Vasútépítési esettanulmányok
Ideiglenes vasúti töltés kialakítása
A projekt ismertetése
A projekt résztvevői Tendernyertes: Generál tervező: Hídtervező: Geotechnikai szakági tervező: PVT-M0 szakértő: Vasúttervező: PVT-M0 Konzorcium - PORR Építési Kft. - Viadom Zrt. - Teerag-Asdag Kft. UNITEF-CÉH Mérnökiroda Kkt. PONT-TERV Zrt. GEOPLAN Kft. GEO-PANNON Kft. RING Mérnökiroda Kft.
Budapest Helyszínrajzi kialakítás
Az ideiglenes vasúti töltés régi töltés új töltés régi töltés új töltés
- 6 nyílás - 185,5 m - Fúrt cölöpalapozás - Pillér 0,8 m / 22-27 m hossz - Hídfő 1,2 m / 11-15 m hossz A létesítendő műtárgy
A tervezési feladat Vizsgálni kellett az ideiglenes töltésre vonatkozóan : Általános állékonyság Várható mozgások és konszolidáció Megtámasztó szerkezet igénybevételei FEM analízis
Talajfeltárás, talajállapot
F e l t á r á s
Talajfeltárás, talajállapot CPT
Verőszonda
A földmű építéséhez felhasználandó anyagok minősége A töltésbe kerülő talajanyag max. száraz térfogatsűrűség dmax 1,75 g/cm 3 súrlódási szöge 24, kohéziója c 10 kpa szemeloszlás határai: K= 0-12% H= 20-68% Hl= 20-38%, I= 5-20%. nyírószilárdsági paraméterek ellenőrzése Tr = 90%, 30 cm vastag rétegekben kivitelezve, A felső 0,50 m vastag záróréteg T r = 95% A záróréteg tetején E 2 = 50 MPa A töltésépítés folyamán E 2 = 40 MPa.
A vízzáró jellegű szemcsés védőréteg anyaga az ágyazaton keresztül érkező csapadékvíz min. 90 % -át felületén oldalirányban vezesse le, szemeloszlása feleljen meg az ábra határgörbéinek, legnagyobb száraz térfogatsűrűsége dmax 1,75 t/m 3, anyag egyenlőtlenségi mutatója U 5, az anyag elégítse ki a szűrőszabályi követelményeket.
A tervezési feladat talaj neve g sat E ref n c ref m kn/m 3 MN/m 2 MN/m 2 MN/m 2 MN/m 2 - kn/m 2-1 régi töltés 20 10 0,3 20 20 2 ideiglenes töltés 20 20 0,3 10 26 3 zuzottko 25 135 0,2 1 40 4 iszapos homok 20 8 8 24 0,3 1 27 0,5 5 agyag1 20 9 9 27 0,33 47 9 1 6 agyag2 20 13 13 39 0,33 60 13 1 7 agyag3 20 17 17 51 0,33 70 20 1 E 50 ref E oed ref E ur ref
Hardening Soil Model m ref ref oed oed p E E m ref ref oed oed p ctg c ctg c E E 1 m ref ref ur ur p ctg c ctg c E E 3 m ref ref p ctg c ctg c E E 3 50 50
1. a régi töltés hatásainak számítása 2. új töltés építése az ágyazat szintjéig 14 nap alatt, szádfal lehajtás 3. régi töltés elbontása 10 nap alatt 4. pihentetés 150 napig 5. ágyazat építése, vonatteher 6. konszolidáció, végállapot É p í t é s i f á z i s o k
Véges elemes háló
Állékonyság-vizsgálat n=0,9
az alépítmény kialakítása a terepszint alatt a fedőréteget 1,0 m vastagságban letermelése az altalajon 40 kn/m szakítószilárdságú georács (kétirányú rács) a georácsra 2 0,50 m vastag, rétegenként tömörített szemcsés réteg elterítése a szemcsés rétegre egy réteg georács, utána töltésépítés, a töltéstestbe 120 cm-enként georács (egyirányú rács) a töltéstest felső 0,50 m vastag zárórétege emelt minőségi követelményű a földmű tetejére, az ágyazat alá 0,30 m vastag védőréteg
Állékonyság-vizsgálat n=0,9 n=1,7
Süllyedés Függőleges elmozdulások alakulása a töltésépítés után a legnagyobb süllyedés 13 cm a koronaélek között 10 cm süllyedéskülönbség a töltéslábnál enyhe emelkedés a töltés saját összenyomódása 4-5 cm
Süllyedés Függőleges elmozdulás a régi töltés elbontása után a legnagyobb süllyedés 16 cm a régi töltés helyén 4-5 cm emelkedés
Süllyedés Függőleges elmozdulás a végállapotban a töltésfelszín tengelypontjában 23 cm a végső süllyedés a konszolidáció során a süllyedés 7 cm-t nőtt a felszínemelkedés végértéke kb. 6 cm a szádfal és a koronaél között 10-12 cm a süllyedéskülönbség
Süllyedés Vízszintes mozgások a végállapotban a rézsűlábnál következik be a legnagyobb mozgás, kb. 12 cm a szádfal teteje is az új töltés felé mozdul el kb. 2 cm-t
Süllyedés Véges elemes háló végállapotban az új töltés oldalán alapvetően rézsű irányú mozgások dominálnak a régi töltés oldalán enyhe emelkedés tapasztalható a korona a szádfaltól távolodva egyre nagyobb elmozdulást szenved az erősítésekben viszonylag nagy erők lépnek fel
Konszolidáció Displacement [m] 0,25 Point A Point C 0,20 Point E Point F 0,15 0,10 0,05 0,00 0 200 400 600 800 Time [day]
Szádfal vizsgálat Larssen III. típusú elem : hajlítási merevség E I = 4,071 10 6 kn/m nyomási merevség E A = 2,78 10 4 knm 2 /m helyettesítő fal vastagság d = 0,286 m súly w=1,55 kn/m/m Poisson-tényező ν = 0,15 maximális nyomaték : M max = 85,3 knm/m Vízszintes feszültségek a fal mentén
A georácsokban ébredő erők Georácsban ébredő húzóerő a végállapotban (8,99 kn/m)
A georácsra kerülő szemcsés réteg anyaga szemcseméret, a töltőanyag szemeloszlása a határgörbék között
Süllyedésszámítás s=26 cm
A Mezőtúr Gyoma vasútvonal alépítményének helyreállítása
Helyszín
Talajrétegződés altalaj: sárga-sárgásszürke-szürke agyag, helyenként iszap betelepülés, mely egy korábbi mederfeltöltődés eredménye a vasúti töltés alsó, eredetileg megépült része: kevert agyagfeltöltés kissé szerves, térfogatváltozó, állapota közép-tömör, kissé laza a vasúti töltés felső része: az agyag felszínén szemcsés rétegek, a Körös-hídtól Gyomaendrőd állomásig vastag salak fedőréteg található a régi töltésen.
Talajfizikai jellemzők talaj altalaj /kövér agyag/ I p w l w p w I c e S r r n r d E s c u f u % % % % - - - g/cm 3 g/cm 3 MPa kpa 22-55 46-87 24-32 20-30 ~ 1,0 0,67-0,87 0,64-0,98 1,80-1,96 1,50-1,65 3,0 20 10 töltés alsó része /kevert agyag/ 33-54 75-90 27-35 21-31 ~ 1,0 0,78-,12 ~ 0,9 1,77-1,96 1,32-1,57 5,0 20-26 15,0 töltés felső része /szemcsés feltöltés/ 30,0 5,0 30,0
A káreseménnyel kapcsolatos megállapítások (1993) A töltéstestet alkotó agyagtalaj töltésépítésre alkalmatlan, nem tömöríthető, erősen térfogatváltozó, mozaikos szerkezetű, alacsony nyírószilárdsági értékkel rendelkezik Az agyag felszínén bezárt szemcsés rétegek vannak, melyek vízkivezetése nem biztosított, a víz az agyag felszínét áztatta, melynek nyírószilárdsága lecsökkent.
Javaslatok a helyreállításra (1993) Elbontás, majd újjáépítés Vasútvonal áthelyezése új földműre Helyreállítás nyomópadka építésével Helyreállítás mikrocölöpözéssel Töltésmegerősítés kőbordákkal
Javaslatok a helyreállításra (1993) Elbontás, majd újjáépítés Vasútvonal áthelyezése új földműre Helyreállítás nyomópadka építésével Helyreállítás mikrocölöpözéssel Töltésmegerősítés kőbordákkal
Javaslatok a helyreállításra (1993) Elbontás, majd újjáépítés Vasútvonal áthelyezése új földműre Helyreállítás nyomópadka építésével Helyreállítás mikrocölöpözéssel Töltésmegerősítés kőbordákkal
A vasútvonal helyreállítása 2008 A projekt résztvevői Mezőtúr-Gyoma vonalszakasz Tendernyertes ITALFER SPA, UVATERV Zrt. Generál kivitelező OHL ŽS Alépítményi kivitelező Keller Grundbau kft. Alépítményi tervező Ring Mérnökiroda kft.
Kiegészítő vizsgálatok 15 évvel később dinamikus szondázás
Kiegészítő vizsgálatok 15 évvel később geoelektromos vizsgálat
Kiegészítő vizsgálatok 15 évvel később geoelektromos vizsgálat
Kárelemzés Plaxis programmal talaj neve g sat E ref n c ref m kn/m 3 MN/m 2 MN/m 2 MN/m 2 MN/m 2 - kn/m 2-1 zuzottko 25 70 0,2 1 40 2 töltés felső része 20 30 - - 0,3 1 30-3 töltés alsó része 20 3 3 9 0,33 25 15 1 4 altalaj 20 13 13 39 0,33 20 10 1 5 kemény réteg 20 30 50 0,33 50 25 - E 50 ref E oed ref E ur ref Az állékonyság a program phi-c reduction típusú számításával : n = 1,52
Modellezés n=1,07 - felpuhult sáv az agyag felszínén - c=5 kpa
Helyreállítás talajjavítással
Szádfalas töltésmegtámasztás a meglévő jobb oldali vágányon a helyreállítás ideje alatt a vasúti forgalmat fenn kell tartani, ezért a bal oldali vágánynál a süllyesztett munkatér kialakítása földmegtámaszó szerkezet mellett történhet megtámasztás nélkül n=0,9
Általános állékonyság vizsgálata n=1,6 a kavicscölöpök felett lévő georácsokban ébredő erők alakulása
A Mérnök által jóváhagyott terv szerint megkezdődött a kivitelezés. Első ütemben a lavírsíkok kialakításával az alsó és felső részen (bozótirtás, ideiglenes utak kiépítése, bontási munkák ) Előkészítés
A cölöpözési munka az alsó töltésen kezdődött, a terepszinttől számított 7 méteres mélységig vibrált betoncölöpök készültek. Cölöpözés
Majd folytatódott a munka a terhelő töltés rétegrendjének kialakításával. Rétegrend kialakítása
A felső részen az 5m-es előfúrást követően elkészültek az egyenként 10 méteres cölöpök, melyek felső 5m-e kavicsból, alsó 5m-e betonból készült. Az agyagrétegben végződő és betonból készült alsó rész jelentősége a vízzáróságban van. Cölöpözés
A felső részen a munka éjjel nappali műszakban készült a felső vezeték áramtalanítását követően. Cölöpözés
Cölöpözés
A cölöpözés során az előírtaknak megfelelően napi háromszor ellenőriztük a vasúti sínek egymáshoz viszonyított magasságkülönbségét a síktorzulás megelőzése érdekében. Ellenőrzés
A cölöpözési munkák befejeztével megkezdődött a felső rész rétegrendjének kialakítása is - rézsűigazítás és egyéb járulékos munkák után elkészült a rézsűcsúszással érintett vonalszakasz helyreállítása. Töltésépítés
előtte Keller Grundbau Kft. utána
Geocella matracos töltésalapozás - Zalavasút
KORRIDOR 5
Tőzeges altalaj a Zalavasúton ~ 8,25 ~ 9,0 ~ 8,25 0,5 5,5 1,0 1,0 2,5 track embankment = 20 kn/m 3 1:1,5 clay E s 2,6 MPa k 10-9 m/s peat E s 0,6 MPa k 3 10-7 m/s soft clay E s 2,2 MPa k 5 10-9 m/s gravel E s 50 MPa
A geocella matracos töltésalapozás
A geocella matracos töltésalapozás A geocella matracos alaperősítés együttdolgozik a töltéssel és - jól összekapcsolódó felületet biztosít a puha altalaj és a szemcsés kitöltő anyag között; - viszonylag merev alátámasztási felületet ad, mely egyrészt az altalajra hárított terhek egyenletes szétosztását, másrészt az altalajbeli feszültségek egyenletesebb kialakulását biztosítja.
Geotechnikai problémák Altalaj adatai Rétegek Réteg h E s D s teteje (m) alja (m) (m) (MN/m 2 ) (cm) sárgásbarna sovány agyag 0,0 0,8 0,8 3,0 3,0 fekete tőzeg 0,8 2,0 1,2 0,6 22,4 szürke kövér agyag 2,0 4,5 2,5 3,0 9,3 szürke homokos kavics 4,5 6,0 1,5 40,0 0,4 Süllyedés összesen 35,1 s=32 cm
konszolidációszámítás Displacement [m] 0,35 Chart 1 Point A 0,30 Point B Point C 0,25 Point D Point E 0,20 0,15 A pont: töltéstengely korona, B pont: agyag felszíne tengely, C pont: tőzeg alsó felszíne tengely, D pont: töltésláb, E pont: kavics felszíne 0,10 0,05 0,00 0 200 400 600 800 Time [day]
Állékonyságvizsgálat
A geocella matracos töltésalapozás tervezése p 3,675 c u p/c u l d 8,0 c u = 10 kpa szükséges az egyensúlyhoz
A geocella matracos töltésalapozás tervezése σ h = σ n 2 κ 2 n sin 2 ' 4 2 n 4 sin ' 4 (sin 2 2 (sin 2 ' 1) ' 1) ( 2 n sin 2 ' 2 ) 0,5 σ h = 38 kn/m Tensar SS40 + Tensar 120 RE n=σ t /σ h =1,68
Modellezés Plaxis programmal stratas Építési fázisok: geocella matrac építés, függőleges szalagdrének 40 nap konszolidáció töltésépítés a zúzottkő ágyazatig 60 nap konszolidáció terhelés (52 kpa) h g sat E oed ref végső állapot (Δu=5 kpa) f c ref λ * κ* (m) kn/m 3 MPa kn/m 2 - - crushed gravel 0,6 25 70,0 40,0 1 embankment 5,0 20 20,0 33,0 5 clay 1,0 19,0 2,6 15,0 20,0 peat 1,0 15,0 0,6 2,0 12,0 0,21 0,025 soft clay 2,5 20,0 2,2 8,0 16,0 0,11 0,015 grey gravel 1,5 20,0 50,0 35,0 1,0 I n p u t d a t a
Soft Soil Model v e v 0 v e0 v * p' ln( ) p * 0 p' ln( p 0 ) ur * 2n 3 1 E - az átlagos nyomófeszültségtől függő merevség, - az elsődleges terhelés és a tehermentesítés-újraterhelés megkülönböztetése, - az előterhelés számításba vétele - Mohr-Coulomb törési feltétel alkalmazása ur p
Laborvizsgálati eredmények 2,50 ln p (kpa) 2,40 =0,21 e v 2,30 2,20 =0,025 2,10 2,00 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50
Függőleges mozgások árnyékképe s=28 cm
Konszolidációszámítás Displacement [m] 0,35 0,30 Chart 1 Point A Point B 0,25 Point C 0,20 Point D 0,15 Point E 0,10 0,05 0,00 0 50 100 150 200 250 Time [day]
Állékonyságvizsgálat n=1,64
Helyszíni süllyedésmérési eredmények Zalaegerszeg - Ukk railway line (324+50) embankment-settlement settlement (cm) embankment (m) 10 20 7,5 15 10 5 2,55 0-5 -10-15 -20-25 -30 2008.07.04 2008.07.09 0-5,4 2008.07.16 2008.07.22 2008.07.29 2008.08.04-7,1-8,1-9,0-9,6 2008.08.18-10,6 2008.09.01-19,3 2008.09.19-21,1 2008.10.07-24,4 2008.11.07-26,0 2008.12.05 time -26,7