ŽELEZNIČNÍ STAVBY II

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ OTTO PLÁŠEK, PAVEL ZVĚŘINA, RICHARD SVOBODA, VOJTĚCH LANGER ŽELEZNIČNÍ STAVBY II MODUL 2 ODVODNĚNÍ TĚLESA ŽELEZNIČNÍHO SPODKU STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 Otto Plášek, Pavel Zvěřina, Richard Svoboda, Vojtěch Langer, Brno 2006-2 (25) -

Obsah OBSAH Úvod...4 Cíle...4 Požadované znalosti...4 Doba potřebná ke studiu...4 Klíčová slova...4 2 Odvodnění tělesa železničního spodku...5 2.1 Příkopy...5 2.1.1 Drážní příkopy...6 2.1.2 Příkopové zídky...6 2.1.3 Náhorní příkopy...10 2.1.4 Skluzy a kaskády...10 2.2 Trativody...11 2.3 Odvodňovací žebra...16 2.4 Vsakovací a odpařovací objekty...17 2.5 Odvodnění podloží pod železničními náspy...19 3 Geotechnický průzkum...21 3.1 Obsah a typy geotechnického průzkumu...21 3.2 Metody geotechnického průzkumu...22 3.3 Vyhodnocení geotechnického průzkumu...24 Závěr...25 Shrnutí...25 Studijní prameny...25 Seznam použité literatury...25 Seznam doplňkové studijní literatury...25 Odkazy na další studijní zdroje a prameny...25-3 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 Úvod Cíle V tomto modulu budete pokračovat ve studiu stavby železničního spodku. Soustředíte se na odvodnění železničního tělesa, které tvoří jeho podstatnou část. Seznámíte se se základními typy odvodňovacích zařízení, se základními zásadami jeho navrhování. Dále se budete věnovat geotechnickému průzkumu, který poskytuje základní podklady pro navrhování tělesa železničního spodku Požadované znalosti Při studiu tohoto modulu budete potřebovat všechny dříve získané znalosti z oblasti projektování železničních tratí a členění a navrhování železničního spodku. V souvislosti s navrhováním odvodňovacích zařízení se vám budou hodit základy hydrauliky a hydrologie. Doba potřebná ke studiu Tento modul bude časově méně náročný na prostudování látky. Tu si rozdělte na dva bloky: Odvodnění tělesa železničního spodku Geotechnický průzkum První blok budete studovat si dvě hodiny, druhý blok přibližně jednu hodinu. Na závěr budete zpracovávat příčné řezy zemního tělesa železniční trati včetně návrhu konstrukčních vrstev a odvodňovacího zařízení. Tento návrh je poměrně pracný a vyžaduje také konzultaci s učitelem. Celkově očekáváme, že tomuto bloku věnujete 9 hodin. Klíčová slova odvodnění, příkopy, trativody, geotechnický průzkum - 4 (25) -

Odvodnění tělesa železničního spodku 2 Odvodnění tělesa železničního spodku Těleso železničního spodku musí být dokonale odvodněno odvodňovacím zařízením. Odvodňovací zařízení, zachycující a odvádějící povrchové a podzemní vody nebo snižující hladinu podzemní vody, musí zajistit její rychlý odtok mimo těleso železničního spodku. Vody prosakující kolejovým ložem a konstrukčními vrstvami tělesa železničního spodku se odvedou do příkopů nebo podélných trativodů a svodných potrubí. Vývěry podzemní vody se zachycují svahovými odvodňovacími žebry. Odvodňovací zařízení se člení na otevřená a krytá. Otevřená odvodňovací zařízení odvádějí vodu z povrchu železničního tělesa a tvoří je drážní příkopy, rigoly, náhorní příkopy, příkopové zídky, skluzy, kaskády, horské vpusti, prahové vpusti a lapače splavenin. Krytá odvodňovací zařízení zahrnují trativody, svahová trativodní žebra, trativodní výusti, svodná potrubí, hlavní sběrače, šachty, odvodňovací vrty, vsakovací jímky, vsakovací žebra, vsakovací potrubí, geodrény a odvodňovací štoly. Srážková voda ze svahů zářezu musí být odvedena příkopy, rigoly, případně trativody. K zamezení eroze na zemních svazích se upravené zářezové svahy opatří ihned po dokončení vhodnou ochranou. K ochraně zářezových svahů před účinky povrchové vody z přilehlého území, skloněného směrem k zářezu, se zřizují náhorní příkopy. K ochraně zářezových svahů před účinky podzemní vody z přilehlého území, skloněného k zářezu se zřizují náhorní trativody. V případech, kdy je vyústění odvodňovacího zařízení do stávajícího vodohospodářského zařízení technicky neproveditelné nebo ekonomicky náročné, zřizují se vsakovací nebo odpařovací objekty. Navrhují se na základě hydrogeologického průzkumu tak, aby nedošlo k ohrožení vodních zdrojů. 2.1 Příkopy Příkopy se dělí podle účelu: drážní slouží k odvedení povrchové vody ze zemní pláně a přilehlých svahů zářezů a náspů, náhorní zachycují a odvádějí povrchovou vodu z přilehlého území, umisťují se nad hranou zářezu příkopy u koruny zdí zpevněné příkopy, které odvádí povrchovou vodu ze svahu nade zdí, umisťují se za korunou zdi, sněhové zajišťují ochranu před sněhem, vsakovací povrchové příkopy bez napojení na vodoteč, zřízené v propustné zemině, do které přivedená voda vsákne, odpařovací příkopy zřízené v plochém území s nepropustným podložím nebo vysokou hladinou podzemní vody, odkud se přivedená voda odpařuje nebo je přijímána rostlinným krytem. - 5 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 2.1.1 Drážní příkopy Drážní příkopy slouží k odvedení povrchové vody ze železničního tělesa. Dno musí být minimálně 0,5 m pod úrovní pláně tělesa železničního spodku a nejméně 0,15 m pod okrajem zemní pláně. Drážní příkopy u paty svahu náspu se navrhují ve vzdálenosti nejméně 1,0 m od paty svahu. Drážní příkopy mohou být zpevněné nebo nezpevněné. Proti vymílání se příkopy zpevňují dlažbou nebo tvárnicemi, kladenými do lože z betonu nebo štěrkopísku tloušťky 10 cm, spáry musí být vyplněny cementovou maltou. Příkopy zřizované ve skalní hornině se zásadně zpevňují. 1:n min. 0,15 1:1,5 min. 0,50 1:n 1:1,5 min. 0,50 0,5 0,4 příkopová tvárnice vegetační ochrana štěrkopísek tl.0,10 m Obr. 1 Nezpevněný a zpevněný příkop Příkopy se navrhují zpravidla lichoběžníkového tvaru se sklony svahů 1:1,5, případně eliptické nebo kruhové. Podélný sklon nezpevněného příkopu nemá být menší než 4 a nesmí být větší než 25. Při sklonu dna menším než 4 má být příkop zpevněn. U dlouhých příkopů s velkým povodím a spádem dna menším než 2,5 musí být průtočnost posouzena hydrotechnickým výpočtem. Příkopy se sklonem dna větším než 25 musí být rovněž zpevněny. Příkop se sklonem dna přes 100 se opravuje pomocí skluzů a kaskád. Dno příkopu nebo příkopové zídky musí být nejméně 0,5 m pod úrovní hrany vodorovné pláně tělesa železničního spodku, 0,35 pod hranou skloněné pláně tělesa železničního spodku a 0,15 pod okrajem zemní pláně. Šířka dna musí být nejméně 0,4 m. Je-li příkop opatřen příkopovou tvárnicí nebo dlažbou a není-li zřízen pod okrajovou stezkou nebo příkopem trativod, musí být horní hrana tvárnice pod úrovní okraje zemní pláně. Základní průtočný profil je vymezen tvarem příkopu a výškou hladiny 0,5 m nade dnem příkopu. Do průtočného profilu odvodňovacích zařízení nesmí zasahovat základy podpěr trakčního vedení ani jiných staveb a zařízení. Otevřená odvodňovací zařízení musí být bez vegetace a dřevin. 2.1.2 Příkopové zídky Při budování hlubokých zářezů v soudržných zeminách se ke zmenšení objemu výkopu zřizují místo běžných příkopů příkopové zídky se dnem o šířce nejméně 0,4 m. Dno příkopové zídky musí být min. 0,5 m pod plání tělesa železničního spodku a min. 0,15 m pod výtokem odvodňovacích otvorů v zídkách. V zídkách musí být zřízeny odvodňovací otvory průměru 0,1 m. K ochraně - 6 (25) -

Odvodnění tělesa železničního spodku otvoru na rubu zídky se doporučuje užití geotextilie. Prostor za rubem zídky přiléhající ke svahu se vyplní propustným materiálem. Příkopové zídky se v celé délce opatřují krycími deskami. Příkopové zídky se zřizují jako monolitické z prostého betonu B 25 nebo jako prefabrikované. Rozměry monolitických příkopových zídek jsou tabelovány ve Vzorovém listu železničního spodku Ž3. Tvar monolitické příkopové zídky je uveden na Obr. 2. vegetační ochrana 2,35 1,1 krycí deska 1,7 propustný nenamrzavý materiál 0,2 0,1 b 0,06 h2 geotextilie 1:2 min.0,15 t h 0,07 0,2 h1 min.0,5 konstrukční vrstva geotextilie 5% f s 0,4 s e m Obr. 2 Monolitická příkopová zídka Příkopové zídky prefabrikované jsou ve tvaru písmenu U nebo J. Koryto zídek může být lichoběžníkové, obdélníkové nebo půlkruhové. Prefabrikované dílce vhodné pro zřízení příkopových zídek výrobce ŽPSV Uherský Ostroh a.s. jsou na následujícím obrázku. Prefabrikované dílce se kladou do betonového lože, stykové spáry se vyplňují vodotěsnou izolací. Tvárnice Rozměry [cm] B B L r H H Třída betonu Hmotnost [kg] Příkopový žlab U 80-249 - 130 - B 30 3564 Příkopový žlab J 65-100 20 90 35 B 30 380 Příkopový žlab J velký 70 44 249-140 90 B 30 1790 Tab. 1 Rozměry příkopových žlabů - 7 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 Použití: 1) Příkopový žlab U pro odvod povrchových vod při výstavbě železničních tratí, ve staničních obvodech a pro odvodnění skládkových a odstavných ploch. Žlab lze zakrýt poklopem nebo ocelovou mříží. Ve svislých stěnách jsou čtyři otvory se spádem dovnitř. 2)3) Příkopové žlaby J pro vytváření odvodňovacích koryt při tělesech tratí. Obr. 3 Příkopové žlaby (dle katalogu výrobce) Příkopové zídky se umisťují tak, aby vzdálenost rubu od osy koleje byla nejméně 2,35 m v širé trati a 2,20 m ve stanici kvůli průchodu traťové mechanizace. Napojení monolitické příkopové zídky na otevřený příkop se provádí přechodem z monolitického betonu. Napojení prefabrikované příkopové zídky se provede zborcenou přímkovou plochou na délku jednoho prvku. Přechodové prvky se zpevňují dlažbou. min 1,00 min 0,50 Obr. 4 Zpevněný náhorní příkop - 8 (25) -

Odvodnění tělesa železničního spodku 1) TZZ 3, TZZ 5 2) TZZ 4a, TZZ 4b 3) Meliorační žlábek 4) Odvodňovací tvárnice Obr. 5 Příklad příkopových tvárnic pro stavbu příkopů (dle katalogu výrobce) Tvárnice Rozměry [cm] Třída Hmotnost B B L r H H betonu [kg] TZZ 3 112,5 44 30 60,5 35 8 C 30/37 85 TZZ 5 102,5 44 30 60,5 30,5 8 C 30/37 79 TZZ 4a 65 36,2 30-24,5 8 C 30/37 46 TZZ 4b 67 36 30-24,5 8 C 30/37 46 Meliorační žlábek Odvodňovací tvárnice 67 33 30 50 18 8 C 30/37 42 80 20 30 80 17 7 C 30/37 42 Tab. 2 Rozměry příkopových tvárnic Příkopy zřizované ve skalní hornině se zásadně zpevňují. Rigoly slouží k odvedení povrchových vod z ochranného a udržovacího prostoru v zářezu ve skalních horninách. Dno a bok příkopu, přilehlý k hraně pláně tělesa železničního spodku, se zřizují z prostého betonu. Bok příkopu se zakončuje v úrovni pláně tělesa železničního spodku obrubníkem, zpravidla tvořeným tvárnicí Tischer. Ochranný a udržovací prostor 0,3 0,1 n:1 10% nástupištní tvárnice Tischer 5:1 nástupištní tvárnice Tischer 0,5 0,2 1,2 prostý beton prostý beton 0,9 0,4 0,2 Obr. 6 Rigoly ve skalním zářezu - 9 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 2.1.3 Náhorní příkopy Náhorní příkopy jsou příkopy nad svahem zářezu sbírající a odvádějící tekoucí povrchové vody. Náhorní příkopy musí být konstrukčně uspořádány tak, aby byla zabezpečena stabilita zářezového svahu. Dimenzují se na stoletou vodu. Zřizují se zásadně zpevněné a nepropustné a umísťují se ve vzdálenosti nejméně 1 m od zářezového svahu. 2.1.4 Skluzy a kaskády Příkop se sklonem dna příkopu přes 10 % je skluz. Ve skluzu se zřizují stupně. Stupeň je příčný objekt v korytě příkopu nebo skluzu, který vytváří výškový skok v niveletě dna. Dělí se na stupně bez vývaru nebo s vývarem a nízké stupně. Kaskáda je tvořena řadou zpevněných stupňů. Stupeň bez vývaru se navrhuje výšky 0,3 až 0,5 m. Stupeň s vývarem se zřizuje před zaústěním skluzů a kaskád do příkopu nebo vodoteče a navrhuje se s výškou vyšší než 0,5 m. Nízký stupeň se navrhuje do výšky 0,3 m. Před zaústěním příkopů do kanalizace se zřizují lapače splavenin nebo horské vpusti. Horská vpusť se navrhuje s min. vnitřními rozměry 1,2 x 0,6 m s usazovacím prostorem hloubky nejméně 0,6 m. Zřizuje se z prefabrikátů nebo monolitického betonu. Horská vpusť se opatřuje litinovou mříží. Lapač splavenin se navrhuje s min. vnitřními rozměry 1,0 x 0,8 m s usazovacím prostorem hloubky nejméně 0,3 m. Před lapač splavenin se umisťuje kalový prostor s přelivnou stěnou, před vtokem do kalového prostoru se drážní příkop ukončí prahem. Lapač splavenin se opatří mříží. - 10 (25) -

Odvodnění tělesa železničního spodku 2.2 Trativody Podle umístění se trativody dělí na podélné, příčné a náhorní. Podélné a příčné trativody odvádějí srážkové a podzemní vody ze železničního tělesa. Šířka dna trativodní rýhy musí být minimálně 0,4 m. Vzdálenost stěny trativodní rýhy od povrchu trativodní trubky musí být přitom minimálně 0,15 m. Pro trativod je možno použít šamotové drenážní trubky, betonové trubky s hladkými konci, porézní trubky z pórobetonu nebo mezerovitého betonu, kameninové trubky perforované a drenážní trubky z plastů. Dno trativodní rýhy musí být u podélného trativodu nejméně 1,2 m pod niveletou koleje. Dno trativodu umístěného pod okrajovou stezkou při nezapuštěném kolejovém loži musí být minmálně 1,35 m pod niveletou koleje. Trativodní trubky z PVC musí být uloženy minimálně 1,2 m pod povrchem terénu. Dno trativodní rýhy musí být vždy minimálně 0,3 m pod okrajem zemní pláně. Je-li trativod umístěn pod příkopem, musí být dno trativodní rýhy minimálně 0,65 m pode dnem příkopu. Trativodní potrubí, kromě potrubí z plastů, se navrhuje z trubek minimálně profilu 0,15 m. Trativodní trubky z plastů musí být průměru nejméně 0,09 m. U dna trativodu se klade jen jedna trubka, u trubek z plastů je možno trativodní potrubí zdvojit. Spáry mezi jednotlivými trativodními trubkami mají být co nejmenší a musí být chráněny před vplavováním jemných částic trativodní výplně např. geotextilií. Podélný sklon trativodů má být minimálně 10, v odůvodněných případech smí poklesnout až na 5. Pro trativodní potrubí z plastů, uložené v betonovém loži, může být sklon až do 3. Trativod musí být mezi dvěma sousedními šachtami přímý. Délka trativodu mezi šachtami má je zpravidla 30 až 50 m. U podélných trativodů musí být bližší stěna trativodní rýhy vzdálena minimálně 1,6 m od osy koleje, u trativodů z plastů musí být osová vzdálenost trubky od koleje minimálně 2,2 m. Výplně trativodních rýh se zřizují z jednotného materiálu. Pro výplň trativodů může být použito přírodní těžené nebo drcené kamenivo, vysokopecní struska, výzisk z kolejového lože nebo případně jiný vhodný materiál. Výplň trativodů musí být propustná, nesmí být namrzavá a musí vyhovět filtračnímu kriteriu vůči zemině trativodní rýhy. Nevyhoví-li výplň trativodů filtračnímu kriteriu, vloží se mezi zeminu a výplň vhodná geotextilie. Výplň trativodů nesmí obsahovat látky škodlivé zdraví a životnímu prostředí. Příčný přechod odvodňovacího zařízení pod kolejí se zřizuje pokud možno kolmo na osu koleje. Z důvodu zajištění trvalého odtoku vody musí být potrubí odvodňovacího zařízení pod kolejí uloženo na betonové desky nebo do betonového lože, aby nedocházelo k jeho prosednutí. Příčný přechod odvodňovacího zařízení nesmí být veden v prostoru pohyblivých částí výhybek a pod kolejovými spojkami, v oblasti přechodů a přejezdů. U příčného přechodu odvodňovacího zařízení s plastovým potrubím musí být plastové potrubí obetonováno nebo musí být doloženo statickým výpočtem, že nedojde k jeho porušení vlivem železničního provozu. - 11 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 a) trativod s jednotnou výplní b) trativod s jednotnou výplní s vyložením geotextlilí geotextilie 5% 5% 5% 5% c) trativod s jednotnou výplní s vyložením a obalením trativodní trubky geotextilí geotextilie 5% 5% min. 0,30 jednotná trativodní výplň vyrovnávací vrstva min. 0,30 jednotná trativodní výplň vyrovnávací vrstva min. 0,30 geotextilie jednotná trativodní výplň vyrovnávací vrstva 0,05 min.0,15 min.0,15 min.0,40 0,05 min.0,15 min.0,15 min.0,40 0,05 min.0,15 min.0,15 min.0,40 Obr. 7 Trativody min. 0,30 20% 0,1 0,05 jednotná trativodní výplň geotextilie trativodní trubka opěrky z betonu C12/15 podklad z betonu C12/15 podsyp ze štěrkodrti min.0,40 Obr. 8 Přechod trativodu pod kolejí V případě, že je třeba vybudovat síť dlouhých trativodů u kolejí s velmi malým sklonem (např. v železniční stanici), svádí se voda z trativodů do hlavního sběrače. Při umístění trativodu nad hlavním sběračem musí být vzdálenost mezi potrubím trativodu a sběrače nejméně 0,1 m. V případě, že zásyp hlavního sběrače je propustný, musí být trativod oddělen nepropustnou vrstvou (nepropustným materiálem, betonem apod.), viz Obr. 9. - 12 (25) -

Odvodnění tělesa železničního spodku 5% 5% 0,1 0,5 0,2 0,05 0,1 0,45 0,5 0,45 potrubí trativodu těsnící vrstva z nepropustného materiálu zhutněný zásyp obetonování potrubí C16/20 potrubí hlavního sběrače betonový podkladní práh podklad z betonu C12/15 podsyp ze štěrkodrti 1,4 Obr. 9 Trativod nad hlavním sběračem Trativodní potrubí se kontrolují a čistí z trativodních šachet. Podle účelu a umístění se šachty dělí na vrcholové, kontrolní, přípojné, koncové a vstupní. Vrcholové šachty se zřizují v nejvyšším bodě trativodu a slouží k pročišťování trativodního potrubí propláchnutím. Vnitřní průměr vrcholových šachet musí být nejméně 0,3 m. Kontrolní šachty mají nejmenší vnitřní průměry 0,3 m u potrubí z plastů, 0,5 m u potrubí z porézních trubek, 0,8 m u ostatních materiálů. Přípojné šachty se zřizují na svodném potrubí a slouží ke kontrole a k pročištění svodného potrubí a trativodních potrubí, která jsou do šachet zaústěna. Koncové šachty se zřizují jako poslední na trativodním nebo svodném potrubí. Koncové šachty musí mít vnitřní průměr 0,8 m. - 13 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 min. 4,750 min. 2,20 0,35 min. 2,20 vrchní poklop revizní nástavec 0,50 min. 0,60 trativodní potrubí šachtová skruž 0,05 0,15 0,15 1,00 0,25 0,27 0,80 0,27 0,08 0,08 propustný nenamrzavý materiál svodné potrubí šachtová skruž dno z prostého betonu C12/15 podkladní štěrkopísková vrstva 1,50 Obr. 10 Šachta na podélném trativodu z betonových prefabrikátů s revizním nástavcem [26] Šachty se zhotovují nejčastěji z betonových prefabrikátů a plastů případně mohou být z monolitického betonu nebo zděné. Konstrukce šachet musí zajišťovat nepropustnost, zejména spodního dílu šachty a dna, stykových spár skruží a spár kolem zaústění potrubí do šachty. V koleji s předpokládaným strojním čištěním kolejového lože se pro konstrukci šachty z betonových prefabrikátů s vnitřním průměrem 0,8 m používá revizní nástavec, tak aby jeho rub byl od osy koleje vzdálen nejméně 2,2 m v železniční stanici a 2,35 m v širé trati. Poklopy šachet mají být v úrovni drážní stezky nebo nejvýše 5 cm nad její úrovní. - 14 (25) -

Odvodnění tělesa železničního spodku min. 4,750 min. 2,175 0,40 min. 2,175 šachtový poklop 0,60 0,60 nasazovací trubka DN 400 0,25 propustný nenamrzavý materiál 0,20 1,06 základní prvek šachty - spodní díl vyrovnávací štěrkopísková vrstva Obr. 11 Přípojná šachta z plastů na svodném potrubí Trativodní potrubí je vyústěno do drážního příkopu, vodoteče nebo volně na terén pomocí trativodní výusti. Výusť se zajišťuje čelní zídkou z monolitického betonu a svahy kolem výusti se zpevňují pomocí dlažby. Při větší výšce vyústění nad terénem jak 1,5 m je nutné při vyústění zřídit skluz. 1,20 0,20 1,00 0,85 0,25 0,60 0,15 0,05 0,20 dlažba z lomového kamene 0,10 kóta terénu Řez beton C16/20 štěrkopísková vrstva tl. 0,10 m štěrkopísková vrstva tl. 0,10 m Obr. 12 Trativodní výusť [26] Náhorní trativod se zřizuje k odvedení podzemních vod z vodonosné vrstvy nad zářezem. Hloubka vodonosné vrstvy nesmí být větší jak 2,0 m. Trativod se umisťuje ve vzdálenosti 1,5.h z od hrany zářezu, kde h z je hloubka zářezu. Nejmenší vzdálenost od hrany svahu je 15,0 m. Dno trativodní rýhy je nejméně 0,4 m pod vodonosonou vrstvou. Stabilitu svahu zářezu je třeba při návrhu náhorního trativodu posoudit výpočtem. - 15 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 1,5 hz (min 15,0 m) Vodonosná vrstva Nepropustné podloží 1:n hz 1:1,5 Vegetační ochrana Zasypávka z vykopané zeminy Zásyp trativodu z propustného materiálu max. 2,00 geotextilie Vodonosná vrstva min. 0,40 jednotná trativodní výplň vyrovnávací vrstva 0,05 Nepropustné podloží min.0,40 Obr. 13 Náhorní trativod 2.3 Odvodňovací žebra Odvodňovací žebra se dělí na: pláňová, mělká příčná žebra sloužící k odvodnění kolejového lože, zemní pláně, příp. konstrukčních vrstev na stávajících tratích, svahová, slouží k odvodnění svahů zářezů a ke zvýšení jeho stability. Plánová odvodňovací žebra se navrhují v místech mělkých deformací zemní pláně, ve kterých se zadržuje voda. Odvodňovací žebra jsou tvořena příčnou rýhou pod nejnižší úroveň vzniklé deformace. Žebro je vyplněno propustným a nenamrzavým materiálem a obvykle je svedeno do drážního příkopu. Odvodňovací žebra se navrhují kolmo na osu koleje ve vzdálenosti 1,5 až 5 m od sebe. Svahová odvodňovací žebra se zřizují v místech, kde dochází k vývěru podzemní vody a vodonosná vrstva je v hloubce větší než 2 m pod úrovní terénu. Vzdálenost svahových žeber se volí 5 až 10 m. Šířka žeber se navrhuje 0,8 až 1,5 m. Hloubka odvodňovacího žebra, měřená kolmo ke svahu zářezu musí být nejméně 1,2 m, aby byla zachována funkce žebra i v zimním období. Svahová - 16 (25) -

Odvodnění tělesa železničního spodku žebra se vyúsťují do drážního příkopu nebo do trativodu pod stezkou nebo pod příkopem. Do spodního stupně žebra je možné navrhnout trativodní potrubí. Vyústění trativodní trubky se provádí trubkou většího průměru, případně pomocí čelní monolitické zídky, viz Obr. 14. protierozní ochrana propustný materiál trativod geotextilie 0,80-1,50 propustný materiál vodonosná vrstva 5% min. 1,20 protierozní ochrana odvodnění 0,40 nepropustné podloží min. 0,15 min. 2,00 vodonosná vrstva nepropustné podloží 5-10 trativodní výusť Obr. 14 Svahové žebro zaústěné do zpevněného drážního příkopu K podobnému účelu jako svahová žebra je možné zřídit odvodňovací vrty. Provádějí se jako horizontální nebo ve sklonu 10 až 15 vzhůru, obvykle o průměru 10 cm. Umístění a počet vrtů stanoví hydrogeologický průzkum. 2.4 Vsakovací a odpařovací objekty V případě, že není možné nebo ekonomicky únosné, vodu, svedenou do drážních příkopů nebo trativodů, odvést do vodoteče nebo jiné vodohospodářské stavby, budují se vsakovací nebo odpařovací objekty. Při zřízení těchto objektů nesmí dojít k ohrožení vodních zdrojů. Vsakovací objekty se zřizují v propustné zemině a dělí se na vsakovací jímky, vsakovací žebra, vsakovací příkopy a vsakovací potrubí. Vsakovací jímky se zřizují ze studničních skruží o průměru 1,5 m a se zapuštěním do propustné vrstvy nejméně 0,5 m, viz Obr. 15. Na dně vsakovací jímky se zřizuje filtrační vrstva. Vsakovací žebra jsou podélné nebo příčné rýhy, vyplněné propustným nenamrzavým materiálem. Vsakovací příkopy mají pode dnem příkopu vsakovací žebra, zasahující do propustné zeminy, viz Obr. 16. - 17 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 dílce zákrytové studňové terén 0,20 soudržná zemina 1,00 min. 1,50 studniční skruže potrubí odrazné kameny min. 0,20 min. 1,00 propustné podloží filtrační vrstva min. 0,20 Obr. 15 Vsakovací jímka na propustném podloží polovegetační tvárnice, pískový zásyp pískové lože tl. 0,15 m min. 0,50 0,15 1:1,5 5% nepropustná vrstva min. 2,00 min. 0,15 propustné podloží min. 0,40 vsakovací žebro zásyp rýhy vyložení rýhy geotextilií Obr. 16 Vsakovací příkop se vsakovacím žebrem Odpařovací objekty se zřizují v plochém území s nepropustným podložím nebo vysokou hladinou podzemní vody a dělí se na odpařovací příkopy a recipienty. Odpařovací příkopy se navrhují tak, aby voda vystoupila nejvýše 0,1 m pod úroveň okraje zemní pláně, viz. Obr. 17. Odpařovací recipient je morfologická deprese ve tvaru pánve nebo mělké mísy se svahy a dnem chráněným podle zásad pro příkopy. - 18 (25) -

Odvodnění tělesa železničního spodku 1:n Qmax min. 0,10 1:1,5 5% protierozní ochrana min. 0,40 nepropustné podloží Obr. 17 Odpařovací příkop 2.5 Odvodnění podloží pod železničními náspy Železniční náspy na méně únosné zemině se zakládají na konsolidační vrstvě tloušťky 0,3 m. Vhodným materiálem pro konsolidační vrstvu je štěrkopísek. K zamezení promíchání materiálu konsolidační vrstvy se zeminami podloží se konsolidační vrstva ukládá na separační geotextilii. Není-li konsolidační vrstva dostatečně účinná při odvádění vody při konsolidaci podloží železničního náspu je možné vybudování pískových pilot, spojených s konsolidační vrstvou. Pískové piloty Ø 0,2 m se rozmísťují šachovitě ve vzdálenosti 3 až 4 m. Kromě pískových pilot se ke konsolidaci podloží používají také geodrény (rýhované žebro z plastu nebo pryže, šířky 8 až 10 cm, obalené geotextilií). Geodrény se rozmisťují šachovitě ve vzdálenosti 1,0 až 1,5 m a vpichují se zpravidla až na pevné podloží. a) b) soudržná zemina konsolidační vrstva písková pilota φ 0,2 m soudržná zemina konsolidační vrstva geodrén 100x4 mm 3,0-4,0 1,0-1,5 neúnosné podloží neúnosné podloží Obr. 18 Zvýšení únosnosti podloží pod náspem a) pískovými pilotami b) geodrény - 19 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 Kontrolní otázky Jaká je minimální hloubka drážního příkopu od zemní pláně a od pláně tělesa železničního spodku? Jaká je minimální hloubka trativodu pod zemní plání? V jakých případech musí být příkop zpevněný? Jaký je minimální sklon trativodu? Jaká je minimální vzdálenost hrany trativodu od osy koleje? Má umístění náhorního příkopu vliv na stabilitu svahu zářezu? Je možné navrhnout příkop s nulovým sklonem? Proč se v některých případech používají příkopové zídky? K čemu slouží odvodňovací žebra? Kontrolní otázky či otázky k zamyšlení opět uvést odsazeně, kurzívou, se svislou čarou podél textu otázky. Stačí jim přiřadit styl Otázka. - 20 (25) -

Geotechnický průzkum 3 Geotechnický průzkum 3.1 Obsah a typy geotechnického průzkumu Pro technicky správný, ekonomický a bezpečný návrh sanací, rekonstrukcí a modernizací konstrukce železničního spodku jsou základním podkladem výsledky geotechnického průzkumu. Cílem geotechnického průzkumu je zjištění fyzikálně mechanických vlastností materiálů zemního tělesa a konstrukčních vrstev, zhodnocení stability a stanovení příčin poruch a deformací tělesa železničního spodku. Geotechnický průzkum se obvykle provádí ve třech stupních v časové posloupnosti a s rozlišením obsahu: předběžný podrobný, zpravidla pro zadání stavby doplňující, zpravidla pro projektovou dokumentaci. S ohledem na cíle průzkumu, rozsah průzkumu a složitost poměrů sledovaného úseku trati se jednotlivé stupně geotechnického průzkumu mohou sloučit. Základní podmínkou předběžného geotechnického průzkumu je prohlídka úseku trati v součinnosti se správcem trati. Předběžný geotechnický průzkum se zaměřuje především na místa poruch a jeho cílem je stanovení pravděpodobných příčin. V rámci předběžného průzkumu se podle druhu a rozsahu připravovaných prací doporučuje provést měření nedestruktivními metodami (např. georadarem), které poskytují kontinuální informace o složení a stavu tělesa železničního spodku. Tyto metody se používají zejména při modernizaci a rekonstrukci tratí. V geologicky jednoduchých poměrech je možné předběžný průzkum sloučit s podrobným průzkumem. Na dvojkolejné trati je nutné provést průzkum pro každou kolej samostatně. Na základě výsledků a požadavků předběžného průzkumu se provádí podrobný geotechnický průzkum. Podrobný geotechnický průzkum se zaměřuje na poruchy a deformace zemního tělesa a stabilitu svahů. Podrobný průzkum se provádí kopanými a vrtanými sondami, ručními nebo pojízdnou soupravou, umožňující provedení několika vrtů v jednom profilu. Závěry podrobného průzkumu obsahují složení a popis konstrukce pražcového podloží, tj. tloušťku, materiál a stav jednotlivých vrstev včetně kolejového lože. Ve výsledcích jsou zahrnuty údaje o stavu zemní pláně a její výškové úrovni. Z odběrů vzorků jsou laboratorními metodami stanoveny křivky zrnitosti, konzistenční meze, číslo konzistence, přirozená vlhkost, propustnost, namrzavost, klasifikace zemin. Dále je nutno posoudit stav kolejového lože a konstrukčních vrstev a zemin v zemním tělese z hlediska obsahu látek škodlivých zdraví a životnímu prostředí. Velmi důležité jsou přetvárné vlastnosti zemin zemní pláně a pláně tělesa železničního spodku, které se vyjadřují zejména statickým modulem přetvárnosti a součinitelem z pro jeho redukci. Z hlediska ochrany konstrukce železničního spodku proti účinkům mrazu je nutné stanovit hladinu podzemní vody. Nejčastějším úskalím pro návrh pražcového podloží jsou nehomogenity ve stávající konstrukci. Malá četnost sond a jejich nevhodná volba, popř. neprovedený kontinuální nedestruktivní průzkum, se mohou stát příčinou těžko řešitelných problémů při stavebních pracích. Nekvalitní geotechnický průzkum - 21 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 může podstatně zvýšit náklady na provedení stavby. Proto je nutné stanovit hranice úseků přibližně stejného charakteru z hlediska únosnosti, vodního režimu a druhu zeminy zemní pláně a stanovit polohu lokálních poruch a jejich rozsah. Doplňující geotechnický průzkum zpřesňuje a doplňuje poznatky a výsledky předběžného a podrobného geotechnického průzkumu. Tento průzkum se provádí např. v místech, kde je zemní těleso významně porušeno, pro zpřesnění hranic úseků s jednotnou konstrukcí pražcového podloží atd. 3.2 Metody geotechnického průzkumu Diagnostika železničního spodku zahrnuje souhrn metod, destruktivních i nedestruktivních, sloužících ke zjištění složení a stavu konstrukce železničního spodku, spolu se stanovením druhu, rozsahu a příčin poruch. Využívány jsou metody geofyzikální nedestruktivní a metody destruktivní, založené na klasickém sondování a penetračních zkouškách, doplněné o zatěžovací zkoušky statické či rázové, odběry vzorků a jejich laboratorní rozbory. Nedestruktivní metody jsou založeny na geofyzikálních metodách. Jejich hlavní předností je, že poskytují spojité výsledky bez porušení konstrukce zkoumaného prostředí. Tyto metody na druhé straně neposkytují přesné fyzikální a mechanické parametry zkoumaných zemin. Proto se tyto metody spojují s destruktivními metodami, vyplývá z nich např. umístění sond a podrobně vymezí kvazihomogenní bloky. Důležitým výsledkem těchto metod je stanovení spojitého průběhu zemní pláně, spojité tloušťky kolejového lože a konstrukčních vrstev a určení míst s porušenou zemní plání a zemním tělesem. Základními nedestruktivními metodami jsou radarová, elektrická odporová a seismická metoda. Radarová metoda je založená na opakovaném vysílání elektromagnetických vln o vysokých frekvencích do zkoumaného prostředí, v tomto případě pražcového podloží, a na přijímání jejich odezvy. K vysílání a přijímání elektromagnetických impulsů slouží anténní systémy a v připojené aparatuře se registrují odražené signály. Na kontinuálním záznamu, tzv. radarogramu, je patrné nespojité rozložení odrazů, což jsou nehomogenity v pražcovém podloží. Elektrická odporová geoelektrická metoda je založena na měření elektrické vodivosti hornin a zemin v silovém poli vybuzeném zavedením elektrického proudu. Měrný odpor závisí na mineralogickém složení, pórovitosti, objemové hmotnosti a puklinatosti, vlhkosti, struktuře a textuře prostředí. Určitému druhu horniny a zeminy a stavu, ve kterém se nachází, odpovídá hodnota měrného odporu. Seismické metody jsou založeny na měření rychlosti šíření vlnění v horninovém prostředí. Průchod seismických vln je ovlivněn změnami fyzikálních vlastností měřeného prostředí a projevuje se zejména změnou rychlosti šíření, lomy a odrazy vln na rozhraní prostředí a ohybem vln v místech lokálních nehomogenit. Pro účely geotechnického průzkumu se většinou používá tzv. mělká seismika, zachycující vrstvy horninového prostředí do hloubky cca - 22 (25) -

Geotechnický průzkum 10 m. Seismické metody jsou vhodné pro místa významné porušenosti (sesuvy) nebo jako metody doplňkové. Destruktivními metodami je sondování zkoumaného prostředí. Používají se kopané a vrtané sondy. Druh, umístění a hloubka sond se volí na základě předběžného geotechnického průzkumu. Kopané sondy se provádějí v mezipražcovém prostoru od hlav pražců pod kolejnici, u dvoukolejné trati pod vnější kolejnici. Hloubka kopané sondy musí dosáhnout nejméně k zemní pláni, nebo pokud ji není možné jednoznačně určit, do hloubky 1,30 m pod úrovní úložné plochy pražce. Rozměry kopané sondy musí umožnit provedení statické zatěžovací zkoušky. Statická zatěžovací zkouška by se měla provést co nejblíže ke kolejnici, tedy v místě, kde je pražcové podloží nejvíce namáháno. V kopané sondě se odebírají vzorky pro laboratorní zkoušky. Vrtané sondy jsou využívány pro zjišťování stavu tělesa železničního spodku, zejména náspů. Vrtané sondy se také provádějí v místech sesuvů a deformací zemního tělesa, ke zjištění geologických a hydrogeologických poměrů apod. Kvalitativní hodnocení zemin je možné doplnit pomocí penetrační zkoušky. Metoda dynamické penetrační zkoušky je založena na schopnosti zeminy klást odpor proti dynamickému vnikání kuželového hrotu v závislosti na fyzikálně-mechanických vlastnostech zeminy. K základním zkouškám patří statické a rázové zatěžovací zkoušky, které byly popsány v kapitole Pražcové podloží. Z kopaných a vrtaných sond se odebírají vzorky dokumentační, zvláštní a technologické. Podle míry uchování původních vlastností se rozlišují vzorky porušené a neporušené. Dokumentační vzorky poskytují obraz o geologických poměrech v místě sondy. Zvláštní vzorky slouží pro laboratorní zjišťování fyzikálních a mechanických vlastností zemin a hornin a k jejich klasifikaci. Pro stanovení zrnitosti, vlhkosti, konzistenčních mezí, nasákavosti, pórovitosti apod. stačí porušené vzorky. Porušené vzorky kolejového lože jsou určeny ke stanovení zrnitosti kameniva, stupně znečištění a obsahu látek škodlivých pro zdraví a životní prostředí jako jsou ropné látky, těžké kovy apod. Vzorky pro zjišťování škodlivin se odebírají v mezistaničních úsecích na základě prohlídky nebo v železničních stanicích z oblasti výhybek a míst stání hnacích vozidel. Ke stanovení objemové hmotnosti, stlačitelnosti, smykových parametrů a pevnosti v tlaku jsou nutné neporušené vzorky. Technologické vzorky slouží ke stanovení např. zhutnitelnosti zemin, k návrhu směsi pro stabilizaci nebo pro zlepšení zeminy apod. a) b) Obr. 19 Statická zatěžovací zkouška v kopané sondě a) zatěžovací deska s hydraulickým válcem a prstencem se snímačem síly b) rám se snímačem zatlačení a vyhodnocovací jednotka - 23 (25) -

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 2 Odběr vzorků z vrtaných sond se uskutečňuje zejména při výskytu hladiny podzemní vody a v případě možnosti působení podzemní vody na konstrukci pražcového podloží, zejména stabilizované vrstvy. Vzorky podzemní vody jsou podrobeny rozboru se zaměřením na agresivitu vody na pojiva (např. cement, vápno). 3.3 Vyhodnocení geotechnického průzkumu Výsledky geotechnického průzkumu se shrnují ve zprávě. Zpráva zahrnuje použité podklady, charakteristiku geologických a hydrogeologických poměrů, metodiku průzkumu, výsledky průzkumu a jeho zhodnocení, doporučení, technická řešení a opatření. Přílohová část zprávy musí obsahovat situaci, podélný geologický profil, příčné řezy, dokumentaci a popisy sond, výsledky statických zatěžovacích zkoušek, laboratorních a penetračních zkoušek a další. TÚ,DÚ 0202 06 Dobřichovice - Řevnice Staničení: km 5,324; kolej č.1 0,96 K 02 SZZ 2400/05/01-0,40 (02/1) -0,55 (02/2) -0,65 (02/3) VYSVĚTLIVKY: kolejové lože - 0,40 m středně znečištěné K 02 - kopaná sonda štěrk hlinitý s kameny - 0,24 přírodní kamenivo písek hlinitý V 02 - vrtaná sonda SZZ 2400/05/01 - statická zatěžovací zkouška -040 (02/1) - porušený vzorek z hloubky 0,40 hpv - hladina podzemní vody V 02-1,20 (02/4) -1,50 hpv Obr. 20 Příklad záznamu o provedení kopané a vrtané sondy Kontrolní otázky K čemu slouží geotechnický průzkum? Jaké metody průzkumu můžeme použít? - 24 (25) -

Závěr Závěr Shrnutí V tomto modulu jste nastudovali poměrně rozsáhlou kapitolu o odvodnění zemního tělesa železničního spodku. Umíte navrhnout ty nejzákladnější části odvodnění pro zemní těleso v širé trati a máte základy pro navrhování odvodnění i v železničních stanicích. Nastudovali jste také základy geotechnického průzkumu a víte, co můžete od něj požadovat. 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 - 25 (25) -