Niestabilne nasypy kolejowe stwarzają znaczne problemy i trudności w utrzymaniu ruchu kolejowego. Prowadzi to zwykle zmniejszenia prędkości ruchu kolejowego lub w skrajnych sytuacjach do wyłączenia ruchu niebezpiecznych odcinków. Za granicą komórkowy system GEOWEB stosowany jest od kilkunastu lat w kolejnictwie do ulepszania gruntów, wzmacniania podtorzy i nasypów pokryciami ochronnymi lub ściana mi oporowymi. Podstawowym elementem systemu GEOWEB jest geosiatka komórkowa o strukturze zbliżonej do plastra miodu.

Innowacyjne systemy stabilizacji gruntu: Case study naprawy nasypu kolejowego w technologii GEOWEB

Współczesne budownictwo komunikacyjne staje przed coraz większymi wyzwaniami związanymi z niestabilnością podłoża, szczególnie w rejonach o skomplikowanej budowie geologicznej lub na odcinkach eksploatowanych intensywnie przez dziesięciolecia. Jednym z najbardziej efektywnych rozwiązań w zakresie stabilizacji gruntów i wzmacniania skarp jest system GEOWEB – trójwymiarowa struktura komórkowa, która zrewolucjonizowała podejście do inżynierii geotechnicznej.

Charakterystyka techniczna systemu GEOWEB

Pojedyncza sekcja geosiatki komórkowej (geoceli) GEOWEB składa się z szeregu połączonych ze sobą taśm polietylenowych o wysokiej gęstości (HDPE). W pozycji rozłożonej standardowa sekcja zajmuje powierzchnię około 14,88 m² (wymiary 6,1 m x 2,44 m). Kluczowym parametrem doboru systemu jest wysokość komórek, która jest dostosowywana do przewidywanych obciążeń oraz rodzaju wypełnienia. Najczęściej stosowane wysokości to:

• 76 mm – stosowane przy lekkich wzmocnieniach powierzchniowych;
• 102 mm – optymalne dla stabilizacji skarp o umiarkowanym nachyleniu;
• 152 mm – dedykowane do wzmacniania podtorzy i dróg o dużym natężeniu ruchu;
• 203 mm – wykorzystywane w najtrudniejszych warunkach inżynieryjnych i przy budowie murów oporowych.

Kompletny system GEOWEB to nie tylko same geocele. W skład zintegrowanego rozwiązania wchodzą również materiały pomocnicze, takie jak geotkaniny separacyjne, specjalistyczne systemy kotwienia (szpilki stalowe lub polimerowe) oraz różnorodne materiały wypełniające. W zależności od przeznaczenia, komórki można zasypywać piaskiem, glebą (pod obsiew roślinnością), żwirem, tłuczniem, a nawet betonem w przypadku kanałów odpływowych.

Analiza przypadku: Awaria nasypu na linii Katowice-Warszawa

Praktyczną skuteczność systemu GEOWEB udowodniła głośna realizacja w miejscowości Chruszczobród, na 285. kilometrze towarowej linii kolejowej Katowice-Warszawa (tor nr 3). Problem narastał od 1997 roku, kiedy to po ekstremalnie intensywnych opadach deszczu odnotowano pierwsze niepokojące odkształcenia skarpy oraz korony nasypu.

Początkowe próby ratowania sytuacji metodami tradycyjnymi – polegające na uzupełnianiu podsypki tłuczniowej i jej zagęszczaniu – okazały się niewystarczające. W styczniu 1998 roku procesy destrukcyjne przyspieszyły. Na koronie nasypu pojawiły się głębokie szczeliny, a w masie gruntu doszło do powstania tzw. przewałów, co było jasnym sygnałem utraty stateczności globalnej nasypu. Ze względów bezpieczeństwa ograniczono prędkość pociągów, a w marcu 1998 roku podjęto radykalną decyzję o całkowitym wyłączeniu toru z eksploatacji.

Złożone warunki geologiczne

Badania geotechniczne ujawniły przyczynę problemu. Nasyp, wzniesiony blisko pół wieku wcześniej, charakteryzował się heterogenną strukturą. W górnej części zalegały grunty słabonośne: żużel wielkopiecowy i odłamki wapienne. Głębiej znajdowały się iły oraz iłołupki, które w kontakcie z wodą traciły parametry wytrzymałościowe. Dodatkowym czynnikiem ryzyka było stwierdzone w podłożu występowanie zjawisk krasowych, co tworzyło realne zagrożenie dla stabilności całej infrastruktury.

Wariantowanie rozwiązań inżynieryjnych

Inżynierowie rozważali kilka koncepcji naprawczych, starając się zrównoważyć koszt, czas realizacji oraz trwałość efektu:

1. Głęboka wymiana gruntu: Usunięcie słabonośnych warstw do głębokości 4 metrów poniżej podtorza i zastąpienie ich gruntem sypkim o wysokiej jakości. Metoda ta była jednak niezwykle kosztowna i czasochłonna.
2. Konstrukcje masywne: Budowa muru z żelbetu lub kamienia łamanego. Rozwiązanie trwałe, ale wymagające ciężkiego sprzętu i długich przerw w ruchu.
3. Gabiony: Umocnienia z koszy siatkowo-kamiennych, które choć elastyczne, nie gwarantowały pełnej stabilizacji podtorza pod dynamicznym obciążeniem kolejowym.
4. System GEOWEB: Wybrany ostatecznie ze względu na unikalne korzyści.

Decyzja o wyborze geokomórek GEOWEB zapadła dzięki możliwości szybkiego przywrócenia ruchu, braku konieczności prowadzenia głębokich wykopów (co mogłoby dodatkowo zdestabilizować sąsiednie tory), znacznie niższym kosztom inwestycyjnym oraz drastycznej minimalizacji osiadania eksploatacyjnego.

Realizacja i parametry techniczne wzmocnienia

Projekt naprawczy objął trzy kluczowe obszary: wzmocnienie podtorza, zabezpieczenie prawej skarpy nasypu pokryciem ochronnym oraz budowę ściany oporowej w technologii GEOWEB. Prace ruszyły pod koniec maja 1998 roku.

Skuteczność systemu potwierdzono badaniami nośności płytą dynamiczną VSS. Wyniki były jednoznaczne:

• Przed wzmocnieniem: Wtórny moduł odkształcenia (E2) wynosił zaledwie 26,5–50,0 MPa, co było wartością niedopuszczalną dla linii magistralnych.
• Po zastosowaniu GEOWEB: Moduł E2 wzrósł do poziomu 112,5–115,4 MPa, co oznaczało ponad dwukrotną poprawę sztywności i nośności konstrukcji.

Harmonogram prac i efekty końcowe

Tempo prac było imponujące, co jest jedną z głównych zalet systemów komórkowych. Montaż sekcji na skarpie rozpoczął się 23 czerwca, a na podtorzu 29 czerwca 1998 roku. Już 10 lipca dopuszczono odcinek do ruchu z prędkością 15 km/h. Wraz z postępem prac wykończeniowych, 2 sierpnia prędkość zwiększono do 30 km/h. Pełne zakończenie instalacji 4000 m² geosiatki nastąpiło 30 lipca, a ostateczny odbiór techniczny i przywrócenie prędkości rozkładowej miały miejsce 29 września 1998 roku.

Zastosowanie systemu GEOWEB w Chruszczobrodzie stało się wzorcowym przykładem na to, jak zaawansowane technologie geosyntetyczne pozwalają na rozwiązanie krytycznych problemów infrastrukturalnych w sposób szybki, ekonomiczny i trwały, eliminując ryzyko związane ze zjawiskami krasowymi i słabą nośnością podłoża.