Oprava vývaru vodního díla Štěchovice

Členění vodního díla

Celé vodní dílo je složeno ze tří částí:

• vodohospodářské části, tvořené samotným tělesem přehrady a vlakovou plavební komorou umístěnou na pravém břehu;
• středotlaké vodní elektrárny umístěné na levém břehu vodního díla;
• přečerpávací vodní elektrárny s nádrží na vrchu Homole, také na levém břehu.

Betonové těleso přehrady, včetně plavební komory a všech souvisejících konstrukcí, je obloženo kamennými kvádry.
Vodohospodářský vývar vodního díla Štěchovice je v návaznosti na členění přelivné plochy vodního díla rozdělen na:

• pravou část - ?bazén? pod 1. a 2. přelivem;
• střední část pod 3. přelivným polem s přírodním skalnatým dnem;
• část pod přelivy 4 a 5, na levém břehu u středotlaké vodní elektrárny.

Střední část zároveň navazuje na výpustný tunel, který sloužil při stavbě vodního díla pro převádění vody a proplouvání vorů.

¤ Vodní dílo Štěchovice vybudované jako druhý stupeň vltavské kaskády v letech 1937-1945

Poškození prahu vývaru v pravé části - oprava realizovaná v roce 2004

Po povodni v roce 2002 bylo v rámci povinných prohlídek vývarů vodních děl po mimořádné zátěži zjištěno poškození středního stupně prahu vývaru v pravé části. Závěrečný práh vývaru je tvořen kamennými kvádry různé velikosti podle místa osazení. Zajímavostí byla skutečnost, že se jednalo o střední stupeň, nikoli o stupeň poslední, nejvýše umístěný, kde by předpoklad poruchy byl, vzhledem k absolvované zátěži, nejopodstatněnější.
Střední stupeň je tvořen kameny velikosti 1x1x0,75 m. Po podrobném průzkumu dokumentace dochované z výstavby vodního díla bylo zjištěno, že spodní stupeň - řada kamenných kvádrů - je přitížena podsunutím pod stupeň střední. Poslední - nejvýše položená - řada kvádrů byla zase již při stavbě kotvena pomocí ocelových trnů. Pouze střední řada kamenů byla v podstatě pouze ?podmazána cementovou maltou?. Pravděpodobně proto došlo při extrémní zátěži v roce 2002 k uvolnění kvádrů, jejich převalení přes nejvyšší část a k přemístění těchto poměrně těžkých kamenů dále po proudu. V souvislé řadě 48 kvádrů jich celkem 33 chybělo. 27 kvádrů bylo nalezeno v řečišti za vývarem. Zbylých šest se nepodařilo nalézt ani dále po proudu a pro realizaci opravy byly speciálně vyrobeny a dovezeny.
Samotné práce v této pravé části vývaru spočívaly ve vyzvednutí přesunutých kamenů z koryta za vývarem, jejich přemístění pomocí speciálního mola z prefabrikovaných plováků s jeřábkem a osazení na betonovou plochu, předem pečlivě očištěnou vysokotlakým vodním paprskem. Jak bylo již výše uvedeno, byly doplněny chybějící a speciálně vyrobené kusy. Každý kvádr byl provrtán vrtem délky 1800 mm a průměru 40 mm až do podkladního betonu. Následně byly vrty osazeny ocelovou kotvou průměru 25 mm a délky 1750 mm se zálivkou cementovou směsí. Kotvou byly zajištěny také další kvádry, které sice nebyly přemístěny, ale došlo k jejich, byť jen částečnému, uvolnění. Na závěr bylo provedeno jednoduché bednění z vnější strany středního stupně a všechny spáry mezi kameny a veškeré ostatní poškozené spárování na prahu vývaru bylo vyplněno podvodní samonivelizující betonovou směsí. Práce proběhly, prakticky bez většího omezení provozu vodního díla a snížení hladiny, potápěčskou technikou. Realizace opravy je součástí programu na odstraňování povodňových škod.
Až do odstranění této poruchy na prahu pravé části vývaru byly veškeré zvýšené průtoky převáděny přes přelivy 3, 4 a 5 - tedy přes střední a levou část vodního díla. Hodnoty převáděných průtoků byly naštěstí v takovém rozmezí, že tento omezený provoz dostatečně kapacitně postačil potřebám prováděných prací.

¤ Práce na dotčené části vývaru v pruběhu stavby vodního díla

Kaverny ve dně levé části vývaru - oprava realizovaná v roce 2007

V rámci dalších pravidelných prohlídek bylo v roce 2005 zjištěno také poškození v levé části vývaru. Zde se však jednalo o poškození desky dna, nikoli prahu, jak bylo popsáno v předešlém textu. Vzhledem ke skutečnosti, že při první prohlídce po povodni bylo v této části konstatováno drobné poškození spárování kamenné dlažby (na vodním díle tohoto stáří lze jen těžce identifikovat, zda se jedná o poškození vzniklé aktuální zátěží, nebo poruchu vzniklou dlouhodobými účinky), je možné se domnívat, že ke vzniku kaverny došlo právě vlivem převádění vody přes přelivy 3, 4 a 5 v době, kdy pravá část nebyla využívána pro poškození prahu. Zvýšenou zátěží levé části tedy pravděpodobně došlo k uvolnění obkladových kamenů dna vývaru a jejich posunutí do řečiště. Porucha byla zjištěna potápěčskou prohlídkou při kontrole opravy z roku 2004, rozšířenou o preventivní prohlídku celého vývaru.
V rámci zpracování projektové dokumentace bylo ještě pomocí potápěčů a geodeta provedeno co možná nejpodrobnější zaměření rozsahu a byly odebrány vzorky podkladního betonu pomocí jádrových vývrtů. Vývrty byly postoupeny na zkoušky pevnosti v tlaku a stanovení objemové hmotnosti vzorků. Výsledkem měla být bližší specifikace vlastností podkladního betonu a tím přesnější stanovení rozsahu předpokládaných bouracích prací. Vzhledem k výsledkům zaměření a z něj vycházejícího poměrně velkého rozsahu poškození - cca 590 m² - a požadavku investora na možnost kontroly kvality provádění prací bylo rozhodnuto o realizaci této opravy tzv. ?na suchu?.
Pro opravu vzniklo v okamžiku tohoto rozhodnutí několik omezujících podmínek. Snížení hladiny ve zdrži vodního díla Vrané nad Vltavou na minimální provozní hladinu v rámci běžných manipulací na vodním díle (vodoprávní projednání, nutné pro snížení hladiny ještě pod tuto úroveň, bylo vyhodnoceno v přepokládaném časovém horizontu provádění opravy jako nerealizovatelné). Dalším limitním faktorem byla nutnost minimalizovat po dobu realizace prací průtok středotlakou vodní elektrárnou na hodnotu cca 75 m³s^-1 - což znamená ji prakticky odstavit. Lokalita probíhajících prací byla totiž, jak je patrné z ilustračních fotografií, v její bezprostřední blízkosti. Ještě před zahájením samotné realizace bylo v rámci zpracování dokumentace provedeno kontrolní měření hladin přímo pod vodním dílem, při různých hladinách a různých hodnotách průtoků středotlakou a vysokotlakou vodní elektrárnou (VE). Vzhledem k omezení průtoků středotlakou VE (provoz vysokotlaké přečerpávací elektrárny mohl za určitých podmínek zůstat zachován) a tím snížení výroby, bylo tedy snahou zkrátit realizaci opravy na co nejkratší dobu. Maximální možná délka prací byla po mnoha jednáních stanovena na šest týdnů.
Jedním z nejdůležitějších úkolů projektanta bylo navrhnout bezpečné provizorní hrazení okolo celé levé poloviny vývaru tak, aby bylo vyhověno všem omezujícím faktorům. Určitou výhodou byla rovná plocha (kamenné kvádry nejvyššího stupně vývaru) po celém hrazeném obvodu. Po poměrně dlouhé diskuzi bylo jímkování navrženo pomocí slupic, nasazených na horní hraně prahu, a do nich vložených vodovzdorných desek, s druhotným zajištěním proti průsakům okolní vody fólií a dotěsněním gumovými prvky. V počátku diskuzí byla ještě zvažována možnost využít pro umístění slupic kapes ve dně za prahem vývaru, které zde zůstaly z doby výstavby vodního díla. Nakonec však tato možnost využita nebyla. Jednak proto, že kapsy byly pouze na jedné straně budoucí jímky, a dále z důvodu nutnosti kapsy nejdříve vyčistit, což by po tolika letech provozu mohlo představovat obtížný úkon vnášející proměnlivou hodnotu do doby realizace.
Konstrukční návrh opravy kaverny byl v úrovni projektu zvažován ve dvou variantách. Očištění stávající konstrukce včetně předpokládaného bourání degradovaných betonů, doplnění poškozeného podkladního betonu, vytvoření lože z cementové malty a zpětné provedení dlažby s vyspárováním bylo variantou první. Druhou variantou bylo řešení vyplnění kaverny nabetonávkou vyztuženou kari sítí při horním i dolním povrchu. Po dalších diskuzích technických zástupců investora byla nakonec vybrána varianta druhá - ?betonová?. K rozhodnutí pro tuto variantu vedlo několik skutečností. V prvé řadě nutnost dodržet předem definovanou dobu realizace. Dále nejistota přesnosti stanoveného rozsahu (všechny průzkumné práce byly prováděny pod vodou) a nejistým faktorem byla i možnost velkých průsaků do jímky.
V zadávacích podmínkách pro výběr zhotovitele byla ponechána možnost navrhnout variantní řešení vytvoření jímky vývaru. Vítězná nabídka tuto možnost skutečně využila. Hrazení jímky bylo nakonec realizováno podle variantního návrhu zhotovitele pomocí předem dovezených prefabrikovaných betonových dílců.
1. května 2007 bylo předáno staveniště zhotoviteli. Z ochozu elektrárny nad dotčenou částí vývaru byl pomocí jeřábu spuštěn menzimuk, dále ponton a poté jednotlivé betonové prefabrikáty s těsněním, ze kterých bylo stavebnicově vyskládáno hrazení jímky. Hrazení bylo ještě navýšeno voděodolnou deskou výšky 600 mm. Důvodem pro navýšení byla možnost plného provozu alespoň přečerpávací elektrárny, jejíž vyústění je však situováno přímo proti čelní straně jímky. Předpokládaná doba jímkování se díky využití prefabrikátů výrazně zkrátila. Dalším příjemným zjištěním po vyčerpání vody bylo, že jímka nikde výrazně neprosakovala. I skutečný rozsah poškození byl velmi blízký předpokladu, vycházejícího z průzkumných prací, zaměření a projektové dokumentace. Po mechanickém čištění a čištění vysokotlakým vodním paprskem bylo navíc konstatováno, že kvalita podkladního betonu je výborná. Tím se zkrátila doba čištění a drobně snížen byl i rozsah následné betonáže.
Do očištěného a připraveného podkladního betonu byly v předem stanovených roztečích vlepeny ocelové kotvicí trny a u spodního i horního povrchu budoucí nové desky byla k těmto trnům přikotvena kari síť. Všechny stávající drenážní vrty, vystrojené dosud ocelovou trubkou, byly prodlouženy až nad úroveň budoucího dna chráničkami ze stejného materiálu. V nově betonované části byla přiznána pracovní spára navazující na pracovní spáru přelivné plochy a ošetřena jako spára dilatační. Její vystrojení bylo provedeno extrudovaným polystyrenem s osazením ukončovacího dilatačního pásu z PVC se dvěma příčnými výztuhami. Souběžně s přípravou pro betonáž probíhalo kotvení kvádrů středního stupně prahu vývaru, oprava spárování kvádrů v témže místě, spárování kamenného obkladu v místech zavázání přelivné plochy do dna vývaru a v částech, kde byla ponechána původní dlažba. Kotvení středního stupně bylo zvoleno jako preventivní zásah po zkušenostech z druhé poloviny stavby - podle popisu v první části textu. Technologie kotvení byla totožná a byly použity materiály obdobného charakteru. Samotná betonáž (cca 300 m³) proběhla během jediného dne. Betonová směs byla na stavbu dovážena od šesti hodin ráno až do večerních hodin. Po jejím zatuhnutí byly odřezány chráničky vztlaků přesahující nově vytvořené dno a převrtány všechny vztlakové vrty až na zdravý skalní podklad, aby byla bezpečně zachována jejich funkce. Čtvrtý den po betonáži byla jímka pozvolna zatopena zpět vodou a začalo se rozebírat prefabrikované hrazení. Pro další zrání betonu byly tímto krokem vytvořeny ideální podmínky z hlediska tepelné stálosti prostředí.
Díky použití prefabrikátů na vytvoření jímky a pečlivé přípravě se podařilo zkrátit dobu realizace opravy na čtyři týdny. Zhotovitel ve spolupráci s projektantem a zástupci investora odvedli odbornou a kvalitní práci. Zároveň byla uspořena i část finančních prostředků a středotlaká elektrárna Štěchovice mohla být uvedena zpět do plného provozu dříve, než byl původní předpoklad.
Jediným otazníkem zůstává, zda si vodní dílo Štěchovice nezasloužilo zachovat původní charakter - kamenný obklad všech svých částí. Snad ještě přijde doba, kdy historicko-kulturní hodnoty budou mít svou váhu i v porovnání se ztrátou finančních prostředků, získaných například z výroby energie.

¤ Poškození dna po zahrazení a vyčerpání levé části vývaru

¤ Příprava kaverny pro betonáž

¤ Betonáž desky dna vývaru

¤ Zaplavení jímky a odstranění provizorního zahrazení