Pohled na zavěšenou část
Předmětem článku je popis technického řešení silničního mostu SO 201 přes kolejiště ČD a řeku Bílinu navrženého v rámci obnovy komunikačního spojení města Mostu s okolními obcemi ležícími severně od města Most, tj. Mariánské Radčice a Braňany. Návrh mostu je silně ovlivněn bývalou těžbou hnědého uhlí v místě mostu, kde se nacházejí mohutné výsypky. Současně navržený most řeší požadavek na překlenutí velkého rozpětí přes kolejiště tramvajových a železničních tratí v prvním poli.
ÚVOD
Most SO 201 je význačným mostním objektem na obnovené silnici III/2565. Morfologie území je v místě mostu a jeho širším okolí silně poznamenána antropogenními zásahy spojenými především s těžbou a zpracováním hnědého uhlí. Trasa je situována v nemalém úseku do blízkosti horní hrany zbytkových jam hnědouhelných dolů nebo na plošiny vnitřních výsypek. 200 let důlní činnosti a na ně navazujících průmyslových provozů se projevilo na inženýrsko-geologických poměrech oblasti. Především se jedná změny vrstevních sledů s uplatněním hlavně geodynamických jevů, zejména poklesů terénu vlivem hlubinné činnosti a sesuvné jevy na svazích povrchových dolů a jejich výsypek.
Most je navržen jako 6polový. Překračuje trať rychlodráhy, trať SŽDC, silniční komunikaci a řeku Bílinu. Je navržen jako zavěšená ocelobetonová konstrukce s délkou přemostění 166,8 m a s rozpětími polí 51,0 + 27,0 + 26,0 + 23,0 + 23,0 + 18,0 m. První tři pole jsou zavěšená s ocelovou trámovou NK a spřaženou ŽB deskou, zbývající estakádní pole jsou tvořena dvojtrámovým průřezem z předpjatého betonu.
Šířka vozovky na mostě je proměnná a to od 7,50 m v zavěšené části po 9,10 m v estakádní části, která je vedena ve směrovém levostranném oblouku. Maximální šířka mostu je 12,20 m. Konstrukční výška ocelové NK je 1,33 m, předpjaté NK 1,00 m. Výstavba mostu započala v roce 2016. Uvedení do provozu se předpokládalo na podzim roku 2018, průběh se ale lehce protáhl.
PILOTOVÉ ZALOŽENÍ
Most je navržen na vrtaných pilotách průměru 1 200 mm v délkách 27,0 – 32,0 m. Do hloubky cca 21 m byly paženy pomocí ocelových výpažnic, zbývající délka je nepažená. V horní pažené části prochází piloty výsypkou. Maximální počet pilot pod pilíři je 12 ks (pylon), pod opěrou 1 je 13 ks pilot. V hlavě jsou piloty převázány základovými pasy, do kterých jsou vetknuty pilíře.
SPODNÍ STAVBA
Spodní stavba mostu je tvořena mohutnou krajní opěrou s křídly vetknutými do opěry a základů, pylonem P2, mezilehlými pilíři P3‑P6, a opěrou OP7 se zavěšenými křídly.
Dominantou spodní stavby je pylon P2. Ten se skládá ze dvou dříků o stejném příčném řezu, jaký mají mezilehlé pilíře P3 až P6. Příčný řez je délky 1,5 m, šířky 1 m s eliptickým zaoblením. Do dříků pylonu je zabetonována ocelová konstrukce, která slouží k ukotvení závěsů. Oba dříky jsou uloženy na společném základovém železobetonovém bloku. Betonová část pylonu je z betonu C35/45 XF4, XD3, XC4. Celková výška pylonu je 29,5 m.
NOSNÁ KONSTRUKCE
Nosná konstrukce je v zavěšené části mostu tvořena dvojicí ocelových hlavních nosníků, které jsou spřaženy s železobetonovou deskou. V návaznosti pak pokračuje monolitický dodatečně předpínaný dvojtrám.
Ocelová nosná konstrukce v zavěšené části
Mostovka zavěšené části mostu je tvořena dvojicí ocelových hlavních nosníků, které jsou spřaženy s železobetonovou deskou. Hlavní ocelové nosníky jsou v příčném směru osově vzdáleny 11 m, půdorysně jsou přímé a podélně jsou v proměnném podélném sklonu. Celková délka každého z nosníků je 100,825 m. Výška nosníku je konstantní 1,33 m. Horní pásnice je konstantní šířky 0,4 m, dolní pásnice pak má rovněž neměnnou šířku a to 0,35 m. Na vnější hraně horní pásnice je navařena okapní lišta tvořená uzavřeným svařovaným profilem tloušťky 6 mm. Horní pás hlavního nosníku je stabilizován také výztuhou tl. 10 mm, která je navařena mezi příčníkem a spodní hranou vnitřní části horní pásnice. Na vnitřní hraně stojiny hlavního nosníku jsou navařeny trny průměru 22 mm, který spřahuje ocelový hlavní nosník s betonovou deskou. V místě pylonu hlavní nosníky pylonem prochází. Dílce HN jsou předem do pylonu zabetonovány. Spolupůsobení mezi ocelovou a betonovou částí je uskutečněno spřahovacími trny a betonářkou výztuží.
Ocelové příčníky jsou umístěny v podélném směru mezi opěrou 1 a pilířem P3 po 4,0 m. Od pilíře P3 dále jsou pak příčníky po vzdálenostech 3,8 m. Délka příčníků je cca 11 m. Spodní pásnice příčníku je navařena ke spodní pásnici hlavního nosníku. Půdorysný přechod spodních pásnic je plynulý v poloměru 150 mm. tento rádius je vytvořen na spodní pásnici příčníku. Horní pásnice příčníku a stojina jsou navařeny ke stojině hlavního nosníku. Horní pásnice je na délce 9,0 ve sklonu 2,5 %, ve zbývajících 2,0 m je pak v opačném sklonu 4,0 %. Pásnice je tloušťky 20 mm a šířky 350 mm. Spodní pásnice je v konstantním sklonu a je tloušťky 25 mm a šířky 350 mm. Stojina příčníku je tloušťky 10 mm a s proměnnou výškou od 711 mm do 823 mm. Všechny příčníky jsou konstantních rozměrů, pouze příčníky kolem pylonu mají horní i spodní pásnice tlustší o 10 mm. Příčníky jsou spřaženy s betonovou částí mostovky pomocí spřahovacích trnů, které jsou navařeny na horní pásnici.
Spřažená mostovka je vynášena závěsy, které jsou ukotveny v pylonu a v hlavním ocelovém nosníku. Závěsy jsou vzájemně rovnoběžné. Závěsy vynášející hlavní pole svírají s pylonem úhel 65 °, závěsy na opačné straně pak svírají s pylonem úhel 64 °. Na mostě je celkem 20 závěsů délky 9,4 – 41,3 m a skládají se ze 73 drátů průměru 7 mm. Použitý materiál závěsů je pevnosti 1 670 MPa. Kotvení závěsů v pylonu je systémem vidlička, kdy koncovka závěsu je vybavena vidličkou, která se přes čep ukotví do předem zabetonovaného plechu v pylonu. Kotvení závěsů v hlavním nosníku je systémem matice, kdy se matice závěsu navlékne na vodící trubku. Vodící trubka je vevařena do kotevního plechu tl. 50 mm a ten je následně vevařený do stojiny hlavního nosníku. Požadovaná životnost závěsů je 100 let. Vzhledem ke kategorii komunikace a počtu závěsů na mostě se při návrhu nepředpokládá výměna závěsů za provozu. V případě potřeby by byly závěsy vyměněny za vyloučení provozu na mostě. Je nutné závěsy realizovat tak, aby během životnosti mostu bylo možné kontrolovat a případně rektifikovat sílu v jednotlivých závěsech, event. i závěsy vyměnit.
Spřažená ŽB deska ocelové nosné konstrukce
Spřažená ŽB deska ocelové konstrukce je z části prefabrikovaná – tvořená filigrány s dodatečným zmonolitněním a z části monolitická – jedná se o oblast pylonu a betonových příčníků nad opěrou OP1 a podpěrou P3. Spřažená deska je navržena celkové konstantní tloušťky 300 mm. Mezi ocelovými příčníky u pylonu P2 je z ohledem na zvýšené namáhání navržena tl. 450 mm. Spřažená deska je s pylonem P2 spojena tuze – vetknutím, které je zajištěno propojovací vyčnívající výztuží z pylonu do mostovkové desky.
Monolitický dodatečně předpínaný dvojtrám
Monolitický dodatečně předpínaný dvojtrám je navržen na konci ocelové konstrukce v poli 3, ve vzdálenosti 7 m od osy uložení na podpěře 4. V délce 3,00 m je propojen s ocelovou nosnou konstrukcí pomocí spřahovacích trnů. V polích 4, 5 má délku 23,00 m (v každém v ose silnice). V poli 6 pak 18,00 m. Dvojtrám začíná za posledním ocelovým příčníkem – ten zajišťuje příčnou tuhost spojení.
Monolitický dvojtrám je navržen z betonu C 45/55 XF2, XD1, XC3, je předepnut kabely z oceli Y 1860 S7-15.7 (4 ks jednostranně napínané z opěry OP7 v každém z dvojice krajních trámů – tj. celkem 8 ks). Příčný řez je navržen výšky 1,00 m. Trámy jsou situovány na vnějším okraji. Vnější líc je svislý, vnitřní je pak ukloněn o 200 mm k místu spojení s monolitickou deskou.
Propojení krajních trámů v příčném směru je zajištěno deskou proměnné tloušťky. U trámu je tl. 450 mm. Následuje náběh na konstantní šířce 3,00 m od vnitřního líce trámů. Střední deska je konstantní tloušťky 350 mm. Její šířka je proměnná. Nad pilířem P3 je navržen příčník š. 1,50 m, který je přikotven ke spodní stavbě pomocí předpínacích tyčí přes vrubové klouby.
Most se v monolitické dvojtrámové části rozšiřuje dle směrového řešení silnice na mostě. Dochází ke změně celkové šířky nosné konstrukce šířky z 11,00 m na šířku 11,70 m. Současně dochází v rozsahu monolitického dvojtrámu k překlápění silnice z pravostranného sklonu 2,50 % na levostranný sklon 5 %.
Monolitický dvojtrám je navržen s tzv. nepřímým uložením na podpěrách spodní stavby přes betonové příčníky, a to na hrncová ložiska.
PŘÍSLUŠENSTVÍ
Římsy jsou navrženy z monolitického betonu. V rozsahu ocelobetonové konstrukce jsou vnější pohledové plochy římsy tvořeny uzavřenou plentou, která je součástí hlavního ocelového nosníku. V monolitické části je římsový nos součástí monolitické ŽB římsy. Pro plynulé navázání ocelové konstrukce na opěru OP1 je na křídlech opěry OP1 zvolen upravený tvar římsy s římsovým nosem výšky 1,345 m.
Na mostě jsou navrženy revizní chodníky šířky min. 750 mm s mostními svodidly ZSKLS-I/H2. Na vnějším okraji říms jsou navržena mostní zábradlí se svislou výplní doplněná nad elektrifikovanými tratěmi protidotykovými zábranami z průhledného polykarbonátu. Vozovka je dvouvrstvá celkové tloušťky 90 mm. Na obou opěrách jsou navrženy hřebenové mostní závěry WP 180 (± 90 mm) a WP 250 (± 125 mm).
Podélné svody odvodnění jsou vedeny tak, aby nenarušovaly vnější pohledovou linii, tj. mezi vnějšími pohledovými trámy s vyústěním u obou krajních opěr.
POSTUP VÝSTAVBY
Výstavba mostního objektu 201 byla rozdělena do 3 základních fází. V první fázi byly vybetonovány prvky spodní stavby včetně pilotového založení. Dále byly rozmístěny podpěry pro montáž ocelové konstrukce a byla postavena skruž pro betonáž dvoutrámové monolitické části.
V rámci druhé fáze bylo uloženo a následně spojeno všech 5 montážních dílců ocelové konstrukce, přičemž byla vytvořena zbylá část pylonu se zabetonovaným montážním dílcem č. 3. Zároveň byla vybetonována a následně předepnuta monolitická dvoutrámová část.
V poslední, třetí fázi byla vybetonována spřažená deska zavěšené části mostu. Po 14 dnech po betonáži byly odstraněny 3 montážní podpěry. Následně po 30 dnech od betonáže spřažené desky byly napnuty závěsy v pořadí od nejkratších po nejdelší. Po napnutí závěsů byly odstraněny zbývající montážní podpěry a osazeno mostní příslušenství.
STATICKÝ VÝPOČET
Globální analýza konstrukce je provedena na prostorovém modelu vytvořeném v programovém prostředí MIDAS Civil. Spodní stavba modelu (podpěry, základy, piloty) je tvořena z prutových prvků, mostovka je kombinací roštu z prutů (ocelové podélné a příčné nosníky, předpjaté trámy a příčníky dvoutrámové konstrukce) a mostovkové desky ze skořepinových prvků.
Uložení konstrukce na opěry je modelováno pomocí nekonečně tuhých ramen, nahrazující skutečné uložení na dvojici ložisek. Mezilehlé pilíře včetně pylonu jsou v patě rámově spojeny se základem. Spojení nosné konstrukce s pylonem je rámové, s ostatními podpěry kloubové. U P3 kloubový spoj představuje vrubový kloub, u zbylých podpěr klouby představují hrncová podélně posuvná a všesměrná ložiska. Pro simulování hlubinného založení konstrukce byly pod základem pylonu a podpěry 3 namodelovány piloty, které jsou ve vodorovném směru podepřeny pružnými podporami, jejichž tuhosti jsou stanoveny z modulu reakce podloží kh dle IGP. Pod základy zbylých podpěr je použita pilotová náhrada o délce 3,5 m.
Statický model v sobě zahrnuje postup výstavby a dlouhodobé účinky zatížení s ohledem na stáří konstrukce a zohledňuje tak materiálově nelineární chování betonu v čase. Po dokončení výstavby jsou pak na konečném modelu vyhodnoceny účinky jednotlivých zatěžovacích stavů, pohyblivého zatížení a poklesů podpor.
Aerodynamická stabilita
Divergence a flutter jsou nestability, které se vyskytují, pokud rychlost větru přesáhne kritickou hodnotu. Pro ověření aerodynamické stability mostovky jsou použity 2 postupy dle odborné literatury. 1. postup je dle knihy CABLE-STAYED BRIDGES od Holgera Svenssona, kde pro stanovení kritické rychlosti větru je použita metoda podle Klöppel/Thieleho. Ve 2. postupu je kritická rychlost větru stanovena dle Selberga. Na závěr jsou ověřeny kritéria dle normy EN 1991-1-4, příloha E, článek E.4.
I když dle kritérií ČSN EN 1991-1-4 je konstrukce náchylná k flutteru, ve výpočtech bylo prokázáno, že hodnota kritické rychlosti, při níž by byla konstrukce nestabilní, daleko převyšuje střední rychlost působícího větru. Způsob výpočtu podle Klöppel/Thieleho je více na stranu nebezpečnou, jelikož při tomto výpočtu se uvažuje i s tvarem příčného řezu mostovky. Minimální, a tedy rozhodující hodnota kritické rychlosti větru je vypočtena pro 1. svislé ohybové a torzní vlastní tvary pro průřez bez uvažování ostatního stálého zatížení.
Posouzení exponovaných detailů
Detailně posouzeny byly zejména přípoje táhel na nosnou konstrukci a na pylon. Posouzení ukotvení bylo provedeno pomocí deskostěnového modelu programem MIDAS. Konstrukční detail byl namáhán silami v nejvíce namáhaném závěsu. Byly sledovány 3 zatěžovací stavy: Síly v charakteristické kombinaci, síly v závěsech v ULS a síly od závěsů, které odpovídaly únosnosti závěsů. Tím byl prověřen i stav, který prokázal, že detail ukotvení závěsů má větší únosnost než samotný závěs. Zatímco v ULS a v mezním stavu porušení závěsů model zohledňuje i plastické chování materiálu, v SLS k plastickému chování nedochází a materiál se chová pružně.
ZÁVĚR
Vzhledem k náročným podmínkám na výstavbu je most ukázkou zručnosti stavebních firem počínaje pracemi v extrémně složitých základových poměrech a konče provedením složitých konstrukčních detailů ocelové nosné konstrukce. Po technické stránce jde tedy o poměrně unikátní konstrukci v rámci posledních několika let v české Republice. Výsledná stavba představuje zajímavé a elegantní dílo inženýrského stavitelství.
PODĚKOVÁNÍ
Poděkování patří pracovníkům zhotovitelských firem: „Společnost pro Silnici Mariánské Radčice SDS Exmost a Herkul“. Vedoucímu sdružení Herkul a. s. Za SDS Exmost dokončovala výstavbu Silnice Group a. s. Dodavatelem ocelové konstrukce byly OK Třebestovice a. s. Dodavatele pilotového založení bylo Zakládání staveb, a. s.
