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

- 2 (37) -

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

Obsah

- 3 (37) -

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

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 4 (37) -

Úvod

Cíle

V této kapitole se dozvíte vše o zemním tělese kolejové jízdní dráhy. Nastudu-jete 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 stav-bu tělesa železničního spodku a konstrukčních vrstev tohoto tělesa, zejména základní pojmy a dělení konstrukcí. Dále předpokládáme, že máte prostudová-ny 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 pro-cvičíte 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

Zemní těleso

- 5 (37) -

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 Tvar zemního tělesa

1.1.1 Zemní těleso v náspu

Tvar zemního tělesa v náspu se navrhuje podle vzájemné polohy terénu a nive-lety 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 kte-rých je násep budován. Popisnými zkouškami se určuje objemová hmotnost, pórovitost, vlhkost, stupeň nasycení, meze plasticity a tekutosti, index plastici-ty a zrnitost. Z fyzikálně mechanických vlastností se zjišťuje propustnost, na-mrzavost, 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 trva-lou únosnost a stabilitu. Nejvhodnějším materiálem pro stavbu náspu jsou ne-soudržné zeminy (písek, štěrk, štěrkopísek, kamenitý materiál). Jsou málo stla-čitelné, propustné a nenamrzavé. Dobře se zhutňují, jsou objemové stálé a ne-rozbřídají. Také nezvětrávající horniny skalního podkladu, vhodné svojí zrni-tostí pro zpracování v zemním tělese, jsou ke stavbě náspu vhodné. Z hornin jsou vhodné především nezvětrávající celistvé horniny vyvřelé (žula, granodio-rit, syenit, diorit, gabro, andezit, znělec, čedič, diabas), usazené (vápenec, do-lomit, 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

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 6 (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 mož-no 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 vlh-kosti 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 zem-ního tělesa, ale také na materiálu podloží. Při budování náspu ze zeminy sou-držné, nepropustné a namrzavé se násep zakládá na konsolidační vrstvu. Kon-solidační 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 sypa-nina použitá k výstavbě náspu je nepropustná, vytvoří se v patě náspu odvod-ňovací rýha vyplněná propustným nenamrzavým materiálem, z něhož se voda odvede do příslušného odvodňovacího systému nebo zařízení.

1:n

1:n1,00-3,00 0,50

1,00-3,000,50

sklon > 1:6

skrývka původní ornicepůvodní terén vegetační ochrana

max

. 0,7

5

1-2%

1:11-2%

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 bu-dované na stlačitelném podloží je třeba budovat s nadvýšením podle výpočtem stanoveného sedání podloží náspu. Stabilitu na málo únosném podloží je třeba prokázat výpočtem.

Zemní těleso

- 7 (37) -

K zamezení promísení zeminy náspu a podloží a omezení nerovnoměrného sedání náspu na málo únosném podloží lze použít v konsolidační vrstvě filtrač-ní geotextilie a geomřížky, výztužné geotextilie s filtračním účinkem nebo pro-storové 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).

min. 1,00

Lavička

0,500,40

1:1

3-5%

Konsolidační vrstva

Odstranění nevhodné zeminy

Vegetační ochrana

Původní terénSkrývka ornice

Vegetační ochrana

Ochranná vrstva

Jádro ze soudržné zeminy

min. 0,75

min. 0,6

Prodloužený sklon svahu

1:n3

1:n2

1:n1

Obr. 2 – Detail paty svahu a příkopu

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

pláň tělesa žel. spodkuzemina tělesa žel. spodku

zatížení [MPa]

hlou

bka

[m]

zatížení pohyblivé

zatížení celkové

hmotnost žel. svršku

hmotnost zeminy

0 0,1 0,2 0,3-1

0

2

1

3

4 Obr. 3 – Schéma průběhu jednotlivých druhů zatížení železničního tělesa

Na zeminu působí zatížení od vlastní hmotnosti, zatížení od hmotnosti kon-strukce 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 vyjadřu-je poměr objemové hmotnosti zeminy po zhutnění ve vztahu k maximální ob-

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 8 (37) -

jemové hmotnosti a objemové hmotnosti zeminy volně ložené. Relativní uleh-lost ID se stanoví laboratorně. Pro soudržné zeminy se předepisuje míra zhut-nění podle Proctorovy standardní zkoušky (PS), případně Proctorovy modifi-kované zkoušky (PM). Míra zhutnění se vyjadřuje procentem k maximální ob-jemové hmotnosti při zmíněných laboratorních zkouškách. Míra zhutnění může být kontrolována také pomocí statického modulu přetvoření. Předepsané zhut-nění se u rozsáhlých staveb ověřuje pomocí zhutňovacího pokusu, nebo měři-čem 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.

ID = 0,75 u GW, GP, G-FID = 0,80 u SW, SP, S-F

0,50

Epl = 20 ,30 ,40 50 ,80 ,100

1) 2)3)5) 4)6)

7)8) 9) 10)7)8) 9) 10)

1) 2)3)5) 4)6)Epl = 20 ,30 ,40 50 ,80 ,100

E0 = 15 , 20 30 ,40 ,60

1)2)3)5) 4)6)7)

7) 9) 10) 7) 9) 10)

1)2)3)5) 4)6)7)E0 = 15 , 20 30 ,40 ,60

ID = 0,80 u GW,GP,G-F11)

ID = 0,80 u GW,GP,G-F103 % PS u ML,MI102 % PS u CL,CI 95 % PS u CH,MH100 % PS u MG,MS,CG,CS,G-F,GM,GC,S-F,SM,SC

Podloží z jemnozrnných zemin Podloží z písčitých nebo štěrkovitých zemin

min

. 0,3

konsolidační vrstvaID = 0,80 u GW,GP,G-F

100 % PS ID = 0,75 - 0,80

Obr. 4 – Požadavky na zhutnění zemin v náspu

Vysvětlivky k Obr. 4:

Stávající tratě: 1) ostatní koleje ve stanicích na tratích regionálních 2) 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

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

Technologie zřizování náspu závisí na tom, zda se násep buduje ze zeminy nesoudržné nebo soudržné. Nesoudržné propustné zeminy je možné rozprostí-rat vodorovně, případně ve sklonu do 5 %. Buduje-li se násep ze zeminy sou-držné, 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.

Zemní těleso

- 9 (37) -

Na svazích tělesa se zřizuje ochranná vrstva z nesoudržné nenamrzavé zeminy v tloušťce nejméně 0,6 m, tzv. štěrkopískový přísyp Na tento přísyp se rozpro-stírá 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, plete-né a geomříže s minimální pevností v tahu 10 kN.m-1. Výztužné prvky se kla-dou 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 přehnu-tím 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 ukládá-ní výztužných prvků je nutné zajistit dobré zhutnění vrstev a napnutí výztužné-ho prvku. Podobným způsobem je možné vyztužit také konsolidační vrstvu při uložení náspu na málo únosné podloží.

L

Hv

nesoudržná zemina

nesoudržná zemina

výztužná geotextilie

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.

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 10 (37) -

Dle

vzo

rové

ho li

stu

Ž1

5%

Kon

stru

kční

vrs

tva

Och

rann

á vr

stva

Veg

etač

ní o

chra

naJá

dro

ze s

oudr

žné

zem

iny

Jádr

o ze

sou

držn

é ze

min

yV

eget

ační

och

rana

Och

rann

á vr

stva

Pod

klad

ní v

rstv

a

5%

min. 0,75min. 0,6

Kon

solid

ační

vrs

tva

min

. tl.

0,30

mPův

odní

teré

nS

krýv

ka o

rnic

eO

dstra

nění

nev

hodn

ého

podl

oží

Pod

loží

ze

soud

ržné

zem

iny

Skr

ývka

orn

ice

Pův

odní

teré

n sk

lon

< 1:

6

Pod

loží

z n

esou

držn

é ze

min

y

a) n

ásep

ze

soud

ržný

ch z

emin

na

podl

oží z

e so

udrž

ných

zem

inb)

nás

ep z

e so

udrž

ných

zem

in n

a po

dlož

í z n

esou

držn

ých

zem

in

po 4,00 - 6,00

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

1:n1

1:n2

1:n3

1:n1

1:n2

1:n4

Obr. 6 – Vysoký násep

Zemní těleso

- 11 (37) -

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 vzhle-dem k ose zářezu.

a) 6,00 b) 6,20

3,103,00

5%1:1,51:n

vegetační ochrana

0,5

vegetační ochrana

1:n

5% 1:1,5min

. 0,1

5

0,4

původní terén

skrývka ornice

b) Pláň tělesa železničního spodku ve sklonua) Pláň tělesa železničního spodku vodorovná

H <

6,0

0

min

. 0,5

0

Obr. 7 – Zemní těleso v zářezu

Zemní svah se proti účinkům srážkové vody chrání zpravidla vegetačním kry-tem. Srážková voda ze svahů se odvádí oboustrannými příkopy. Kubaturu zá-řezu 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 odvodňova-cího zařízení.

min. 2,35

Osová vzdálenost1,701,70

Podkladní beton C 12/15

Výplň z nepropustného materiáluZásyp rýhy propustným materiálem

Spádový beton vodostavební

Geotextílie

0,20

-0,5

5

1 : n

1 : n

min. 3,00 min. 3,00+a

1 : 1,25

0,40

0,37 0,37 0,37

min. 2,35

0,37

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 pro-story se doporučuje napojit na veřejnou komunikaci.

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 12 (37) -

H >

6,0

01:n

1:1,5 5%

3,00

Ochranný prostor

3,00

5%

1:n

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

patou svahu příkopem

3,00

5%

Ochranný prostor

H >

6,0

0

3,00

5%1:1,51:n

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 zři-zují ochranné prostory a ochranné stavby. K ochraně železniční trati před štěr-kovými 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, štěr-kodrtí 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.

Zemní těleso

- 13 (37) -

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 hor-niny zatřiďují podle skutečného stavu při těžení. Množství těženého materiálu se určuje v rostlém stavu.

3,125+ 3,00

3%

5%

5%5%

min.1,50

min.3,00

min.1,50

min.1,50

a) zářez s ochrannýma udržovacím prostorem

b) zářez s lavičkamive svahu

ochranný a udržovací prostor

lavičkaOchrana protipadajícím kamenům

Případná ochrana proti padajícím

kamenům

3:1 - 5:1

3:1

- 5:1

3:1

- 5:1

4,00

- 6,

004,

00 -6

,00

Nezvětrávajícíhornina

Nezvětrávajícíhornina

původní terénskrývka ornicevegetační ochrana

pokryvné vrstvy vegetační ochrana

pokryvná vrstva

Tvar a rozměr odvodňovacího zařízení dle

vzorových listů Ž1 a Ž3

5%

∆vo

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 úze-mí, 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.

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 14 (37) -

a)

b)

smyková plocha

svahová hlína

skalní podklad

skalní podklad

svahová hlína

smyková plocha T

QN

r

τ τ

τ

τ

Q

T

N

τ τ

τ

τ

r

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 těle-so musí být vybudováno tak, aby zemní pláň splňovala požadavky uvedené výše a aby klimatické změny nenarušovaly jeho stabilitu. Pro zachování stabili-ty 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 pod-le 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 zatí-žení se nahrazuje náhradním obdélníkovým zatížením o šířce 2 m od osy koleje na každou stranu. Pro pohyblivé zatížení se uvažuje dynamický součinitel 1,2.

Zemní těleso

- 15 (37) -

smyková plochaT

NQ

1:n

ττ

τ

τ

P

Q

ττ

τ

τ

P

smyková plocha

r

1:n

hl.v.

smyková plocha

hl.v.

smyková plocha

P

rr

hl.p.v.P

W

Q1

Q21:n

1:n Q1

Q2

a) b)

c) d)

ττ

τ

ττ

τ

ττ

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 zem-ního tělesa se volí stupeň stability 1,2 až 1,5. Řešení stability svahu se zpravi-dla zjednodušuje na rovinné. Stupeň stability vyjadřuje poměr mezi pasivními a aktivními silami. U nesoudržných zemin se volí rovinná plocha a stupeň sta-bility je obecně dán vztahem

∑∑=

A

P

FF

F

(1) kde ΣFP ...............................................součet pasivních sil na svahu proti směru pohybu podél smy-

kové 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 plo-cha ve tvaru kružnice. U rotačních smykových ploch se zpravidla posuzuje poměr momentů pasivních a aktivních sil k bodu otáčení. Stupeň stability je dán vztahem

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 16 (37) -

A

P

MMF =

(2)

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

1:n1:n1:n

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 smyko-vé 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 nej-vyšší 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-

Zemní těleso

- 17 (37) -

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

smyková plocha

1:n

NT

Q

ττ

ττ

1:n

smyková plocha

TN

Q

ττ

τ

τ

r

smyková plocha

r

hl.p.v.

1:n

W

Q1

Q2

τ τ

τ

τ

a) b)

c)

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 pod-le druhu zeminy, ve které je zářez vybudován. Svahy zářezů, ve kterých nepro-sakuje 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, štěrkopí-sek, 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.

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 18 (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 pů-sobí ve skalním svahu s plochami odlučnosti skloněnými ve stejném smyslu jako svah je na Obr. 16. Aktivními silou je tangenciální složka vlastní tíhy hor-ninového masívu, pasivní silou je tření na odlučné ploše.

n:1

T N

Q

suť

τ

Obr. 16 – Síly působící na skalní svah

Stupeň stability je dán vztahem

∑∑=

A

P

FF

F

(3) kde ΣFP .............................................. součet pasivních sil na svahu proti směru pohybu horninové-

ho bloku podél odlučné plochy [kN] ΣFA .............................................. součet aktivních sil, které působí ve směru pohybu hornino-

vého 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 zvět-rání 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.

Zemní těleso

- 19 (37) -

Kontrolní otázky

Jakým způsobem se musí upravit podloží náspu, jestliže sklon podloží je vět-ší než 1:6?

Jakým způsobem se posuzuje stabilita svahů v soudržných a jakým způso-bem v nesoudržných zeminách?

Všimněte si rozdílnosti navrhovaných sklonů svahů ve stejných zeminách v případě náspu a zářezu. Čím by to mohlo být?

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 20 (37) -

1.2 Ochrana svahů zemního tělesa

1.2.1 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 koře-novým systémem hluboko i mělce kořenících rostlin. Je nejčastěji použí-vanou 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, trav-ními rohožemi z geotextilie

• technická - představuje zpevnění svahů technickým způsobem, např. pomo-cí 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 sto-jatou 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 sva-hů o menších sklonech, na nichž dochází v důsledku zvětrávání k uvolňování úlomků a kusů horniny, se používají ochranné sítě (z ocelo-vého pletiva nebo syntetických nehořlavých materiálů). K vytvoření ochranné vrstvy na povrchu snadno zvětrávající horniny se používají pláš-tě ze stříkaného betonu a torkretové omítky. Zajištění stability líce skalní-ho svahu ohroženého zvětráváním na větších souvislých plochách se pro-vádí 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.

Ochrana zemních svahů

- 21 (37) -

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 sráž-ková voda.

0,5

0,15

min

0,3

min

0,1

5

ornice 1:n

1:1,50,1-0,15

0,1-0,15

ornice1:n

zemina nesoudržná

zemina soudržná

konsolidační vrstva

0,1-0,15

ornice1:n

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

pu 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 osé-vají 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.

a)

b)

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 22 (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 plo-chy 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 vytvá-ří 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 speciál-ní geotextilie s travním semenem. Tyto travní rohože jsou tvořeny dvěma vrst-vami 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 hno-jiv. 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 ko-lísání hladiny vody. Proti účinkům vodního toku se chrání návodní strana sva-hu 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

Ochrana zemních svahů

- 23 (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, záho-zy, 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 navr-hují jednovrstvé nebo dvouvrstvé filtry.

Zrnitost filtru musí splňovat podmínku:

851515 55 ddd f ≤≤ (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:

sd f 285 >

(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.

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 24 (37) -

Q

1:nvegetační ochrana5%

filtrační geotextilie

min.1,0

min

.1,0

1:1,25

zához

pohoz z lomového kamene

1:n

min.0,8

hvc

0,3(

0,5)

100

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 kame-ne 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 po-hoz 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 pro-šity. Po rozvinutí a ukotvení na svahu se plní čerstvým betonem. Výhodou tex-tilní matrace je dobré přizpůsobení svahu. Vyrábějí se také matrace uzpůsobe-né k prorůstání vegetací. Jednotlivé díly matrace se spojují sešíváním nebo špendlením dlouhými ocelovými hřeby.

Ochrana zemních svahů

- 25 (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 pře-depsaného profilu a dutiny se vyplňují menšími kameny. Skon líce záhozu ne-má 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 kon-strukce 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 kame-ny, do středu se kladou menší kameny.

Drátěné matrace nebo koše se vyrábějí z korozivzdorného ocelového drátu (po-zinkovaný 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.

dnostěny

1,00 n x 1,00

2,00 - 3,00n x 1,00

0,50

0,50

víko

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

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 26 (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. Opevně-ní takového typu déle vzdoruje velké vodě, než opevnění se stmelenými spá-rami (např. nábřežní zdi, textilní matrace apod.), u kterého po průniku vody za konstrukci dojde ke ztrátě stability a odplavení velké části opevnění.

1,00

průměr ocelového drátu

šířk

aok

a

okašířka šířka

oka

n x 1,00

víkodnostěny

Detail "A"

Detail "A"

1,00

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 trav-ním 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 jednot-livé spáry měly průměrně šířku 2 cm, nejvíce 4 cm. Kameny mají vytvářet dob-rou vazbu a nemají mít průběžné spáry. Kamenná dlažba je velmi pracná a na-vrhuje se vyjímečně.

• Betonová dlažba a desky Betonové tvárnice se podobně jako kamenná dlažba klade do vrstvy štěrkopís-ku o tloušťce 0,1 m. Uplatňuje se betonová dlažba, vylehčená betonová dlažba s tvárnicemi s otvory (šestiboké, čtvercové, obdélníkové apod.) nebo velko-rozměrové 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 pomě-rech, se budují nábřežní zdi. Opěrné zdi musí být založeny tak, aby stabilita konstrukce nebyla ohrožena prohlubováním koryta. K ochraně základů je mož-né navrhnout štětové stěny. Za rubem zdi z kamene, betonu nebo železobetonu se navrhuje propustná výplň, která odvodňuje rub zdi za pomocí drenážních otvorů.

Ochrana zemních svahů

- 27 (37) -

• Hřebíkování Hřebíkování je technický způsob vyztužení svahu zářezu v zeminách (popř. poloskalních horninách) pomocí tyčových prvků – hřebíků. Líc svahu je zajiš-těn 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 kon-strukce musí být odvodnění, které se provádí drenážními vrty. Hřebíkovaný svah s obkladem ze stříkaného betonu je na Obr. 21.

hřebíky osazené do vrtuinjektáž z cementové směsi

stříkaný beton s výztužnou sítí

plošný geosyntetický drén

dovrchní odvodňovací drénplastová perforovaná trubka DN 100

patní drén

fluviální sedimenty

opuky

1:1,25

2:1

1,002,00

2,001,00

zóna

zvětrávání

5-10

°

H

L

Obr. 21 – Hřebíkovaný svah s obkladem ze stříkaného betonu

• Celulární systémy Celulární systém je tvořen prostorovou strukturou v podobě včelí plástve, vy-robenou obvykle z polyethylenu. Geobuňky se kladou na povrch svahu, kotví se skobami tvaru J a vyplňují zrnitým materiálem. Předpokládá se ozelenění konstrukce.

sešití geobuněk

zásyp buňkydočasné skoby

kotvení geobuňkyke svahu skobami

1:n

2,4410 x 0,244

šířka geobuňky

výška geobuňky

délka geobuňky

výška geobuňky

Obr. 22 – Geobuňka uložená na svahu

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 28 (37) -

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 be-tonu nebo zřízením obkladní zdi.

• Torkretové omítky Torkretové omítky chrání nejen skalní svah proti zvětrávání. Torkretová omít-ka také svah zpevňuje. Tloušťka torkretové omítky je 25 až 50 mm. Má-li tork-retová 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. Torkre-tová 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 úče-lem 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.

kotva prostá 10 mmdl. 400 - 500 mm

50-70 mmocelová síť 5mm(oka 100x100 mm)

torkretová omítka

ocelová síť 5mm(oka 100x100 mm) 200 mm

kotva prostá 10 mmdl. 500 - 600 mm

plášť ze stříkaného betonu

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

Ochrana zemních svahů

- 29 (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 zděná

Plomba betonová

Výplň z malty

Tyčová ocel

Obr. 24 – Ochrana skalních svahů plombováním dutin

min.0,60

l

I´ II´

I II

betonová plomba

betonový podpěrný pilíř

POHLED ŘEZ I - I´řez podpěrným pilířem

ŘEZ II - II´řez betonovou plombou

Obr. 25 – Zachycení skalního svahu podpěrnými pilíři

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 30 (37) -

kotvy

neporušený skalní m

asiv

otevřená

zajišťovaný skalní blok

vyplnění spáry cementovou maltou

hlavy kotev spojenézabetonovanouocelovou pásnicí

spára

Obr. 26 – Zajištění skalního bloku kotvením

1.2.5 Opěrné a zárubní zdi

Opěrné zdi jsou konstrukce, zajišťující stabilitu zemního tělesa v náspu. Úče-lem budování opěrných zdí je zkrácení šířky paty svahu náspu a snížení kuba-tury náspu. Zárubní zdi jsou konstrukce zajišťující stabilitu zemního tělesa v zářezu. Budují se obvykle z důvodu snížení kubatury výkopu, zajištění stabi-lity svahu, nebo za účelem zachování staveb v blízkosti dráhy, které se tak do-stanou z dosahu zářezu a současně nenaruší stabilitu svahu.

a) Zářez se zárubní zdí b) Násep s opěrnou zdí a zábradlím

5%

5:1

5:1

1:n

Obr. 27 – Schéma zárubní a opěrné zdi

Ochrana zemních svahů

- 31 (37) -

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 želez-ničním, případně jiným provozem. Projektová dokumentace opěrných a zárub-ních 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.

C 12/15

C 16/20

1,00B0

Ohumusování

Odvodňovací vrstva

Izolace

0,15

0,60 B

z hH

5:1

2:1

Zásyp

6 %

Drenážní trubka(odolná proti agresivnímu

prostředí - nekorodující)min. 100 mm

Nepropustná zemina

5:1

(materiál min. málo vhodný)

5 %

5 %

Trativod

rubu zdi

min. 1,60 m

min. 3,00 m

0,10

Obr. 28 – Konstrukce monolitické zárubní zdi

Orientační rozměry opěrné a zárubní zdi jsou:

mhkHkB

kHkB

5,175,045,033,0;

27,017,0;3,0

22

110

÷=÷=⋅=

÷=⋅+=

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

ŽELEZNIČNÍ STAVBY II · Modul 1

- 32 (37) -

C 12/15

C 16/20

C 20/25

1:n

Odvodňovací vrstva

Izolace zárubní zdi

Násypový materiálhutněný po vrstvách

Drenážní trubka

Nepropustná zemina1:1

1:1

5:1

5 %

5:1

(odolná proti agresivnímu prostředí - nekorodující)

0,50

B0

min

. 0,2

0

0,60

0,40 z0,60B

hH

Ohumusování

0,10

min. 100 mm

C 1

2/15

Obr. 29 – Konstrukce monolitické opěrné zdi

Vedle masivních monolitických opěrných a zárubních zdí se v současnosti čas-to provádějí:

zdi montované (převážně z betonových prefabrikátů krabicového typu)

zdi lehké z prefabrikátů stěnového typu.

tvaru L tvaru T

H

B B

B B B B

H

Otevřené dílcetvar L tvar U

Polouzavřený dílec Uzavřený dílec(tvar L) (tvar U)

H

(1000) (1850)

(275

0-45

00)

(1440) (1440) (1440) (1040)

(920

)

(590

)a)

b)

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

Ochrana zemních svahů

- 33 (37) -

Monolitický ŽB základ

max 4%

Drenážmin 150 mm

5:1

(10:

1)

2540

(258

0)

Monolitický ŽB základ

max 4%

Drenážmin 150 mm

5:1

(10:

1)

2540

(258

0)

Opěrná zeď Zárubní zeď

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

Kontrolní otázky

Jakým způsobem můžeme ochraňovat svahy náspů a zářezů proti povětr-nostním vlivům?

Jaký je rozdíl mezi zárubní, opěrnou a ochrannou zdí? Všimněte si rozdílů v terminologii dopravních staveb a geotechniky.

Závěr

- 35 (37) -

1.3 Poruchy zemního tělesa

1.3.1 Poruchy podloží náspu

Mezi nejčastější poruchy podloží patří sedání a vytlačování podloží. Sedání podloží se zejména vyskytuje u novostaveb náspů. Sedání je vyvozeno přitíže-ním 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 geomet-rických parametrů koleje a její prostorové polohy. Sedání náspu je nejintenziv-nější v prvním období po jeho dokončení.

Vytlačování podloží náspu vede k sesouvání svahů. Hlavní příčinou vytlačová-ní 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.

skalní podloží

neúnosné podloží

vytlačené podloží

původní svah

smyková plocha

1:n1:n

Obr. 32 – Sesuv svahu náspu vlivem vytlačování podloží

1.3.2 Poruchy zemních svahů

Příčinou poruch zemních svahů v minulosti byl neprováděný nebo nedostateč-ný 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.

- 36 (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, ne-bo naopak náhlým přitížením,

− sjetí drnové pokrývky nebo ornice při nedostatečném kotvení, resp. nedo-statečné 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 chemic-kým 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 skal-ních 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.

Závěr

- 37 (37) -

Závěr

Shrnutí

V tomto modulu jste se naučili, jak navrhovat zemní těleso železničního spod-ku. 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. pře-pracovné vydání, Praha 1978

[2] LICHTBERGER, B., Handbuch Gleis. Unterbau, Oberbau, Instand-haltung, 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. Pro-jektování železničních tratí. Železniční spodek a svršek, Dh-Press, Bra-tislava 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 stav-by. 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