Sanace velkého sesuvu na trati Liberec – Česká Lípa
Po srážkově nadprůměrném období května 2013, kdy 24hodinový srážkový úhrn přesáhl lokálně 100 mm, byly dne 2. června 2013 pozorovány na železniční trati Liberec – Česká Lípa v úseku km 128,200 – 128,250 výrazné poruchy tělesa náspu vysokého 20 m. Deformace a poškození tratě v délce asi 60 m s 6 metrů vysokou odlučnou plochou vedly k okamžitému přerušení provozu a zahájení prací pro nutná sanační opatření.
V první etapě prací se provedl inženýrsko-geologický průzkum, ve druhé etapě se zpracoval projekt sanačních opatření.
Průzkumné práce
Po prvotní rekognoskaci terénu byl sestaven projekt průzkumných prací, zahrnující terénní mapování, vrtné práce včetně inklinometrického a karotážního měření, realizaci kopaných sond a dynamických penetrací, provedení geofyzikálního měření a geodetických a laboratorních prací. Pozorovaný svahový pohyb byl klasifikován jako sesuv s rotační až složenou smykovou plochou. Hlavním výstupem provedených průzkumných prací byly 2 podélné a 4 příčné inženýrsko-geologické řezy. Podélné řezy byly situovány v tělese náspu a v odlučné oblasti sesuvu. Příčné řezy byly vedeny přes svah poškozený svahovými deformacemi i v prostoru bez zjevných deformací. Umístění jednotlivých profilů je patrné z obr. 2.
Obr. 2 Geomorfologické mapování sesuvu
Z průzkumných prací vyplynulo, že ke vzniku sesuvu přispěl pravděpodobně souběh několika nepříznivých vlivů. Jednou z hlavních příčin vzniku svahových deformací byly nepříznivé inženýrsko-geologické a hydrogeologické poměry území. Podloží náspu bylo přes propustné polohy masivu dotováno vodou přitékající z okolních svahů. Negativní vliv mělo i postupné zhoršování geotechnických parametrů horninového podloží (především svrchních poloh slínovců a jejich zvětralin) a také degradace materiálu samotného náspu tratě. Vznik pozorovaných stabilitních problémů zájmového území mohl být také spojen s přítomností historického sesuvu z dvacátých let minulého století. Spouštěcím mechanismem rozsáhlých svahových deformací byl dozajista výskyt dlouhodobých intenzivních srážek v období několika dnů před vznikem sesuvu.
Numerické modelování
Komplex terénních průzkumných a laboratorních prací byl doplněn numerickým modelováním, jehož úkolem bylo potvrdit hypotézu porušení svahu, zpětnou analýzou zjistit geotechnické parametry zastižených zemin a hornin a zhodnotit stabilitní poměry aktuálního stavu svahu na lokalitě. K modelování byly využity jak metody mezní rovnováhy sil, tak metody konečných prvků. Působení podzemní vody bylo do matematického modelu zavedeno tak, aby odpovídalo skutečnostem, které byly na lokalitě pozorovány. V jednotlivých analýzách byly použity kombinace zadání hladiny podzemní vody, součinitele ru, příp. prostorové funkce, která zavádí zóny působení excesívního pórového tlaku do předpokládaných oblastí sycení nebo lokálního vztlaku. Z těchto analýz pak ve druhé fázi prací vycházel příslušný návrh sanačních opatření.
Obr. 3 Zpětná analýza v profilu 2
Provedená napěťodeformační analýza (obr. 3) potvrdila pravděpodobné příčiny sesuvu, tj. existenci porušených vrstev jako důsledek historického sesuvu, degradace geomechanických parametrů slínovců i samotného materiálu náspu vlivem dlouhodobého sycení podzemní vodou z propustných deluvií a spouštěcí efekt silných srážek. Z výsledků matematického modelování jasně vyplynuly skutečnosti, které bylo nutné v projektu sanačních prací zohlednit. Především se jednalo o nekompetentní podložní vrstvy, které bylo nutné při sanaci svahu odstranit. Tyto degradované vrstvy by nepřenesly napětí vyvolané sanačními úpravami. Hrozilo tedy reálné riziko opětovné deformace nebo kolapsu svahu v budoucnosti.
Následně se jednalo o nutnost rozšíření prostoru sanace na obě strany od aktuálního sesuvu. To vyplynulo ze stabilitní analýzy profilů 1 a 4, které sice ještě nejevily známky porušení, ale výsledné stupně stability zdaleka nedosahovaly normou předepsaných hodnot. Stěžejním prvkem bylo dostatečně dimenzované odvodnění, mající zásadní vliv na dlouhodobou spolehlivost a bezpečnost nové konstrukce. Tím bylo provedení plošného drénu pod celým tělesem nového náspu. Citlivost na nasycení podložních vrstev výpočet jasně prokázal. V neposlední řadě bylo nutno počítat se zazubením základové spáry, neboť založení nového náspu bylo po odtěžení kritických vrstev prováděno na sklonitém terénu.
Projektové řešení sanace sesuvu
Základním předpokladem spolehlivé sanace bylo odstranění prohnětených sesutých hmot a nekompetentních podložních vrstev. Odtěžování bylo zahájeno ve spodní části sesuvu zhruba v km 128,220 až 128,240, kde byla vytvořena základová spára vyztuženého náspu. Čelní stěna a pravá strana stavební jámy (při pohledu odspodu) byly vysvahovány zhruba do konečného tvaru odtěžení. Levá strana byla odtěžována v závislosti na postupu výstavby vyztuženého náspu. Vyztužené těleso se budovalo postupně od pravé strany (od propustku). Otevření volné základové spáry bylo limitováno šířkou maximálně 20 m. Takto se po segmentech postupovalo proti směru staničení (doleva při pohledu odspodu) až do konce sanovaného úseku. Pod náspem a v části mezi náspem a odtěženým svahem byl proveden plošný drén s dostatečně dimenzovaným odvodněním. Dále bylo nutné podchytit veškeré soustředěné přítoky podzemní vody ve svahu, které byly při zemních pracích odhaleny. Spolehlivé odvodnění bylo základní podmínkou pro zajištění dlouhodobé stability nově budovaného náspu, neboť jedna z hlavních příčin aktuálního sesuvu spočívala v sycení podložních vrstev podzemní vodou z deluvií a puklin horninového masivu.
Obr. 4 Charakteristický profil návrhu sanace
Vlastní těleso náspu bylo vybudováno na únosných podložních vrstvách, které tvořily zvětralé, navětralé a zdravé slínovce, jílovité pískovce a křemenné pískovce. Skutečný rozsah odtěžení byl stanovován geotechnickým dozorem na stavbě. Geotechnický dozor posuzoval (mimo jiné) míru shody s předpoklady průzkumu, numerických analýz a projektu. Násep byl realizován v celém rozsahu jako vyztužené těleso (obr. 4). Při návrhu vyztužení bylo nutné zohlednit nejen veškeré aspekty napěťodeformačního stavu a prostorového působení, ale především technologické a geometrické možnosti při stavbě. K vyztužení byla použita polyesterová geomříž předepsaných vlastností. Hutnění bylo prováděno po vrstvách z kvalitního materiálu minimálních předepsaných hodnot smykové pevnosti. Čela vrstev byla provedena jako balená se zpětně zataženou výztuží s protierozní a vegetační úpravou. V části sanace, kde byla pata vyztuženého náspu založena níže, než by odpovídalo původnímu terénu, byl tento prostor dosypán materiálem z podložních vrstev (především jílovitými a křemennými pískovci).
Obr. 5 Postupné provádění vyztužené konstrukce
Geotechnický dozor
Jednou z podmínek úspěšné realizace vyztužené konstrukce v sesuvném území byla nepřetržitá přítomnost geotechnika na stavbě. V průběhu realizace bylo nutné neustále sledovat stabilitu strmých stěn pracovních etáží (se sklonem v rozmezí 50° až 65°) a celkovou stabilitu okolního masivu, upřesňovat hloubku a rozsah odtěžování, pružně reagovat na rozdílnou kvalitu zhutňovaných materiálů (zejména štěrkodrtí fr. 0/32 mm) spojenou s vysokou mírou zahlinění a proměnlivou vlhkostí, přizpůsobovat se náhlým výpadkům či změnám hutnicích mechanismů, důkladně kontrolovat pokládku a vypínání výztužných geomříží a zajistit tak vysoký standard prováděných prací. V rámci zajišťovaných prací geotechnického dozoru pro zhotovitele byl vypracován postup provedení zhutňovací zkoušky a její odborné vyhodnocení, technologický postup budování vyztužené konstrukce a kontrolní a zkušební plán zemních prací.
Obr. 6 Konečný tvar vyztužené konstrukce
Závěr
Průzkumné a sanační práce byly svým způsobem výjimečné a ojedinělé díky rychlosti provedení průzkumu a rozsahu zemních prací prováděných ve špatně přístupném terénu. Geotechnickým řízením stavby se podařilo vybudovat precizní konstrukci. Projekt i průzkum probíhal ve všech fázích řešení v těsné součinnosti s investorem.
TEXT: Jan Ďurove, Zdeněk Sekyra
FOTO: ARCADIS CZ a.s.
Jan Ďurove a Zdeněk Sekyra působí v divizi Geotechnika společnosti ARCADIS CZ a.s.
Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.
