1.7 i 1.9

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

1.7. Konstrukcja podtorza

Podtorzem nazywamy kolejową budowlę ziemną wraz z urządzeniami ją zabezpieczającymi, ochraniającymi i odwadniającymi, podlegającą oddziaływaniom eksploatacyjnym, wpływom klimatycznym oraz wpływom podłoża gruntowego zalegającego bezpośrednio pod podtorzem
i w najbliższym jego otoczeniu.

Górna część podtorza, na której ułożona jest nawierzchnia kolejowa nazywana jest torowiskiem.

Schematyczny przekrój poprzeczny podtorza w nasypie i przekopie

Elementy wchodzące w skład podtorza kolejowego to:

-        nasypy/przekopy (łącznie ze wzmocnieniami oraz urządzeniami zabezpieczającymi i ochronnymi),

-        przypory (łącznie ze wzmocnieniami oraz urządzeniami zabezpieczającymi),

-        urządzenia odwadniające,

-        inne elementy zabezpieczające, ochraniające lub współpracujące z podtorzem.

Wymiary podtorza powinny odpowiadać wymaganiom eksploatacyjnym oraz miejscowym warunkom wodno – gruntowym, przy zachowaniu właściwej skrajni budowli.

Szerokość torowiska powinna być dobrana w taki sposób, aby umożliwiać ułożenie nawierzchni kolejowej z międzytorzem właściwym dla danej prędkości pociągów i pozwalać na zabudowanie wymaganych urządzeń. Dodatkowo, dobrana szerokość musi gwarantować uzyskanie odpowiednich szerokości ław torowisk, uwzględniających wymagane poszerzenia na łukach poziomych.

Torowisko na szlakach wykonuje się ze spadkami poprzecznymi wynoszącymi od 3% do 5%. Na stacjach, przy zastosowaniu równi stacyjnej z filtracyjną warstwą ochronną, dopuszczalne jest zmniejszenie pochylenia poprzecznego podtorza do 2%.

Kształt oraz nachylenie skarp podtorza muszą zapewniać stateczność całej budowli. Wielkości nachylenia skarp, warunkowane są poprzez rodzaj gruntu, wysokość nasypu albo głębokość przekopu, zależą, również od warunków geologiczno – inżynierskich oraz warunków hydrologicznych
i klimatycznych.

Typowe nachylenia skarp (1:n) przyjmuje się według tabeli:

Typowe nachylenia skarp podtorza

Nachylenia z powyższej tabeli maja zastosowanie przy wysokościach skarp mniejszych od:

-        12 m – dla gruntów kamienistych, żwirowych i pospółek,

-        8 m – dla gruntów piaszczystych i piaszczysto – gliniastych,

-        6 m – dla gruntów gliniastych i ilastych, a także w obszarach objętych eksploatacją górniczą i terenach osuwiskowych.

W przypadku wyższych skarp, stateczność powinna być sprawdzona za pomocą odpowiednich metod. Na podstawie otrzymanych wyników projektuje się optymalne pochylenie lub jeśli występuje taka potrzeba inne rozwiązania. Możliwe jest również zastosowanie niestandardowych przekrojów poprzecznych nasypu.

Przekroje poprzeczne wysokich nasypów: a – nasyp ze zmiennymi nachyleniami skarp, b – nasyp z ławami skarpowymi, c – nasyp z przyporami

Na etapie doboru materiałów do budowy lub naprawy podtorza, najpierw powinno się rozważyć możliwość zastosowania materiałów miejscowych. Wykorzystanie gruntów odzyskanych
z przekopów, pozwala na ograniczenie czasu i kosztów, związanych
z pozyskaniem i transportem materiałów z dodatkowych ukopów.

Grunty, a także inne materiały używane do budowy i napraw podtorza podlegają klasyfikacji według przydatności do budowy nasypów według tabeli:

Objaśnienia:
a) w przypadku trwałego zabezpieczenia przed zawilgoceniem, można zaliczyć do klasy QS1
b) w przypadku dobrych warunków geologicznych i hydrologicznych, można zaliczyć do klasy QS2
c) w przypadku dobrych warunków geologicznych i hydrologicznych, można zaliczyć do klasy QS3
*) cząstki gruntu o wymiarach równych i mniejszych od 0,06mm.

Górna część podtorza powinna cechować się odpowiednią trwałością, nośnością
i sztywnością oraz jednorodnością. Do budowy tej części podtorza w nasypach i przekopach, nadają się grunty wykorzystywane do budowy nasypów o klasach 1.3-3.2 i 1.1; jeśli grunt ten nie jest plastyczny. Stosowane grunty powinny być dobrze zagęszczające się i odporne na działanie wody. Ponadto ważna jest stabilność mechaniczna na stykach poszczególnych warstw, tak aby sąsiadujące materiały nie mieszały się ze sobą. Grunty powinny być niewysadzinowe i odpowiednio wodoprzepuszczalne.

Nośność i sztywność górnej części podtorza powinny być takie,
aby podczas eksploatacji, w żadnym punkcie przekroju poprzecznego w tej części,
nie wystąpiły siły przekraczające naprężenia dopuszczalne dla zastosowanych gruntów.

Grunty i inne materiały stosowane do budowy i naprawy dolnych warstw podtorza powinny umożliwiać uzyskanie modułów odkształcenia podtorza nie mniejszych niż [1]:

-        45 MPa w przypadku gruntów spoistych,

-        60 MPa w przypadku gruntów piaszczystych i żwirowych.

Stosowanie materiałów odpadowych i z recyklingu, wymaga weryfikacji spełniania przez nie wszystkich warunków, dotyczących podtorza i środowiska, a także czy mogą współpracować
z elementami infrastruktury kolejowej.

1.9. Metody wzmacniania skarp i nasypów kolejowych

              Powierzchniowe wzmacnianie podłoża:

- Zagęszczanie gruntów

- Wymiana gruntu (przy nieznacznej miąższości warstwy słabonośnej, wynoszącej około 1-2 m (wyjątkowo do 6m), najbardziej korzystnym, pod względem finansowym sposobem wyeliminowania problemu występowania słabego gruntu jest jego całkowita wymiana),

- Zastosowanie geosyntetyków

              Wzmacnianie wgłębne:

- Kolumny wzmacniające

·     iniekcyjne jet – grouting (iniekcja strumieniowa to metoda wzmacniania podłoża gruntowego poprzez formowanie w nim elementów z tłoczonego zaczynu cementowego),

·     wiercone przemieszczeniowe (wykonuje się je przy pomocy maszyny służącej do wykonywania przemieszczeniowych pali wierconych w systemie bezurobkowym,
z użyciem świdra rozpychającego grunt na boki),

·     żwirowe,

·     tłuczniowe,

·     DSM - wymieszanie gruntu ze spoiwem (wapnem lub cementem, ewentualnie mieszanką cementowo – piaskową),

·     kombinowane  (betonowe kolumny hybrydowe to specjalne kolumny, ze żwirową stopą, albo stopą i głowicą żwirową),

- Metoda mikrowybuchów – polega na detonowaniu ładunków wybuchowych umieszczonych na powierzchni gruntu, w wywierconych otworach lub pod wodą. Wybuch skutkuje wzrostem temperatury i powstaniem pęcherza gazowego w otoczeniu ładunku. Podwyższeniu ulega także ciśnienie wody w porach. Dodatkowo wywoływane są drgania i w konsekwencji następuje chwilowe upłynnienie gruntu. W wyniku wybuchów zniszczeniu ulega pierwotna struktura gruntu, jego ziarna układają się bardziej ściśle i tym samym dochodzi do zagęszczenia.  Efekt zagęszczenia jest tym większy im luźniejszy jest grunt w stanie naturalnym.

Zbrojenie prętowe gruntu:

- Gwoździowanie (Gwoździe powinny być wprowadzone w ścianę skarpy lub wykopu na głębokość 0,5-0,8 całkowitej wysokości ściany. Pręty umieszcza się w gruncie z pomocą wibromłotów lub wiertnic. Pręty w celu zabezpieczenia przed korozją pokrywa się warstwą cementu, a wykonywane w otworze wierconym łączy się z gruntem insektem cementowym. Skarpę lub ścianę wykopu przed wprowadzeniem gwoździ, zabezpiecza się siatką zbrojeniową lub geosiatką i pokrywa się warstwą torkretu),

- Kotwy gruntowe (Kotwa gruntowa iniekcyjna to urządzenie cięgnowe osadzone w gruncie i zespolone z nim za pomocą zaczynu cementowego. Ze względu na występowanie wstępnego obciążenia kotwy dzieli się na czynne i bierne. Kotwy czynne (wstępnie naprężone) zespala się z gruntem tylko na odcinku końcowym nazywanym buławą, kotwy bierne (gwoździe) na całej długości),

- Mikropale (Mikropale, inaczej pale małośrednicowe lub minipale mogą być wykonywane metodą wiercenia, wwibrowywania, wbijania, wciskania i wkręcania. Charakteryzują się małym przekrojem i wysoką w stosunku do średnicy nośnością. Mikropale wykonuje się małym, lekkim i poręcznym sprzętem przede wszystkim tam, gdzie nie może pracować typowy sprzęt wiertniczy. Średnica mikropali wynosi zazwyczaj od 50 do 250mm, a długość od 6 do 15m. Mogą spełniać funkcje nośne lub stabilizujące).

Schematy pracy mikropali zaporowych: a) poprawa stateczności zboczy, b) ściana oporowa z mikropali; 1 – mikropale, 2 – kotwy [2]

- Powierzchnie skarp powinny być umocnione roślinnością lub zabezpieczone obudową. Pokrycie roślinne, oprócz walorów estetycznych, zabezpiecza podtorze przed erozją
i czynnikami mechanicznymi oraz niweluje wpływ wahań temperatury. Zazielenienie skarpy podtorza może odbywać się poprzez: obsiewanie, darniowanie albo sadzenie drzew
i krzewów. Dobór sposobu wprowadzenia roślinności zależy od warunków klimatycznych, ukształtowania terenu, a także sposobu odwodnienia podtorza.