Modernizace ŽST Cheb: „Nové výzvy a zkušenosti s řešením škvárového podloží v zemní pláni“

• Foto

ZÁKLADNÍ ÚDAJE:

• Název stavby: Modernizace ŽST Cheb
• Investor: SŽDC, s. o.
• Zhotovitel: STRABAG Rail a. s.
• Generální projektant: SUDOP EU a. s.
• Doba výstavby: 03/2018 – 11/2019
• Cena díla (bez DPH): 357 218 569 Kč (vysoutěžená cena zhotovitele)

HLAVNÍ KAPACITNÍ ÚDAJE STAVBY:

• Železniční svršek: 5,540 km
• Výhybky: 13 ks + DSK
• Sanace železničního spodku: 23 818 m²
• Trativody: 3 048 m
• Trativodní šachty: 109 ks
• Mosty, propustky, zdi: 5 ks
• Nástupiště: 3 ks (1 678 m nástupištních hran)
• Výtahy: 3 ks
• Zastřešení nástupišť: 3 ks (3 475 m²)

Probíhající stavba řeší rekonstrukci kolejiště ŽST Cheb a úpravu nástupišť (výška hrany nástupiště 550 mm nad TK). Všechny nástupiště budou mít bezbariérový přístup a v celé délce budou vybaveny varovným pasem pro nevidomé. Pod rekonstruovanými kolejemi a výhybkami bude provedena rekonstrukce železničního spodku. Stavba přinese výrazné zlepšení spolehlivosti a bezpečnosti železniční dopravy a zvýšení kultury cestování. Nový informační systém, zajištění přístupu pro osoby s omezenou schopností pohybu a orientace a zvýšení spolehlivosti provozu bude mít za důsledek zatraktivnění osobní železniční dopravy a následné zvýšení počtu cestujících a tržeb.

Výpravní budova a podchod pro cestující byly rozhodnutím Ministerstva kultury čj. MK 67701/2016 OPP ze dne 22. 11. 2016 prohlášeny kulturní památkou. Především při rekonstrukci podchodu je tedy nutná vzájemná spolupráce a řešení stavebních úprav s příslušným památkovým úřadem.

SANACE ŽELEZNIČNÍHO SPODKU – ŠKVÁROVÉ PODLOŽÍ

Během přípravy dokumentace a projektu stavby byla v průzkumných sondách zjištěna škvára neznámé mocnosti. V návrhu projektu bylo počítáno s lokálním odtěžením škváry a po odtěžení nevyhovující škváry vytvoření náhradní zemní pláně z dovezených vhodných zemin s mechanickým zlepšením při užití výzisku hrubé frakce vytěženého kolejového lože. Ihned po zahájení přípravných prací bylo během hloubení děr pro základy nových trakčních sloupů zjištěno, že škvárové podloží se nachází téměř v plném rozsahu plánovaných sanací žel. spodku. Mocnost škvárových vrstev dosahovala v průměru 1,0 m od horní hrany pražce. Dalo se tedy očekávat, že rozsah objemů náhrady nevhodného podloží bude několikanásobně vyšší, v řádech desítek tisíc kubíků. Zároveň bylo zřejmé, že tolik vhodného materiálu vyzískaného ze stavby, kterými by byly zastižené škváry nahrazeny, nebude k dispozici. Velkou část vytěženého kolejového lože bylo navíc uvažováno po přetřídění využít do konstrukčních vrstev nových nástupišť, která pro zajímavost, po sečtení délek všech nástupištních hran, tvoří úctyhodné číslo 1 678 m, což je více než dvojnásobek hran na předchozí, námi realizované rekonstrukci nástupišť, v nedaleké ŽST Karlovy Vary. Při tak velkém množství přesunů hmot bylo nutné přihlédnout i k negativním dopadům na místní dopravní infrastrukturu a obyvatelstvo a v neposlední řadě na zvýšené poplatky za objemy skládkovného.

Ve spolupráci specialistů správce stavby, zhotovitele, geotechniků a projektanta bylo nutné najít řešení, které by spočívalo ve zlepšení chemických a fyzikálních vlastností zastižených škvár natolik, aby při dodržení požadovaných parametrů únosnosti, mohly být ponechány v zemní pláni. Byly tedy odebrány vzorky podloží a převezeny do zkušebních laboratoří společnosti TPA ČR, s. r. o. z koncernu STRABAG.

VÝŇATEK ZE ZPRÁVY O PRŮKAZNÍCH LABORATORNÍCH ZKOUŠKÁCH ZPRACOVANOU KONCERNOVOU SPOLEČNOSTÍ TPA ČR, s. r. o., ZPRACOVANOU Ing. JAROSLAVEM HAVELKOU

Škváru lze zjednodušeně kvalifikovat jako pevný zbytek paliva (v daném případě hnědé uhlí) po technickém spálení. Vzniká oxidací popelovin při spalovací teplotě jako široká směs oxidů se sírany a nespáleným uhlíkem. Je charakteristická nízkou objemovou hmotností, nízkou hustotou, nesoudržností, extrémní pórovitostí a nízkou pevností. Hrubá hmotnost jednotlivých technologických vzorků se pohybovala od 80 do 120 kg. Po odběru byly vzorky distribuovány do zkušebních laboratoří TPA v Plzni a v Praze. Každý technologický vzorek, do několika PE pytlů byl rozkvartován. Z jednotlivých kvartů byly odebrány dílčí zkušební navážky. Na dílčích vzorcích byla stanovena zrnitost síťovou analýzou za mokra, zdánlivá hustota pevných částic a terénní vlhkost. Ve zkušebních místech byly kroužkovou metodou odebrány rovněž vzorky ke stanovení suché objemové hmotnosti. Po určení srovnávací objemové hmotnosti byl zvolen zkušební postup stanovení zhutnitelnosti metodou Proctorovy standartní zhutňovací práce (PS, ČSN EN 13286-2, NB). Výsledky testů potvrdily dosavadní zkušenosti se zkoušením škváry. Při změně vlhkosti dílčích zkušebních navážek je změna dosažené objemové hmotnosti po vysušení nevýrazná, resp. škvára je málo citlivá na dávku vody (vysoký drenážní efekt) a při hutnění identickou prací je dosaženo přibližně shodného výsledku jako u rozdílně vlhkých zkušebních navážek. Při vyšších vlhkostech již docházelo ke ztrátě vody a další pokračování v testu ztratilo smysl. Rovněž byl učiněn pokus se stanovením maximální a minimální objemové hmotnosti podle ČSN 72 1018 (relativní ulehlost). Při sepnutí vibračního stolku docházelo k podrcení škváry pod závažím a při zkoušce nasyceného vzorku ke ztrátám jemné frakce. Zkouška relativní ulehlosti nebyla shledána jako reprezentativní. Na dílčích vzorcích zhutněných při terénních vlhkostech prací PS byla provedena zkouška okamžitého indexu únosnosti (IBI). Zjištěné výsledky vyvrátily některé skeptické názory zadávací dokumentace. Únosnost škváry je vysoká (v parametru IBI), i když ji nelze přímo srovnávat např. s výsledky statické zatěžovací zkoušky, jako v případech horninového prostředí.

Rovněž některé další vlastnosti škváry jsou pro modernizaci ŽST významné. Výhodná je dobrá zrnitostní izotropie a účinná drenážní funkce (ve vrstvě nedochází k akumulaci vody). Vrstva škváry se chová pružně. To má vliv i na snížení hladiny hluku z dopravy. Nevýhodou je nízká soudržnost, vyšší spotřeba pojiva při stabilizaci vlivem vysoké pórovitosti a kyselost, která může snižovat (vedle i jiných chemických vlastností) účinnost pojiv. Z tohoto důvodu byla zadána chemická analýza. Hodnota pH na vzorku 2 byla stanovena v úrovni 3,8. Výsledky ostatních tří vzorků se pohybovaly od 4,5 do 5,0. Vyšší obsah organických látek je dán především podílem nespáleného uhlí. Vyšší hladina byla zjištěna u síranů. Prvním krokem pro návrh technologie stabilizace zemin (ČSN EN 14227-15, TNI prEN 16907- 4) bylo snížení kyselosti. Do dílčích vzorků pro výrobu směsi s pojivem bylo dávkováno bílé vzdušné vápno tř.CL90 (ČSN EN 459-1 ed.3) v úrovni 2 % (19 kg.m^–3). Při záběru frézy do hloubky 0,5 m to je 9,5 kg.m^–2. Tento krok je zapotřebí provést s jednodenním předstihem před výrobou směsi s fortifikačním pojivem. Po dávce CaO došlo v případě vzorku 2 ke zvýšení hodnoty pH na 6,2. Po 24 hodinách bylo do směsi s vápnem dávkováno směsné hydraulické pojivo. Pro směsi vzorků 1 a 3 bylo aplikováno směsné pojivo na bázi vápna Proviacal LB30 (30 % CaO, 70 % hydraulických komponent, výrobce vápenka Čertovy). Pro směs se vzorkem 2 bylo použito směsné pojivo Georoad TB25 (výhradně rychle a pomalu tvrdnoucí hydraulické složky, výrobce cementárna Prachovice, Cemex). V případě vzorku 4 byl použit cement tř. CEM II/B-S 32,5 R (ČSN EN 197 ed. 2), tedy směsný cement se suplentem mleté strusky o třídě pevnosti 32,5 MPa. Nárůst hodnot okamžitého indexu únosnosti na čerstvých směsích (IBI) byl patrný u všech vzorků (zkoušeno do 1 hodiny od výroby). Po 3 dnech zrání vzorků 1, 3 a 4 byla stanovena hodnota kalifornského poměru únosnosti (CBR). Po dalších 4 dnech sycení vzorků vodou byly stanoveny hodnoty CBR u všech vzorků (1 – 4). V případě vzorků směsí s pojivem Proviacal LB30 došlo po sycení vodou k poklesu hodnoty poměru únosnosti a efekt stabilizace tak nelze pokládat za maximálně efektivní. Z pohledu dosažené hodnoty poměru únosnosti je nejúčinnější směs s cementem CEM II/B-S. Je však zapotřebí upozornit na poměrně krátkou dobu zpracovatelnosti této směsi (cca 2,5 hod od výroby přes profilaci až po zhutnění cca 8 vibračními pojezdy tahačového válce). Při volbě této směsi je zapotřebí počítat s krátkými pracovními úseky. Z uvedeného důvodu je proto lépe preferovat směs se směsným pojivem Georoad TB25, jehož doba zpracovatelnosti je delší (cca 5 hodin) a výsledek CBR příznivý pro dosažení obvyklých kritérií únosnosti zemního tělesa. Směs je navržena tak, aby po zhutnění umožnila sjízdnost pro staveništní dopravu v trase. Při výrobě není nezbytné dávkování vody. Navržená dávka zohledňuje i ekonomičnost technologie stabilizace. Při dávce 5 % směsného hydraulického pojiva (46 kg.m^–3), tj. při hloubce 0,5 m odpovídá hmotnost pojiva 23 kg.m^–3 a to je množství, které je položitelné jedním pojezdem dávkovače sypkých pojiv při plně otevřeném výložníku. Vzhledem k nesoudržnosti škváry je dostatečný jeden pojezd zemní frézy nebo recykléru. Nezapracované pojivo je nezbytné neutralizovat vodou (např. při koncentraci podél vertikálních konstrukcí).

VLASTNÍ REALIZACE

Na základě výsledků uvedených ve zprávě zkušební laboratoře TPA ČR, s. r. o. zhotovitele navrhl pro realizaci stabilizace škváry v zemní pláni variantu receptury odzkoušenou na vzorku 2, neutralizace pH pomocí 2% vápna třídy CL 90 a následně stabilizace 5% směsným hydraulickým pojivem Georoad TB 25. Hlavním důvodem pro výběr této varianty bylo dosažení velmi dobrých parametrů pevnosti při zachování relativně vyšší pružnosti konstrukce a zároveň delší technologická doba pro zpracování směsi, která umožnuje realizovat práce ve větších úsecích. Dle výsledků průkazní zkoušky není dodatečné doplnění vlhkosti nutné.

Realizace stabilizované vrstvy probíhá následujícím způsobem. Nejprve je na zemní pláň dávkováno vápno třídy CL 90 v množství 19 kg/m³, materiál je zabudován zemní frézou a následně je konstrukční vrstva upravena grejdrem a přehutněna vibračním válcem. Po technologické pauze dlouhé min 12 hodin, která je potřebná pro neutralizaci kyselého prostředí v zemní pláni je na konstrukci dávkovačem rozprostřeno pojivo Georoad TB 25 v množství 46 kg/m³. Následně je konstrukční vrstva upravena výškově i směrově dle požadavků projektové dokumentace grejdrem a zhutněna vibračním válcem na požadovanou míru zhutnění.

ZÁVĚR

Doposud realizované úseky potvrdily, že při správně zvolené receptuře dávkování směsných pojiv a při dodržení navržených technologických postupů, lze dosáhnout vynikajících výsledků únosností i při ponechání relativně nevhodných materiálů (škváry) v konstrukci zemní pláně. Během průkazných statických zatěžovacích zkoušek únosnosti zemní pláně bylo běžně dosahováno hodnot 80 MPa.

Modernisation of the Cheb Railway Station. “New Challenges and Experiences with the Cinder Bed Layer in the Ground Plane”
The description of its condition clearly speaks in favor of the reconstruction of the Cheb railway station: There is no barrier-free access for passengers to both island platforms. Platform edges are in poor technical condition and lean into the track. The equipment of the station is dated and the railway superstructure is almost beyond serviceable life. There is a leakage into the underpass and its drainage does not work. The roof shows signs of corrosion.

Autor

• Ing. John Tomáš