Výstavba zavěšeného silničního mostu v Pardubicích u Fáblovky

Zavěšený most přes Labe je součástí stavby silnice I/36 – úsek Trnová, Fáblovka, Dubina. Jedná se o první velkou stavbu ŘSD, která byla soutěžena formou Design & Build. To umožňovalo uchazečům upravit návrh konstrukcí svým možnostem a tomu přizpůsobit nabídkovou cenu. Článek se soustředí výhradně na most přes Labe, který je nejvýznamnějším objektem stavby. Zadavatel stanovil závazné parametry mostu, kterými jsou zejména: typ konstrukce – jednopylonový zavěšený most, rozpětí hlavního pole 135 m, niveleta, parametry převáděné komunikace, plavební profil a pak řada dalších drobných kritérií. Z hlediska rozpětí se tento most stane největším v ČR.

Konstrukční řešení

Návrh uchazeče posléze pak zhotovitele využil možnosti úprav tak, aby se konstrukční řešení optimalizovalo i ve vazbě na technologii výstavby. V době před podáním nabídky byla na trhu vysoká cena oceli, což vedlo jednoznačně k návrhu betonové konstrukce.

V zadání byla navržena kombinace ocelové a betonové mostovky – lehčí ocelová na větší rozpětí byla vyvážena těžší betonovou v kratším rozpětí. V případě jednoho materiálu tento efekt nebyl využitelný. Ukládání balastu do kratšího pole jsme nepovažovali za efektivní a kotvení do podloží u opěry je pro takto velký most prakticky nereálné. Další úvaha vedla k symetrickému mostu se stejnou délkou polí. Nakonec bylo jako nejvhodnější zvoleno řešení s délkami polí 122 + 135 m, kde je symetrická osnova závěsů. Tíha chybějící délky mostovky v kratším poli je kompenzována mohutným podporovým příčníkem, do kterého je také zakotven nejdelší závěs. Tato nesymetrie přispívá k tuhosti konstrukce.

Obr. 1 – Návrh zhotovitele – podélný řez, příčný řez.

Pečlivě se zvažovaly možné technologie výstavby, zejména pak letmá betonáž a výsuv. V podmínkách sdružení se ukázalo, že vysouvání je v daném případě nejefektivnější technologie výstavbu. To ještě podpořilo výše uvedenou variantu prodlouženého mostu, protože tato varianta dovoluje konstantní tvar průřezu.

Jednopylonové mosty o dvou polích mají obvykle v jednom z polí stojku, která eliminuje problematiku malé tuhosti mostu při nesymetrickém zatížení v jednom z polí. V zadávacích podmínkách však byla možnost umístění stojky vyloučena. Aby se zvýšila celková tuhost mostu, je mostovka vetknuta do členěného pilíře pod pylonem. Na obou opěrách je most uložen na posuvných ložiskách a rovněž jsou zde dilatační závěry.

Betonový pylon je navržen rozkročený v podélném směru mostu, což příznivě působí na jeho namáhání a vyztužení vychází v přijatelných hodnotách. Pylon byl oproti zadání mírně snížen na 48 m nad mostovkou, čímž lze zajistit přístup na vrchol pylonu z dostupné plošiny a rovněž tak působí esteticky příznivě.

Závěsy probíhají přes horní část dříku pylonu v sedlech. Sedla jsou moderní konstrukční prvky, dosud v ČR nepoužité. Hlavní výhodou je jednoduchý přenos síly z jednotlivých lan závěsů přímo do pylonu prostřednictvím radiálních sil. Nedochází tedy ke koncentraci sil do kotevních prvků a následnému lokálnímu namáhání pylonu, jak je tomu u většiny ostatních systémů. Závěsy jsou umístěny v jedné centrální rovině. Oproti jiným mostům je v našem případě jen malý počet závěsů – pouze 7 dvojic (obr. 1). Malý počet vede ke značné mohutnosti závěsů, jeden závěs obsahuje až 169 pozinkovaných předpínacích lan typu monostrand. I přes mohutnost jednotlivých závěsů, vzhledem k jejich malému počtu, konstrukce působí transparentně. V průběhu životnosti mostu jsou lana jednotlivě vyměnitelná, tedy bez nutnosti úplné výluky provozu. Systém závěsů dodává firma VSL systémy CZ.

Příčný řez mostem je mírně nesymetrický. Na návodní straně je pouze služební chodník, zatímco na povodní straně je široký chodník s cyklostezkou (obr. 1). Není žádoucí, aby byl most kroucen již vlivem působení stálého zatížení, proto jsou chodníky s římsami prefabrikované a to takto – úzká římsa je masivní z běžného betonu, zatímco široký chodník je z tenkostěnného prefabrikátu z UHPC. Tak je most vyvážený vzhledem k centrální rovině závěsů vedených ve středním dělicím pásu.

Most je jednokomorový s vyloženými konzolami podepřenými prefabrikovanými vzpěrami. V místech kotvení závěsů do mostovky je komora vyztužena šikmými předpjatými táhly, která roznášejí svislé síly závěsů do stěn komory. Pro předepnutí příčných táhel je využit lanový systém se speciální kotvou v rozích komory. Do kotvy lze lana dodatečně zakotvit až po betonáži komory. Táhla se předpínají z úrovně mostovky a kotevní objímky lze podkládat pro eliminaci prokluzu v kotvě. V prostoru středního dělicího pásu je umístěno ztužující žebro, které přispívá k roznosu vodorovných sil ze závěsů.

Mostovka je příčně předpjatá lany vedenými v plochých kanálcích. Podélné předpětí je po většině mostu přímé v kruhových kanálcích. Pouze v blízkosti opěr, tedy v místech, kde není dostatečný vliv vodorovné síly závěsů, jsou doplněny zvedané kabely.

Technologie výstavby

Jak již bylo zmíněno, byla zvolena technologie výstavby postupným výsuvem. Návrh mostu a technologie byly projektovány současně ve vzájemné vazbě. Během výsuvu je mostovka podepřena betonovými dočasnými podporami s maximálním rozpětím 40 m. Tuhost mostovky potřebná pro výsuv pak koreluje s malým počtem závěsů. Podélné předpětí potřebné pro výsuv nepřesahuje potřebu předpětí pro definitivní stav. Množství předpínací výztuže je ekonomicky vyváženo s potřebou lan pro závěsy, ta jsou na jednotku délky nákladnější než lana pro předpětí.

Obr. 2 – Průběh výsuvu, betonové provizorní podpory.

Vzhledem k poměrně velkému svislému zatížení dočasných podpor (rozpětí 40 m) a působení vodorovné síly od výsuvu se ukázalo vhodnější oproti inventárnímu materiálu navrhnout podpory betonové (obr. 2). Podpory umístěné na březích jsou založené na osmi velkoprofilových pilotách. Podpory založené v řece jsou založené na 32 ocelových HEB profilech, které jsou vetknuté do betonových pilot pode dnem. Pro odstranění podpor se předpokládá odříznutí ocelových profilů pod úrovní dna Labe.

Betonáž mostovky probíhá ve dvojici výroben za pravobřežní opěrou. Každá z výroben má délku taktu 32 m. Most délky 256 m se tedy vysune v rámci 8 taktů. V první výrobně se zhotovuje spodní deska a stěny komory. V druhé výrobně se osazují prefabrikované vzpěry a betonuje se horní deska. Rovněž se zde osazují kotvy závěsů v počtu 13 ks (kotva čtrnáctého závěsu je již součástí koncového příčníku a osadí se až při jeho betonáži po výsuvu). Bednění horní desky komory je uloženo na vozících, které lze vytáhnout z komory. Bednění konzol horní desky se sklápí a částečně demontuje.

Zvláštní pozornost je věnována prvkům pro kotvení závěsů. Kotevní objímka je osazena na čelní desce průchodky o profilu cca 600 mm a délce kolem 4 m – délky průchodek jsou rozdílné. Tyto průchodky musí být velmi přesně osazeny do mostovky (obr. 3 a 4). Navíc je kolem průchodky velké množství výztuže zajišťující spolehlivý přenos sil do mostovky. Vhledem k pracnosti bednění a ukládání výztuže se tyto práce prefabrikují mimo mostovku ve speciálním kontejneru. Celý kontejner se průchodkou výztuží a bedněním nálitku se osazuje do mostovky a prováže se standardní výztuží desky.

 

Obr. 3 – Instalace průchodky pro závěs do mostovky.

Obr. 4 – Kotevní blok závěsu s přípravou pro šikmá táhla.

Výsuv zajišťují dva duté hydraulické válce, které táhnou svazek předpínacích lan, jenž je zakotven do svislých ocelových trnů osazených na konci kompletní mostovky – tedy u předělu mezi výrobnami (obr. 5). Tažením lan se uvede do pohybu celá již vybetonovaná část mostovky. Hydraulické jednotky jsou připevněny k dočasným betonovým pilířům připojeným k opěře.

Na hlavách dočasných podpor jsou osazena kluzná ložiska s nerezovým plechem. Mezi mostovku a plech se vkládají teflonové desky, které umožňují posun mostu s minimálním třením. Měření dokládají součinitel tření při výsuvu kolem 1,6 %. Hmotnost mostovky v celé délce (při posledním výsuvu) je přibližně 10 000 t.

Obr. 5 – Hnací lanové hydraulické válce a řídící jednotka, v pozadí tažná lana zakotvená do trnů.

Vpředu výsuvu je na mostovce osazen ocelový vysouvací nos. Protože nos nebyl vyráběn pro tento most, je jeho konstrukční výška větší než výška komory. Aby bylo možné nos řádně osadit na komoru, byly vpředu na komoře nad stěnami zřízeny dočasné nálitky, ke kterým je připojena horní část nosu. V horní i dolní části je nos připojen předpínacími tyčemi. Na styku nosu s betonem stěn komory jsou na konstrukci nosy přivařeny prvky přenášející smykové namáhání mezi nosem a mostovkou. Na volném konci nosu je připojeno hydraulicky ovládané zařízení, které umožňuje přizvednuté nosu při nájezdu na kluzné ložisko na dočasné podpoře.

V prostoru mezi opěrou a prvním dočasným pilířem je zřízeno lešení, které se využívá jako třetí výrobna. V té se realizuje ošetření konstrukce a drobné sanace. Plánována byla instalace příčného odvodňovacího potrubí mostu, které svádí vodu z mostních odvodňovačů do komory. Subdodavatel se však zavázal, že montáž zajistí pod mostovkou až po výsuvu. Podélné odvodňovací potrubí umístěné v komoře se osazuje až po vysunutí celé mostovky.

Levobřežní opěra se dokončuje včetně závěrné zídky a hned po ní se vybudoval i násyp s přechodovou oblastí. Vysouvací nos se demontoval ještě před dosažením levobřežní opěry a výsuv se dokončil bez nosu. Bezprostředně po vybetonování masivního koncového příčníku nad levobřežní opěrou tak bude zajištěn přístup z levobřežní trasy na mostovku.

Obr. 6 – Výstavba pylonu pomocí šplhacího bednění.

Po vysunutí mostovky se dobetonovaly části dříků středního pilíře spolu s příčníky v komoře. Tak došlo k tuhému propojení (vetknutí) mostovky a pilíře. Rovněž se vyjmuly vysouvací ložiska a prostor po nich se zabetonoval. Paralelně probíhá i betonáž koncových příčníků.

V současnosti probíhá výstavba pylonu. K tomu se využívá šplhací bednění, které je připevněno k již hotovým částem dříků pylonu a v každém záběru se posune o 4 m vzhůru (obr. 6). Aby se urychlila výstavba je armokoš prefabrikován a nasazuje se jako celek na výztuž vyčnívající z předchozího taktu. Geometrickou polohu obou dříků pylonu stabilizují dvě dočasné rozpěry.

Vzhledem k betonážím pylonu betonem vysoké pevnosti (C50/60) za horkého letního počasí je zapotřebí tuhnoucí beton chladit. V každém taktu jsou uloženy trubky, do kterých je vháněna voda čerpaná z Labe. Teplota je uložené směsi je průběžně měřena soustavou teplotních čidel. Naměřené hodnoty prokazují efekt chlazení, kdy je teplota udržena v bezpečných mezích.

Výstavba horní části pylonu, kde se oba dříky spojí v jeden je komplikovaná potřebou ukládat sedla závěsů. Sedlo má tvar „ohnutého“ hranolu vyplněného z výroby UHPC, v němž je pro každé lano vytvořen kanálek tvaru obrácené kapky. Jelikož osazení sedla je zapotřebí realizovat s vysokou přesností, do každého taktu výstavby pylonu se osadí lehká ocelová konstrukce. Na tu se přesně ustaví sedlo do požadované polohy a takt se zabetonuje. Vzhledem k dostatečné tuhosti ocelové konstrukce je zajištěno, že přesná poloha sedla nebude při betonáži změněna.

Po ukončení výstavby pylonu se zahájí instalace závěsů. Závěsy jsou tvořeny soustavou pozinkovaných předpínacích lan, které jsou těsně chráněny plastovou chráničkou. Celý kabel je uložen v pastové průchodce. V délce průchodu lana kanálkem sedla je z lana odstraněna plastová ochrana a poté je kanálek vyplněn ochranným gelem. Každé lano závěsů se předpíná synchronně oboustranně z komory mostu. Po napnutí se lano zaklíní v kanálku sedla a je schopné přednášet do určité míry nesymetrickou sílu z každé strany závěsu.

Vzhledem k uložení mostovky na dočasných podporách se závěsy aktivují jednokrokově, tedy napnou se na požadovanou sílu, nepředpokládá se potřeba dalších korekcí. Aktivací závěsů se odlehčí výsuvná ložiska, bude možné je demontovat a poté i zrušit dočasné podpory. Tímto se konstrukce dostane do definitivního statického systému.

Vliv povodňového průtoku

Založení dočasných podpor vycházelo ze zaměření dna Labe. Hloubka dna u dočasné podpory při pravém břehu byla cca 5 m pod hladinou, zatímco hloubka u levého břehu dosahovala jen cca 2 m. Tomuto faktu byla přizpůsobena i konstrukce podpor.

Podpory vzdorují účinkům svislé síly od tíhy mostovky i vodorovné síle vznikající při výsuvu především třením v ložiskách. Tuhost dočasných ocelových pilot byla přizpůsobena volné délce mezi dnem a blokem pod dříky, tedy piloty levobřežní podpory jsou subtilnější.

Při povodních v lednu 2024 způsobených dešti a současným táním sněhu došlo k výraznému nárůstů průtoku. Tok je regulován formou rekonfigurace blízkého jezu, kdy se téměř zachovala výška hladiny, ale značně se zvýšila rychlost proudění vody. Následně došlo k vyplavení dna tak, že se hloubka při levém břehu zvětšila zhruba o 3 m, čímž se odhalily piloty dočasné podpory.

Obr. 7 – Pohled pod most, dočasné podpory spřažené předpínacími kabely (v červených trubkách).

Nový stav dočasné podpory byl staticky posouzen s výsledkem, že podpora spolehlivě přenese svislé zatížení, ale její tuhost ve vodorovném směru není dostatečná pro bezpečný výsuv. Pro zajištění spolehlivé vodorovné únosnosti dočasné podpory se v hlavách podpory protáhly předpínací kabely, které přenesou vodorovnou sílu do ostatních podpor, které již vykazují dostatečnou tuhost ve vodorovném směru (obr. 7). Kabely jsou předpjaté, čímž se zvyšuje tuhost zajištění jako celku, neboť předpjaté jednotky, ač lanové přenášejí do jisté míry sílu i v tlaku.

Další povodeň nastala v září 2024. Stav dočasných podpor je v době redakční uzávěrky článku podrobně kontrolován geodetickým měřením a potápěčským průzkumem.

Závěry

Možnost uvést do souladu konstrukční řešení a technologii výstavby považujeme za velký přínos k efektivitě výstavby.

Návrh dočasných podpor z betonu se s ohledem na velikost svislého zatížení ukázal být výhodnějším oproti ocelovým inventárním systémům, a to i přes náročnější způsob demolice.

Ukládání průchodek pro závěsy do konstrukce ve výrobně před betonáží vyžaduje přesné měření a dobře připravenou projektovou dokumentaci. Směrové tolerance jsou minimální a do vyměření polohy je kromě správné geometrie konstrukce zapotřebí zahrnout i vliv průhybu závěsů.

Dodržení přesné geometrie výstavby zejména v oblasti ploch, po kterých se vysouvá, je nutnou podmínkou pro bezproblémový výsuv.

Instalace závěsů najednou na hotové mostovce je organizačně i technicky jednodušší než postupná instalace používané při technologii letmé betonáže.

Během výstavby dochází k několika změnám statického systému. To je výhodné z hlediska technologie výstavby a organizace prací, klade to však velké nároky na práci projektanta. Dimenze konstrukce mostu a předpínací jednotky jsou navrženy tak, aby prvky potřebné v dočasném stavu byly plně využity i ve stavu definitivním.

Autor: Dr. Ing. Petr Vítek,
HOCHTIEF CZ, a. s.