Dokončený most SO 212.
Článek popisuje dvojici obloukových železobetonových silničních nadjezdů, které jsou součástí úseku dálnice D3 0311 Třebonín – Kaplice nádraží. Tento úsek mezi Českými Budějovicemi a Rakouskem byl uveden do provozu v prosinci roku 2024. Zhotovitelem úseku byl Metrostav Infrastructure a projektantem firma AFRY CZ. Mosty převádí místní komunikace přes trasu dálnice v místě hlubokého zářezu ve skalních a poloskalních horninách. První z mostů s označením SO 209 je zcela integrovaný, založený na poddajných pilotách se zúženým dříkem a druhý s označením SO 212 je navržen jako semiintegrovaný s elastomerovými mostními ložisky.
Integrovaný most SO 209
Most převádí účelovou místní komunikaci mezi obcemi Střítež a Netřebice. Šířka mostu je 6,6 m a příčný sklon vozovky je 2,5 %. Most je navržen jako kolmý a nachází se směrově v přímé a v konstantním podélném sklonu 4,4 %. Celková délka mostu je 67,55 m. Konstrukce je železobetonová a je tvořena plošnými základy, obloukem, svislými stojkami, mostovkou a krajními opěrami založenými na pilotách se zúženým dříkem. Rozpětí oblouku je 42,0 m a vzepětí 5,52 m (L/7,6). Rozpětí jednotlivých polí mostovky je 5,8 m + 6,4 m + 7,2 m + 15,7 m (spojení s obloukem) + 8,4 m + 8,2 m + 9,3 m. Jedná se o zcela integrovanou konstrukci bez mostních ložisek a závěrů.
Most dále tvoří železobetonové římsy šířky 800 mm se zábradelním svodidlem a dvouvrstvá vozovka tloušťky 85 mm. Po podrobném hydrotechnickém posouzení byl oproti zadávací dokumentaci odebrán podélný svod odvodnění a mostní odvodňovače. Most je odvodněn příčným a podélným sklonem za opěru mostu společně s celkem sedmi trubičkami pro odvodnění izolace'
.
Založení a spodní stavba
Založení oblouku je plošné pomocí masivních železobetonových základů šířky 6,6 m se šikmou základovou spárou v úrovni skalního podloží, které tvoří ruly o různé míře zvětrání. Opěry jsou založeny na jedné řadě pilot se zúženým dříkem, jenž umožňuje dilatace konců mostu bez vzniku nadměrného namáhání pilot, které může vzniknout vlivem smršťování betonu a teplotní roztažností konstrukce. Piloty jsou vetknuty do skalního podloží na délku 1,0 m a zbývajících 4,5 m dříku je zúženo pomocí ztraceného bednění tvořeného formou z polystyrenu, které bylo uloženo do vrtu společně s armokošem pilot. S ohledem na tlak čerstvého betonu musel být polystyren opásán plechovými pásky.
Spodní stavbu dále tvoří dvojice vnějších stojek vetknutých do základových bloků oblouku. Průřez stojek je obdélník o rozměrech 2,0 × 0,4 m. U spojení s mostovkou jsou pro snížení vodorovné tuhosti navrženy vrubové klouby. Plocha vrubového kloubu je s ohledem na malé přitížení redukována a kloub je navržen jako členěný z dvojice krčků o rozměrech 0,5 × 0,1 m. Mezera mezi krčky je vyplněna polystyrenem.
Nosná konstrukce
Oblouk je navržen jako dvoukloubový s vrubovými klouby v místě spojení se základy. Průřez oblouku je konstantní obdélníkový o rozměrech 0,7 × 2,4 m. Vnitřní stojky mají obdélníkový průřez o rozměrech 0,4 × 2,0 m a jsou navrženy jako kyvné s vrubovými klouby na obou koncích. Mostovku tvoří železobetonový trám výšky 0,6 m s šířkou 2,4 m a vyloženými konzolami délky 1,85 m. Celková šířka mostovky je 6,1 m. Všechny části nosné konstrukce jsou z betonu C40/50.
Oproti zadávací dokumentaci došlo k úpravě geometrie oblouku a navýšení vzepětí vlivem většího zapuštění oblouku do mostovky, které bylo možné s ohledem na zvolený postup výstavby a polohu pracovní spáry. Po zhodnocení několika tvarů střednice oblouku byla s ohledem na zanedbatelné rozdíly vnitřních sil zvolena střednice ve tvaru kružnice o konstantním poloměru 42,67 m. Dle podrobnějšího statického posouzení došlo ke zvětšení výšky průřezu oblouku z 0,6 m na 0,7 m a průřez mostovky byl sjednocen s mostem SO 212 na trám výšky 0,6 m z původních 0,7 m. Změnou tlouštěk prvků došlo zároveň ke zdůraznění hlavního nosného prvku a bylo dosaženo celkového snížení nákladů na beton i výztuž nosné konstrukce.
Pro výstavbu nosných konstrukcí obou mostů byla zvolena prostorová pevná skruž firmy PERI. Postup výstavby nosné konstrukce byl rozdělen na tři základní části. V první fázi proběhla výstavba skruže a bednění oblouku, po níž následovala samotná betonáž do úrovně šikmé pracovní spáry mezi obloukem a mostovkou. Betonáž probíhala symetricky od obou základů směrem ke středu rozpětí. Společně s obloukem byly betonovány části vnitřních stojek P20 a P30 pod spodními vrubovými klouby. V druhé fázi proběhla betonáž stojek P20 a P30 včetně horních vrubových kloubů. V poslední fázi byla betonována mostovka společně s příčníky a částmi křídel či celým semiintegrovaným zakončením mostu u objektu SO 212. Odskružení celé konstrukce probíhalo v jedné fázi a skruž oblouku byla ponechána až do doby dostatečného zatuhnutí později betonované mostovky. Tímto postupem bylo zajištěno přerozdělení obloukové normálové síly rovnoměrně do celého spřaženého průřezu v místě spojení oblouku a mostovky.
Semiintegrovaný most SO 212
Most převádí polní cestu mezi obcemi Mojné a Skřídla. Šířka mostu je 6,6 m a příčný sklon je 3,0 %. Most je navržen jako kolmý a nachází se směrově v přímé a v konstantním podélném sklonu 2,5 %. Celková délka mostu je 64,51 m, rozpětí oblouku je 42,25 m a vzepětí 4,3 m (L/9,8). Rozpětí jednotlivých polí mostovky je 7,5 m+ 7,0 m + 7,0 m + 18,41 m + 6,5 m + 6,5 m + 6,0 m. Příslušenství je shodné jako u mostu SO 209.
Založení a spodní stavba
Založení oblouku je u obou mostů shodné na masivních plošných železobetonových základech. U pilíře s označením P40 nebylo zastiženo podloží predikované inženýrsko-geologickým průzkumem a s ohledem na požadovanou únosnost bylo nutné provést sanaci podloží odtěžením zvětralé horniny. Následně byl tento prostor vyplněn plombou z prostého betonu. Spodní stavba je dále tvořena stejně jako u objektu SO 209 dvojicí svislých stojek.
S ohledem na rozdílné geologické podmínky a řešení z předchozího stupně projektové dokumentace jsou krajní opěry obou mostů řešeny různým způsobem. Most SO 212 byl v původním řešení, s ohledem na vyšší předpokládanou úroveň skalního podloží, založen plošně na kluzné spáře tvořené mletým grafitem obaleným asfaltovými pásy. Toto řešení bylo v realizační dokumentaci, s ohledem na nejistoty ve statickém působení a životnosti, nahrazeno přidáním elastomerových ložisek a semiintegrovaným zakončením mostu bez mostních závěrů.
Semiintegrované zakončení mostu tvoří koncový příčník nesoucí křídla, plentovací zídky a přechodovou desku. Příčník je na plošně založené opěře uložen pomocí dvojice elastomerových ložisek. Koncový příčník se zavěšenými prvky je výhodný i ze statického hlediska s ohledem na přitížení ložisek, která jsou s ohledem na deformace hlavního obloukového pole náchylná ke zvedání.
Nosná konstrukce
Stejně jako u spodní stavby došlo v rámci realizační dokumentace i u nosné konstrukce ke sjednocení tvaru prvků a postupu výstavby s mostem SO 209. U nosné konstrukce mostu SO 212 spočívalo v nahrazení proměnné tloušťky oblouku za oblouk s konstantním průřezem a změnou jednoho páru šikmých vzpěr na dva páry svislých stojek.
Oblouk je navržen jako dvoukloubový s obdélníkovým průřezem o rozměrech 0,7 × 2,4 m. Střednice oblouku má tvar kružnice o složených poloměrech. Poloměr je ve střední části 58,5 m a v krajních částech se za kyvnými stojkami zmenšuje na 33,0 m pro zvýšení vzepětí a redukci vnitřních sil v rozhodujících průřezech při zachování průjezdného prostoru. Vnitřní i vnější stojky mají obdélníkový průřez o rozměrech 0,4 × 2,0 m se shodným uspořádáním vrubových kloubů jako u SO 209. Mostovka je taktéž shodná s objektem SO 209 s jediným rozdílem, kterým je větší příčný sklon 3,0 %.
Statická analýza
Statická analýza byla provedena pomocí prostorového prutového a deskostěnového modelu v programu Midas Civil. Globální prutový model konstrukce byl využit pro posouzení jednotlivých konstrukčních prvků a stabilitní analýzu. Deskostěnový model sloužil pro stanovení efektivních šířek a posouzení příčného směru mostovky. Pro kontrolu globálního prutového modelu byl vytvořen podrobný model zohledňující postupnou výstavbu příčného řezu v místě spojení oblouku a mostovky.
Založení mostu
S ohledem na nízké vzepětí oblouku bylo důležité zachytit významnou vodorovnou složku reakcí. Šikmá základová spára proto byla navržena tak, aby byla kolmá na výslednici reakcí působících sil ze stojky a oblouku. Na základě vypočteného kontaktního napětí v základové spáře byla projektovou dokumentací předepsána minimální požadovaná únosnost a kategorie zastižených hornin na stavbě.
Hlubinné založení opěr mostu SO 209 bylo posouzeno v rámci globálního modelu. Pata piloty byla vetknuta do skalního podloží a byla modelována pružným podepřením ve svislém i vodorovném směru. Zúžený dřík díky polystyrenovému ztracenému bednění nebrání příčným deformacím ani nemůže působit plášťovým třením. Ve výpočetním modelu proto nemá žádné podpory.
Redukce tuhosti vlivem trhlin v železobetonu
Obloukové mosty jsou náchylné na nesilové zatížení. Pro snížení těchto účinků je dle ČSN EN 1992-1-1 čl. 5.4 umožněno redukovat tuhost spodní stavby s ohledem na vznik trhlin. Při nižší tuhosti stojek nebude v takové míře bráněno deformacím konstrukce a vnitřní síly způsobené nesilovým zatížením se sníží. Pro bezpečné posouzení v mezních stavech použitelnosti byl podrobně stanoven vliv tahového zpevnění, který zvyšuje reálnou tuhost konstrukce a jeho zanedbání by vedlo k podcenění vnitřních sil. Do výpočetního modelu byla redukce tuhosti vnesena snížením ohybové tuhosti exponovaných průřezů, které se nachází ve spodní části vnějších stojek vetknutých do základu.
Dimenzování vnějších stojek na ohybové momenty odpovídající konstrukci s plnou tuhostí průřezů by vedlo k nehospodárnému návrhu. S popsanou redukcí tuhosti bylo dosaženo snížení hmotnosti podélné výztuže vnějších stojek o více než 50 %.
Stabilitní výpočet
Pro štíhlé obloukové mosty s poměrně malým vzepětím byl proveden stabilitní výpočet a ověření vlivu II. řádu. Stabilitní výpočet byl v první fázi uvažován s lineárně pružnou konstrukcí bez vlivu trhlin a efektivního modulu pružnosti. Výpočet spočíval v hledání vlastního čísla prvního tvaru vybočení, které určuje poměr skutečného zatížení k zatížení, při němž dojde v kritickém prvku ke kritické hodnotě tlakové normálové síly.
Pro výpočet byla uvažována charakteristická kombinace s vlastní tíhou mostu, ostatním stálým zatížením, rovnoměrným teplotním ochlazením a silniční dopravou. Silniční doprava byla reprezentována základním modelem LM1 dle evropských norem v nejméně příznivé poloze přibližně ve čtvrtině oblouku dle analýzy příčinkových čar.
Vlastní číslo stanovené tímto výpočtem bylo λ = 22. To znamená, že až při 22násobném zvětšení hodnot charakteristického zatížení by bylo dosaženo v oblouku kritické normálové síly a následné ztrátě stability. Toto zvětšení nelze považovat za reálné a lze konstatovat, že vzpěr nemá zásadní vliv na návrh konstrukce.
Pro posouzení účinků dle teorie II. řádu byl proveden výpočet na zdeformované konstrukci v podobě prvního vlastního tvaru vybočení. Maximální uvažovaná výchylka byla stanovena dle ČSN 73 6214 Z1 a ČSN EN 1992-2 kap. 5.2 na 23 mm, což odpovídalo předpokládaným deformacím od vnějšího zatížení. Na výpočetním modelu se zohledněním deformovaného tvaru byl proveden výpočet dle teorie II. řádu.
Deformace mostu a nadvýšení
Aby mohly být mosty navrženy bez mostních závěrů, bylo nutné splnit limitní vodorovný posun konců mostu 30 mm dle TP 261. Posouzení prokázalo, že oba mosty lze navrhnout bez mostních závěrů s navrženým opatřením proti vzniku trhlin ve vozovce dle TP 261, konkrétně řezanou spárou ve vozovce u mostu SO 209 a pruhem z dlažebních kostek u SO 212.
Nadvýšení bednění je navrženo dle ČSN 73 6214. Na konci životnosti je nadvýšení provedeno pro zatížení stálá, reologické účinky betonu a 50% zatížení modelem LM1. K těmto hodnotám deformací nosné konstrukce byly připočteny deformace skruže a podloží a výsledné nadvýšení uprostřed rozpětí dosahovalo u SO 212 – 61 mm a u SO 209 – 50 mm.
Po odskružení byl most stále nad ideální projektovanou úrovní. S ohledem na smršťování a dotvarování betonu bude s přibývajícím časem docházet k nárůstu průhybů a konstrukce se bude postupně přibližovat do ideální projektované polohy, v níž by se dle predikcí měla nacházet v čase 100 let od betonáže.
Při porovnání průhybu vlivem odskružení mezi výpočetním modelem a geodetickým zaměřením došlo u mostu SO 209 k téměř dokonalé shodě tvaru i hodnot průhybové čáry. Správné chování konstrukce bylo zároveň prokázáno statickou zatěžovací zkouškou mostu, která byla provedena ve dvou zatěžovacích stavech při symetrickém a nesymetrickém zatížení.
Tvorba projektové dokumentace
V tomto projektu byla použita kombinace programů Rhinoceros, Grasshopper a Tekla Structures pro vytvoření prostorového modelu včetně jeho parametrického vyztužení. V programu Tekla Structures byly dále vytvořeny výkresy výztuže a výkazy položek. Po exportu z nativních programů do ifc je možné pomocí přiložených QR kódů prohlížení mostů v prostředí CDE Trimble Connect bez potřeby modelovacích programů pomocí webového prohlížeče.
Závěr
V rámci realizační dokumentace se podařilo tvarově i funkčně sjednotit dvojici obloukových nadjezdů na úseku D3 0311. Celkové náklady byly sníženy oproti předchozímu stupni projektové dokumentace a byly odstraněny problematické detaily na údržbu, kterými byly podélný svod odvodnění a mostní odvodňovače u mostu SO 209 a kluzná spára z mletého grafitu obaleného vrstvou asfaltových pásů u mostu SO 212.
Statická analýza mostu prokázala možné úspory v návrhu semiintegrovaných a integrovaných konstrukcí s ohledem na redukci tuhosti průřezu vlivem trhlin. U mostů bylo efektivně využito parametrické navrhování a tvorba prostorového modelu včetně vyztužení, což díky opakovatelnosti a sjednocení tvarů konstrukcí vedlo k úspoře pracnosti při tvorbě projektové dokumentace.
Během výstavby bylo nejvíce komplikované založení mostu SO 212 s ohledem na nezastižení požadovaných hornin v základové spáře základu oblouku a nutnou sanaci podloží. Realizace pilot se zúženým dříkem u mostu SO 209 a semiintegrovaného zakončení mostu SO 212 netvořila zhotoviteli žádné problémy a byla provedena v požadované kvalitě. Samotné nosné konstrukce byly provedeny s velkou přesností a deformace mostu po odskružení i výsledky zatěžovací zkoušky velice dobře korespondují s předpoklady výpočetního modelu.
Autoři: Ing. Martin Neradílek,
AFRY CZ s.r.o.
martin.neradilek@afry.com
Ing. Lukáš Zemek,
AFRY CZ s.r.o.
lukas.zemek@afry.com
Ing. Josef Král,
Metrostav Infrastructure a.s.
josef.kral@m-infra.cz
Ing. Ondřej Beneš,
Metrostav Infrastructure a.s.
ondrej.benes@m-infra.cz
Ondřej Adámek,
Metrostav Infrastructure a.s.
ondrej.adamek@m-infra.cz
Zdroje:
- Martin NERADÍLEK, Lukáš ZEMEK. Fotografie z výstavby a projektová dokumentace RDS: Mosty SO 209 a SO 212 na úseku D3 031 2023.
- Metrostav Infrastructure a.s. Fotografie z výstavby dálnice D3 0311 poskytnuté Ing. Tomášem Bílkem.
