Największe problemy i wyzwania w projektowaniu geotechnicznym posadowienia nowych oraz modernizowanych linii kolejowych mają związek z wymaganiami wobec niezawodności konstrukcji, warunkami obciążeń, specyfiką geometrii nasypów kolejowych, a także zakresem niezbędnego rozpoznania geotechnicznego. Zwłaszcza jakość badań podłoża jest kluczowa dla trafności i racjonalności podejmowanych decyzji projektowych.
Duże wyzwanie stanowi modernizacja linii kolejowych, których nasypy wykonano z materiału lokalnego, bez rzetelnej kontroli, w miejscach o złożonych warunkach gruntowo-wodnych. W fazie użytkowania, gdy dochodziło do nadmiernych osiadań, przejezdność tych linii zapewniano poprzez podbicie torów i uzupełnienie kruszywa w celu kompensacji występujących przemieszczeń. Lata użytkowania nasypów pod obciążeniem dynamicznym oraz w zmiennych warunkach atmosferycznych sprawiły, że często nie nadają się one do dalszego wykorzystywania bez znaczących napraw lub wzmocnienia. Doprowadziło to do nagromadzenia problemów, z jakimi obecnie musi się zmierzyć branża kolejowa [1, 2].
W przypadku wykorzystywania podłoża „słabego” (ściśliwego) lub zbudowanego z materiałów odpadowych i posadawiania na nim obiektów projektant musi stosować specjalne zabiegi, takie jak zaprojektowanie wzmocnienia. Postęp techniczny w dziedzinie fundamentowania i wzmacniania podłoża przyniósł bogatą ofertę metod, zabiegów i wyrobów specjalistycznych.
>>> Optymalizacja zbrojenia płyt torowych włóknami stalowymi
>>> Skrzyżowania linii kolejowych oraz bocznic kolejowych z liniami tramwajowymi
Wzmacnianie podłoża stanowi alternatywę dla klasycznego podejścia, w którym stosowano fundamenty głębokie (np. pale). Takie podejście można określić jako omijanie problemu słabego podłoża, często niesłusznie uznawanego za nienośne. Było ono konsekwencją rutynowego dokumentowania warunków gruntowych w obrębie nasypów, w którym pomijano parametry mechaniczne gruntów organicznych uważanych za warstwę nadającą się tylko do wymiany lub palowania. W wielu przypadkach nie miało to uzasadnienia ekonomicznego, ponieważ zastosowanie wzmocnienia byłoby tańsze niż wykonanie fundamentu głębokiego. Rozwiązanie to wymagałoby jednak od wykonawcy dokumentacji przeprowadzenia dodatkowych, kompleksowych badań podłoża oraz doświadczenia w doborze metod i interpretacji parametrów geotechnicznych [3]. Wymagania wobec poziomu bezpieczeństwa i warunków użytkowalności linii kolejowych są regulowane prawem [4] i normami [5] na poziomie krajowym oraz specyfikacjami wewnętrznymi PKP [6–8]. Budowa nowej lub modernizacja istniejącej linii kolejowej na potrzeby kolei dużych prędkości wymaga oceny ryzyka oraz rozważenia potencjalnych zagrożeń już na etapie projektowania.
Fot. © Lane Erickson – stock.adobe.com
Z perspektywy opisanych potencjalnych problemów z podłożem czy nasypem bardziej złożona wydaje się modernizacja. Wymaga ona bowiem zwaloryzowania wielu elementów, takich jak:
- opis metodyki doboru i projektowania wzmocnień podłoża z podaniem wymagań wobec zakresu rozpoznania podłoża;
- wskazanie czynników warunkujących możliwość stosowania danej metody w kontekście jej niezawodności;
- wskazanie zagrożeń (ryzyk) wynikających z nieprawidłowego doboru oraz możliwych wad wykonawczych;
- spełnienie wymagań odnoszących się do materiałów, trwałości i oceny jakości wykonanych wzmocnień oraz ich monitorowania.
>>> Nowe zasady projektowania infrastruktury tramwajowej. Wytyczne WR-D-43-3
>>> Praca podsypki tłuczniowej na obiekcie mostowym
W obszarze zagadnień geotechnicznych należy uwzględnić wymagania dotyczące stateczności nasypów oraz przewidywanych osiadań podtorza. W przypadku projektowania opartego na stanach granicznych są to najważniejsze stany do rozważenia dla nośności oraz użytkowalności. W prawidłowym projekcie powinny się znaleźć warunki odpływu w zależności od typu materiału, jaki występuje w podłożu oraz z jakiego będzie zbudowany nasyp [2]. Najważniejszymi czynnikami mogącymi warunkować wystąpienie tych stanów granicznych są: obciążenie ruchem kolejowym, geometria nasypu i warunki geotechniczne (rys. 1).
Rys. 1. Główne czynniki warunkujące wystąpienie stanów granicznych nasypów kolejowych [1]
Optymalizacja posadowienia będzie więc obejmować dostosowanie zakresu badań geotechnicznych do lokalnych warunków podłoża, z uwzględnieniem specyficznych potrzeb związanych z przewidywaną metodą posadowienia czy wzmocnienia gruntu. W projekcie należy zawrzeć szczegółową analizę dla każdego rodzaju warunków geotechnicznych z uwzględnieniem klasy złożoności geotechnicznej w zakresie: litologii i genezy gruntów oraz skał, warunków wodnych, a także występowania gruntów słabonośnych, zagrożeń geologicznych i geotechnicznych oraz terenów deformacji górniczych, krasowych i osuwiskowych. W tym celu niezbędne jest właściwe podejście do jakości rozpoznania podłoża – zarówno pod względem liczby wykonanych badań, jak i doboru metod oraz zastosowania lokalnego, popartego doświadczeniem „klucza interpretacyjnego” do określenia oczekiwanych parametrów geotechnicznych [1].
W dalszej części artykułu:
Uwarunkowania dotyczące rozpoznania podłoża
Ustalanie parametrów gruntu na potrzeby projektowe
Dobór metod badań do problemu
Tab. Zestawienie metod polowych badań podłoża, uzyskiwanych pomiarów oraz wyprowadzonych na ich podstawie parametrów gruntów według PN-EN 1997-2
Tab. Zalecane metody badań polowych i laboratoryjnych z uwagi na wymagane informacje projektowe w zakresie zagadnień geotechnicznych mających zastosowanie przy budowie i modernizacji infrastruktury kolejowej
>>> Cały artykuł dostępny jest w numerze 7-8/2025 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
>>> Członkowie Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa mają dostęp do miesięcznika przez portal członkowski >>>
dr hab. inż. Tomasz Godlewski, prof. instytutu
Instytut Techniki Budowlanej, Zakład Konstrukcji Budowlanych, Geotechniki i Betonu
Literatura
1. L. Wysokiński, W. Kotlicki, T. Godlewski, Projektowanie geotechniczne według Eurokodu 7. Poradnik, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2011.
2. W. Bogusz, T. Godlewski, Geotechnical design of railway embankments – requirements and challenges, „MATEC Web of Conferences”, vol. 262/2019, https://doi.org/10.1051/matec-conf/201926211002, 2019.
3. T. Godlewski, Diagnostyka podłoża budowlanego – dobre praktyki vs. złe nawyki, „Inżynier Budownictwa” nr 11/2024, s. 54–58.
4. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 10 września 1998 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie (Dz.U. z 1998 r. nr 151 poz. 987 ze zm.).
5. PN-EN 1997-2:2009 Eurokod 7 – Projektowanie geotechniczne – Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego.
6. Warunki techniczne utrzymania nawierzchni na liniach kolejowych Id-1, PKP PLK S.A., Warszawa 2005.
7. Warunki techniczne utrzymania podtorza kolejowego Id-3, PKP PLK S.A., Warszawa 2009.
8. Wytyczne badań podłoża gruntowego dla potrzeb budowy i modernizacji infrastruktury kolejowej (Igo-1), praca zbiorowa: PIG-PIB, ITB, IBDiM, na zamówienie PKP PLK, Warszawa 2016.
