ARCHIWUM INSTYTUTU INŻ YNIERII LĄ DOWEJ Nr 19 ARCHIVES OF INSTITUTE OF CIVIL ENGINEERING 2015 SPOSÓB ZABEZPIECZENIA PRZED KATASTROFĄ ŻELBETOWEGO WIADUKTU DROGOWEGO NAD LINIĄ KOLEJOWĄ Józef RABIEGA Politechnika Wrocławska W opracowaniu opisano zakres uszkodzeń trójprzęsłowego żelbetowego wiaduktu drogowego nad linią kolejową relacji Jelenia Góra Szklarska Poręba. Opisano najistotniejsze szczegóły zrealizowanego projektu zabezpieczenia wiaduktu przed katastrofą ze szczególnym uwzględnieniem zabezpieczenia przed spadaniem luźnych przedmiotów na tory kolejowe. Opisano technologię robót oraz pokazano stosowne rysunki konstrukcji zabezpieczenia przęseł i podpór wiaduktu. 1. WSTĘP Przedmiotem opracowania jest żelbetowy wiadukt drogowy nad zelektryfikowaną linią kolejową nr 311 relacji Jelenia Góra Szklarska Poręba w km 14,333 tej linii w miejscowości Piechowice, na terenie Zakładu Linii Kolejowych w Wałbrzychu. Ocenia się, że wiadukt, który leży w ciągu drogi polnej do pojedynczego gospodarstwa rolnego wybudowano już na początku XX wieku (1902 rok), czyli w okresie powstania linii kolejowej na odcinku od Jeleniej Góry do Szklarskiej Poręby Górnej. Najprawdopodobniej była to drewniana konstrukcja podobna do tej pokazanej na rysunku 1. Natomiast obecny pochodzi prawdopodobnie z okresu powojennego, z drugiej połowy ubiegłego wieku (rys. 2). Historię wybudowania tej linii kolejowej oraz jej elektryfikację opisano w referacie [4] Po wyremontowaniu linii w latach 2009 2013 nadzór budowlany wstrzymał jednak jej użytkowanie na odcinku od Piechowic do Szklarskiej Poręby z racji zagrożeń, jakie dla ruchu pociągów stwarzały, usytuowane nad torami, dwa obiekty mostowe w miejscowości Piechowice [2].
228 Józef Rabiega Rys. 1. Naj ajprawdopodobbniej pierwotnna, drewnianaa konstrukcja wiaduktu w Rys. 2. Obbecna, żelbetow wa konstrukcjja wiaduktu 2. KRÓT TKI OPIS WIADUKTU Przedm miotowy wiaadukt żelbetoowy to konstrrukcja trójprzzęsłowa ciągłła. Rozpiętości teoreetyczne przęęseł, licząc od o strony połłudniowej, wynoszą w 6,255 + 7,00 + + 6,70m. Długość całłkowita obieektu wraz zee skrzydłamii przyczółkóów wynosi 28,85m. W przekroju poprzecznym m konstrukccja przęsła jeest belkowo płytowa, dwudźwiggarowa. Wyymiary dźw wigarów głównych mają: wysokośść 65 cm w przęślee i 69 cm naad podporam mi pośrednim mi. Szerokośćć dźwigarów w jest stała i wynosi 65 6 cm. Pomiędzy dźwigarami wykon nana jest płyyta żelbetowa o grubości od 20 do 25 cm. Płyta ta łączzy się z boczznymi powieerzchniami ddźwigarów belkowycch tworząc monolityczny m przekrój żellbetowy. Na dojazdach ddo wiaduktu, po obuu jego stronaach, znajdująą się drogi z nawierzchnią n ą gruntową. Natomiast
Sposób zabezpieczenia przed katastrofąą żelbetowegoo wiaduktu 229 na wiadukcie jest nawierzchnia bitumiczna z betonu asfaltowego o grubości 5 cm na podsypce piaskowo żwirowej grubości 20 cm. Na wiadukcie nie było balustrad a jedynie pozostały żelbetowe słupki po balustradach masywnych. Słupki miały wysokość w przęśle środkowymm 1,75m oraz 1,26m w przęsłach skrajnych i przekrój poprzeczny 0,15 x 0,15 m. Po wschodniej stronie do zeceowników wnętrznej belki przymocowany jest wodociąg W 300 za pomocą C160 zamontowanych na górze i od spodu belki głównej. Przęsła wiaduktu opie- okładzinę rają się na 4 podporach. Przyczółki wykonane są z betonu i posiadająą z bloków kamiennych oraz są zwieńczone żelbetowym oczepem opartym na niszy podłożyskowej, który połączony jest monolitycznie z żelbetową konstruk- o wymia- cją przęsła. Obie podpory pośrednie posiadają po dwa słupy żelbetowee rach w przekroju poprzecznym 0,30 x 0,30 m. Głowice podpór poszerzają się na odcinku 0,45m w kierunku poprzecznym do osi podłużnej obiektu do szerokości 0,65m. Słupy filarów od strony południowej mają wysokość 5,20 m, natomiast słupy filara od strony północnej mają wysokość 5,50 m. Podpory pośrednie oparte są na fundamentach betonowych o wymiarach w placzęści nad- nie 0,80 x 4,50 m, a wysokość całkowita tych fragmentów filarów w ziemnej od strony toru wynosi 1,20 m. Skrajnia pionowa pod wiaduktem, od główki szyn do spodu belek głównych wynosi 5,84 m. Poniżej, na rys. 3, pokazano widok z boku i przekrój poprzeczny wiaduktu. a) b) Rys. 3. Widok z boku (a) i przekrój poprzeczny (b) wiaduktu
230 Józef Rabiega 3. OCENA STANU TECHNICZNEGO WIADUKTU 3.1. Pomiary i badania materiałowe Uzupełniające pomiary inwentaryzacyjne wykonano z poziomu pomostu oraz od spodu przęseł przy użyciu tradycyjnych przyrządów. Pomiary te potwierdziły w zasadzie parametry podane w dokumentacji [2]. Ponadto wykonano odkrywkę nawierzchni jezdni i ustalono grubość zalegających tu warstw nawierzchni. Z tej racji, że największe ubytki betonu zaobserwowano na słupach filarów, dokonano pomiarów korozyjnego zużycia prętów zbrojeniowych głównych i strzemion. Ubytki te są znaczne i średnio wynoszą około 30% przekrojów prętów głównych i ok. 40 % dla strzemion. Przy bardzo dużej smukłości słupów filarów stwierdzono, że korozja wżerowa stali zbrojeniowej znacząco wpływa na obniżenie nośności żelbetowych słupów podpór pośrednich fakt ten następnie został uwzględniony w wykonanych obliczeniach statyczno - wytrzymałościowych. Dla rozpoznania sytuacji wysokościowej wykonano pomiary niwelacyjne na pomoście wiaduktu przy użyciu niwelatora optycznego Geo Fennel No. 20 32 oraz aluminiowej łaty teleskopowej. Wykonano też ocenę jednorodności betonu i szacunkowe oznaczenie jego wytrzymałości na ściskanie dla potrzeb związanych z oceną przyczyn uszkodzeń oraz związanych z określeniem parametrów technicznych betonu w konstrukcji, niezbędnych do oceny nośności. W tym celu pomiary wykonano przy użyciu młotka Schmidta typu N wg PN-EN 12504-2:2002. Otrzymane pomiary wykazały niską jakość betonu przęsła i podpór pośrednich. 3.2. Stan techniczny i uszkodzenia elementów wiaduktu Stan techniczny przedstawianego wiaduktu był wysoce niezadawalający, zagrażający bezpieczeństwu ruchu publicznego (kolejowego i użytkowników obiektu mostowego).przyczyną złego stanu technicznego wiaduktu były znaczne uszkodzenia zarówno elementów konstrukcji jak i wyposażenia. Do podstawowych defektów elementów składowych obiektu zaliczono: rozległe ubytki betonu otuliny prętów zbrojeniowych słupowych filarów (stopień zużycia tych elementów podpór pośrednich jest na tyle rozległy, że zagraża bezpieczeństwu samego wiaduktu, nawet gdy nie odbywa się po nim ruch pojazdów), ubytki spoin między kamieniami, spękania ścian podpór skrajnych w tym ich skrzydeł, brak na obiekcie osłon przeciwporażeniowych oraz balustrad z obu jego stron, nieuporządkowany jest teren pod obiektem w bezpośrednim jego sąsiedztwie, zdewastowane są osłony izolacyjne przewodu wodociągowego.
Sposób zabezpieczenia przed katastrofą żelbetowego wiaduktu 231 Jako bezpośrednie przyczyny uszkodzeń można podać brak prac utrzymaniowych, zawansowany wiek obiektu oraz (do niedawna) brak właściciela. Wszystko to wykluczało dopuszczenie obiektu do użytkowania w takim stanie. Na rysunkach poniżej przestawiono podstawowe uszkodzenia obiektu. Rys. 4. Widoczne braki wyposażenia obiektu Rys. 5. Widok na uszkodzenia słupów w obrębie głowicy filara Rys. 6. Widok na uszkodzenia słupów na całej ich wysokości Rys. 7. Widok na uszkodzenia słupów w obrębie podstawy W konsekwencji zauważonych uszkodzeń stwierdzono przedawaryjny stan obiektu, zagrażający wystąpieniem katastrofy budowlanej. Podobne wnioski wyciągnięto na podstawie przeglądu rozszerzonego [2], gdyż obiekt wykazywał nieodwracalne uszkodzenia (np. ubytki korozyjne zbrojenia płyty pomostu) oraz zniszczenia dyskwalifikujące jego przydatność użytkową. Stwierdzone uszkodzenia i braki w wyposażeniu obiektu stwarzają bezpośrednie zagrożenia dla życia użytkowników obiektu a także ruchu kolejowego pod wiaduktem. W konkluzji stwierdzono, że obiekt jest w stanie przedawaryjnym i należy go w trybie awaryjnym (natychmiastowym) rozebrać [2].
232 Józef Rabiega Do czasu wykonania robót rozbiórkowych obiekt należy wyłączyć z użytkowania (w tym dla ruchu pieszego) i skutecznie wygrodzić obustronnie na wjazdach za pomocą ogrodzeń siatkowych. Dodatkowo należy zainstalować na ogrodzeniu tablice ostrzegawcze o zakazie wstępu ze względu na zagrożenia. 3.3. Analiza statyczno-wytrzymałościowa [3] a) Dźwigary główne i słupy W ramach analizy sprawdzono wytężenie dźwigarów głównych przęsła środkowego nad torem kolejowym i słupów filarów wiaduktu oraz zwymiarowano projektowane, stalowe tymczasowe podparcie zabezpieczające filary zgodnie z wymogami PN-91/S-10042 i PN-82/S-10052. Konstrukcje sprawdzono na obciążenie stałe (ciężar własny oraz wyposażenia) ponadto uwzględniono parcie wiatru i obciążenie śniegiem według procedury podanej w eurokodach. Analiza polegała na sprawdzeniu stopnia wykorzystania dopuszczalnych naprężeń w dźwigarach głównych przy parametrach geometrycznych oraz materiałowych określonych na podstawie własnej inwentaryzacji i dostępnej dokumentacji. Wartości obciążeń charakterystycznych przemnażane były przez odpowiednie współczynniki. Obciążenia stanowiły: ciężar własny ustroju nośnego i wyposażenia. obciążenie śniegiem, obciążenia wywołane zmianami temperatury, obciążenie wiatrem. W celu sprawdzenia wytężenia dźwigarów głównych i podpór pośrednich wiaduktu wykonano model obliczeniowy klasy (e 1,p 3 ). Analiza dźwigarów głównych wykazała spełnienie warunku SGN przy założeniu minimalnego stopnia zbrojenia przekrojów przęsłowego i podporowego. Analiza słupów, przy założeniu ubytku ich materiału o wartości 3 cm na każdym z czterech boków przekroju słupa wykazała przekroczenie naprężeń ściskających w betonie ( σ b = 13,12 MPa > R b1 = 4,7 MPa). Natomiast sprawdzenie słupów tylko od charakterystycznego ciężaru własnego wykazało, że naprężenia ściskające w betonie również są przekroczone ( σ b = 6,86 MPa > R b1 = 4,7 MPa), tak więc warunek SGN w obu przypadkach nie jest spełniony. b) Projektowane podparcia zabezpieczające filary Do analizy podpory zabezpieczającej wykonanej ze stali konstrukcyjnej S235JR dla której R=195 MPa zastosowano prętowy płaski model obliczeniowy. Sprawdzone naprężenia w ryglu i słupkach podpory są mniejsze od przyjętej wytrzymałości obliczeniowej.
Sposób zabezpieczenia przed katastrofą żelbetowego wiaduktu 233 4. PROJEKT I REALIZACJA TYMCZASOWEGO ZABEZPIECZENIA WIADUKTU Sprawa przywrócenia ruchu kolejowego na tej linii okazała się bardzo pilna. Wobec tego stosowne prace zabezpieczające postarano się wykonać natychmiast mimo okresu zimowego. Poniżej na rys. 8 przedstawiono sposób, zakres i opis zaprojektowanych i zrealizowanych prac zabezpieczających obiekt. Rys. 8. Sposób i zakres zabezpieczenia wiaduktu Przewidziano i zrealizowano następujący zakres prac zabezpieczających wiadukt: wykonano prace przygotowawcze m.in. wyłączenie napięcia w sieci trakcyjnej, przygotowanie placu robót, usunięcie wszelkich zanieczyszczeń i krzewów w obrębie wiaduktu oraz luźnych gzymsów przęseł i żelbetowych słupków starych balustrad, wykonanie stalowych podpór zabezpieczających, opartych na istniejących fundamentach ( cokołach) słupów żelbetowych, zabezpieczenie urządzeń obcych (wodociągu W300), gdzie usunięto luźne i uszkodzone elementy osłon sieci wodociągowej, zamontowano na obiekcie nowe balustrady stalowe, zamontowano nad przewodami trakcji kolejowej nowe osłony przeciwporażeniowe, zamontowano od spodu i z boku przęseł wiaduktu siatki zabezpieczające z tworzywa sztucznego, z użyciem kołków rozporowych, zamontowano wokół istniejących słupów filarów wiaduktu siatki zabezpieczające z tworzyw sztucznych (siatki przymocowano do słupów elementami zaciskowymi, zabroniono stosować łączników ingerujących w słupy), zamontowano na dojazdach do obiektu ogrodzenia, z zamykanymi na klucz drzwiami od strony południowej, z blach trapezowych ocynkowanych,
234 Józef Rabiega zamontowano z obu stron wjazdów na wiadukt ciężkie bariery ochronne kotwione w podłożu w celu zabezpieczenia przed wjazdem na obiekt, zamontowano uszynienia wszystkich nowych elementów stalowych (balustrady, podpory stalowe), pod nadzorem uprawnionego przedstawiciela PKP PLK, zamontowano pionowe, ostrzegawcze oznakowania przed i za obiektem, stosowane dla obiektów wyłączonych z ruchu, wykonano prace porządkowe w obrębie wiaduktu, po zakończeniu naprawy. W czasie trwania prac zabezpieczających wiadukt zabroniono wjazdu na obiekt wszelkim pojazdom. Poniżej na fotografiach (rys. 9) przedstawiono wykonane zabezpieczenia wiaduktu. Rys. 9. Widok wiaduktu z boku, po wykonaniu zabezpieczenia 5. PODSUMOWANIE Zrealizowanie opisanych w opracowaniu prac zabezpieczających pozwoliło na przywrócenie ruchu kolejowego na linii Jelenia Góra Szklarska Poręba. Mimo że prace zostały zrealizowane w trybie pilnym i w okresie zimowym to okazały się one bardzo skuteczne i można by się pokusić, że w takim zabezpieczonym stanie możliwe byłoby nie tylko przywrócenie ruch kolejowego pod wiaduktem ale i ograniczonego ruchu kołowego po wiadukcie. Póki co, po usta-
Sposób zabezpieczenia przed katastrofą żelbetowego wiaduktu 235 leniu właściciela obiektu, trwają dysputy nad jego przebudową lub rozbiórką. W tym drugim przypadku należałoby wybudować konstrukcję wsporczą dla podwieszenia istniejącego przewodu wodociągowego. Po roku użytkowania linii kolejowej wykonano ekspertyzę stanu technicznego tymczasowego zabezpieczania wiaduktu, która wypadła pozytywnie. [5]. LITERATURA [1] GDDKiA. Instrukcje przeprowadzania przeglądów drogowych obiektów inżynierskich, Warszawa 2011. [2] MOSTY Kolasa. Raport z przeglądu rozrzedzonego kontroli okresowej, pięcioletniej i rocznej stanu technicznej sprawności i wartości użytkowej żelbetowego wiaduktu drogowego, Jelenia Góra 2013. [3] MOSTY Józef Rabiega., Ekspertyza techniczna wraz z projektem tymczasowego zabezpieczenia żelbetowego wiaduktu drogowego w km 14,333 dz. 205 AM1, linii kolejowej nr 311 relacji Jelenia Góra Szklarska Poręba w miejscowości Piechowice., Ramiszów grudzień 2013. [4] Rabiega J., Konstrukcja tymczasowego zabezpieczenia stalowego wiaduktu drogowego nad koleją. XXIV Seminarium Współczesne metody budowy, wzmacniania i przebudowy mostów, Poznań Rosnówko 2014. [5] MOSTY Józef Rabiega., Ekspertyza techniczna wykonanego, tymczasowego zabezpieczenia żelbetowego wiaduktu drogowego w km 14,333 Dz. 205 AM nad linią kolejową nr 311 relacji Jelenia Góra Szklarska Poręba w m. Piechowice. Ramiszów grudzień 2014. METHODS OF PROTECTION AGAINST THE DISASTER OF DAMAGED VIADUCT OVER ACTIVE RAILWAY Summary Paper describes the construction and scopes on damages of the three span viaduct made of reinforced concrete, which is located over railway between Jelenia Góra and Szklarska Poręba in city of Piechowice. Paper presents designed construction designed for protection the rail traffic under the viaduct with description of assembled technology.