ŽELEZNIČNÍ STAVBY II

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ

OTTO PLÁŠEK, PAVEL ZVĚŘINA, RICHARD SVOBODA, VOJTĚCH LANGER

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II MODUL 1 ZEMNÍ TĚLESO

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

© Otto Plášek, Pavel Zvěřina, Richard Svoboda, Vojtěch Langer, Brno 2006

- 2 (37) -

Obsah

OBSAH Úvod....................................................................................................................4 Cíle 4 Požadované znalosti .......................................................................................4 Doba potřebná ke studiu .................................................................................4 Klíčová slova ..................................................................................................4 1 Zemní těleso ..................................................................................................5 1.1 Tvar zemního tělesa ..............................................................................5 1.1.1 Zemní těleso v náspu ..............................................................5 1.1.2 Zemní těleso v zářezu ...........................................................11 1.1.3 Sklony svahů a jejich stabilita...............................................13 1.2 Ochrana svahů zemního tělesa ............................................................20 1.2.1 Ochrana povrchu zemních svahů ..........................................20 1.2.2 Vegetační ochrana zemních svahů........................................21 1.2.3 Technická ochrana zemních svahů .......................................22 1.2.4 Ochrana povrchu skalních svahů ..........................................28 1.2.5 Opěrné a zárubní zdi .............................................................30 1.3 Poruchy zemního tělesa ......................................................................35 1.3.1 Poruchy podloží náspu..........................................................35 1.3.2 Poruchy zemních svahů ........................................................35 1.3.3 Poruchy skalních svahů.........................................................36 Závěr.................................................................................................................37 Shrnutí ..........................................................................................................37 Studijní prameny ..........................................................................................37 Seznam použité literatury....................................................................37 Seznam doplňkové studijní literatury .................................................37 Odkazy na další studijní zdroje a prameny .........................................37

- 3 (37) -


Úvod Cíle V této kapitole se dozvíte vše o zemním tělese kolejové jízdní dráhy. Nastudujete jednotlivé typy zemních těles, S tím souvisí řešení svahů zemního tělesa – sklony svahů a jejich ochrana. V závěru se dozvíte o poruchách zemního tělesa.

Požadované znalosti Pro pochopení studované látky budete nezbytně potřebovat znát členění a stavbu tělesa železničního spodku a konstrukčních vrstev tohoto tělesa, zejména základní pojmy a dělení konstrukcí. Dále předpokládáme, že máte prostudovány typy konstrukce pražcového podloží – únosnost a rozdělení napětí. Pro tuto kapitolu bude obzvláště důležité ovládat mechaniku zemin, zejména stabilitu svahů, zemní tlaky, zhutňování zemin, zlepšování vlastností zemin, stabilizace zemin.

Doba potřebná ke studiu Studium si rozdělte do dvou bloků: • Tvary zemního tělesa • Ochrana svahů zemního tělesa a poruchy zemního tělesa Předpokládáme, že látku každého bloku budete studovat vždy čtyři hodiny. U tohoto bloku budete procvičovat probranou látku minimálně, souhrnně procvičíte látku po dokončení modulu 2 při vykreslování příčných řezů. Zbylý čas pak můžete věnovat studiu doporučené literatury. Celkem předpokládáme, že u tohoto modulu strávíte 9 hodin.

Klíčová slova železniční spodek, zemní těleso, ochrana zemních svahů, poruchy zemního tělesa

- 4 (37) -

Zemní těleso

1

Zemní těleso

Těleso železničního spodku musí být provedeno tak, aby jeho konstrukce umožňovala zabezpečení předepsaných geometrických parametrů koleje a zajistila přenášení statického i dynamického zatížení železničních vozidel bez trvalé deformace pláně tělesa železničního spodku. Svahy zemního tělesa musí být chráněny před nepříznivými povětrnostními vlivy, narušujícími jejich stabilitu. Skalní svahy zemního tělesa musí být dále chráněny tak, aby v důsledku zvětrávání hornin neohrožovaly bezpečnost a plynulost železničního provozu. Ochrana svahů zemního tělesa se provádí jako vegetační, technická nebo kombinovaná.

1.1 1.1.1

Tvar zemního tělesa Zemní těleso v náspu

Tvar zemního tělesa v náspu se navrhuje podle vzájemné polohy terénu a nivelety koleje i geotechnických vlastností podloží a materiálů, z nichž má být zemní těleso vybudováno. Tvar a rozměry zemního tělesa v náspu jsou dány šířkou pláně tělesa železničního spodku, výškou náspu, druhem materiálu, ze kterého je těleso budováno a podložím náspu. Je-li podloží náspu stlačitelné, je nutné rozměry a výšku náspu volit s ohledem na předpokládané sednutí náspu. U stavby náspu na poddolovaném území je nutné předpokládat pokles celého tělesa a potřebu jeho zvyšování. Aby i po předpokládaném dosypání tělesa byly dodrženy projektované rozměry tělesa železničního spodku a s ní související šířka stezek, je nutné původní těleso vybudovat s tzv. nadvýšením a rozšířením provedeným podle geotechnických vlastností zemin. Svahy tělesa se volí s ohledem na geotechnické posouzení materiálů, ze kterých je násep budován. Popisnými zkouškami se určuje objemová hmotnost, pórovitost, vlhkost, stupeň nasycení, meze plasticity a tekutosti, index plasticity a zrnitost. Z fyzikálně mechanických vlastností se zjišťuje propustnost, namrzavost, vzlínavost, smrštitelnost a pevnostní charakteristiky. Podrobnější hodnocení zemin podle vhodnosti ke stavbě železničního tělesa a jeho podloží je v příslušných standardech (ČSN 72 1002). Zemní těleso v náspu musí být vybudováno z materiálů, které zajistí jeho trvalou únosnost a stabilitu. Nejvhodnějším materiálem pro stavbu náspu jsou nesoudržné zeminy (písek, štěrk, štěrkopísek, kamenitý materiál). Jsou málo stlačitelné, propustné a nenamrzavé. Dobře se zhutňují, jsou objemové stálé a nerozbřídají. Také nezvětrávající horniny skalního podkladu, vhodné svojí zrnitostí pro zpracování v zemním tělese, jsou ke stavbě náspu vhodné. Z hornin jsou vhodné především nezvětrávající celistvé horniny vyvřelé (žula, granodiorit, syenit, diorit, gabro, andezit, znělec, čedič, diabas), usazené (vápenec, dolomit, křemenec, buližník) i přeměněné (rula, svor, krystalická břidlice). Tyto materiály jsou méně vhodné z hlediska ceny materiálu a jeho nedostupnosti. Jejich uplatnění do náspu je také nešetrné z hlediska ochrany přírodních zdrojů, na druhé straně se náspy z nich vytvořené daleko lépe začleňují do krajiny, zejména v horských oblastech. Těleso železničního spodku se nemá zřizovat

- 5 (37) -


z některých druhů usazených a přeměněných hornin (jílovec, lupek, slínovec, břidlice, některé druhy vápenců a rul). Zeminy soudržné, měnící své vlastnosti vlivem klimatických poměrů, je možno použít ke stavbě náspů nebo jeho částí pouze omezeně. V odůvodněných případech je možné použít ke stavbě náspů druhotné materiály (např. popílek). Soudržné zeminy mění své vlastnosti vlivem vody v pórech. V suchém stavu jsou pevné a s přibývající vlhkostí se stávají plastické až tekuté. Při vyšší vlhkosti mají nižší únosnost. Nejsou objemově stálé, jsou zpravidla nepropustné a namrzavé. Z těchto zemin je možné budovat pouze jádro náspu, které musí být ochráněno proti promrzání. Při uvažování tvaru náspu se vždy přihlíží k únosnosti podloží, na němž má být násep vybudován. Z podloží náspu musí být odstraněna původní vegetace, vrstva ornice, případně nevhodné zeminy (bahnité náplavy, rašelina apod.), v zimě též sníh a led. Je-li sklon podloží strmější než 1 : 6, zřídí se v podloží náspu stupně z důvodu zajištění stability svahů náspu (Obr. 1). Stabilita a únosnost zemního tělesa v náspu nezávisí pouze na materiálu zemního tělesa, ale také na materiálu podloží. Při budování náspu ze zeminy soudržné, nepropustné a namrzavé se násep zakládá na konsolidační vrstvu. Konsolidační vrstva se zřizuje z nesoudržného a propustného materiálu. Základní funkcí konsolidační vrstvy je odvádět vodu ze soudržných zemin podloží i zemního tělesa. Po přitížení podloží dojde ke zvýšení pórového tlaku. V zemině musí dojít k vytvoření nové rovnováhy mezi efektivním napětím a pórovým tlakem. Vyskytují-li se v podloží náspu nepropustné zeminy a sypanina použitá k výstavbě náspu je nepropustná, vytvoří se v patě náspu odvodňovací rýha vyplněná propustným nenamrzavým materiálem, z něhož se voda odvede do příslušného odvodňovacího systému nebo zařízení. vegetační ochrana

původní terén skrývka původní ornice

1 :n

1-2%

1,00-3,00

1 :n

0,50 0,50

1

> 1 :6

1-2%

1:

max. 0,75

sklon

1,00-3,00

Obr. 1 – Úprava podloží náspu se sklonem strmějším než 1:6 svahovými stupni

Stlačitelné a málo únosné podloží je třeba před stavbou náspu buď zcela nebo alespoň částečně odstranit a nahradit vrstvou z nesoudržného, propustného a nenamrzavého materiálu. Rozměry této konstrukční vrstvy, případně návrh jiného zvýšení únosnosti podloží (pískové piloty, geotextilie, geomřížky, svislé geodrény, intenzívní dynamické zhutnění apod.) musí být určeny v projektu na základě geotechnického průzkumu a výpočtu konsolidace podloží. Náspy budované na stlačitelném podloží je třeba budovat s nadvýšením podle výpočtem stanoveného sedání podloží náspu. Stabilitu na málo únosném podloží je třeba prokázat výpočtem.

- 6 (37) -

Zemní těleso

K zamezení promísení zeminy náspu a podloží a omezení nerovnoměrného sedání náspu na málo únosném podloží lze použít v konsolidační vrstvě filtrační geotextilie a geomřížky, výztužné geotextilie s filtračním účinkem nebo prostorové buňky z geosyntetických materiálů vyplněné štěrkopískem, štěrkem apod. Mezi patou náspu a patním příkopem musí být zřízena lavička o šířce nejméně 1,00 m se sklonem 3 – 5 % do příkopu (Obr. 2). Vegetační ochrana

Vegetační ochrana

Skrývka ornice min. 1,00

1:n

1:n

2

0,6 n. 5 mi 0,7 n. mi

Původní terén

Jádro ze soudržné zeminy

3 1:n

Lavička

Ochranná vrstva

1

1 1:

0,5 0

3-5% 0,40

Prodloužený sklon svahu

Konsolidační vrstva Odstranění nevhodné zeminy

Obr. 2 – Detail paty svahu a příkopu

Při budování náspu se zeminy rozprostírají a hutní po vrstvách. Při rozprostírání zeminy je nutné počítat s tím, že objem nakypřené zeminy, dopravované na stavbu nákladními auty, se při hutnění zmenší. Zhutnění zemin musí odpovídat namáhání, kterému budou zeminy vystaveny podle svého uložení v zemním tělese. Schéma jednotlivých druhů zatížení je na Obr. 3. zatížení [MPa]

-1

0

0,1

0,2

0,3

hmotnost žel. svršku pláň tělesa žel. spodku

0

zemina tělesa žel. spodku zatížení pohyblivé

1 hloubka [m]

zatížení celkové

2

3

hmotnost zeminy

4

Obr. 3 – Schéma průběhu jednotlivých druhů zatížení železničního tělesa

Na zeminu působí zatížení od vlastní hmotnosti, zatížení od hmotnosti konstrukce železničního svršku a provozní zatížení od projíždějících vozidel. Schopnost zemin odolávat dynamickým účinkům je závislá na objemové hmotnosti zemin. Požadavky na zhutnění zemin jsou na Obr. 4. Míra zhutnění pro nesoudržné zeminy se vyjadřuje pomocí indexu ulehlosti ID, který vyjadřuje poměr objemové hmotnosti zeminy po zhutnění ve vztahu k maximální ob- 7 (37) -


jemové hmotnosti a objemové hmotnosti zeminy volně ložené. Relativní ulehlost ID se stanoví laboratorně. Pro soudržné zeminy se předepisuje míra zhutnění podle Proctorovy standardní zkoušky (PS), případně Proctorovy modifikované zkoušky (PM). Míra zhutnění se vyjadřuje procentem k maximální objemové hmotnosti při zmíněných laboratorních zkouškách. Míra zhutnění může být kontrolována také pomocí statického modulu přetvoření. Předepsané zhutnění se u rozsáhlých staveb ověřuje pomocí zhutňovacího pokusu, nebo měřičem zhutnění - kompaktometrem. Zhutňovacím pokusem se stanoví potřebný počet jízd a účinná hloubka zhutnění. Pomocí nivelace se zjišťuje stlačení zhutňovaných vrstev a vykresluje se graf v závislosti na počtu jízd. Z průběhu křivky se stanoví maximální počet jízd zhutňovacího prostředku. 1)

2)3)5)

4)6)

Epl = 207)8) ,30 9) ,40 10) 50 ,80 ,100 1)2)3)5)

4)6)7)

E0 = 15 7) , 9)20 10) 30 ,40 ,60 min. 0,3

1)

4)6)

11)

ID = 0,80 u GW,GP,G-F ID = 0,80 u GW,GP,G-F 103 % PS u ML,MI 102 % PS u CL,CI ID = 0,75 u GW, GP, G-F 95 % PS u CH,MH ID = 0,80 u SW, SP, S-F 100 % PS u MG,MS,CG,CS,G-F,GM,GC,S-F,SM,SC

100 % PS 0,50

2)3)5)

Epl = 207)8) ,30 9) ,40 10) 50 ,80 ,100 1)2)3)5) 4)6)7) E0 = 15 7) , 9)20 10) 30 ,40 ,60

Podloží z jemnozrnných zemin

ID = 0,75 - 0,80 Podloží z písčitých nebo štěrkovitých zemin

konsolidační vrstva ID = 0,80 u GW,GP,G-F

Obr. 4 – Požadavky na zhutnění zemin v náspu

Vysvětlivky k Obr. 4: Stávající tratě: 1)

ostatní koleje ve stanicích na tratích regionálních ostatní koleje ve stanicích na tratích celostátních 3) předjízdné koleje ve stanicích na tratích regionálních 4) předjízdné koleje ve stanicích na tratích celostátních 5) hlavní koleje na tratích regionálních 6) hlavní koleje na tratích celostátních ostatních pro rychlost V < 120 km.h-1 7) hlavní koleje na tratích celostátních koridorových pro V < 120 km.h-1 8) hlavní koleje na tratích celostátních pro 120 km.h-1 ≤ V ≤ 160 km.h-1 2)

Novostavby: 9)

pro rychlost V ≤ 160 km.h-1 pro rychlost V > 160 km.h-1 11) pro novostavby ID = 0,9 10)

Technologie zřizování náspu závisí na tom, zda se násep buduje ze zeminy nesoudržné nebo soudržné. Nesoudržné propustné zeminy je možné rozprostírat vodorovně, případně ve sklonu do 5 %. Buduje-li se násep ze zeminy soudržné, nepropustné a namrzavé, tvoří tato zemina pouze jádro náspu. Vrstvy zhutňované zeminy se ukládají ve sklonu nejméně 4 %. Voda v každé fázi stavby z povrchu budovaných vrstev odtéká do již vybudovaného podloží.

- 8 (37) -

Zemní těleso

Na svazích tělesa se zřizuje ochranná vrstva z nesoudržné nenamrzavé zeminy v tloušťce nejméně 0,6 m, tzv. štěrkopískový přísyp Na tento přísyp se rozprostírá ornice vegetačního krytu. Celková tloušťka přísypu včetně vrstvy ornice musí být nejméně 0,75 m. Při stavbě náspů ze soudržných a nesoudržných zemin je možné těleso vyztužit výztužnými prvky [44]. Používají se výztužné geotextilie tkané, netkané, pletené a geomříže s minimální pevností v tahu 10 kN.m-1. Výztužné prvky se kladou v jedné nebo ve dvou vrstvách na povrch zhutněné vrstvy zeminy v tloušťce 0,3 až 0,5 m. Vrstvy zeminy je možné výztužným prvkem obalit a vytvořit polštář ze zeminy. Konce výztužného prvku je možné kotvit přehnutím zpět do tělesa náspu, kotevní délka je nejméně L = 5Hv, kde Hv je tloušťka zhutňované vrstvy. Při použití geomřížoviny a zemin vhodné zrnitosti je tak možné vybudovat strmější svahy tělesa. Výztužné prvky se vkládají zejména do spodní třetiny náspu, kde je možné očekávat největší přetvoření. Při ukládání výztužných prvků je nutné zajistit dobré zhutnění vrstev a napnutí výztužného prvku. Podobným způsobem je možné vyztužit také konsolidační vrstvu při uložení náspu na málo únosné podloží.

L

Hv

nesoudržná zemina

výztužná geotextilie nesoudržná zemina

Obr. 5 – Příklad vyztužení náspu z nesoudržné zeminy geotextiliemi

K zamezení eroze na zemních svazích se upravené svahy náspů opatří ihned po dokončení vhodnou ochranou.

- 9 (37) -

1 1:n

0,6 n. ,75 i m 0 n. mi

Obr. 6 – Vysoký násep

- 10 (37) -

a) násep ze soudržných zemin na podloží ze soudržných zemin

5% 5% 1:n 1

3

4

1:n

Původní terén sklon < 1:6 Skrývka ornice

1:n

Podloží z nesoudržné zeminy

1:n 2

Vegetační ochrana Jádro ze soudržné zeminy

Podkladní vrstva Ochranná vrstva

b) násep ze soudržných zemin na podloží z nesoudržných zemin

Dle vzorového listu Ž1

po 4,00 - 6,00

Konsolidační vrstva min. tl. 0,30 m Původní terén Skrývka ornice Odstranění nevhodného podloží Podloží ze soudržné zeminy

2 1:n

Jádro ze soudržné zeminy

Konstrukční vrstva Ochranná vrstva Vegetační ochrana


H > 6,00 4,00 - 6,00

Zemní těleso

1.1.2

Zemní těleso v zářezu

Zemní těleso v zářezu se buduje pod úrovní původního terénu. Tvar zářezu je určován hloubkou zářezu, druhem zemin a hornin, ve kterých má být zářez vybudován, stupněm zvětrání hornin, sklonem a směrem jejich vrstev vzhledem k ose zářezu. a) 6,00 b) 6,20

min. 0,50

1:n

0,5

min. 0,15

H < 6,00

3,00

původní terén skrývka ornice

3,10

1:n

,5 1:1

5%

5%

1:1 ,

5

0,4

vegetační ochrana

vegetační ochrana

b) Pláň tělesa železničního spodku ve sklonu

a) Pláň tělesa železničního spodku vodorovná

Obr. 7 – Zemní těleso v zářezu

Zemní svah se proti účinkům srážkové vody chrání zpravidla vegetačním krytem. Srážková voda ze svahů se odvádí oboustrannými příkopy. Kubaturu zářezu je možné snížit pomocí příkopových zídek. Použití příkopových zídek je vhodné také v případě málo vhodných zemin, ve kterých je zářez hlouben. V tomto případě příkopové zídky zajišťují tvarovou stálost a sklon odvodňovacího zařízení. min. 3,00+a 1,70

Osová vzdálenost

0,20-0,55

min. 3,00 1,70

1:

1:

1

n

n

:1 ,2 5

Geotextílie Zásyp rýhy propustným materiálem 0,37

0,37 0,40

min. 2,35

Výplň z nepropustného materiálu Podkladní beton C 12/15

0,37

0,37

min. 2,35

Spádový beton vodostavební

Obr. 8 – Příčný řez tratí s odvodněním příkopovými zídkami

V zářezech hlubších než 5,00 m se při jejich stavbě nebo rekonstrukci zřizují jednostranné nebo i oboustranné ochranné a udržovací prostory o šířce nejméně 3,00 m. Ve skalních zářezech se ochranné a udržovací prostory zřizují vždy, u dlouhých zářezů v zeminách jen v odůvodněných případech. Ochranné prostory se doporučuje napojit na veřejnou komunikaci.

- 11 (37) -


Ochranný prostor

H > 6,00

3,00

1: n

3,00

5%

1:n

,5 1:1

5%

H > 6,00

Obr. 9 – Volný manipulační prostor v zářezu – ochranný a udržovací prostor mezi patou svahu příkopem

Ochranný prostor 3,00

3,00

1:n

5%

,5 1:1

5%

Obr. 10 – Volný manipulační prostor v zářezu – ochranný a udržovací prostor mezi kolejí a příkopem

Sklony svahů ve skalních horninách se navrhují v charakteristických profilech podle pevnosti a stupně zvětrání hornin, sklonu a směru jejich vrstevnatosti vzhledem k ose zářezu a možnému působení vody ve svahu při výstavbě i po dokončení zářezu. Ve snadno zvětrávajících horninách se doporučuje upravit svah zářezu ve sklonu 1 : 1,25, aby bylo možné zřídit jeho vegetační ochranu. U skalních zářezů hlubších jak 6,00 m se ve skalní hornině zřizují ve svazích lavičky, pomocí kterých se zabezpečuje čištění zářezových svahů od zvětralin. Svahy se odstupňují po 4,00 až 6,00 m lavičkami o šířce nejméně 1,50 m. K ochraně železniční trati před padáním zvětralin se ve skalních zářezech zřizují ochranné prostory a ochranné stavby. K ochraně železniční trati před štěrkovými sutěmi se zřizují ochranné galerie. Povrch dna skalního zářezu se zpravidla zřizuje v jednostranném sklonu 3 %. Zemní pláň se urovnává pomocí vhodného materiálu, např. štěrkopískem, štěrkodrtí nebo drceným kamenivem. Proti pronikání vody do zvětrávajích hornin se uzavírá dno skalního zářezu pomocí vrstvy z asfaltového betonu. K odvodnění skalního zářezu se zřizují příkopy. Jejich tvar je poněkud odlišný od příkopu zemního zářezu a odpovídá možnostem výlomu hornin.

- 12 (37) -

Zemní těleso

Zeminy, v nichž se budují zářezy, se podle ČSN 73 3050 zatřiďují z hlediska rozpojování do sedmi tříd. V projektu určuje třídy projektant, při těžení se horniny zatřiďují podle skutečného stavu při těžení. Množství těženého materiálu se určuje v rostlém stavu. pokryvná vrstva vegetační ochrana min.1,50

b) zářez s lavičkami ve svahu

min.1,50

min.1,50 Ochrana proti padajícím kamenům

min.3,00

5%

3,125+ ∆vo

3,00 3:1 -

Případná ochrana proti padajícím kamenům 5%

lavička

Nezvětrávající hornina

4,00 -6,00

5:1

ochranný a udržovací prostor

5:1

3:1 -

Nezvětrávající hornina

5%

4,00 - 6,00

a) zářez s ochranným a udržovacím prostorem

5%

:1

původní terén skrývka ornice

3:1 5

pokryvné vrstvy vegetační ochrana

3%

Tvar a rozměr odvodňovacího zařízení dle vzorových listů Ž1 a Ž3

Obr. 11 – Skalní zářez

1.1.3

Sklony svahů a jejich stabilita

Přirozené svahy území Při návrhu železniční trasy je třeba zvážit, zda zemní těleso nenaruší přirozené svahy území. K tomuto účelu je třeba znát geologický profil zkoumaného území, zejména sklon vrstev podloží. Přirozený svah je ohrožen jak náspy, který vedou k přitížení území, tak zářezy, které mají svahy strmější, než je původní sklon.

- 13 (37) -


a) τ smyková plocha

r

T

τ N

τ

skalní podklad

Q

τ

svahová hlína

τ

b)

smyková plocha

r

T

N

τ

τ

Q

τ skalní podklad

svahová hlína

Obr. 12 – Vliv železničního tělesa na celkovou stabilitu přirozeného svahu území a) trať v náspu b) trať v zářezu

Sklony svahů zemního tělesa Svahy zemního tělesa musí být ve sklonu, který odpovídá vlastnostem zemin nebo hornin, z nichž má být těleso vybudováno. Přihlíží se přitom k zatížení zemního tělesa železničním provozem a k únosnosti podloží náspů. Zemní těleso musí být vybudováno tak, aby zemní pláň splňovala požadavky uvedené výše a aby klimatické změny nenarušovaly jeho stabilitu. Pro zachování stability zářezových svahů nesmí být při zemních pracích podkopána pata svahu. Stabilita svahů zemního tělesa o výšce zemního tělesa větší než 6,00 m musí být určena výpočtem stability svahu na základě geotechnického průzkumu. Porušení svahu může nastat po rovinné ploše u nesoudržných zemin nebo podle zakřivených ploch u soudržných zemin. Průběh smykové plochy může být i kombinovaný. Při posuzování stability svahů se sledují • aktivní síly, působící ve směru svážející se zeminy, tvoří vlastní tíha zeminy a tlak podzemní vody • pasivní síly, působící proti pohybu zeminy, jsou dány odporem proti usmyknutí zeminy podél smykové plochy příp. část vlastní tíhy zeminy, prochází-li smyková plocha patou svahu • zatížení svahu od konstrukce koleje a pohyblivého zatížení. Pohyblivé zatížení se nahrazuje náhradním obdélníkovým zatížením o šířce 2 m od osy koleje na každou stranu. Pro pohyblivé zatížení se uvažuje dynamický součinitel 1,2.

- 14 (37) -

Zemní těleso

a)

r

b)

P

τ

T

P

smyková plocha

τ 1: n

N τ Q

1: n

smyková plocha

Q

τ τ

τ

τ

c)

τ

d)

r

r

smyková plocha

smyková plocha P

n

Q1 1:

Q2

τ

Q1

hl.v. W

τ τ

τ

P 1: n

hl.v.

Q2

τ

hl.p.v.

τ

τ

τ

Obr. 13 – Síly působící na svah železničního náspu a) při rovinné smykové ploše, b),c),d) při válcové smykové ploše

Stabilita svahu se posuzuje podle stupně stability. Z hlediska bezpečnosti zemního tělesa se volí stupeň stability 1,2 až 1,5. Řešení stability svahu se zpravidla zjednodušuje na rovinné. Stupeň stability vyjadřuje poměr mezi pasivními a aktivními silami. U nesoudržných zemin se volí rovinná plocha a stupeň stability je obecně dán vztahem

F=

∑F ∑F

P A

(1)

kde ΣFP ...............................................součet pasivních sil na svahu proti směru pohybu podél smykové plochy [kN] ΣFA ...............................................součet aktivních sil, které působí ve směru pohybu podél smykové plochy [kN]

Při řešení stability svahů ze soudržných zemin se zpravidla volí smyková plocha ve tvaru kružnice. U rotačních smykových ploch se zpravidla posuzuje poměr momentů pasivních a aktivních sil k bodu otáčení. Stupeň stability je dán vztahem

- 15 (37) -


F=

MP MA (2)

kde

n 1:

n 1:

1:

n

MP ................................................ moment pasivních sil ke středu otáčení [kN.m] MA ................................................ moment aktivních sil ke středu otáčení [kN.m]

Obr. 14 – Možné průběhy smykových ploch

K výpočtu stability svahu se používá různých metod, nejběžnější je proužková Pettersonova metoda. Zeminy jsou charakterizovány objemovou hmotností přirozeně vlhké zeminy, soudržností a úhlem vnitřního tření (oba parametry jak totální tak efektivní). Při řešení s efektivními parametry je nutno uvažovat také tlak vody v pórech. Při řešení se hledá poloha středu otáčení a poloměr smykové plochy. Sklony svahů náspů do výšky 6,00 m se navrhují v jednotném sklonu podle druhu zeminy, ze které má být násep vybudován. Svahy náspů budované ze zemin nesoudržných se zřizují obvykle ve sklonech 1 : 1,25 až 1 : 1,75 v závislosti na druhu nesoudržné zeminy (např. štěrk, štěrkopísek, hlinitý písek apod.) ze zemin soudržných se zřizují obvykle ve sklonech 1 : 2 až 1 : 2,5 v závislosti na druhu soudržné zeminy (např. hlína, jíl apod.) ze sypaniny ze skalních hornin ve sklonech 1 : 1,25, při použití technické ochrany svahu (např. obrovnávky) ve sklonech 1 : 1 a strmějších Svahy náspů o výšce větší než 6,00 m se navrhují ve sklonech lomených s odstupňováním po 4,00 – 6,00 m výšky. Zalomení svahů se navrhuje pro nejvyšší svah náspu. Svahy se ponechávají od shora ve stejných sklonech po celé délce náspu. Nejstrmější sklon má horní etáž náspu. Průsečnice zalomených ploch svahů se navrhují zpravidla rovnoběžné s niveletou koleje. Svahy zářezů v zeminách se navrhují s ohledem na geotechnické posouzení a to s ohledem na hydrologické poměry území, ve kterém je zářez hlouben. Svahy zářezů v zeminách o větší hloubce než 6,00 m se navrhují ve sklonech odstupňovaných po 4,00 až 6,00 m výšky. Jednotný sklon svahu s lavičkami místo lomeného svahu je nevhodný. Zalomení zemních svahů se navrhuje pro nejhlubší zářez a pro každou stranu samostatně. Svahy se ponechávají od paty zářezového svahu ve stejných sklonech po celé délce zářezu. Nejstrmější sklon má horní etáž zářezu. Průsečnice zalomených ploch svahů se navrhují zpravidla rovnoběžné s niveletou koleje. Prosakuje-li zářezovým sva-

- 16 (37) -

Zemní těleso

hem, tvořeným nesoudržnými zeminami, voda, navrhuje se obvykle jeho sklon poloviční, než je úhel vnitřního tření nesoudržné zeminy.

a)

r

b) smyková plocha

τ

T

τ T

1: n

N τ

1: n

smyková plocha

N

Q

τ

τ

Q

τ τ

c)

r

τ

smyková plocha hl.p.v.

1: n

Q1

τ

W Q2

τ

τ

τ

Obr. 15 – Síly působící na svah železničního tělesa v zářezu a) při rovinné smykové ploše b), c) při válcové smykové ploše

Sklony svahů zářezů o hloubce do 6,00 m se navrhují v jednotném sklonu podle druhu zeminy, ve které je zářez vybudován. Svahy zářezů, ve kterých neprosakuje svahem podzemní voda a budované: v zeminách nesoudržných se zřizují obvykle ve sklonech 1 : 1,25 až 1 : 1,75 v závislosti na druhu nesoudržné zeminy (např. štěrk, štěrkopísek, písek apod.), za předpokladu nedokonalého odvodnění svahových uloženin ve sklonech 1 : 2,5 až 1 : 3,5 v zeminách soudržných se zřizují obvykle ve sklonech od 1 : 1,75 ve svahových sutích, od 1 : 2 v hlínách, od 1 : 2,5 v jílech.

- 17 (37) -


Sklony skalních svahů Na stabilitu skalních svahů má rozhodující vliv prostorové uspořádání soustav odlučných spár a zlomových trhlin. Ve skalním masívu se zpravidla vyskytuje několik soustav ploch nespojitosti, navzájem se křižujících. V nich se určují hlavní soustava ploch nespojitosti a podružné soustavy. Schéma sil, které působí ve skalním svahu s plochami odlučnosti skloněnými ve stejném smyslu jako svah je na Obr. 16. Aktivními silou je tangenciální složka vlastní tíhy horninového masívu, pasivní silou je tření na odlučné ploše. suť

n:1

T

N

τ

Q

Obr. 16 – Síly působící na skalní svah

Stupeň stability je dán vztahem

F=

∑F ∑F

P A

(3)

kde ΣFP .............................................. součet pasivních sil na svahu proti směru pohybu horninového bloku podél odlučné plochy [kN] ΣFA .............................................. součet aktivních sil, které působí ve směru pohybu horninového bloku podél odlučné plochy [kN]

Pasivní síly je možné zvýšit kotvením horninových bloků předpjatými nebo prostými kotvami. Sklon svahů v horninovém masívu se volí s ohledem na pevnost a stupeň zvětrání horniny. Rozhodující je sklon a směr ploch nespojitosti, průběh zlomových spár a vlastnosti výplně spár. V příznivých případech, a neprosakuje-li svahem voda, se ve skalních horninách zřizují v závislosti na pevnosti horniny, stupni zvětrání a rozpukání sklony od 1 : 1,25 do 5 : 1. V úvahu je nutné vzít porušení svahů odstřelem. Důležité je zarovnání a očištění skalních svahů. Svahy snadno zvětrávajících hornin se musí chránit před účinky zvětrávání, nebo se musí navrhnout v takovém sklonu, který odpovídá stavu po zvětrání.

- 18 (37) -

Zemní těleso

Kontrolní otázky

Jakým způsobem se musí upravit podloží náspu, jestliže sklon podloží je větší než 1:6? Jakým způsobem se posuzuje stabilita svahů v soudržných a jakým způsobem v nesoudržných zeminách? Všimněte si rozdílnosti navrhovaných sklonů svahů ve stejných zeminách v případě náspu a zářezu. Čím by to mohlo být?

- 19 (37) -


1.2 1.2.1

Ochrana svahů zemního tělesa Ochrana povrchu zemních svahů

Svahy zemního tělesa musí být chráněny před nepříznivými povětrnostními vlivy, narušujícími jejich stabilitu. Skalní svahy zemního tělesa musí být dále chráněny tak, aby v důsledku zvětrávání hornin neohrožovaly bezpečnost a plynulost železničního provozu. Ochrana svahů zemního tělesa se provádí jako:

• vegetační (biologická) – představuje zpevnění svahů zemního tělesa kořenovým systémem hluboko i mělce kořenících rostlin. Je nejčastěji používanou ochranou zemních svahů před vodní a větrnou erozí. Používá se přednostně. Vegetační ochranu je možno zřizovat rozprostřením ornice a osetím, smísením jalové zeminy s ornicí a osetím, mulčováním a osetím, hydroosevem, drnováním, vysázením dřevin, pleteninami a plůtky, travními rohožemi z geotextilie • technická - představuje zpevnění svahů technickým způsobem, např. pomocí různých typů dlažeb, pohozů, štěrkových koberců, rovnanin, obkladů, kamenných a geotextilních matrací, gabionů. geotextilií, geomřížek, sítí, rohoží a hřebíkování. Používá se k ochraně svahů zemního tělesa před stojatou nebo proudící vodou. K ochraně místně narušeného povrchu skalního svahu a pro zajištění stability jednotlivých uvolněných skalních bloků se používají tzv. místní úpravy, zahrnující např. plombování dutin v horninách, těsnění spár skalních puklin, podezdění a kotvení skalních bloků. Stabilita skalního svahu jako celku musí být zajištěna zvláštním technickým opatřením, např. injektováním, kotvami apod. U skalních svahů o menších sklonech, na nichž dochází v důsledku zvětrávání k uvolňování úlomků a kusů horniny, se používají ochranné sítě (z ocelového pletiva nebo syntetických nehořlavých materiálů). K vytvoření ochranné vrstvy na povrchu snadno zvětrávající horniny se používají pláště ze stříkaného betonu a torkretové omítky. Zajištění stability líce skalního svahu ohroženého zvětráváním na větších souvislých plochách se provádí pomocí obkladních zdí monolitických nebo montovaných. Povrchové uvolněné vrstvy skalního masivu se zachycují k neporušenému skalnímu masivu pomocí kotev. • kombinovaná – představuje spojení vegetační a technické ochrany a dále použití travních rohoží, vegetačních tvárnic, zatravňovacích geotextilií a geotextilií ve spojení s hydroosevem.

- 20 (37) -

Ochrana zemních svahů

1.2.2

Vegetační ochrana zemních svahů

• Osetí travního semene do ornice Travní semeno se osévá do vrstvy ornice o tloušťce 100 až 150 mm. Vrstva ornice se rozprostírá na upravené svahy zemního tělesa. Rozprostírání ornice se označuje jako humusování svahů. U zářezů je začátek humusování 0,5 m nade dnem příkopu. Svahy náspů se zpravidla pokrývají celé. Konstrukční vrstvy z propustných materiálů se nehumusují, aby na svah tělesa mohla odtékat srážková voda. a) 1 0, 10,

n 1:

5

ornice 1: 1, 5 5 0,

0,15

n 1:

1 0, 10,

b)

15 0, 10,

ornice

zemina nesoudržná

konsolidační vrstva

min 0,3

zemina soudržná

min 0,15

5

ornice

n 1:

Obr. 17 – Rozprostření ornice na svahu a) zářezu b) náspu z propustné zeminy c) náspu z nepropustné zeminy

K osévání se používá směs travního semene v množství 30 až 60 g.m-2. Větší plochy svahů se mohou osévat speciálními secími stroji, menší plochy se osévají ručně. Po zasetí je nutné povrch oseté vrstvy zhutnit. V suchém období je nutné svahy kropit, zejména na osluněných svazích. K ochraně osetých svahů lze povrch opatřit nástřikem emulzemi (asfaltovými, latexovými apod.), které vytvářejí na povrchu ochranný film proti erozivním účinkům srážkové vody do doby vzrůstu trávy.

- 21 (37) -


• Osetí travního semene do směsi jalové zeminy a ornice Při nedostatku ornice je možné osévat travní semeno do směsi jalové zeminy a ornice, zpravidla v poměru 1:1. Směs jalové zeminy a ornice se může zlepšit hnojivy nebo rašelinou.

• Hydroosev Hydroosev je technika zatravnění svahu tělesa, při které se na svah z jalové zeminy nanáší směs travního semene, vody, mulče a hnojiva. Mulč jsou látky organického původu, jako je např. rašelina, řezanka ze slámy nebo ze sena, hobliny, lesní stelivo apod. Mulč působí příznivě na klíčivost zasetých rostlin. Do směsi se také přidává emulze, která spojuje mulč a zajišťuje jeho přilnutí ke svahu do doby zakořenění travin.

• Drnování Při drnování se na svah kladou srýpnuté tabule drnů nebo drnové pásy. K rychlému drnování slouží travní koberce, které se dopravují srolované na stavbu. Tento způsob vegetační ochrany svahů je vhodný pouze pro menší plochy svahů. Technologie drnování je náročná na ruční práci. Z výše uvedených důvodů se drnování používá jen vyjímečně.

• Pleteniny a plůtky Pleteniny a plůtky se používají pro rychlou sanaci malých ploch vlhkých svahů a k sanaci erozivních míst. Pletenina se vytváří z vrbového proutí a tvoří na svahu šikmé plůtky nebo čtverce. Při sanaci erozivních míst se pletenina vytváří kolmo na směr rýhy. Nejvhodnější doba pro budování pletenin je období vegetačního klidu na podzim a v předjaří.

• Travní rohož z geotextilie K vegetační ochraně zemních svahů s jalovými zeminami se používají speciální geotextilie s travním semenem. Tyto travní rohože jsou tvořeny dvěma vrstvami geotextilie, které jsou prošity, a mezi nimiž je travní semeno v množství 15 až 20 g.m-2. Travní rohož se klade na svah zemního tělesa s přidáním hnojiv. Travní rohože se upevňují na svah ocelovými skobami. Položené travní rohože nesmí zaschnout a v suchém období je nutno je kropit vodou.

1.2.3

Technická ochrana zemních svahů

Ochrana svahů zemního tělesa na kontaktu s vodními toky a díly Zemní těleso na styku s vodními toky a díly musí být chráněno proti trvalým nebo dočasným účinkům proudící nebo stojaté vody. Způsoby zpevnění svahů zemního tělesa, které jsou ve styku s vodními toky a díly, mohou být technické nebo kombinované a závisí na tom, zda se zemní těleso nachází podél vodního toku nebo tvoří-li vodní hráz. Svah zemního tělesa musí být navržen ve sklonu zajišťujícím stabilitu a chráněn proti vymílání, působení ledu a účinkům kolísání hladiny vody. Proti účinkům vodního toku se chrání návodní strana svahu tělesa. U náspů v inundačním území se chrání oba svahy. Výška ochrany svahu zemního tělesa proti vymílacím účinkům vody závisí na poloze svahu k proudnici vodního toku a na výšce nabíhání postupné vlny na - 22 (37) -


svah. U zemního tělesa, které je ve styku s vodními toky a díly, musí být mezi plání železničního spodku a výškou nabíhání postupné vlny na svah zemního tělesa zachována bezpečnostní výška, u konvexních břehů a v přímé min. 0,3 m, u konkávních břehů 0,5 m. K opevnění svahu zemního tělesa se používají kamenné a betonové dlažby a desky, kamenné a štěrkové pohozy, štěrkové koberce, textilní matrace, záhozy, gabiony, rovnaniny z kamene nebo z betonových prefabrikátů a nábřežní zdi. Nad opevněním se svahy chrání vegetačním krytem. Proti vyplavování jemných částic z jádra náspu se pod opevněním svahu navrhují jednovrstvé nebo dvouvrstvé filtry. Zrnitost filtru musí splňovat podmínku:

5d15 ≤ d f 15 ≤ 5d 85 (4)

kde d15, d85 ..........................................velikosti zrna chráněné zeminy, odečtené z křivky zrnitosti při propadu 15 resp. 85 % hmotnosti vzorku [mm] df15 ................................................velikost zrna filtru při propadu 15 % hmotnosti vzorku [mm]

Filtr musí dále splňovat podmínku:

d f 85 > 2s (5)

kde df85 ................................................velikost zrna filtru při propadu 85 % hmotnosti vzorku [mm] s ....................................................velikost mezery ve zvoleném druhu opevnění [mm]

Jestliže není možné pro jednu filtrační vrstvu splnit obě podmínky, zřídí se filtr dvojvrstvý. Dvouvrstvý filtr se zřizuje zpravidla u dlažeb, je-li jádro zemního tělesa ze soudržných zemin. Tloušťka jednovrstvého filtru má být nejméně 0,2 m, u dvouvrstvého filtru celková tloušťka nejméně 0,3 m. Ke zřízení filtru pod opevněním svahu je možné použít vhodné geotextilie. Jestliže je jádro tělesa vybudováno z namrzavé zeminy, musí mít svahové opevnění včetně filtru tloušťku nejméně 1,2 m.

- 23 (37) -


0,3(0,5)

c

vegetační ochrana

5%

min.0,8 pohoz z lomového kamene

hv

Q 100

1:n

filtrační geotextilie 1:n

min.1,0

min.1,0 ,25 1:1

zához

Obr. 18 – Zemní těleso ve styku s vodotečí

• Pohoz svahu Pohoz svahu se navrhuje z lomového kamene nebo ze štěrku. Oba typy pohozu se liší zrnitostí kameniva. Pohoz z lomového kamene je tvořen kamenivem zrnitosti 0,05 až 0,5 m, štěrkový pohoz zrnitosti 0,05 až 0,2 m. Velikost kamene se volí s ohledem na sklon svahu, na rychlost vody, na to, zda je tok vodní cestou, zda je na toku chod ledu. V inundačním území a na tocích bez chodů ledů se volí štěrkový pohoz. Sklon líce pohozu nemá být větší než 1:2,5. Tloušťka pohozu se určuje z křivky zrnitosti materiálu pohozu. Jestliže je pohoz uložen na zemním tělese z jemnozrnných zemin, navrhne se pod pohozem vrstva, která splní filtrační kriterium, případně se pod pohoz uloží geotextilie. • Štěrkový koberec Štěrkový koberec je štěrkový pohoz zhutněný válcováním. Pohoz se válcuje po svahu nebo podél svahu. Pokrytím pohozu humusováním se získá po zhutnění oživený pohoz. Štěrkové koberce se zřizují na svazích s největším sklonem 1:2. Štěrkové pohozy větší tloušťky se hutní po tloušťce 0,2 m. • Rovnaniny Rovnaniny se staví z neopracovaných kamenů nebo z betonových prvků, které se kladou na sucho. Dutiny se klínují menšími kameny. Nejmenší rozměr stavebních kamenů má být 0,25 m. Sklon líce rovnaniny nemá být strmější než 1:1. • Textilní matrace Textilní matrace je složena ze dvou vrstev geotextilie, které jsou vzájemně prošity. Po rozvinutí a ukotvení na svahu se plní čerstvým betonem. Výhodou textilní matrace je dobré přizpůsobení svahu. Vyrábějí se také matrace uzpůsobené k prorůstání vegetací. Jednotlivé díly matrace se spojují sešíváním nebo špendlením dlouhými ocelovými hřeby.

- 24 (37) -


• Zához Zához se zřizuje na kontaktu zemního tělesa s vodním tokem. Běžně se zřizuje z lomového kamene. Nejmenší rozměr kamene je 0,3 m o objemu 0,06 m3. V sousedství horských bystřin nebo dravých vodních toků je žádoucí nejmenší objem kamene 0,1 m3 a nejmenší hmotností 250 kg. Největší rozměr kamene nemá přesáhnout trojnásobek nejmenšího rozměru. Zához se upravuje do předepsaného profilu a dutiny se vyplňují menšími kameny. Skon líce záhozu nemá přesáhnout 1:1,25. Pro výšku hladiny do 2 m se volí šířka patky nejméně 1,0 m. Pro větší výšky hladiny má být šířka patky nejméně 1,5 m. Nejmenší výška patky je 1,0 m. Ke zřízení záhozu lez také použít betonové prefabrikáty – jehlany, kvádry, koule, tetrapody apod. Prefabrikáty se mohou spojovat ocelovými lany. • Gabiony Ke zřizování patek se používají drátokamenné matrace a gabiony. Tato konstrukce je velmi náročná na ruční práci a uplatňuje se zejména v zemích s levnou pracovní silou. K vyplňování gabionů se s výhodou používá místní materiál – říční valouny, lomový kámen. K líci gabionu se ukládají větší kameny, do středu se kladou menší kameny. Drátěné matrace nebo koše se vyrábějí z korozivzdorného ocelového drátu (pozinkovaný drát nebo drát s krycí vrstvou z PVC): ze svařovaných ocelových sítí, s průměrem drátu min. 3,7 mm a šířkou oka obvykle 100 – 120 mm z ocelového pletiva s průměrem drátu min, 2,0 mm a šířkou oka obvykle 50 – 100 mm z geomřížky z polymeru (polyethylen, polypropylen) stabilizované proti působení slunečního záření a odolné proti vlhkosti, kolísání teploty apod., s pevností v tahu podélně i příčně min. 15 kN.m-1 a šířkou oka min. 60 mm. Na stavbě se matrace nebo koše drátem ze stejného materiálu spojují. Matrace a koše se s přesahem spáry kladou do několika vrstev podle potřeby. víko

1, 0

0

nx

0,50

0,50

dno stěny

0 1,0

2 ,0

0-

3,0 0

nx

0 1,0

Obr. 19 – Vázaná drátokamenná matrace

Podle rozměrů se konstrukce dělí na koše a matrace. U matrací je výška max. 0,5 m, u košů jsou šířka výška standardně 1,0 m, délka je násobkem celých - 25 (37) -


metrů. Výhodou otevřených opevnění jako jsou gabiony nebo rovnaniny je skutečnost, že v případě mimořádně vysokých průtoků vody a průniku vody za opevnění svahu má voda možnost prosáknout zpět skrze opevnění. Opevnění takového typu déle vzdoruje velké vodě, než opevnění se stmelenými spárami (např. nábřežní zdi, textilní matrace apod.), u kterého po průniku vody za konstrukci dojde ke ztrátě stability a odplavení velké části opevnění. víko dno šířka oka

stěny

1,00

šířka oka

Detail "A"

šířka oka

nx

0 1,0

průměr ocelového drátu

1,00 Detail "A"

Obr. 20 – Drátokamenný koš ze svařovaných sítí

• Děrované betonové tvárnice Betonové tvárnice se používají k ochraně strmých svahů. Tvárnice se kladou na sebe na povrch svahu. Otvory v tvárnicích se vyplňují humusem a osévají travním semenem. Děrované betonové tvárnice se používají k ochraně svahových kuželů, přiléhajících k čelním zídkám propustků nebo opěrám mostů. • Kamenná dlažba Kamenná dlažba se klade do vrstvy štěrkopísku tl. 0,1 m. Nejmenší rozměr dlažebního kamene má být 0,2 m. Jednotlivé kameny se kladou tak, aby jednotlivé spáry měly průměrně šířku 2 cm, nejvíce 4 cm. Kameny mají vytvářet dobrou vazbu a nemají mít průběžné spáry. Kamenná dlažba je velmi pracná a navrhuje se vyjímečně. • Betonová dlažba a desky Betonové tvárnice se podobně jako kamenná dlažba klade do vrstvy štěrkopísku o tloušťce 0,1 m. Uplatňuje se betonová dlažba, vylehčená betonová dlažba s tvárnicemi s otvory (šestiboké, čtvercové, obdélníkové apod.) nebo velkorozměrové betonové desky. Tvárnice s otvory se přichycují ke svahu živými vrbovými kolíky. Nejmenší tloušťka tvárnic je 0,1 m, tloušťka dlažby závisí na rychlosti proudění vody a stanoví se podle střední vymílací rychlosti vody u paty svahu. • Nábřežní zdi Pro svahy se sklony strmějšími než 1:1, které se budují ve stísněných poměrech, se budují nábřežní zdi. Opěrné zdi musí být založeny tak, aby stabilita konstrukce nebyla ohrožena prohlubováním koryta. K ochraně základů je možné navrhnout štětové stěny. Za rubem zdi z kamene, betonu nebo železobetonu se navrhuje propustná výplň, která odvodňuje rub zdi za pomocí drenážních otvorů. - 26 (37) -


• Hřebíkování Hřebíkování je technický způsob vyztužení svahu zářezu v zeminách (popř. poloskalních horninách) pomocí tyčových prvků – hřebíků. Líc svahu je zajištěn stříkaným betonem s výztužnou sítí nebo výztužnou sítí s kombinovanou ochranou (geotextilie s hydroosevem). Hřebíky jsou ocelové prvky – pruty, tyče o průměru min. 8 mm, trubky o tloušťce stěny min.2 mm apod. Osazují se zarážením, zavibrováním nebo se vkládají do předvrtaného otvoru s vyplněním otvoru cementovou směsí. Délka hřebíků je dána vztahem L = 0,6 – 1,0.H. Součástí řešení hřebíkované konstrukce musí být odvodnění, které se provádí drenážními vrty. Hřebíkovaný svah s obkladem ze stříkaného betonu je na Obr. 21. hřebíky osazené do vrtu injektáž z cementové směsi stříkaný beton s výztužnou sítí

L 1: 1

fluviální sedimenty

plošný geosyntetický drén

,25

dovrchní odvodňovací drén plastová perforovaná trubka DN 100 patní drén

0 2, 0

5- 1

0°

0 1, 0

H

2:1

opuky

0 2, 0 0 1 ,0

a z ó n v á ní á r t z vě

Obr. 21 – Hřebíkovaný svah s obkladem ze stříkaného betonu

• Celulární systémy Celulární systém je tvořen prostorovou strukturou v podobě včelí plástve, vyrobenou obvykle z polyethylenu. Geobuňky se kladou na povrch svahu, kotví se skobami tvaru J a vyplňují zrnitým materiálem. Předpokládá se ozelenění konstrukce. zásyp buňky dočasné skoby 2,4 4 10 x 0, 244

sešití geobuněk

kotvení geobuňky ke svahu skobami

1:n

šířk

výška geobuňky

ag eob y uňk

g ka dél

y uňk eob

Obr. 22 – Geobuňka uložená na svahu - 27 (37) -

výška geobuňky


1.2.4

Ochrana povrchu skalních svahů

Svahy zářezů ve sklaních horninách, náchylných ke zvětrávání, je nutno před povětrnostními účinky chránit torkretovou omítkou, pláštěm ze stříkaného betonu nebo zřízením obkladní zdi. • Torkretové omítky Torkretové omítky chrání nejen skalní svah proti zvětrávání. Torkretová omítka také svah zpevňuje. Tloušťka torkretové omítky je 25 až 50 mm. Má-li torkretová omítka svah zpevňovat, je její tloušťka 50 až 70 mm a vyztužuje se drátěnnou sítí. Torkretové omítky se nanášejí strojně stříkáním. Směs tvoří písek o velikosti zrna do 7 mm, cement a přísady pro urychlení tuhnutí. Torkretová omítka se používá jako opatření dočesné nebo jako podklad pro konečnou vrstvu, např. ze stříkaného betonu. • Pláště ze stříkaného betonu Plášť ze stříkaného betonu se zřizuje na povrchu nejen skalního svahu za účelem zpevnění svahu. Vrstva betonu se nanáší na jednoduchou nebo dvojitou ocelovou síť, kotvenou ke skalnímu líci. Minimální tloušťka vrstvy je 50 mm, při nástřiku více vrstev může být celková tloušťka 200 až 300 mm. Pro stříkaný beton se používá štěrková drť o velikosti zrn 25 až 30 mm. Beton se nanáší stříkacím strojem většinou pomocí tzv. „suché technologie“, kdy připravená směs se mísí s vodou už ve stříkací pistoli a současně tlakem vody je vháněna na připravený svah.

plášť ze stříkaného betonu

torkretová omítka

kotva prostá 10 mm dl. 400 - 500 mm ocelová síť 5mm (oka 100x100 mm)

50-70 mm

kotva prostá 10 mm dl. 500 - 600 mm ocelová síť 5mm (oka 100x100 mm)

200 m m

Obr. 23 – Ochrana skalních svahů torkretovou omítkou a stříkaným betonem

- 28 (37) -


Ochrana skalních svahů místními úpravami Pro zajištění sklaních svahů místními úpravami se používají tyto metody: plombování dutin těsnění spár podezdění skalních bloků kotvení skalních bloků ochranné stavby proti padání kamenů.

Plomba betonová

Tyčová ocel

Plomba zděná

Výplň z malty

Obr. 24 – Ochrana skalních svahů plombováním dutin

betonový podpěrný pilíř I´

II´

betonová plomba

min.

I

0 ,6 0

II l

POHLED

ŘEZ I - I´ řez podpěrným pilířem

ŘEZ II - II´ řez betonovou plombou

Obr. 25 – Zachycení skalního svahu podpěrnými pilíři

- 29 (37) -


vyplnění spáry cementovou maltou zajišťovaný skalní blok

ná ře ev ot ára sp

hlavy kotev spojené zabetonovanou ocelovou pásnicí

š ru po ne

ý en

s

siv ma í ln ka

kotvy

Obr. 26 – Zajištění skalního bloku kotvením

1.2.5

Opěrné a zárubní zdi

Opěrné zdi jsou konstrukce, zajišťující stabilitu zemního tělesa v náspu. Účelem budování opěrných zdí je zkrácení šířky paty svahu náspu a snížení kubatury náspu. Zárubní zdi jsou konstrukce zajišťující stabilitu zemního tělesa v zářezu. Budují se obvykle z důvodu snížení kubatury výkopu, zajištění stability svahu, nebo za účelem zachování staveb v blízkosti dráhy, které se tak dostanou z dosahu zářezu a současně nenaruší stabilitu svahu.

5:1 1:n 5%

a) Zářez se zárubní zdí

Obr. 27 – Schéma zárubní a opěrné zdi

- 30 (37) -

5:1

b) Násep s opěrnou zdí a zábradlím


Tvar opěrných a zárubních zdí a jejich rozměry musí být stanoveny statickým výpočtem na základě geologického (případně hydrogeologického) průzkumu a místních podmínek. Statický výpočet musí zohlednit účinky zatížení železničním, případně jiným provozem. Projektová dokumentace opěrných a zárubních zdí musí obsahovat i jejich odvodnění a u zdí z betonu a železobetonu i povrchovou ochranu líce zdi před atmosférickými vlivy a jejich rubu před působením vlhka, agresivní vody apod.

Ohumusování

0,1 0

B0 1,00

Zásyp (materiál min. málo vhodný) 2:1

Odvodňovací vrstva 5:1 5:1

Izolace rubu zdi

H

C 16/20

Drenážní trubka (odolná proti agresivnímu prostředí - nekorodující) min. 100 mm

min. 3,00 m

5%

0,15 Nepropustná zemina 0,60

z

h

6%

5%

C 12/15 B

Trativod min. 1,60 m

Obr. 28 – Konstrukce monolitické zárubní zdi

Orientační rozměry opěrné a zárubní zdi jsou: B0 = 0,3 + k1 ⋅ H ; k1 = 0,17 ÷ 0,27 B = k 2 ⋅ H ; k 2 = 0,33 ÷ 0,45 h = 0,75 ÷ 1,5 m (6)

kde B0 ..................................................šířka zdi v koruně [m] B ...................................................šířka základu zdi [m] H...................................................výška zdi [m] h....................................................výška základu [m]

- 31 (37) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1 B0 0,50 Ohumusování 0,1 0

1:n

C 20/25 Odvodňovací vrstva 5:1

Izolace zárubní zdi

5:1

Násypový materiál hutněný po vrstvách

min. 0,20

5%

1: 1

1 1:

C 12/15

H

C 16/20

Drenážní trubka (odolná proti agresivnímu prostředí - nekorodující) min. 100 mm

h

C 12/15 Nepropustná zemina 0,40

z B

0,60

0,60

Obr. 29 – Konstrukce monolitické opěrné zdi

Vedle masivních monolitických opěrných a zárubních zdí se v současnosti často provádějí: zdi montované (převážně z betonových prefabrikátů krabicového typu)

a)

Polouzavřený dílec (tvar L)

Uzavřený dílec (tvar U)

B (1440)

B (1040)

H

H (920)

Otevřené dílce tvar L tvar U

B (1440)

tvaru L

tvaru T

H (2750-4500)

b)

B (1440)

(590)

zdi lehké z prefabrikátů stěnového typu.

B (1000)

B (1850)

Obr. 30 – Prefabrikáty pro opěrné a zárubní zdi a) krabicového b) stěnového typu

- 32 (37) -


max 4%

Drenáž min 150 mm

5:1 (10

:1)

Zárubní zeď

2540(2580)

:1) 5:1 (10

2540(2580)

Opěrná zeď

max 4%

Monolitický ŽB základ

Drenáž min 150 mm

Monolitický ŽB základ

Obr. 31 – Příklady použití prefabrikátů pro opěrné a zárubní zdí

Kontrolní otázky Jakým způsobem můžeme ochraňovat svahy náspů a zářezů proti povětrnostním vlivům? Jaký je rozdíl mezi zárubní, opěrnou a ochrannou zdí? Všimněte si rozdílů v terminologii dopravních staveb a geotechniky.

- 33 (37) -

Závěr

1.3 1.3.1

Poruchy zemního tělesa Poruchy podloží náspu

Mezi nejčastější poruchy podloží patří sedání a vytlačování podloží. Sedání podloží se zejména vyskytuje u novostaveb náspů. Sedání je vyvozeno přitížením od náspu nebo od poklesu hladiny podzemní vody. Zemina se od zatížení náspem stlačuje, zrna zeminy se vtlačují do volných pórů a dochází k vytlačování vody z pórů. Voda uniká do konsolidační vrstvy, pokud byla zřízena. Snížením pórovitosti zemina sníží svůj objem. Sednutí se projevuje poklesem náspu a deformacemi v podobě odchylek od projektovaných geometrických parametrů koleje a její prostorové polohy. Sedání náspu je nejintenzivnější v prvním období po jeho dokončení. Vytlačování podloží náspu vede k sesouvání svahů. Hlavní příčinou vytlačování zeminy podloží je překroční smykové pevnosti v podloží náspu. Zemina vytlačovaná z podloží zvedá území při patě svahu. Sesouvání svahu se nejprve projeví pomalým poklesem horní části náspu a vytlačením plastické zeminy z podloží podél smykové plochy, viz. Obr. 32.

1: n

smyková plocha původní svah 1: n

vytlačené podloží

neúnosné podloží skalní podloží

Obr. 32 – Sesuv svahu náspu vlivem vytlačování podloží

1.3.2

Poruchy zemních svahů

Příčinou poruch zemních svahů v minulosti byl neprováděný nebo nedostatečný geotechnický průzkum. Vybudované svahy byly stabilní pouze v příznivých geotechnických podmínkách. Příčinou poruch svahů jsou zejména mimořádně nepříznivé a časté změny povětrnostních podmínek (srážková voda, sníh, mráz, oslunění, vítr). Jejich vlivem se mění fyzikálně mechanické podmínky zemin. Nejvýraznější vliv na fyzikálně mechanické vlastnosti má vlhkost zeminy. Zdroji vody v zemině je srážková a podzemní voda.

- 35 (37) -

Poruchami zemních svahů jsou: − erozivní činnost srážkové vody, dochází k vyplavování jemných částic zeminy, drobných zrnek, vzniká síť rýh a brázd, je narušena vegetační ochrana svahu, splavený materiál se usazuje v příkopech a snižuje účinnost odvodnění, − sufoze, tj. vyplavování jemných částic z tělesa, čímž se zeslabuje vazba mezi zrny, vznikají i podzemní dutiny (kaverny), − sesuvy svahů dané proniknutím vody do zeminy a výrazným poklesem smykové pevnosti, voda vniká do zeminy trhlinami vzniklými smrštěním ve vyschlých jílovitých zeminách, − sesuvy svahů způsobené zvýšeným tlakem pronikající podzemní vody − sesuvy svahů dané potrháním a nakypřením povrchové vrstvy zeminy mrazem, při jarním tání se povrchová vrstva ve velké ploše sesune po zmrzlé hlubší vrstvě, − sesuvy svahů v zářezech dané snížením stability a změnou hydrologických poměrů v území, − sesuvy svahů v zářezech způsobené nesprávným odtěžením paty svahu, následná výplň je nedostatečně zhutněna, do paty svahu proniká voda, nebo naopak náhlým přitížením, − sjetí drnové pokrývky nebo ornice při nedostatečném kotvení, resp. nedostatečné tloušťce, − vymílání svahu na kontaktu s vodním tokem (břehová abraze), − gravitačně-tektonická porušení (v měřítku ČR představuje výjimečný jev).

1.3.3

Poruchy skalních svahů

Poruchy skalních svahů jsou nejčastěji způsobeny mechanickým nebo chemickým zvětráním hornin. Působením vody, mrazu a osluněním vznikají v horninách trhliny a pukliny, podél nichž se části horniny uvolňují. Uvolněné horniny při patě svahů vytvářejí suťové kužele. Nejčastějšími poruchami skalních svahů jsou: − padání kamenů podél trhlin a puklin, způsobené změnou vlastností výplně puklin a trhlin při proniknutí vody nebo při jarním tání, nebo při mrazu, − svážení ve svahu ve vrstevnatých horninách, při snížení tření na odlučných plochách nebo při odebírání paty svahu, − zřícení balvanů, skalních bloků a stěn, zpravidla účinkem mrznoucí vody, má za následek zavalení tratě a přerušení provozu.

- 36 (37) -

Závěr

Závěr Shrnutí V tomto modulu jste se naučili, jak navrhovat zemní těleso železničního spodku. Seznámili jste se stabilitou zemních a skalních svahů a se vším, co s tím souvisí a co ovlivňuje návrh svahů. Pokud jste pečlivě studovali, měli byste být schopni se rozhodnout pro způsob ochrany svahu a určit základní parametry této ochrany. Motivací pro pečlivý návrh by Vám měl být výčet poruch svahů, se kterým jste se seznámili.

Studijní prameny Seznam použité literatury [1]

KLIMEŠ, F. a kol.: Železniční stavitelství I. díl. SNTL, ALFA, 2. přepracovné vydání, Praha 1978

[2]

LICHTBERGER, B., Handbuch Gleis. Unterbau, Oberbau, Instandhaltung, Wirtschaftlichkeit. Tetzlaff Verlag Hamburg 2003, 562 str. ISBN 3-87814-803-8

[3]

NEJEZCHLEB, M. a kol.: Technická příručka stavbyvedoucího pro práce na železničním spodku. ÚVAR – Servis, a.s., Brno 2003

[4]

TYC P., KUBÁT B., DOSTÁL K., HAVÍŘ B.: Železniční stavby. Projektování železničních tratí. Železniční spodek a svršek, Dh-Press, Bratislava 1993, 253 str. ISBN 80-855545-05-5

Seznam doplňkové studijní literatury [5]

Plášek, O. Železniční stavby. Návody do cvičení. 2. doplněné vyd., Brno: CERM, s.r.o. Brno, 2003. 110 str. ISBN 80–7204–267–X

[6]

Plášek, O., Zvěřina, P., Svoboda, R., Mockovčiak, M.: Železniční stavby. Železniční spodek a svršek. 1. vyd., Brno: CERM, 2004. 291 str. ISBN 80-214-2621-7

Odkazy na další studijní zdroje a prameny [7]

www.fce.vutbr.cz/zel/svoboda.r

- 37 (37) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II

Recommend Documents