o velikosti krabičky cigaret a druhé externí čidlo na připojeném 200 mm dlouhém kabelu jsou připevněna do konstrukce a zality betonovou směsí. Čidla vysílající údaje o teplotě technologií Bluetooth do mobilního telefonu skrze aplikaci umožňují monitorování procesu zrání betonu.
Implementaci čidel Giatec však předchází kalibrace betonové směsi. Kalibrace probíhá zabudováním čidel do zkušebních těles, která jsou v laboratorních podmínkách po určitých počtech dnů podrobována zkoušce v tlaku. Vše se spáruje s teplotními daty z monitoru Giatec. Aplikace pak na základě odečtených teplotních dat a dat z kalibrace v laboratoři určuje pevnost betonu. Data je možné načíst až na vzdálenost přibližně 15 metrů. Tímto způsobem je možné monitorovat proces zrání betonu s větší přesností a získat důležité informace pro další navazující činnosti na stavbě.
TEXT: Marie Magdaléna Brázdil, Rethink Architecture
GRAFICKÉ PODKLADY: Českomoravský beton, a.s.
