Obnova mostu ve Štěchovicích přinesla řadu překvapení

Most ve Štěchovicích představuje vrcholné dílo předválečného stavitelství, jeho železobetonová konstrukce u nás jako první překlenula rozpětí větší než sto metrů. Obnova této technické a kulturní památky se stala příkladem inženýrské odvahy a flexibility. Ačkoliv byl projekt připraven pečlivě, v průběhu stavby se technická řešení musela několikrát měnit. Je to příběh o střetu plánů s realitou, o nutnosti měnit statické výpočty a také o využití špičkových technologií. Cílem rekonstrukce bylo mimo jiné zvýšit zatížitelnost mostu z kritických 10 t na úroveň vyhovující dnešní dopravě.

Obloukový most přes Vltavu byl postaven v letech 1937–1939 podle návrhu Ing. Miloslava Klementa. Přečkal druhou světovou válku, přestože proběhly přípravy na jeho destrukci ustupujícími německými vojsky, odolal i velkým povodním v letech 1940, 1981 a 2002. Poslední oprava mostu proběhla roku 1995 – byly při ní vyměněny kluzné plechy na koncových příčnících, osazeny elastomerové mostní závěry a proběhly povrchové sanace a nátěry.

„Cílem naší rekonstrukce bylo zvýšit nosnost mostu, prodloužit jeho životnost a zároveň zachovat jeho památkovou hodnotu. Od začátku jsme stáli před mnoha výzvami – jedná se totiž o složitou stavbu, kde každý detail souvisí se sérií dalších. Popsat veškeré souvislosti a činnosti spojené s opravou tohoto mostu by vydalo na samostatnou publikaci,“ uvádí Ing. Aleš Meister.

Základní technické parametry mostu:
Rozpětí oblouků: 114 m
Vzepětí oblouků: 18,95 m
Osová vzdálenost oblouků: 10,05 m
Délka přemostění: 113,2 m
Délka mostu: 133,23 m
Šířka mostu: 11,55–12,9 m
Výška mostu: 12,55 m
Délka mostovky: 102,15 m
Šířka mostovky: 8,3–10,59 m
Stavební výška: 1,25 m
Šikmost: kolmá 90°
Volná šířka na mostě: 5,95 m
Základní průchozí šířka: 2× 0,75 m
Volná výška na mostě: 6,425 m
Plavební výška: 5,85–8,15 m
Plavební šířka: 41,5 m

Historické konstrukce a diagnostika

Nosný systém mostu tvoří dvojice komorových oblouků se šesti příčnými ztužidly, na obloucích je prostřednictvím 16 párů železobetonových závěsů vyvěšena roštová mostovka. Na oblouky navazují skrytá rámová předpolí a kamenem prokládaná betonová křídla s obkladem z kyklopského zdiva. Původní povrch mostovky tvořila vozovka dlážděná dřevěnými impregnovanými špalíky a asfaltové chodníky.

Diagnostikou se ověřovaly pevnosti betonů nosných konstrukcí a spodní stavby, hloubka karbonatace, tloušťky vozovek a rovněž byly provedeny destruktivní a nedestruktivní sondy pro ověření vyztužení. Použitá výztuž na mostě byla typu ROXOR profilů 18 a 30 s pevností meze kluzu 324 MPa a hladká výztuž profilů 8 a 12 mm s mezí kluzu 232 MPa. Pevnost betonů hlavních konstrukčních částí odpovídala betonu C30/37. Úbytek vlivem korozního oslabení byl stanoven až 15 %. Diagnostika odhalila, že se konstrukce nacházejí v daleko horším stavu, než se předpokládalo. Například zatížitelnost nosné konstrukce byla na základě získaných dat a statických výpočtů stanovena na 10 t. Hlavními problémy byly korozní oslabení výztuže závěsů, jejich drcení v místě napojení zábradlí od teplotních změn, degradace betonu, příčné trhliny v mostovce, zatékání do vyjetých elastických mostních závěrů a nefunkční kluzná uložení.

Jak bylo zjištěno na modelu, prostorové chování konstrukce se lišilo od teoretického chování spojitých podélníků na pevných podporách. Zahrnutí skutečné tuhosti oblouků, závěsů i příčníků vedlo nakonec k závěru, že nejvíc jsou namáhány vnitřní podélníky, jejichž momentovou obálku tvoří vlákna tažená při spodním povrchu po celé jejich délce. Tedy i v místech, kde podélníky nebyly dostatečně vyztužené. Skutečnému stavu neodpovídaly ani údaje v archivním projektu – jednalo se zejména o množství výztuží, rozměry prvků a rozsah předpolí mostu. Na předpolích byla později odhalena skrytá pole a komory pro odstřel, které v archivním projektu nebyly vůbec zakresleny. Uvedená zjištění měla zásadní vliv na výpočetní model pro stanovení zatížitelnosti.

Závěrem přepočtu zatížitelnosti byla stanovena normální zatížitelnost Vn = 10 t, výhradní Vr = 21 t a výjimečná Ve = 47 t. Rozhodujícím konstrukčním prvkem byly závěsy a podélníky; naproti tomu únosnost oblouků se ukázala oproti ostatním prvkům násobně vyšší.

Na základě těchto zjištění byla vydána studie variantních řešení opravy – ze strany projektantů a správce mostu bylo preferováno zachování oblouků a zhotovení repliky mostovky a závěsů, aby se dosáhlo plné zatížitelnosti mostu, avšak za cenu ztráty jeho autenticity. Na základě rozhodnutí odborné komise NPÚ-ÚOP středních Čech byla nakonec vybrána varianta sanování mostu při zachování všech konstrukčních prvků a materiálů s jediným ústupkem, a to zesílení nosných závěsů skrytým způsobem.

Zahájení projekčních prací

„Revizní vstupy do skrytých komor a komor pro odstřel na obou předpolích mostu jsme původně považovali za kabelové šachty. Po jejich zpřístupnění jsme odhalili prostory, které nebyly zakresleny v žádných dostupných plánech a do kterých pravděpodobně desítky let nikdo nevkročil. Následovala doplňková diagnostika rámových předpolí, geotechnický průzkum a kompletní zaměření mostu,“ vzpomíná Aleš Meister

„Revidovali jsme také přepočet zatížitelnosti, ve kterém se zohlednily nové skutečnosti vyplývající ze stavebně-technického doplňkového průzkumu, geotechnických prací a zaměření mostu. Vzhledem k tomu, že zatížitelnost nosných příčníků vycházela na 26 t a u závěsů jsme předpokládali, že bude stačit, když je zesílíme, zbývalo nám tehdy vyřešit jediné kritické místo, a to podélníky. Po konzultaci se zástupci NPÚ pak bylo rozhodnuto o zesílení podélníků pomocí uhlíkových lamel. Z výpočtu se ukázalo, že s ohledem na stávající stupeň vyztužení podélníků lze díky uhlíkovým vláknům dosáhnout zatížitelnosti Vn = 26 t, což se jevilo jako dostatečné. Do finální podoby projektu pak ještě vstoupila výměna mostních závěrů, kluzných uložení, výměna mostního svršku, izolování rubů křídel a také přepočet rámových předpolí. Vzhledem k tomu, že se u rámových předpolí jednalo o skryté konstrukce, byla možná jejich náhrada.“

Inženýrské výzvy

I během stavby se objevilo množství odlišností, které vedly k úpravám technického řešení – ať už to bylo jiné vyztužení konstrukcí, než se předpokládalo, nebo výrazně horší stav konstrukcí po jejich odkrytí, odbourání nebo otryskání. Autoři projektu počítali s tím, že stávající závěsy zesílí, ale po vybourání původních otvorů v bocích oblouků a provedení sond v čelech příčníků se ukázalo, že části konstrukcí a způsob jejich vyztužení jsou v rozporu s podklady – jednalo se například o vnitřní diafragmata v obloucích.

Původně zamýšlené skryté kotvení zesilujících tyčí závěsů nebylo možné realizovat: „Při odbourávání příčníků v místě kotevních oblastí se objevila další výztuž, o které dosud nikdo nevěděl. Přispělo to k rozhodnutí přiznat kotvení závěsů zespodu. Táhla nových závěsů tvoří závitové tyče, vedené v chráničkách vyplněných petroplastem. Průřezová plocha závěsů byla zvolena podle původních výztuží, abychom zajistili shodnou tuhost pro zajištění svislých deformací. Pro jejich instalaci bylo nutné provést vysoce přesné jádrové vrtání skrze oblouky a mostovku. Kotvení jsme v projektu navrhli také nově na vnější pomocí nálitků z vysokopevnostní hmoty a ocelových desek s maticemi, které se zakryly čepicemi. Nálitky a kotevní oblasti byly vyztuženy pomocí vlepované betonářské výztuže do mezer mezi stávajícími výztužemi. Otvory v mostovce se vyplnily pružnou zálivkou, přechod z mostovky byl realizován pomocí vrubového kloubu. Nové obetonování závěsů tedy tvoří pouze vizuální repliku původních závěsů,“ říká Ing. Filip Řehoř.

„V průběhu výměny závěsů musela být mostovka vyvěšena přes oblouky na provizorní konstrukci. Vedlo to k potřebě nepřetržitého monitoringu napětí v závěsech a geometrie mostovky v závislosti na teplotě. Mohli jsme tak sledovat vývoj napětí při výměně závěsů v jednotlivých etapách a nárůst napětí od přidávané vlastní tíhy. V okamžiku vlastní aktivace závěsů jsme také prováděli měření na dutých lisech. To vše umožnilo provést velmi přesné naladění závěsů v prvním kroku, a nakonec nebylo potřeba provádět jejich rektifikaci,“ dodává.

Samotné oblouky stačilo díky kvalitnímu betonu a husté výztuži otryskat tlakovou vodou, na několika místech se obnovila krycí betonová vrstva. Poté na ně byla aplikována sanační stěrka, ochranné a barevné nátěry.

Zesílení mostovky

Po otryskání spodní části mostovky se objevily pravidelné příčné trhliny přes celou její šířku. Bylo proto přistoupeno k podélnému zesílení mostovky pomocí předpínacích kabelů. Díky vnesení tlakového napětí do průřezu mostovky tak mohlo být upuštěno od zesilování podélníků pomocí uhlíkových lamel. Byly zvoleny čtyři kabely po devíti lanech umístěných v prostoru mezi podélníky (kotevní napětí 1300 MPa). Trasa kabelů byla zvolena s ohledem na polohy smykových výztuží v nosných příčnících. Změnou projektu došlo ke zvýšení smykové i ohybové únosnosti podélníků a mostovky a rovněž k uzavření trhlin v mostovce.

Realizace podélného předpětí vyvolala další přepracování statických výpočtů. Kvůli zakotvení kabelů bylo třeba odbourat koncové příčníky, takže se mostovka musela znovu vyvěsit na provizorní konstrukci v místě koncových polí. To se následně ukázalo jako prozíravé, degradace betonu a výztuže v oblasti příčníků a úložných prahů byla značná. Degradovaný beton v desítkách centimetrů musel být odstraněn i z částí spodní stavby.

„Každý příčník jsme skenovali, z obou stran na něm byly vyznačeny polohy šikmé výztuže ve stěně. Polohy se pak vyhodnotily pro půdorysné vedení, které bylo třeba navrhnout tak, aby se vrtáním nepřerušila žádná podstatná výztuž, pouze některé třmínky. Přerušenou výztuž nahradila výztuž z uhlíkových vláken, které obepínají celý příčník po stranách každého prostupu pro kabel. Na lomových příčnících, kde mostovka mění svůj podélný sklon, byla výztuž ještě zesílena,“ upřesňuje Ing. Tomáš Landa. „Třmínek tvoří ve spodní části a z boku tkanina, která je skrze horní desku mostovky protažena pomocí uhlíkových provazců a vzájemně propletena a slepena epoxidovou pryskyřicí.“

Úložné prahy jsou nyní nové, vyztužené a spřažené se stávající spodní stavbou. Díky tomu bylo vyřešeno i jejich odvodnění pomocí drenáží do rubu a následně pod most.

Po odbourání příčníků došlo k přehodnocení způsobu uložení mostovky z kluzného uložení na dvojici elastomerových ložisek na každé opěře. S ohledem na velikost pohybů a stísněné podmínky musela být ložiska vybavena kluznou plochou z teflonu.

Zároveň však bylo třeba vyřešit zachycení sil v podélném směru, které se dříve přenášely přes kluzné uložení, otlačování elastických mostních závěrů a přes tuhost železobetonových závěsů. Mezi mostovku a oblouky se tedy betonovaly nové vyztužené klíny, do kterých se kotvily hydraulické tlumiče podélného kmitání mostovky. Tato zařízení zajišťují přenos okamžitých podélných sil v mostovce vzniklých například bržděním vozidel, ale zároveň jsou schopné zajistit teplotní dilataci konstrukce.

Samotná mostovka pak byla zesílena pomocí spřažené železobetonové desky a na koncích oddělena mostními závěry s jednoduchým těsněním spáry.

Zatěžovací zkouška

Při závěrečné zatěžovací zkoušce byl naměřen maximální průhyb mostovky 1,9 cm, což korespondovalo s výpočetními modely. Na most najela čtveřice plně naložených nákladních vozidel (každé 26 t). Opravou mostu tak bylo dosaženo zatížitelnosti Vn = 26 t, Vr = 51 t, Ve = 80 t, přičemž výsledná zatížitelnost je dána především limity stávajících částí konstrukcí.

Rekonstrukce mostu Dr. Edvarda Beneše ve Štěchovicích
Objednatel: KSÚS Středočeského kraje, p. o.
Projektant RDS: PRAGOPROJEKT, a. s. – Ing. Tomáš Landa, Ing. Filip Řehoř, Ph.D.
Autorský dozor: TUBES, spol. s r. o. – Ing. Aleš Meister
Monitoring: FSV ČVUT Praha pod vedením prof. Ing. Pavla Ryjáčka, Ph.D.
Zhotovitel: Společnost T.A.Q., s. r. o.
Technologie závěsů a předpínání: společnost VSL
Závěrečná zatěžovací zkouška: Inset, s. r. o.
Stavební náklady: 97 mil. Kč

FOTOGALERIE: