Stabilizace nestabilních náspů zemního tělesa v úseku Hájek – Dalovice

Porušení stability sanací je na tratích v České republice mnoho. Občas se ale vyskytnou i takové, které vyvolají zájem nejvyšších politických špiček a médií. A někdy se vyskytnou i takové, které jsou svým rozsahem a složitostí řešené problematiky opravdu unikátní. Trať v úseku Hájek – Dalovice je významnou a strategickou dopravní trasou, navíc s velmi bohatou, často nedokumentovanou historií. A geotechnické podmínky této trasy činí z tohoto úseku jistý geotechnický klenot s ohledem na významnou složitost poměrů.

Dne 14. 4. 2018 došlo k sesuvu náspu železničního tělesa trati Chomutov – Cheb, úsek Hájek – Dalovice, v km 181,720 – 181,785. Došlo k sesuvu pod 2. TK. Sesuvem byl zcela poškozen železniční svršek a trakční vedení. Propad svršku byl o více jak 5,7 m a došlo k sesuvu v objemu cca 6 800 m³.

Sanace drážního tělesa byla provedena jako trvalá konstrukce formou vyztužené zemní konstrukce s lícovým prvkem se sklonem 45° – 70 ° z prvků Green Terramesh. Green Terramesh jsou systémové prvky určené pro vyztužování zemin a vytváření strmých zelených svahů do sklonu 70 °. Systém je tvořen jedním blokem, který v sobě spojuje výztužnou funkci a zároveň zajišťuje i stabilitu a zazelenění čela svahu. Blok je vyroben z dvouzákrutové šestiúhelníkové ocelové sítě typu 8 × 10 s povrchovou ochranou Galmac (Zn + 5 % Al) a přídavnou polymerní ochranou PoliMac se zvýšenou odolností vůči mechanickému poškození. Průměr ocelového drátu je 2,2 mm resp. 2,7 mm. Mezi hlavní výhody patří rychlost budování, jelikož je na stavbu dodáván jako předskládaný prefabrikát, vysoká kvalita a životnost díky inovativním povrchovým ochranám, které kromě životnosti 100 let zajišťují i ochranu proti bludným proudům.

Během výstavby byl zjištěny velmi nestandardní podmínky stavu tělesa, které zapříčinily aktivaci rozsáhlého sesuvu. Tyto podmínky měly také vliv na následný rozvoj poruch zemního tělesa v navazujících úsecích. Proto bylo v roce 2020 přistoupeno k realizaci rozsáhlé stavby Stabilizace nestabilních náspů zemního tělesa v úseku Hájek – Dalovice, v km 181,100 – 182,200. Stavba byla projektována a plně připravována v době prvních plošných opatření proti pandemii vč. lockdownu.

Díky sanaci sesuvu z roku 2018 a provedenému inženýrskogelogickému průzkumu byly z velké části známy velmi složité geotechnické podmínky stavby. Celá stavba byla realizována v místě bývalého uhelného dolu, tedy v území částečně poddolovaném. Podloží území je tvořeno vysoce až extrémně plastickými jílovci ve stavu úplného zvětrání (F7/F8). Mocnost těchto jílovců se pohybuje dle ověření v rozsahu 6 – 8 m. Stavbu navíc rozděluje koryto a údolní niva místního Vitického potoka, který mívá často velmi výrazné průtoky.

Ze stavebních prací a historických dokumentů jsme zjistili, že jádro tělesa původní jednokolejné trati z roku 1870 – 1872, je tvořeno plastickými jíly. Ty byly uloženy do dřevěných bárek, včetně systému masivního drenážního systému. Následně, vlivem rozvoje dopravy a průmyslu, docházelo k rozšiřování na vyšší parametry trati, došlo k navýšení a dílčímu rozšíření tělesa volným přísypem jílovitými vápnitými štěrky, většinou odvaly z blízkých kamenných lomů. Následně v době po roce 1956 došlo k úpravě na elektrizovanou dvojkolejnou trať. Při výstavbě už se ale začaly používat obecně dostupné materiály z továren, elektráren a tepláren. V podstatě docházelo k rozšiřování tělesa vrstvením lupků, škvár, výzisku, jílovitými hlínami a dalším levným a tehdy zřejmě velmi „vhodným“ zásypovým materiálem. Občas se také ukládal i popel. Nejeden pracovník do této „vrstvy“ zapadl až po pás. Tyto zásypové hmoty byly nad původním jádrem tělesa uloženy velmi nerovnoměrně a proměnlivě. Profil tělesa se tak měnil v podstatě každých 5 m.

Zásadní pochybení během rozšiřování tělesa ve 20. století se ukázalo jako úplné zasypání a zneprůchodnění původního systému odvodnění tělesa včetně vytvoření nepropustných vrstev jílovitých zemin a výzisku na svrchních částech tělesa. Míra saturace některých částí byla až skoro 100 %. Některé původní sanační plomby či drenážní prvky, vyplněné hrubým lomovým kamenem, díky tomu chemicky zcela degradovaly na drobný jílovitý štěrk, který dále zvyšoval nepropustnost a saturaci tělesa. Stavba tak byla realizována v extrémně proměnlivých a geotechnicky velmi náročných podmínkách, které se i přes provedený průzkum ukázaly jako výrazně horší a značně proměnlivé.

Pro návrh celkového technického řešení stavby sanace nestabilních těles v úseku 181,400 – 182,200 bylo nutné plně respektovat velmi náročné limitující podmínky stavby. Posuďte sami:

• Charakter zemin tvořících násyp naprosto vylučuje jejich zpětné použití či jakékoli provedení zlepšení těchto zemin hydraulickými pojivy, zeminy jsou silně namrzavé či zcela nevhodné do náspu dopravních staveb, (škváry, popel, zcela zvětralé eluvium, tepelně porušené jílovce, výzisk, heterogenní stavební suť, jílovité štěrky apod.),
• Na místě stavby není dostatečný prostor pro případné provádění zlepšování zemin,
• Těleso spodku musí být stabilní a splňovat veškeré normové parametry v dlouhodobém horizontu,
• Konstrukce spodku musí být technologicky totožná s řešením stavby sanace sesuvu drážního tělesa v km 181,700 – 181,800 z roku 2018, technologie použitá pro sanaci sesuvu se ukázala jako velmi efektivní s minimálními konečnými deformacemi zemního tělesa, v rámci stavby minimalizovat kombinaci více technologií a technologických postupů, která by zvýšila pravděpodobnost vzniku poruchy či deformace tělesa spodku,
• Novou konstrukcí se upravuje a zlepšuje parametr železničního svršku v rámci SO 02-10-03,
• Rozsah prací je dán charakterem zemin, hydrogeologickými poměry a stabilitními poměry navazujících částí stávajícího náspu sanovaného v roce 2018, mostním objektem a navazujícími zářezy,
• Omezení provozu na trati pro realizaci stavby jako celku je dána pevnou dobou traťové výluky, kterou nelze prodloužit,
• Technická dostupnost některých materiálů je vzhledem k podmínkám rychlosti výstavby aktuálně omezená a technické řešení je tomu přizpůsobeno,
• Ve stávajících částech tělesa spodku se nachází původní prvky drenážního systému náspu, které budou mít při odhalení velké výdaje vody a bude nutné upravit odvodnění stavby a řešit celkově koncepci odvodnění tělesa a stavební jámy, ve vazbě na zkušenosti s realizací sanace sesuvu tělesa z roku 2018.

Stavba Stabilizace nestabilních náspů zemního tělesa v úseku Hájek – Dalovice tak dostala i přídomek Dalovice II a III ve vazbě na nutné rozšíření sanace tělesa o zářez 181,000 – 181,400. Stavba se tak sestávala z několika stavebních objektů, z nichž hlavní rozsah prací byla sanace tělesa v rámci SO 02-10-02 Sanace železničního spodku v km 181,400 – 182,1. Ostatními stavebními objekty byly SO 02-10- 03 Železniční svršek v km 181,138 – 182,200; SO 03-20-01 Most v km 181,570; SO 02-71-01 Trakční vedení v km 181,000 – 182,300 a PS 04-01-01 Traťové zabezpečovací zařízení – dočasné přeložky.

Stavba SO 02-10-02 byla organizačně členěna na čtyři úseky. Úsek I – km 181,425 – 181,550, úsek II – km 181,578 – 181,715 a úsek III – 181,790 – 182,100 a úsek IV – km 181,100 – 181,425. Každý z těchto úseků představuje samostatnou technologickou část stavby se samostatným přístupem a způsobem provádění odtěžení a sanaci spodku.

Nejrozsáhlejší a nejproblematičtější částí stavby tělesa spodku byly úseky I a II. Sejmutí původního svršku, demontáž trakčního vedení a první kopnutí četné skupiny bagrů, bylo poněkud jednoznačnou záležitostí. Avšak při hlubším odtěžování původního tělesa jsme se nořili do situace, která začala překonávat i naše pesimistické předpoklady. Problém nebyl ani tak ve výskytu velmi různorodé sklady popílků, strusky a dalšího nehodnotného zemního materiálu, ale v chování nejstarších částí zemního tělesa.

V těchto úsecích se při obnažování základové spáry měnily podmínky v podstatě denně. V úseku II navíc docházelo k velmi četné aktivaci jak lokálních, tak i hlubších sesuvů, zasahujících do původního jádra tělesa. Postupně tak muselo být odtěženo výrazně větší množství zemin. Celkově si stavba vyžádala vytěžení cca 100 000 m³ zcela nevyhovujících zemin. Velmi problematické podložní jílovce a zastižená proměnlivá terasa Vitického potoka si vyžádaly specifickou úpravu založení nového tělesa na zesílené konsolidační části. Ta je tvořena vrstvou kamene frakce 63/125 mm v mocnosti 1,2 – 2,7 m uložené ve výztužně separační tkané geotextilii. Lokálně bylo nutné podloží sanovat i betonovými plombami s ohledem na nízkou únosnost jílovců a již hluboký neodvodnitelný horizont sanace. Na konsolidační vrstvu byla realizována bazální vrstva ze štěrku frakce 32/63 mm včetně vysokopevnostních geomříží pro zachycení velkých tahových sil v celé bazální části tělesa. Konsolidační vrstva si v konečném rozsahu stavby vyžádala objem cca 8 000 m³ hrubého štěrku a cca 560 m³ betonu C 16/20. Následně již došlo k vlastní výstavbě nového vyztuženého zemního tělesa s lícovým prvkem. Byly použity prvky GreenTerramesh, které byly realizovány do konečné geometrie se sklonem líce 33 – 70° a to ve vazbě na výšku a profil nové zemní konstrukce ve vazbě napojení na most či těleso sanace sesuvu z roku 2018. Hlavní zásypové hmoty byly použity ze štěrkodrti frakce 0 – 32 mm, která byla vyztužována jednoosými geomřížemi 110/30 kN/m či dvouosými geomřížemi 55/55 kN/m. Poloha výztužných geomříží byla dána dle předpokládaných tahových namáhání tělesa a předpokladu vývoje konsolidace nového zemního tělesa. V líci zemních prvků nebyla instalována zemina pro ozelenění svahu.

V průběhu výstavby byly instalovány prvky dlouhodobého monitoringu hydrostatickou nivelací a pevnými geodetickými body. Z výpočtového modelu byl předpoklad celkového přetvoření v rozsahu 120 – 150 mm s poklesem v oblasti konstrukční vrstvy do 35 mm (420 dní od dokončení). V současné době se měřená sedání ustálila a vnitřní přetvoření tělesa je okolo 165 mm a pokles v oblasti konstrukční vrstvy je do 25 mm. Celkově je tak zřejmé, že původní jádro a podloží více reaguje na zvýšené přitížení novým tělesem, jelikož byla použita štěrkodrť a ne lehké materiály jako je struska, popel a podobné suroviny.

Stavba sanace tělesa odhalila během výstavby mnohé skutečnosti a geotechnické zajímavosti, které se do náplně tohoto článku nedostaly. V článku jsme se pokusili alespoň o základní popis problematiky návrhu sanace a realizace v náročných přípravných i geotechnických podmínkách. Projekční příprava byla zahájena v únoru 2020 a stavba byla stavebně dokončena v prosinci 2020. Náročné podmínky zadání se díky odbornému přístupu klíčových účastníků podařilo beze zbytku naplnit. Celkově bylo použito více jak 240 000 m² výztužných geosyntetik, po 0,25 m uloženo celkem cca 75 000 m³ nového zemního tělesa a použito celkem 6 200 ks prvků Green Terramesh šířky 3 m s délkou podstavy 4 m. Jedná se tak o dokončení největší zemní vyztužené konstrukce tohoto typu v České republice. Třeba, nebo i právě proto, tato stavba získala ocenění železniční stavba roku – rekonstrukce a opravy železničních tratí 2020.

Zhotovitelem sanace bylo sdružení společností Chládek & Tintěra, a. s. a STRIX Chomutov, a. s. s tím, že sanace železničního tělesa realizovala společnost STRIX Chomutov, a. s. Hlavním projektantem byla společnost H-PRO GEO, s. r. o., zpracovatelem hlavní části železničního spodku společnost SG-GEOPROJEKT, spol. s r. o. Dodavatelem technických řešení vyztuženích zemních konstrukcí byla společnost MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s. r. o.

Ing. Stanislav Štábl,
ČKAIT 1004356,
hlavní geotechnik
SG-GEOPROJEKT, spol. s r. o.

Ing. Jaroslav Adamec,
technický ředitel
MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s. r. o.

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY:
[1] Projektová dokumentace DRS stavby
[2] Technické podklady MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s. r. o.
[3] ČSN EN 1997-1 Navrhování geotechnických konstrukcí. Část 1: Obecná pravidla
[4] Fotodokumentace SG-GEOPROJEKT s. r. o., STRIX Chomutov a. s.