asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví
Partneři kategorie

Rekonstrukce tratě úseku Bohumín-Vrbice – Bohumín, st. hranice CZ/PL

27.09.2011
Publikovaný článek má za cíl prezentovat nový způsob sanace nestabilních drážních zeminových násypů, aniž by je bylo nutné rozebírat a opětovně budovat. Bude zde představen konkrétní případ, pro který byla na základě komplexní analýzy navržena a následně realizována sanace drážního násypového tělesa na železniční trati 305 A Bohumín – Vrbice v km 278,060 – 277,700 a v úseku tratě 305 C Bohumín-Vrbice – st. hranice CZ/PL v km 2,710 – 2,350 pomocí štěrkových tamponů, gabionů a armované zeminové desky s použitím geobuněčného systému.
Charakteristika předmětného území
Předmětný úsek tratě se nachází v katastrálním území Pudlov v obci Bohumín v okresu Karviná v Moravskoslezském kraji. Cílem rekonstrukce bylo zajištění bezpečnosti železniční dopravy železniční tratě v úseku tratě 305 A Bohumín – Vrbice v km 278,060 – 277,700 a v úseku tratě 305 C Bohumín-Vrbice – st. hranice CZ/PL v km 2,710 – 2,350. Nezbytnost opravy byla vyvolána špatným technickým stavem železničního spodku drážního tělesa v důsledku povodní. Konstrukce železničního spodku byla navržena tak, aby zajišťovala únosný podklad pro železniční svršek v daném úseku v souladu s kritérii předpisu SŽDC S4.

Původní stav
Dvoukolejná železniční trať v řešeném v úseku tratě 305 A Bohumín – Vrbice v km 278,060 – 277,700 a v úseku tratě 305 C Bohumín-Vrbice – st. hranice CZ/PL v km 2,710 – 2,350 je vedena v oboustranném násypu s proměnnou výškou asi 1,0 až 3,0 m. V celém řešeném úseku železniční tratě docházelo vlivem nedostatečné únosnosti pláně železničního spodku k rozpadu GPK koleje. Nízká únosnost pláně železničního spodku byla zapříčiněna skladbou zemin v násypovém tělese, nedostatečnou sanací pláně železničního spodku, jeho nedostatečně mocnými konstrukčními vrstvami svršku a sníženou statickou funkcí roznosu zatížení do podloží.

Výsledky průzkumných prací
Geotechnický průzkum pražcového podloží traťového úseku byl realizován kombinovanou metodou založenou na vyhodnocení výsledků z jádrových vrtů, informací získaných interpretací dynamických penetračních sond (DP) a vyhodnocením vzorků odebraných z konstrukčních vrstev a zemní pláně. Diagnostikovaná místa realizace vrtaných a penetračních sond a zatěžovacích zkoušek byla zvolena objednatelem (jednalo se o místa s největšími poklesy v oblasti jak první, tak i druhé koleje). V rámci geotechnického průzkumu byly pro účely vypracování projektové dokumentace v drážním tělese uskutečněny tyto činnosti:
  • realizace dvou průzkumných jádrových vrtů v celkové hloubce 15 bm,
  • provedení dvou dynamických penetračních sond v celkové hloubce 16 bm,
  • vizuální prohlídka traťového úseku za účelem zjištění nepříznivých jevů a deformací,
  • realizace dvou statických zatěžovacích zkoušek,
  • geodetické zaměření sond a příčných profilů.
Před začátkem a v průběhu technických prací byla uskutečněna opakovaná rekognoskace předmětného traťového úseku. V dubnu 2010, kdy byla první výluka, byly reali­zovány statické zatěžovací zkoušky. Jádrové vrty a dynamické penetrační sondy byly provedeny až po povodni na konci května 2010, kdy byla zaplavena předmětná oblast až téměř po úroveň hrany násypu. Vrt i příslušná dynamická penetrace byly vždy umístěny do jednoho příčného profilu. Dynamické penetrační sondy byly situovány na jihozápadním okraji násypového tělesa – jejich ústí bylo asi o 0,5 m pod úrovní spodní hrany pražců. Jádrové vrty byly provedeny mezi pražci v ose koleje.

Všemi realizovanými jádrovými vrty bylo ověřeno, že zeminy zemní pláně jsou nebezpečně namrzavé a vodní režim je velmi nepříznivý. Tato zjištění v souladu s předpisem S4 vyžadují úplnou ochranu zemní pláně. Úplná ochrana zemní pláně požaduje, aby konstrukční vrstvy měly takový dosah, že hloub­ka promrzání nedosáhne do zemní pláně.

Zemní pláň byla převážně budována jíly středně plastickými a písčitými, měkké až tuhé konzistence. Jíly středně plastické a písčité symbolů CI a CS, zastižené vrtem V11 v hloubce od 1,8 m do 6,2 m, byly měkké konzistence. Vrtem V12 byly v těchto horizontech ověřeny obdobné typy zemin, ale tuhé konzistence pouze v hloubce 2,0 až 2,5 m, jinak byly zjištěny jíly středně plastické, měkké až tuhé konzistence.
Moduly přetvárnosti zemní pláně E0, stanovené interpretací výsledků dynamických penetračních sond, se pohybovaly v rozmezí od 4,5 do 5,3 MPa, níže až po úroveň stropu štěrkové terasy dosahovaly hodnot od 3,7 do 8 MPa.

Návrh sanačních opatření
S ohledem na zjištěné negativní jevy (a v mnoha ohledech jevy nepřípustné z hlediska předpisu S4) v zemní pláni, konstrukčních vrstvách a kolejovém loži (nevhodný materiál kolejového lože a konstrukčních vrstev, neúnosná jemnozrnná zemina zemní pláně, která zasahuje až do hloubek 4 m, zjištěná nepřípustná konzistence jemnozrnných zemin, výskyt jemnozrnných zemin měkké konzistence) byly navrženy v trati 305 A v km 278,050 – 277,731 a v trati 305 C v km 2,700 – 2,385 tyto sanační kroky a opatření:
  • odstranit nevhodný materiál kolejového kameniva a konstrukčních vrstev až na úroveň asi 0,90 m pod úrovní pražců a nahradit jej materiálem propustným, nenamrzavým a nesoudržným,
  • vyztužit konstrukci zemní pláně GEOWEBem tloušťky 200 mm (GEOWEB je geosyntetický výztužný materiál aplikovaný v zeminových konstrukcích pro zlepšení jejich mechanických charakteristik); aplikace GEOWEBu a štěrkových pilířů byla ověřena metodou konečných prvků,
  • vhodnými sanačními kroky snížit vlhkost jemnozrnných zemin zemní pláně, čímž se dosáhne zlepšení mechanických vlastností jemnozrnných zemin zemní pláně; ve velmi stlačitelných zeminách je jako jedna z nejoptimálnějších variant vybudování vertikálních odvodňovacích drénů neboli štěrkových či písčitých pilot,
  • tvarově upravit drážní těleso v souladu s předpisem S4 a příslušnými TKP, přičemž svahy upraveného tělesa sanovat štěrkovými gabionovými rohožemi a štěrkovým zásypem – jednak z důvodu zvýšení stability, jednak z důvodu protipovodňové ochrany drážního tělesa,
  • zprůchodnit podélné trativody – stojící voda na kontaktu zemní pláně zhoršuje mechanické vlastnosti zemin zemní pláně.

Statické a stabilitní posouzení matematickým modelem metodou konečných prvků
Pro dosažení co nejvyššího stupně spolehlivosti navrhovaných objektů sanace a stabilizace drážního násypového tělesa v řešeném úseku železniční trati byly výše uvedené návrhy posouzeny numerickými výpočty včetně vyšetření celkového napěťovo-deformačního stavu tělesa variační metodou konečných prvků s využitím softwarového systému ­PLAXIS V8.2.
-->-->
Výsledky matematické simulace MKP
Na základě podkladů z výsledků průzkumu byl pracovníky VŠB-TU Ostrava sestaven matematický model drážního násypového tělesa v km 277,857 s vynesením ověřených geologických vrstev a přiřazením jejich odvozených geotechnických materiálových charakteristik. Modelované maximální předpokládané zatížení kolejového roštu – rovnoměrné plošné zatížení kolejového roštu – q1 = 60 kN/m2. V rámci komplexního posouzení napěťovo-deformačního stavu byly provedeny modelace v jednotlivých krocích s uvážením jednak současného stavu a jednak variant chování po realizaci sanačních kroků.

Návrh sanačních opatření pro nový upravený tvar tělesa, tedy s aplikací sanační konstrukční vrstvy tloušťky 500 mm s GEOWEBem (tloušťka GEOWEBu v konstrukci je 200 mm), 2. řada štěrkových pilířů na kolej do hloubky 5,0 m a také návrh s gabionovými rohožemi a štěrkovým zásypem na svazích tělesa přinesl příznivé výsledky. Sednutí bez zatížení bylo asi 30 mm, výsledné sednutí s vlakem bylo asi 50 mm. Stabilita tělesa byla dostatečná, stupeň bezpečnosti byl vysoce přes 1,5, a to i při vysoké hladině vody.

Na podkladě analýz výsledků provedeného doplňujícího geotechnického průzkumu byla ve shodě s předpisem ČD S4 s přílohou č. 6 posouzena a navržena vhodná sanace a konstrukce železničního spodku a svršku. Návrh sanace a založení kolejového roštu byl zpracován pro převládající typ zeminy budující zemní pláň, tedy pro středně plastické jíly měkké konzistence, symbol CI.

Jíl středně plastický, symbol CI, měkká konzistence
  • návrh sanace podle TYP 3 v této specifikaci:
Hloubka odtěžení (od báze pražců): 0,90 m
-    na sanovanou zemní pláň položení vý­ztužné geotextilie: TS 70, gramáž 325 g/m2, pevnost v tahu – podélná/příčná 24,0/24,0 kN/m
Mocnost sanačních a konstrukční vrstev: 0,90 m
-    z toho sanační vrstvy žel. spodku:    0,30 m
-    z toho konstrukční vrstvy žel. spodku:    0,25 m
-    z toho konstrukční vrstvy žel. svršku:    0,35 m
  • návrh konstrukce podle TYP 3:   
-    štěrkodrť – drcené lomové kamenivo frakce 0/32, případně 0/63 nebo 16/63 mm – železniční spodek; modul přetvárnosti materiálu Ed, št = 80 MPa (ve shodě s tab. 2 ČD S4 příloha č. 6),
-    kolejové lože – drcené lomové kamenivo frakce 32/63 mm – železniční svršek; modul přetvárnosti materiálu Ed, št = 80 MPa (ve shodě s tab. 2 ČD S4 příloha č. 6),
-    separační geotextilie – netkaná, minimální gramáž 300 g/m2, funkce pouze separační,
-    geosyntetika – geobuněčný systém ­GEOWEB 200, minimální modul přetvárnosti od Ed = 250 MPa.
      
Pro založení konstrukce pražcového podloží podle TYP 3 bylo doporučeno:
  • odstranění železničního svršku a spodku v celkové mocnosti 0,90 m pod bází  pražců kolejového roštu v celém úseku zkou­mané tratě v každé koleji, na této HTÚ úprava pláně drážního tělesa na příčný sklon 5 % podle vzorového listu železničního spodku Ž1, ČD S4, a zhutnění nové HTÚ staticko-vibračním válcem, minimálně VV110 s četností pojezdů 3- až 4krát,
  • položení separační geotextilie TYPAR SF 94 (nekonečné vlákno, minimální gramáž 325 g/m2, pevnost v tahu – podélná/příčná 25,3/25,3 kN/m) na pláň v ploše 790,0 × 5,4 m; geotextilie bude roztažena podélně, rovnoběžně s osou koleje s požadovaným překrytím jednotlivých geotextilních pásů o 0,3 m,
  •  vybudování sendvičové konstrukce armované zeminové desky s geobuněčným výztužným systémem GEOWEB 200. Při rea­lizaci této armované sendvičové desky bude nutné dodržovat technologickou kázeň při rozprostírání, a především hutnění jednotlivých konstrukčních vrstev, přičemž každá sendvičová vrstva bude hutněna staticko-vibračně válci minimální tonáže VV110, 11 tun, s četností pojezdů 8- až 12krát; po zhutnění jednotlivých vrstev bude ověřena kvalita hutnění statickými zatěžovacími zkouškami s doložením splnění kritéria únosnosti vrstev.

Schematický řez

Realizace rekonstrukce trati – technické řešení
Podle výsledků geotechnického průzkumu byly v drážním tělese v úseku km 2,385 – 2,700, 277,731 – 278,050 zastiženy málo únosné konstrukční materiály tělesa železničního spodku, u kterých vlivem napětí přitížením železničním provozem docházelo k rozpadu GPK. Pro odstranění této závady byla v násypovém drážním tělese navržena sanace a rekonstrukce železničního spodku podle SŽDC S4 příloha č. 6 bod 9c) TYP 3 s použitím geobuněčného systému GEOWEB 200 v celkové délce 360 m v každé koleji v kombinaci se  štěrkovými konsolidačními tampony v celém sanovaném úseku a pro každou kolej.

Tvar drážního tělesa bude remodelován podle současných požadavků předpisu S4 a příslušných TP. Paty svahu budou po obou stranách stabilizovány štěrkovými rohožemi a štěrkovým zásypem. Tyto rohože budou plnit jak stabilizační funkci, tak i ochranu svahu při povodních. Vzhledem k vysokému stupni znečistění materiálů kolejového lože se nepředpokládalo využití materiálu spodku zpětně. Vytěžený materiál železničního spodku bude uložen na skládku.

Pro zajištění provozu na dané trati bylo rozhodnuto o provedení rekonstrukce vždy jen na jedné koleji a pro zajištění dočasného provozování koleje vybudování záporové stěny tvořené ocelovými jehlami, lany a pažením.

Pro založení konstrukce pražcového podloží podle TYP 3 bylo doporučeno odstranění železničního svršku a spodku v celkové mocnosti 0,90 m pod bází pražců, a to v celé šířce koruny násypu, tj. asi 12,5 m. Tato obnažená zemní pláň násypového tělesa bude sloužit jako pilotovací úroveň pro vybudování štěrkových konsolidačních tamponů. Na základě znalosti geologické stavby drážního tělesa bylo doporučeno provedení štěrkových tamponů o průměru 300 mm a délce asi 5 m, s nutností vetknutí paty tamponů do štěrkové polohy údolní terasy řeky Odry, která se nachází v podloží drážního tělesa v hloubce asi 5 m.

Rekonstrukce byla zahájena počátkem dubna 2011 odstraněním železničního svršku a spodku o celkové mocnosti asi 0,90 m pod bází pražců v půlce šířky koruny násypu, tj. asi 6,25 m. Následovalo vytyčení štěrkových tampónů pro každou kolej samostatně. Štěrkové tampony byly rozmístěny šachovnicově ve dvou řadách pod každou kolejí asi 0,5 m od osy kolejnic, vzdálenost jednotlivých pilot byla1,0 m.

Charakteristika štěrkových tamponů
  • Počet řad štěrkových pilot: 4 řady
  • Vzdálenost pilot v každé řadě: a = 1,0 m (šachovnicové rozmístění)
  • Průměr vrtané, zapažené piloty: min. 300 mm, průměr po hutnění asi 340 mm
  • Plnění pilot: lomové drcené kamenivo frakce 0/16 mm, frakce 0/4 mm, max. 10 %
  • Způsob hutnění: plnění po sloupcích výšky 0,7 m, minimálně 8krát pěchem  0,7 m 
  • Energie plnění: ekvivalent modifikovaného PS, popřípadě foukáním stlačeným vzduchem asi 5 atm. 
  • Ověření Edef, 2 minimálně u sedmi vyhotovených štěrkových pilot dynamickou penetrační zkouškou a zhlaví statickou zatěžovací zkouškou; předpoklad min. Edef, 2 = 25 MPa
V rámci obou etap bylo provedeno celkem 1 192 štěrkových pilot v celkové metráži 6 556 bm. Každá z etap byla provedena během šesti dnů, celkem tedy byly práce provedeny za 12 dní. V průběhu vrtání každého štěrkového tamponu byl monitorován geologický profil a také dokladován vzorek z  fluviálních štěrků zastižených vrtáním. Po instalaci štěrkových pilot bylo vždy stávající HTÚ zhutněno, a tím bylo připraveno pro realizaci armované sendvičové desky s použitím geobuněčného systému GEOWEB 200 v celkové délce 360 m v každé koleji. Zde bylo nutné dodržovat technologickou kázeň způsobu rozprostírání, a především hutnění jednotlivých konstrukčních vrstev, přičemž každá sendvičová vrstva byla hutněna staticky i vibračně válci minimální tonáže VV110, 11 tun, s četností pojezdů 8- až 12krát. Po zhutnění jednotlivých vrstev byla vždy ověřena kvalita hutnění statickými zatěžovacími zkouškami s doložením splnění kritéria únosnosti vrstev. Výsledky zkoušek v obou rekonstruovaných kolejích vyhovovaly požadavkům stanoveným projektem a také kritériím předpisu SŽDC S 4. Štěrkové rohože konstantní tloušťky 0,5 m a proměnlivé šířky asi 1,55 až 3,9 m byly instalovány po obou stranách v celé délce předmětného úseku – po upravení násypu drážního tělesa do požadovaného tvaru. Navržené štěrkové zásypy na rohože měly za úkol dotvarovat hranu svahu a zajistit propustnost, tedy přirozený odtok vod k koruny násypu.

Závěr
V publikovaném článku je prezentován nový způsob sanace nestabilních drážních zeminových násypů, aniž by bylo nutné je rozebírat a opětovně budovat. Byl představen konkrétní případ, pro který byla na základě komplexní analýzy navržena a následně rea­lizována sanace drážního násypového tělesa na železniční trati 305 A Bohumín – Vrbice v km 278,060 – 277,700 a v úseku tratě 305 C Bohumín-Vrbice – st. hranice CZ/PL v km 2,710 – 2,350 pomocí štěrkových tamponů, gabionů a armované zeminové desky s použitím geobuněčného systému. Tento typ rekonstrukce nestabilních drážních zeminových násypů byl navržen pracovníky firmy Unigeo a. s. Ostrava, ve spolupráci s odborníky Katedry geotechniky a podzemního stavitelství FAST TU VŠB Ostrava a posléze i reali­zován již dříve. V roce 2004 byl tímto způsobem sanován násyp drážního tělesa vysoký asi 15 m u Karlových Varů a v roce 2006 drážní těleso vysoké asi 9 m u Bylnice. Pokaždé bylo dosaženo požadovaných parametrů a sanované úseky jsou stabilní.

TEXT: Ing. Jaroslav Ryšávka, Ph.D., Ing. Lukáš Ďuriš, Ing. Richard Skopal
FOTO: Unigeo

Jaroslav Ryšávka je geotechnik ve společnosti Unigeo, a. s., divize Saneko.

Lukáš Ďuriš je odborný asistent na Fakultě stavební VŠB-TU v Ostravě.

Richard Skopal je geotechnik ve společnosti Unigeo, a. s., divize Saneko.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media