Ocena stanu technicznego obiektów budowlanych Pomorskiej Kolei Metropolitarnej po ekstremalnym opadzie atmosferycznym w dniach 14 ‐ 15 lipca 2016 r

Ocena stanu technicznego obiektów budowlanych Pomorskiej Kolei MetropolitarnejPomorskiej Kolei Metropolitarnej

po ekstremalnym opadzie atmosferycznym w dniach 14 ‐ 15 lipca 2016 r.

Wydział Inżynierii Lądowej i ŚrodowiskaKatedra Geotechniki, Geologii prof dr hab. inż. Kazimierz Gwizdałai Budownictwa Morskiego dr inż. Angelika Duszyńska

Katedra Hydrotechniki dr hab. inż. Michał Szydłowski, prof. PG

Katedra Transportu Szynowego i Mostów dr hab. inż. Krzysztof Żółtowski, prof. PG

Budowa Pomorskiej Kolei Metropolitalnej

Zawartość1. Tło hydrologiczne1. Tło hydrologiczne

2. Odwodnienia

3. Geotechnika

4. Nasypy

5. Obiekty konstrukcyjne

6 P d i6. Podsumowanie

Budowa Pomorskiej Kolei Metropolitalnej1. Tło hydrologiczne

Sytuacja hydro-meteorologiczna

Na podstawie danych z pomiarów,

wykonywanych przez IMGW-PIB, Gdańskie y y y p

Melioracje oraz Politechnikę Gdańską, można

stwierdzić, że opady, które zaobserwowano

w Gdańsku w dobie 14/15 lipca 2016r. mają

wyjątkowy charakter - są najwyższe

w ostatnim 65 leciu i znacząco przekroczyływ ostatnim 65-leciu i znacząco przekroczyły

poprzednie maksima.


Sytuacja hydro meteorologicznaSytuacja hydro-meteorologicznaRekordy sum dobowych opadów w Polsce

(wg IMGW-PIB do 2010)

Opady w Gdańsku 14/15 lipca br.


Sytuacja hydro-meteorologicznay j y gDla przykładu, obserwowany w Rębiechowie w dobie 14/15 lipca 2016 r. opad odpowiada

wysokością maksymalnemu rocznemu opadowi dobowemu o prawdopodobieństwie p=0,2%

(czyli o okresie powtarzalności raz na 500 zdarzeń/lat).


Sytuacja hydro-meteorologicznay j y gOpad w dniach 14 i 15 lipca roku 2016 wystąpił na całym obszarze zlewni z bardzo długim

czasem trwania w fazie największej wydajności (około 8 godzin) i z tego względu byłczasem trwania w fazie największej wydajności (około 8 godzin) i z tego względu był

zdarzeniem, które nie zostało ujęte w wytycznych projektowych. W przyszłości należy

rozważyć konieczność wydłużenia czasu trwania deszczu miarodajnego, biorąc pod uwagę

rzeczywisty, ekstremalnie długi opad deszczu w odniesieniu do jego natężenia.

Stacja meteo PG

Budowa Pomorskiej Kolei Metropolitalnej2. Odwodnienie

Odwodnienia i melioracje

Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne dla Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne dlazaprojektowanych obiektów gospodarkiwodnej wykonano prawidłowo, zgodniez obowiązującymi przepisamiz obowiązującymi przepisami.

Rozwiązania konstrukcyjne obiektówgospodarki wodnej nie budzą zastrzeżeńgospodarki wodnej nie budzą zastrzeżeń.


System odwodnienia korony nasypu z wbudowanymi System odwodnienia korony nasypu z wbudowanymikorytkami betonowymi nie uchronił skarp nasypu przedekstremalną wodą opadową, która z korony nasypuspłynęła w sposób skoncentrowany i niekontrolowany naspłynęła w sposób skoncentrowany i niekontrolowany naskarpy, co zintensyfikowało występujące poślizgistrefowe warstw osłaniających skarpy i zjawiskaerozyjne w nasypach konstrukcyjnych

Układ rzeźby terenu wzdłużtrasy PKM miał wpływ na

erozyjne w nasypach konstrukcyjnych.

trasy PKM, miał wpływ nalokalną koncentrację spływuwód opadowych, powodujączwiększenie erozji.zwiększenie erozji.


UwagiUwagi

• Poprawnie zaprojektowane i wykonane urządzenia gospodarki wodnej nie uległyurządzenia gospodarki wodnej nie uległy zniszczeniu.

• Uszkodzenia warstw powierzchniowych• Uszkodzenia warstw powierzchniowychnasypów spowodowały ich zamulenie.

• Korytka z betonowych elementówKorytka z betonowych elementów prefabrykowanych, przewidziane do odprowadzania wód z korony nasypu i wymagane decyzją środowiskową w celu y g y ją ązabezpieczenia terenów sąsiednich przed zanieczyszczeniem, nie były w stanie odprowadzić całości wód opadowych, p p yktóre wystąpiły 14/15 lipca 2016 r.

Budowa Pomorskiej Kolei Metropolitalnej3. Geotechnika

Podstawy prawne sporządzenia dokumentacji geologiczno-inżynierskichgeologiczno-inżynierskich

• Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 r - Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. Nr 163, poz.981);

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 grudnia 2011 roku w sprawie• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 grudnia 2011 roku w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących projektów robót geologicznych, w tym robót, których wykonywanie wymaga uzyskania koncesji (Dz. U. Nr 288, poz.1696);

R d i Mi i t Ś d i k d i 23 d i 2011 k i d k t ji• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 grudnia 2011 roku w sprawie dokumentacji hydrogeologicznej i dokumentacji geologiczno-inżynierskiej (Dz. U. Nr 291, poz. 1714);

• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 grudnia 2011 r. w sprawie gromadzenia i udostępniania informacji geologicznej (Dz. U. Nr 282, poz.1657);

• Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia pożarowego w zakładach górniczych wydobywających kopaliny otworami wiertniczymi (Dz. U. Nr 109, poz. 961 ze zmianami w 2004r i 2007r);

• Rozporządzenia Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 p ą p p jkwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych.


Ogólna charakterystyka warunków gruntowo – wodnychOgólna charakterystyka warunków gruntowo – wodnych

Warstwy Ia, Ib, Ic- grunty organiczne słabonośne: torfy, gytie, gliny próchnicze.

Warstwy IIa-I, IIa, IIb- nieskonsolidowane grunty spoiste: gliny pylaste, pyły piaszczyste częstoz domieszką części organicznych w stanie miękkoplastycznym.

Warstwy IIIa-I, IIIa, IIIb- grunty spoiste: wilgotne gliny piaszczyste, piaski gliniaste oraz gliny i gliny pylastew stanie od miękkoplastycznego do twardoplastycznego.

W t IV IVb IV IVd IVWarstwy IVa, IVb, IVc, IVd, IVe- grunty niespoiste: wilgotne i nawodnione piaski pylaste, drobne, średnie i grubew stanie od luźnego do zagęszczonego.

Warstwy Va VbWarstwy Va, Vb- grunty niespoiste: wilgotne i nawodnione żwiry i pospółki oraz żwiry z kamieniamii otoczakami w stanie od średnio zagęszczonego do zagęszczonego.



Uwagi

• Wyniki badań polowych oraz laboratoryjnych przedstawiono• Wyniki badań polowych oraz laboratoryjnych przedstawionow dokumentacjach geotechnicznych i geologiczno – inżynierskich.Wykorzystano normy krajowe oraz doświadczenia polowe.

• Zakres oraz sposób wyznaczania parametrów gruntowychw dokumentacjach geotechnicznych i geologiczno-inżynierskichprzygotowanych na etapie materiałów przetargowych, jak równieżprzygotowanych na etapie materiałów przetargowych, jak równieżbadań dodatkowych do projektów wykonawczych zostałprzygotowany w stopniu pozwalającym na poprawnezaprojektowanie posadowień obiektów PKM.p j p

Budowa Pomorskiej Kolei Metropolitalnej4. Nasypy

Konstrukcja nasypówj yp

W zależności od warunków lokalnych w projekcie założono wzmocnienie nasypów i skarp wykopów z wykorzystaniem:yp p y p y y

• gwoździowania skarp,

• zbrojenia geosyntetycznego materacami z geotkanin poliestrowych• zbrojenia geosyntetycznego - materacami z geotkanin poliestrowych wypełnionych kruszywem oraz geosiatek poliestrowych.

Nachylenie skarp nowo budowanych nasypów zasadniczo przyjęto jako 1:1,5. Lokalnie jednak skarpy mają nachylenia do 1:0,8.

Nadbudowa nasypów wykonywana była z gruntów pozyskanych z istniejących starych nasypów kolejowychz istniejących, starych nasypów kolejowych.

Zbrojone skarpy nasypów wykonane zostały z wytrzymałych gruntów niespoistych.


Nasyp – nowobudowanyS h t I b jSchemat I: nasyp zbrojony


Nasyp – przebudowywanySchemat: IVASchemat: IVA

- Zbrojenie skarp o nachyleniu >1,5

.


Ocena konstrukcji nasypówOcena konstrukcji nasypów• Kompozytowe nasypy konstrukcyjne nie uległy

uszkodzeniu.

• Zastosowane rozwiązania konstrukcyjne nasypów nowobudowanych i przebudowywanych są poprawnepoprawne.

• Nowe technologie i materiały budowlane, pozwoliły uzyskać konstrukcje o dużej wytrzymałości i stateczności oraz małych odkształceniach. Ich cechą wyróżniającą w stosunku do klasycznych konstrukcji torowych jest brak retencji wody infiltracyjnej w korpusie nasypuinfiltracyjnej w korpusie nasypu.

• Stwierdzone przypadki odsłonięcia elementów konstrukcyjnych zbrojenia gruntów lub stabilizacji nie spowodowały zagrożenia stanów granicznych.


ZabezpieczeniaZabezpieczenia powierzchniowe nasypów

W zależności od warunków lokalnych przyjęto umocnienienie skarp nasypów i wykopów

kor staniemz wykorzystaniem:

• geosyntetyków komórkowych wypełnionych humusem i obsianych trawąhumusem i obsianych trawą,

• maty przeciwerozyjnej z polietylenu z wypełnieniem gruntem urodzajnym z nasionami traw,

• biowłókniny z nasionami traw na gruncie urodzajnymurodzajnym.


• Odnotowane zjawiska erozyjne, będące skutkiem deszczu nawalnego, wystąpiły przy prędkości przekraczającej „prędkość krytyczną”, dla zastosowanych materiałów osłonowychdla zastosowanych materiałów osłonowych.

• W przypadku skarp o nachyleniach większych od 1:1,5, zastosowany sposób kotwienia elementów osłonowych mógł mieć niekorzystnyelementów osłonowych, mógł mieć niekorzystny wpływ na zachowanie się okładzin podczas ekstremalnego opadu.

P k śli k h b ł t k ś i ż R śli ść i i ł• Pokrywa roślinna na skarpach była stosunkowo świeża. Roślinność nie miała możliwości zbudowania rozległego systemu korzeniowego i nie stanowiła wystarczającego zabezpieczenia przed intensywnymi opadami.

• W przypadku skoncentrowanych spływów powierzchniowych problem roślinności i zakotwienia wyrobów przeciwerozyjnych nie był elementem decydującym. Decydowała prędkość spływu i natężenie spływającej wody oraz czas oddziaływania.


Ocena zjawisk erozyjnychOcena zjawisk erozyjnych

Stwierdzone uszkodzenia skarp powinnybyć rozpatrywane w kategorii naruszeniastanu granicznego użytkowalnościs a u g a c ego u y o a oścwarstwy osłonowej na skutek wystąpieniaekstremalnych zjawisk erozyjnychi filtracyjnych wynikających z objętościyj y y ją y jęoraz prędkości wody wypływającejz warstwy tłuczniowej podtorza.

Budowa Pomorskiej Kolei Metropolitalnej5. Obiekty konstrukcyjne

Obiekty mostoweObiekty mostowe PKM z punktu widzeniazaistniałych uszkodzeń trasy można podzielić natrzy grupy:

• Grupa pierwsza to obiekty wydzielone posiadającep p y y p jąwłasne urządzenia odwadniające. Są to wiaduktyi estakady o konstrukcji belkowej, płytowej lubłukowej, w których przęsła spoczywają nałożyskach i podporach a płyta jezdni na mościełożyskach i podporach, a płyta jezdni na mościeoddzielona jest od jezdni na nasypie szczelinądylatacyjną. W większości obiekty te posadowionesą na fundamentach głębokich. Przyczółkiżelbetowe wyposażone są w skrzydełka z gruntuzbrojonego taśmami polimerowymi.


Obiekty pierwszej grupy tworzą duże powierzchniei w przypadku niewystarczających urządzeńodwadniających mogłyby powodować koncentracjęodwadniających mogłyby powodować koncentracjęrozmyć w strefach przejściowych pomiędzy obiektemi nasypem. Takie rozmycia występowały tuż zaprzyczółkami estakad i wiaduktów, ale skalai rozmiary uszkodzeń nie wskazują na wyjątkowośćwynikającą z sąsiedztwa obiektu mostowego.

Należy zatem stwierdzić że obiekty mostowe pomimoNależy zatem stwierdzić, że obiekty mostowe pomimonawalnego ponadnormatywnego opadu odprowadziływiększość wody poprzez swoje urządzeniaodwadniające.


• Grupa druga to obiekty zintegrowane, które niei d j d i d l t j i dposiadają urządzenia dylatacyjnego pomiędzy

przęsłem i przyczółkami. Są to: łukowe,żelbetowe konstrukcje zintegrowane, żelbetowe,ramowe lub skrzyniowe wiaduktyramowe lub skrzyniowe wiaduktyi przepusty, konstrukcje gruntowo-powłokowez blachy falistej. Konstrukcje te charakteryzująsię różnym stopniem zatopienia w nasypiei i k ś i i d j k d łk ti w większości posiadają skrzydełka z gruntuzbrojonego.


• Obiekty drugiej grupy są wbudowane w trasętak że nie zaburzają struktury konstrukcjitak, że nie zaburzają struktury konstrukcjinawierzchni pomiędzy nasypem i obiektem. Nieposiadają własnych urządzeń odwodnieniai nie mają wpływu na sposób odbierania wodyprzez budowlę ziemną jaką jest nasyp kolejowy.W kilku przypadkach uległy drobnymuszkodzeniom skrzydełka z gruntu zbrojonego.Uszkodzenia polegają na rozmyciu (wypłukaniu)Uszkodzenia polegają na rozmyciu (wypłukaniu)gruntu zasypowego i nie są groźne dlakonstrukcji. Naprawa polega na uzupełnieniuwypłukanej zasypki gruntowej.


•Trzecia grupa to wiadukty nad torami PKM. Są to


konstrukcje żelbetowe, płytowo-belkowe lub łukowe.

Obiekty trzeciej grupy pośrednio mogły mieć wpływ nauszkodzenia nasypów ponieważ wody opadowe sąuszkodzenia nasypów, ponieważ wody opadowe sąprzeważnie sprowadzone z nich za pomocą kolektorówdo rowów biegnących wzdłuż trasy. Mimo to, nie maoznak ich wpływu na zaistniałe uszkodzenia(prawdopodobnie dlatego iż większość z nich jestusytuowana nad trasą w wykopie).

Wnioski do obiektów mostowych:Wnioski do obiektów mostowych:• Zasadniczo konstrukcje obiektów mostowych zostały

nienaruszone przez nawalny opad 14 i 15 lipca 2016 r.• Poza drobnymi rozmyciami w rejonach skrzydełek nie• Poza drobnymi rozmyciami w rejonach skrzydełek nie

stwierdzono żadnych innych uszkodzeń. Nie ma utratynośności lub funkcji ocenianych obiektów.

• Obiekty zostały zaprojektowane zgodnieObiekty zostały zaprojektowane zgodniez obowiązującymi przepisami i wykonane zgodniez projektem.

Budowa Pomorskiej Kolei Metropolitalnej6. Podsumowanie

Wnioski końcowe• Opad atmosferyczny w dniach od 14 do 15 lipca 2016r., charakteryzujący się

niespotykanymi do tej pory parametrami, przekroczył zdecydowanie tzw. miarodajne t ś i t ó t h j kt i t ó d d i ń t i k d ówartości parametrów stosowanych w projektowaniu systemów odwodnień torowisk, dróg,

obiektów inżynierskich kolejowych i drogowych.

• W konstrukcjach Pomorskiej Kolei Metropolitarnej zastosowano najnowsze rozwiązania materiałowe i technologiczne szeroko stosowane w budownictwie drogowym, natomiast rzadziej w klasycznym budownictwie kolejowym. Dotyczy to konstrukcji zarówno nasypów jak i wykopów, nowych oraz adaptowanych istniejących.

• Nowe technologie i materiały budowlane wykorzystujące wysoko zawansowaną geoinżynierię materiałową w postaci geosyntetyków, chemii budowlanej oraz materiałów wiążących i stabilizujących, pozwoliły uzyskać konstrukcje kompozytowe o dużej wytrzymałości i stateczności oraz małych odkształceniachwytrzymałości i stateczności oraz małych odkształceniach.

• Na rozmiar uszkodzeń na torowiskach prowadzonych w wykopach istotny wpływ miała zlewnia terenów otaczających trasę kolei. Układ tych terenów spowodował lokalną koncentrację spływu wód opadowych na teren PKM powodując spotęgowanie erozjikoncentrację spływu wód opadowych na teren PKM, powodując spotęgowanie erozji.

Budowa Pomorskiej Kolei Metropolitalnej6. Podsumowanie

Wnioski końcowe• Uszkodzenia obserwowane na zboczach nasypów i skarp wykopów dotyczą głównie

warstwy przypowierzchniowej. Powinny być rozpatrywane w kategorii naruszenia stanu i ż tk l ś i t ł j P b ł t i igranicznego użytkowalności warstwy osłonowej. Przyczyną było wystąpienie

ekstremalnych zjawisk erozyjnych i filtracyjnych.

• Zaobserwowane zjawiska miały charakter zsuwu przypowierzchniowej warstwy osłonowej lub erozji, bez utraty stateczności globalnej nasypu kolejowego.

• Rozwiązania zastosowane w budowie PKM są zgodne z obowiązującymi przepisami i zasadami sztuki inżynierskiej.

• Istniejące przepisy i wytyczne budowlane nie obejmują wystąpienia opadów, jakie miały miejsce w okresie od 14 do15 lipca br.

M j l d i ś i j t j k t l j i k d l ż• Mając na względzie coraz częściej występujące ekstremalne zjawiska pogodowe, należy rozpatrzyć potrzebę zmian w dotychczasowych przepisach i wytycznych do projektowania systemów odwodnień oraz melioracji infrastruktury drogowo-kolejowej.

Dziękuję za uwagęDziękuję za uwagę

News & Politics

Ocena stanu technicznego obiektów budowlanych Pomorskiej Kolei Metropolitarnej po ekstremalnym opadzie atmosferycznym w dniach 14 ‐ 15 lipca 2016 r