Kapitola I. Historie a současnost železničních staveb (ČÁST 4)

1.17  Konstrukce železničního spodku

Železniční spodek je jednou ze základních částí konstrukce železniční tratě. Těleso železničního spodku slouží k uložení konstrukce železničního svršku.

Těleso železničního spodku musí být dostatečně únosné, aby byla trvale zajištěna geometrická poloha koleje i v případě účinků nepříznivých atmosférických činitelů.

Těleso železničního spodku musí být navrženo tak, aby jeho konstrukce trvale zabezpečovala předepsanou geometrickou polohu a zajistila přenášení dynamického zatížení železničních vozidel bez trvalé deformace pláně tělesa železničního spodku. Při volbě konstrukce tělesa železničního spodku se vychází z druhu zeminy a horniny zemní pláně, z únosnosti zeminy zemní pláně, z předepsané únosnosti pláně tělesa železničního spodku a z nejvyšší předepsané rychlosti jízdy vlaků. Přihlíží se též k vodnímu a teplotnímu režimu.

Obr. 1.94  Základní názvosloví tělesa železničního spodku

Únosnost konstrukce tělesa železničního spodku se vyjadřuje hodnotou modulu přetvárnosti, který se zjistí na základě statické zatěžovací zkoušky pomocí tuhé kruhové desky o průměru 0,3 m podle předpisu SŽDC S4-Železniční spodek. Únosnost pláně tělesa železničního spodku musí dosahovat alespoň požadovaných hodnot modulu přetvárnosti (tabulka 3.1).

Obr. 1.95     Zemní těleso a) z propustných a nenamrzavých zemin
                                            b) z nepropustných a namrzavých zemin

Pro dosažení požadované únosnosti na pláni tělesa železničního spodku se navrhují konstrukční vrstvy, které spolu s kolejovým ložem pod ložnou plochou pražce vytvářejí pražcové podloží. Pro návrh konstrukční vrstvy tělesa železničního spodku je rozhodující její tloušťka, druh materiálu, dosažená míra zhutnění materiálu konstrukční vrstvy tělesa železničního spodku a hodnota modulu přetvárnosti zemní pláně v klimaticky nejnepříznivějším ročním období. V případě, že modul přetvárnosti zemní pláně na koridorových tratích nedosahuje hodnot podle tabulky 4.1, je možné nahradit neúnosnou zeminu zemní pláně materiálem únosnějším, stabilizovat horní vrstvu zeminy zemní pláně, uložit na zemní pláni výztužné geotextilie nebo geomřížky (obr. 6; výztužné geotextilie nebo geomřížky je možné použít pouze v případě, že zjištěná hodnota modulu přetvárnosti zemní pláně je alespoň 60 % hodnoty podle tabulky 1), použít podkladní vrstvu ze štěrkodrtě.

Tab. 1. 4. Požadované hodnoty modulu přetvárnosti v kolejích vybrané železniční sítě ČR (zdroj [4])

Předpis SŽDC S4 [7] uvádí šest základních typů konstrukce pražcového podloží. Návrh konstrukce pražcového podloží s betonovými deskami se na těchto tratích nepřipouští. Podle složeni konstrukčních vrstev se užívají dle [7] především tyto základní typy konstrukce:

Stabilizace zemin

Účelem stabilizace zeminy je využití neúnosných a méně vhodných zemin v zeminách žera pláně a v konstrukčních vrstvách tělesa železničního spodku.

Účelem stabilizace materiálu zemni pláně je zlepšení zeminy podloží, především pevnosti a odolnosti proti mrazu. Konstrukční vrstva ze stabilizované zeminy vytváří únosnou podkladní vrstvu.

Stabilizací se dosáhne zlepšení zpracovatelnosti a zvýšení únosnosti zeminy zemní pláně, rovněž se zvyšuje odolnost proti nepříznivým účinkům mrazu.  

Stabilizace  může být  provedena  z místního  materiálu  (in situ)  nebo z materiálu dovezeného, připraveného v míchacím centru (pokud zemina zemní pláně není pro stabilizaci vhodná).

Definice :
-    Stabilizace je způsob úpravy zemin, směsi zemin nebo jiného zrnitého materiálu s použitím pojiva (cement - cementová stabilizace, vápno - vápenná stabilizace apod.), kterou stabilizované materiály získají požadovanou pevnost a odolnost.
-    Chemická stabilizace využívá pro přípravu stavební směsi chemický stabilizátor.
-    Mechanická stabilizace je úprava a mísení zemin bez použití pojiva. Principem je doplnění zeminy materiálem s vhodnou frakcí, který zlepší zpracovatelnost a fyzikálně mechanické vlastnosti zeminy. Při mechanické stabilizaci se nanáší materiál v pořadí hrubozrnnější a jemnozrnnější.

Tab. 1. 5.      Druhy stabilizací a jejich označení

Pojivo stabilizace

Druh stabilizace

Označení stabilizace

cement,   rychlovazný bezsádrovcový cement

cementová

SC, SCr

vápno

vápenná

SV

vápno s cementem

vápenocementová

SVC

elektrárenský popílek

---

SP

vysokopecní struska

---

SVS

chemické

chemická

SCh

cementárenské odprašky

---

SO

zeminy s vhodnějšími  geotechnickými vlastnostmi

mechanická

SM

asfaltové  (živičné)

živičná

SA

Tab. 1. 6.  Vhodnost použití pojiv podle druhu zeminy

Pozn.:   • vhodné pojivo

1.18 Poruchy pražcového podloží

Poruchy pražcového podloží vznikají při překročení únosnosti nebo při porušení ochrání zemní pláně proti účinkům mrazu. Rozhodující na rozvoj a šíření vady jsou dynamické účinky, které na pražcové podloží působí. Poruchy jsou provázeny změnou kvality materiálu pražcového podloží.

Obr. 1.96    Příčný řez jednokolejnou tratí se štěrkovým pytlem

Materiály konstrukčních vrstev a zemin zemní pláně jsou vibracemi míšeny. Dochází k pronikání jemnozrnných částic do kolejového lože a podkladních vrstev. Konstrukční vrstvy a kolejové lože ztrácí propustnost, zadržují vodu, stávají se méně únosnými a namrzavými

Vnějším znakem lakového místa je tzv. zablácené kolejové lože. Takové místo je téměř současní provázeno deformacemi prostorové polohy koleje, což zpětně vede ke zvýšení dynamických účinků a k dalšímu rozvoji vady. Velikost dynamických účinků a šíření poruchy pražcového podloží vytváří zpětnou vazbu. Typickou oblastí s tímto typem poruchy pražcového podloží jsou např. kolejnicové styky. Náchylné na tento typ vady jsou málo únosné, jemnozrnné zeminy, které jsou nepropustné a namrzavé. Inicializační příčinou vady může být nedostatečně urovnaná a zhutněná zemni pláň z doby výstavby nebo rekonstrukce.

K takovému jevu dochází při pojížděni zemni pláně kolovými vozidly. Projeté koleje i po urovnání vytvářejí prohlubně, v nichž je zadržována voda.

Vyrovnání prostorové polohy kolejové jízdní dráhy v místě poruchy pražcového podlož nevede k odstranění příčin poruchy. Proto se velmi rychle kolejový rošt vrací do své původu

 

polohy před podbíjením. Tento jev je někdy nazýván„tvarová paměť" kolejovéhoroštu. Nový doplněný materiál kolejového lože je zatlačen do neúnosného podloží. Vytváří se tzv. štěrkový pytel v lokální prohlubni zemni pláně. Tato prohlubeň bývá hluboká od několika desítek centimetrů až po několik metrů. V tomto extrémním případě dochází k boulení a zvedání stezek. Jestliže je zemní těleso tvořeno soudržným nepropustným materiálem štěrkový pytel pak navíc zadržuje vodu, která vede k dalšímu snížení únosnosti pražcového podloží.

Nebezpečnou vadou pražcového podloží je tvoření výmrazků. Výmrazky mohou být hloubkové nebo povrchové.

Povrchové výmrazky se tvoří v úsecích s deformovanou zemní pláni. např. ve výše uvedeném štěrkovém pytli, nebo v silně znečištěném kolejovém loži. Na začátku zimního období dochází ke zdvihu nivelety 50 - 70 mm, který po celé zimní období zůstává konstantní. Nebezpečí těchto výmrazků spočívá v jejich lokálnosti. Současně v takových místech dochází k výrazné změně tuhosti celé konstrukce, což může být v některých případech i výhodné (zvětšeni příčných i podélných odporů u bezstykové koleje), avšak v přechodových místech může dojít ke změnám v požadovaných parametrech koleje. Zdvih koleje je omezený, může však dojil k růstu zborcení koleje nad bezpečnou mez.

Hloubkové výmrazky vznikají v tělese železničního spodku zmrznutím vody, která vzlíná od hladiny podzemní vody. V zemním tělese vznikají a narůstají po celé zimní období ledové čočky. Dochází ke zdvihu nivelety až o 150 - 200 mm. Nebezpečí vzniká v jarním období, kdy tající ledové čočky zvýší vlhkost. Zemina lokálně rozbřídá, ztrácí svou únosnost a dochází k nebezpečnému poklesu nivelety.

K zamezeni promísení zeminy náspu a podloží a omezeni 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.

1.19 Ochrana svahů zemního tělesa

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)
  • technická
  • kombinovaná

Vegetační (biologická) ochrana svahů zemního tělesa

Představuje zpevněni 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 ochrana svahů

Technická ochrana svahů 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 hřebílkování. 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.

Rovnaniny

Rovnaniny se staví z neopracovaných kamenů nebo z betonových prvků, které se kladou „nasucho“. 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. Při 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.

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 nebí 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 dle předepsaného profilu a dutiny se vyplňují menšími kameny. Skon líce záhozu nemá přesáhnou; 1:1,25. Pro výšku hladiny do 2 m se volí šířka patky nejméně 1,0 m. Pro větší výšky hladiny m 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 dral nebo drát s krycí vrstvou z PVC):

  • ze svařovaných ocelových sítí, s průměrem drátu min. 3,7mm  a šířkou oka obvykle 100-l 20 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 žárem a odolné proti vlhkosti, kolísání teploty apod., s pevnosti v taliu podélně i příčně min. 15 kN.m'1 a Šířkou oka min. 60 mm.

Obr. 1.98    Gabionová stěna Ostrava-Zábřeh 2003
 

Kombinovaná ochrana svahů

představuje spojeni vegetační a technické ochrany a dále použití travních rohoží, vegetačních tvárnic, zatravňovacích geotextilií, geotextilií ve spojení s hydroosevem apod.

1.20 OPĚRNÉ A ZÁRUBNÍ ZDI

  • Opěrné zdi jsou konstrukce, zajišťující stabilitu zemního tělesa v náspu. Účelem budováni opěrných zdí je zkrácení šířky paty svahu náspu a sníženi 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.

Při stavbě koridorových tratí, jak je uvedeno ve [4], byly též použity zahraniční strojové komplexy, které umožňují zesílit konstrukci pražcového podloží bez snesení železničního svršku, například AHM 800R nebo RPM 2002. Novou technologií výstavby železničního spodku je také zárubní zeď z armované zeminy v Mlčechvostech nebo používání gabionů pro rozšíření tělesa železničního spodku, ochranu zemních svahů nebo jako opěrné, resp. zárubní zdi. K zabezpečení skalních zářezů se rozšířilo používání ocelových sítí.

Obr. 1.100    Pohled na zárubní zeď z gabionů zdroj [4]

1.21 Přechod zemního tělesa na umělou stavbu

Problematika přechodu zemního tělesa na umělou stavbu je známa, jak uvádí [8], co člověk začal budovat potřebnou infrastrukturu za účelem zvyšování ekonomického a sociálního potenciálu. Dokonalé řešení tohoto významného detailu - přechodu zemního tělesa na umělou stavbu - bylo excelentněprovedeno při výstavběaquaduktů, kde vzhledem k podélnému spádu do 1 ‰ (10‰ ) bylo nemyslitelné, aby došlo k deformacím nivelety.

Obr. 1.101    Základní názvosloví

Problematika poruch v přechodových oblastech se bezprostředně projevuje na změnách průběhu nivelety.  U železničních staveb je tento problém daleko závažnější, poněvač ho nelze pouze přejet se sníženým komfortem, ale je zde nebezpečí rozpadu GPK vedoucí až ke snížení rychlosti pojíždění koleje viz obr.1.103.

There are currently no posts in this category.