Vasútépítési esettanulmányok
Ideiglenes vasúti töltés kialakítása
A projekt ismertetése
A projekt résztvevői • Tendernyertes:
• Generál tervező: • Hídtervező: • Geotechnikai szakági tervező: • PVT-M0 szakértő: • Vasúttervező:
PVT-M0 Konzorcium - PORR Építési Kft. - Viadom Zrt. - Teerag-Asdag Kft. UNITEF-CÉH Mérnökiroda Kkt. PONT-TERV Zrt. GEOPLAN Kft. GEO-PANNON Kft. RING Mérnökiroda Kft.
Helyszínrajzi kialakítás
Budapest
Az ideiglenes vasúti töltés
régi töltés
új töltés
régi töltés
új töltés
A létesítendő műtárgy - 6 nyílás - 185,5 m - Fúrt cölöpalapozás - Pillér 0,8 m / 22-27 m hossz - Hídfő 1,2 m / 11-15 m hossz
A tervezési feladat Vizsgálni kellett az ideiglenes töltésre vonatkozóan : • Általános állékonyság • Várható mozgások és konszolidáció • Megtámasztó szerkezet igénybevételei
FEM analízis
Talajfeltárás, talajállapot
F e l t á r á s
Talajfeltárás, talajállapot CPT
Verőszonda
A földmű építéséhez felhasználandó anyagok minősége A töltésbe kerülő talajanyag •
max. száraz térfogatsűrűség dmax 1,75 g/cm3
•
súrlódási szöge 24°,
•
kohéziója c 10 kPa
•
szemeloszlás határai: K= 0 - 12% H= 20 - 68% Hl= 20 - 38%, I= 5 - 20%.
•
nyírószilárdsági paraméterek ellenőrzése
•
Tr = 90%, 30 cm vastag rétegekben kivitelezve,
•
A felső 0,50 m vastag záróréteg Tr = 95%
•
A záróréteg tetején E2 = 50 MPa
•
A töltésépítés folyamán E2 = 40 MPa.
A vízzáró jellegű szemcsés védőréteg anyaga • az ágyazaton keresztül érkező csapadékvíz min. 90 % -át felületén oldalirányban vezesse le, • szemeloszlása feleljen meg az ábra határgörbéinek, • legnagyobb száraz térfogatsűrűsége dmax 1,75 t/m3, • anyag egyenlőtlenségi mutatója U 5, • az anyag elégítse ki a szűrőszabályi követelményeket.
A tervezési feladat
talaj neve 1 2 3 4 5 6 7
régi töltés ideiglenes töltés zuzottko iszapos homok agyag1 agyag2 agyag3
E50ref
gsat kN/m
20 20 25 20 20 20 20
3
MN/m
2
Eoedref
Eurref
2
MN/m
MN/m
Eref 2
MN/m
10 20 135 8 9 13 17
8 9 13 17
24 27 39 51
2
n
cref
-
kN/m
0,3 0,3 0,2 0,3 0,33 0,33 0,33
20 10 1 1 47 60 70
2
m
°
-
20 26 40 27 9 13 20
0,5 1 1 1
Hardening Soil Model
m ref Eoed Eoed ref
p
Eoed
ref Eoed
c ctg 1 ref c ctg p
m
ref Eur Eur
ref E50 E50
c ctg 3 ref c ctg p
m
c ctg 3 ref c ctg p
m
1.
a régi töltés hatásainak számítása
2.
új töltés építése az ágyazat szintjéig 14 nap alatt, szádfal lehajtás
3.
régi töltés elbontása 10 nap alatt
4.
pihentetés 150 napig
5.
ágyazat építése, vonatteher
6.
konszolidáció, végállapot
É p í t é s i f á z i s o k
Véges elemes háló
Állékonyság-vizsgálat n=0,9
az alépítmény kialakítása • a terepszint alatt a fedőréteget 1,0 m vastagságban letermelése • az altalajon 40 kN/m szakítószilárdságú georács (kétirányú rács) • a georácsra 2×0,50 m vastag, rétegenként tömörített szemcsés réteg elterítése • a szemcsés rétegre egy réteg georács, utána töltésépítés, • a töltéstestbe 120 cm-enként georács (egyirányú rács) • a töltéstest felső 0,50 m vastag zárórétege emelt minőségi követelményű • a földmű tetejére, az ágyazat alá 0,30 m vastag védőréteg
Állékonyság-vizsgálat n=0,9
n=1,7
Süllyedés Függőleges elmozdulások alakulása a töltésépítés után
• a legnagyobb süllyedés 13 cm • a koronaélek között 10 cm süllyedéskülönbség • a töltéslábnál enyhe emelkedés • a töltés saját összenyomódása 4-5 cm
Süllyedés Függőleges elmozdulás a régi töltés elbontása után
•
a legnagyobb süllyedés 16 cm
•
a régi töltés helyén 4-5 cm emelkedés
Süllyedés Függőleges elmozdulás a végállapotban
•
a töltésfelszín tengelypontjában 23 cm a végső süllyedés
•
a konszolidáció során a süllyedés 7 cm-t nőtt
•
a felszínemelkedés végértéke kb. 6 cm
•
a szádfal és a koronaél között 10-12 cm a süllyedéskülönbség
Süllyedés Vízszintes mozgások a végállapotban
•
a rézsűlábnál következik be a legnagyobb mozgás, kb. 12 cm
•
a szádfal teteje is az új töltés felé mozdul el kb. 2 cm-t
Süllyedés Véges elemes háló végállapotban
•
az új töltés oldalán alapvetően rézsű irányú mozgások dominálnak
• •
a régi töltés oldalán enyhe emelkedés tapasztalható a korona a szádfaltól távolodva egyre nagyobb elmozdulást szenved
•
az erősítésekben viszonylag nagy erők lépnek fel
Konszolidáció Displacement [m] 0,25
Point A
Point C
Point E
0,20
Point F
0,15
0,10
0,05
0,00 0
200
400 Time [day]
600
800
Szádfal vizsgálat Larssen III. típusú elem : hajlítási merevség
E·I = 4,071·106 kN/m
nyomási merevség
E·A = 2,78·104 kNm2/m
helyettesítő fal vastagság d = 0,286 m súly
w=1,55 kN/m/m
Poisson-tényező
ν = 0,15
maximális nyomaték : Mmax = 85,3 kNm/m
Vízszintes feszültségek a fal mentén
A georácsokban ébredő erők
Georácsban ébredő húzóerő a végállapotban (8,99 kN/m)
A georácsra kerülő szemcsés réteg anyaga • szemcseméret, • a töltőanyag szemeloszlása a határgörbék között
Süllyedésszámítás
s=26 cm
A Mezőtúr – Gyoma vasútvonal alépítményének helyreállítása
Helyszín
Talajrétegződés • altalaj: sárga-sárgásszürke-szürke agyag, helyenként iszap betelepülés, mely egy korábbi mederfeltöltődés eredménye • a vasúti töltés alsó, eredetileg megépült része: kevert agyagfeltöltés kissé szerves, térfogatváltozó, állapota közép-tömör, kissé laza • a vasúti töltés felső része: az agyag felszínén szemcsés rétegek, a Körös-hídtól Gyomaendrőd állomásig vastag salak fedőréteg található a régi töltésen.
Talajfizikai jellemzők Ip
wl
wp
w
Ic
e
Sr
rn
rd
%
%
%
%
-
-
-
g/cm
altalaj /kövér agyag/
22-55
46-87
24-32
20-30
~ 1,0
0,67-0,87 0,64-0,98 1,80-1,96 1,50-1,65
töltés alsó része /kevert agyag/
33-54
75-90
27-35
21-31
~ 1,0
0,78-,12
Es
cu
fu
MPa
kPa
°
3,0
20
10
5,0
20-26
15,0
30,0
5,0
30,0
talaj
töltés felső része /szemcsés feltöltés/
~ 0,9
3
3
g/cm
1,77-1,96 1,32-1,57
A káreseménnyel kapcsolatos megállapítások (1993) • A töltéstestet alkotó agyagtalaj töltésépítésre alkalmatlan, nem tömöríthető, erősen térfogatváltozó, mozaikos szerkezetű, alacsony nyírószilárdsági értékkel rendelkezik • Az agyag felszínén bezárt szemcsés rétegek vannak, melyek vízkivezetése nem biztosított, a víz az agyag felszínét áztatta, melynek nyírószilárdsága lecsökkent.
Javaslatok a helyreállításra (1993) • • • • •
Elbontás, majd újjáépítés Vasútvonal áthelyezése új földműre Helyreállítás nyomópadka építésével Helyreállítás mikrocölöpözéssel Töltésmegerősítés kőbordákkal
Javaslatok a helyreállításra (1993) • • • • •
Elbontás, majd újjáépítés Vasútvonal áthelyezése új földműre Helyreállítás nyomópadka építésével Helyreállítás mikrocölöpözéssel Töltésmegerősítés kőbordákkal
Javaslatok a helyreállításra (1993) • • • • •
Elbontás, majd újjáépítés Vasútvonal áthelyezése új földműre Helyreállítás nyomópadka építésével Helyreállítás mikrocölöpözéssel Töltésmegerősítés kőbordákkal
A vasútvonal helyreállítása 2008 A projekt résztvevői
Mezőtúr-Gyoma vonalszakasz • Tendernyertes – ITALFER SPA, UVATERV Zrt. • Generál kivitelező – OHL ŽS • Alépítményi kivitelező – Keller Grundbau kft. • Alépítményi tervező – Ring Mérnökiroda kft.
Kiegészítő vizsgálatok 15 évvel később dinamikus szondázás
Kiegészítő vizsgálatok 15 évvel később geoelektromos vizsgálat
Kiegészítő vizsgálatok 15 évvel később geoelektromos vizsgálat
Kárelemzés Plaxis programmal
talaj neve 1 2 3 4 5
zuzottko töltés felső része töltés alsó része altalaj kemény réteg
E50
gsat kN/m
25 20 20 20 20
3
ref
MN/m
2
Eoed
ref
MN/m
2
ref
Eur
MN/m
Eref 2
MN/m
70 30 3 13 30
3 13
9 39 50
2
n
cref
-
kN/m
0,2 0,3 0,33 0,33 0,33
1 1 25 20 50
2
m
°
-
40 30 15 10 25
1 1 -
Az állékonyság a program „phi-c reduction” típusú számításával :
n = 1,52
Modellezés n=1,07
- felpuhult sáv az agyag felszínén
- c=5 kPa
Helyreállítás talajjavítással
Szádfalas töltésmegtámasztás a meglévő „jobb” oldali vágányon a helyreállítás ideje alatt a vasúti forgalmat fenn kell tartani, ezért a bal oldali vágánynál a süllyesztett munkatér kialakítása földmegtámaszó szerkezet mellett történhet megtámasztás nélkül n=0,9
Általános állékonyság vizsgálata n=1,6
a kavicscölöpök felett lévő georácsokban ébredő erők alakulása
Előkészítés
A Mérnök által jóváhagyott terv szerint megkezdődött a kivitelezés. Első ütemben a lavírsíkok kialakításával az alsó és felső részen (bozótirtás, ideiglenes utak kiépítése, bontási munkák…)
Cölöpözés
A cölöpözési munka az „alsó” töltésen kezdődött, a terepszinttől számított 7 méteres mélységig vibrált betoncölöpök készültek.
Rétegrend kialakítása
Majd folytatódott a munka a terhelő töltés rétegrendjének kialakításával.
Cölöpözés
A felső részen az 5m-es előfúrást követően elkészültek az egyenként 10 méteres cölöpök, melyek felső 5m-e kavicsból, alsó 5m-e betonból készült. Az agyagrétegben végződő és betonból készült alsó rész jelentősége a vízzáróságban van.
Cölöpözés
A felső részen a munka éjjel – nappali műszakban készült a felső vezeték áramtalanítását követően.
Cölöpözés
Ellenőrzés
A cölöpözés során az előírtaknak megfelelően napi háromszor ellenőriztük a vasúti sínek egymáshoz viszonyított magasságkülönbségét – a síktorzulás megelőzése érdekében.
Töltésépítés
A cölöpözési munkák befejeztével megkezdődött a felső rész rétegrendjének kialakítása is - rézsűigazítás és egyéb járulékos munkák után elkészült a rézsűcsúszással érintett vonalszakasz helyreállítása.
Keller Grundbau Kft.
előtte
utána
Geocella matracos töltésalapozás „Zalavasút”
KORRIDOR 5
Tőzeges altalaj a Zalavasúton
~ 8,25
~ 9,0
~ 8,25
track 0,5 5,5
embankment
= 20 kN/m3
1:1,5
1,0
clay
Es ≈ 2,6 MPa
k ≈ 10-9 m/s
1,0
peat
Es ≈ 0,6 MPa
k ≈ 3·10-7 m/s
2,5
soft clay
Es ≈ 2,2 MPa
k ≈ 5 ·10-9 m/s
gravel
Es ≈ 50 MPa
A geocella matracos töltésalapozás
A geocella matracos töltésalapozás A geocella matracos alaperősítés együttdolgozik a töltéssel és - jól összekapcsolódó felületet biztosít a puha altalaj és a szemcsés kitöltő anyag között; - viszonylag merev alátámasztási felületet ad, mely egyrészt az altalajra hárított terhek egyenletes szétosztását, másrészt az altalajbeli feszültségek egyenletesebb kialakulását biztosítja.
Geotechnikai problémák Altalaj adatai Rétegek sárgásbarna sovány agyag fekete tőzeg szürke kövér agyag szürke homokos kavics Süllyedés összesen
Réteg teteje (m) 0,0 0,8 2,0 4,5
alja (m) 0,8 2,0 4,5 6,0
h (m) 0,8 1,2 2,5 1,5
Es (MN/m 2 ) 3,0 0,6 3,0 40,0
s=32 cm
Ds (cm) 3,0 22,4 9,3 0,4 35,1
konszolidációszámítás Chart 1 Displacement [m] 0,35
Point A
Point B 0,30
Point C
Point D 0,25
Point E
„A” pont: töltéstengely korona, „B” pont: agyag felszíne tengely, „C” pont: tőzeg alsó felszíne tengely, „D” pont: töltésláb, „E” pont: kavics felszíne
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00 0
200
400 Time [day]
600
800
Állékonyságvizsgálat
A geocella matracos töltésalapozás tervezése
p 3,675 cu
l 8,0 d
p/cu
cu = 10 kPa szükséges az egyensúlyhoz
A geocella matracos töltésalapozás tervezése σh = σn – 2 · κ 2
2
4
2
2
2
2 n sin ' 4 n sin '4 (sin '1) ( n sin ' )
σh = 38 kN/m Tensar SS40 + Tensar 120 RE
n=σt/σh=1,68
2 (sin2 '1)
2 0,5
Modellezés Plaxis programmal stratas
h
gsat
(m)
3
Eoedref
f
cref
MPa
°
70,0
40,0
kN/m 1
crushed gravel
0,6
kN/m 25
embankment
5,0
20
20,0
33,0
5
clay
1,0
19,0
2,6
15,0
20,0
peat soft clay grey gravel
1,0 2,5 1,5
15,0 20,0 20,0
0,6 2,2 50,0
2,0 8,0 35,0
12,0 16,0 1,0
*
2
Építési fázisok: • geocella matrac építés, függőleges szalagdrének • 40 nap konszolidáció • töltésépítés a zúzottkő ágyazatig • 60 nap konszolidáció • terhelés (52 kPa) • végső állapot (Δu=5 kPa)
λ -
κ*
0,21 0,11
0,025 0,015
-
I n p u t d a t a
Soft Soil Model - az átlagos nyomófeszültségtől függő merevség, - az elsődleges terhelés és a tehermentesítés-újraterhelés megkülönböztetése, - az előterhelés számításba vétele - Mohr-Coulomb törési feltétel alkalmazása
v v0
ve
p' ln( ) p0
ve0
*
p' ln( ) p0 *
E ur p * 31 2n ur
Laborvizsgálati eredmények
ln p (kPa)
2,50 2,40
=0,21
ev
2,30
=0,025
2,20 2,10 2,00 3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
Függőleges mozgások árnyékképe
s=28 cm
Konszolidációszámítás Chart 1 Displacement [m] 0,35
Point A 0,30
Point B 0,25
Point C
0,20
Point D
Point E
0,15
0,10
0,05
0,00 0
50
100
150 Time [day]
200
250
Állékonyságvizsgálat
n=1,64
Helyszíni süllyedésmérési eredmények
2008.12.05
2008.11.07
2008.10.07
2008.09.19
2008.09.01
2008.08.18
2008.08.04
2008.07.29
2008.07.22
2008.07.16
15 7,5
2008.07.09
embankment (m)
20 10
2008.07.04
Zalaegerszeg - Ukk railway line (324+50) embankment-settlement
5 10 2,5 5
0
0
time
-5
settlement (cm)
-5,4 -10
-7,1
-8,1
-9,0 -9,6
-10,6
-15
-20
-19,3 -21,1
-25
-24,4 -26,0 -30
-26,7
