Architektonický návrh lávky v Lužci nad Vltavou byl založen na lehkosti a subtilnosti, které umožnil technologicky vyspělý materiál UHPFRC. Lávka má zavěšenou konstrukci s jedním pylonem a dvěma poli o rozpětích 30 a100 metrů. Hlavní pole překračuje řeku o šířce 70 metrů. Díky svým unikátním vlastnostem nachází ultra-vysokohodnotný beton s rozptýlenou kovovou výztuží stále častější využití. Jeho vysoká pevnost spolu s dlouhodobou životností umožňuje navrhovat velmi štíhlé konstrukce.
Lužec se nachází nedaleko Mělníka v malebné krajině řeky Vltavy. Od roku 1907, kdy byl vybudován laterální kanál mezi obcemi Hořín a Vraňany je jedinou obcí v České republice, která leží celým svým územím na ostrově. Ostrov je zároveň největším ostrovem na řece Vltavě. Lávka je vedena přes nesplavný tok řeky mezi obcemi Lužec nad Vltavou a Bukol. Přes řeku převádí hlavní evropskou severojižní dálkovou cyklotrasu EuroVelo 7 vedoucí ze Švédska na Sicílii.
Architektonická studie byla zadána obcí Lužec nad Vltavou v roce 2012. Z předložených variant, mezi nimiž byly například zdvihaná nebo visutá konstrukce lávky, byla na jednání zastupitelstva v témže roce vybrána zavěšená konstrukce s ocelovým pylonem výšky 40 m a délkou polí 100 m přes vodní tok a 30 m přes inundační pásmo s unikátní mostovkou z UHPC.
Lehká zavěšená konstrukce
Návrh je výtvarně založen na lehkosti a subtilnosti, které jsou umožněny díky ultra-vysokohodnotnému betonu s rozptýlenou kovovou výztuží UHPFRC. Lávka je koncipována jako zavěšená konstrukce s jedním pylonem a dvěma poli o rozpětích 30 a 100 metrů. Ocelový pylon o výšce 40 metrů tvoří v rovinaté krajině protiváhu kostelní věži. Mostovka je vedena ve výškovém oblouku s poloměrem 777 metrů, sestavena je z přímo pochozích prefabrikátů z UHPFRC. Závěsy tvoří 17 párů uzamčených ocelových lan. Mostovka byla nad břehy montována na pevné skruži. Část nad řekou se montovala letmo. Sepnuta je dvěma volnými kabely. Všechny prvky konstrukce jsou sjednoceny a dematerializovány tóny středně šedé barvy.
Do krajiny je lávka je zapojena nově vysazenou dubovou alejí podél cesty na bukolské straně. Duby dorostou do výšky pylonu.
Pylon z betonu a oceli
Mostní konstrukce se nachází v zátopovém území, proto bylo při návrhu založení uváženo riziko podemletí základových půd při zvýšených průtocích Vltavy. Založení opěr i základu pylonu bylo navrženo jako hlubinné, na pilotách o průměru 880 mm. Vetknuty jsou do poloskalní horniny R4 nacházející se v hloubce 9 metrů pod terénem.
Pylon má dvě části: spodní železobetonový dřík a horní ocelovou konstrukci. Nosnou ocelovou konstrukci tvoří dvě stojky obdélníkového průřezu, nahoře spojené masivní hlavou, v níž jsou ukotvena nosná lana. Průřez stojky v patě má rozměry 1000 × 600 mm, ve vrcholu pak 600 × 600 mm. Celková teoretická výška ocelové části je 40 metrů. Stojky jsou vetknuty do základu přes zabetonované kotevní šrouby spojené montážními přírubami do kotevního přípravku. Stěny i pásnice stojek jsou z plechu tloušťky 20 mm, resp. 25 mm jakosti S355J2+N bez podélných i příčných výztuh. Osová vzdálenost stojek v patě je 7 mm, stojky se směrem vzhůru sbíhají až na světlou vzdálenost 940 mm u hlavy pylonu. Do pylonu je ukotveno 12 dvojic nosných lan ve směru na Lužec a pět dvojic nosných lan ve směru na Bukol. Lana jsou ukončena systémovými koncovkami a přes čepy ukotvena do styčníkového plechu ve směru závěsů respektujících ve svislém směru orientaci jednotlivých lan.
Nosnou konstrukci tvoří monolitické koncové příčníky u krajních opěr a prefabrikované segmenty z UHPFRC.
Výroba segmentů z UHPC
Návrh konstrukce ovlivnila řada faktorů. Kromě konstrukčního působení se kladl důraz na dlouhodobou spolehlivost s minimálními požadavky na údržbu. Tomu vyhovuje konstrukce s mostovkou sestavenou ze segmentů zhotovených z ultra vysoko-hodnotného betonu vyztuženého rozptýlenou ocelovou výztuží (označováno buď UHPFRC, zkráceně UHPC).
Mostovku tvoří dva podélné nosníky výšky 500 mm a šířky 400 mm. Mezi nimi jsou příčná žebra po vzdálenostech dvou metrů a vlastní deska mostovky, která má tloušťku pouhých 60 mm a není vyztužena betonářskou výztuží. Mostovka je sestavena z jednotlivých segmentů délky 4 m a šířky 4,5 m vyrobených z UHPC třídy C110/130. V každém druhém segmentu jsou do podélných nosníků zabetonovány ocelové prvky pro připojení závěsu. Vzdálenost závěsů na mostovce je tedy 8 m. Mostovka je předepnutá po celé délce dvojicí externích kabelů uložených v plastových kanálcích, jež jsou polohově fixovány v průchodkách příčnými žebry. Ty zajišťují příčné ztužení a rovněž působí jako deviátory.
Zatímco životnost mostovky z UHPC se předpokládá až 200 let, závěsy a prvky podélného předpětí mají návrhovou životnost podstatně kratší, a proto jsou vyměnitelné. Závěsy lze jednotlivě odkotvit v koncových vidlicích a každý závěs lze nahradit novým. Kabely podélného předpětí mají speciální kotvy s dvojitými pouzdry umožňujícími vyjmutí kabelu i s kotvou. Vyměnitelné prvky lze postupně měnit jeden po druhém, přičemž tato činnost nevyžaduje dočasné podepření lávky v prostoru řeky.
Betonáž mostovky
UHPC pro segmenty bylo specifikováno pevnostní třídou v tlaku C110/130 a zbytkovou pevností v tahu za ohybu fR,1 při CMOD1 (rozevření trhliny 0,5 mm) dle ČSN EN 14651+A1 minimálně 10 MPa. Maximální zrno kameniva Dmax bylo odsouhlaseno 8 mm. UHPC se vyrábělo dle kombinace norem ČSN EN 206+A1, ČSN P 73 2404 a TN MTS 2019 UHPC. Konzistence byla samozhutnitelná, tj. vhodná pro ukládku bez použití vibrátorů. Použit byl materiál Top-Crete, vyráběný na betonárně TBG Metrostav v Praze na Rohanském ostrově, kde probíhala i betonáž segmentů.
Při každé betonáži segmentů byl odebrán beton pro tři krychle o hraně 100 mm na kontrolní zkoušku pevnosti v tlaku po 7, 28 a 90 dnech. Zároveň byl pro kontrolu pevnosti v tlaku z každého segmentu odebrán i beton pro válec o výšce 200 mm a průměru 100 mm. Průměrná krychelná pevnost v tlaku z 33 výsledků činila ve 28 dnech stáří 150 MPa. Stejným způsobem získaná válcová pevnost činila 142 MPa. Je zřejmé, že vlivem drátků je poměr válcové a krychelné pevnosti UHPC odlišný od běžných betonů. Při zvyšování obsahu drátků se rozdíl mezi pevností na krychli a na válci zmenšuje a při dávkách drátků okolo 3 % je již poměr pevností 1 : 1. Je tak zřejmé, že je vhodnější pevnost UHPC specifikovat pouze jednou pevností, a to spíše pevností válcovou. Pevnosti po 7, 28 a 90 dnech jsou průměrné hodnoty ze všech segmentů, pevnosti ve stáří 1, 2, 3 a 14 dní jsou z měření nárůstu pevností na prvním segmentu.
Pevnosti v tlaku stanovené na válci měly také menší rozptyl a směrodatnou odchylku, kdy se naměřená pevnost po 28 dnech stáří UHPC pohybovala v rozmezí 123 až 153 MPa. Oproti tomu se pevnost stanovená na krychlích pohybovala v rozmezí 134 až 173 MPa.
Pevnost v tahu za ohybu se kontrolovala dle ČSN EN 14651+A1 na trámci o rozměrech 700 × 150 × 150 mm se zářezem. V průběhu betonáží bylo odebráno celkem devět trámců pro kontrolní zkoušky.
Bylo dosaženo velmi kvalitních povrchů segmentů. I přes samozhutnitelnou konzistenci je materiál stabilní, bez segregace drátků nebo hrubého kameniva.
Zpracování směsi
Při návrhu tvaru segmentů a procesu betonáže se vycházelo ze zkušeností z jiných staveb v ČR i v zahraničí. Návrhu i realizaci byla věnována mimořádná pozornost a péče. Segmenty o objemu necelých 4 m3 se tvarově upravily tak, aby se mohly vyrábět z UHPC. Oproti běžným betonům má totiž poněkud nestandardní vlastnosti. Především se jedná o betonovou směs značně viskózní, lepivou a samonivelační, jejíž konzistenci lze přirovnat k medu. Při ukládání betonu se ze směsi uvolňuje velké množství vzduchu. Kromě toho je betonová směs citlivá na vysychání během ukládání a následného tuhnutí.
Beton se ukládal do ocelové formy s volným vodorovným povrchem. Proces betonáže se tak usnadnil, neboť se využil samonivelační efekt a rovněž byl umožněn odvod vzduchu z betonu volným povrchem. Bezprostředně po uložení směsi se povrch betonu ošetřil ochranným nástřikem vosku a ihned po skončení činností se zakryl polyetylenovou fólií. Betonáž probíhala v Praze ve venkovním prostředí během zimního období, proto se forma s betonem ještě uložila do stanu, ve kterém se udržovala stálá teplota, aby se předešlo vzniku trhlin.
Betonová směs obsahuje rozptýlenou výztuž z tenkých ocelových drátků. Konzistence směsi je navržena tak, aby nedocházelo k segregaci drátků a jejich sedání a směs byla zpracovatelná.
Beton se přivážel od betonárny k formě autodomíchávačem. Kromě odběru dalších vzorků se bezprostředně před každou betonáží testovala konzistence směsi, aby se prokázala požadovaná hodnota a zjistila se tak případná kontaminace betonu vodou, která mohla zbýt v autodomíchávači. V případě kontaminace směsi totiž nelze garantovat požadované mechanicko-fyzikální vlastnosti materiálu ani zabránit segregaci rozptýlené výztuže.
Test segmentu
Materiál UHPC je sice poměrně nový, ale již byla realizována řada zkoušek, které prokázaly jeho odolnost proti základním druhům namáhání. Určitá nejasnost nastala u odolnosti proti vytržení ocelového kotevního prvku pro závěs.
Jak již bylo zmíněno, do každého druhého segmentu je zakotven závěs prostřednictvím ocelového prvku zabetonovaného do segmentu. Stanovení únosnosti takového detailu výpočetní metodou je poněkud problematické a nespolehlivé. Numerické metody dávají obvykle spolehlivé výsledky pro větší konstrukční celky, problematické je namodelovat dostatečně přesně malý detail. Proto byla únosnost uložení plechu do prvku z UHPC testována na vzorku, jenž tvarově odpovídal podélnému žebru segmentu, do kterého byl zabetonován kotevní plech skutečných rozměrů.
Vzorek z UHPC byl vybetonován na silně vyztužený základ z betonu C50/60, na kotevní plech byla přivařena hlavice z válcovaných profilů. Mezi základ a hlavici se pak vložily hydraulické lisy, které vyvodily vertikální sílu. Výsledky prokázaly více než dostatečnou únosnost zakotvení ocelového prvku do UHPC. Je-li to možné, zkoušky provádíme až do úplného porušení. Ani v tomto případě jsme neudělali výjimku, ale porušení nenastalo v testovaném prvku z UHPC, nýbrž v betonovém základu. Při maximální dosažené síle 256 t byl testovaný prvek z UHPC porušen jen několika velmi tenkými trhlinkami. Mezní únosnost závěsu je stanovena na 167 t.
Z průběhu stavby
Ocelový pylon výšky 40 m se vyráběl v mostárně, na stavbu se dovezl rozdělen na tři montážní díly – dvě samostatné stojky délky 24 m a horní montážní díl délky 16 m. Díly byly na staveništi svařeny do celku, následně se v místě svarů aplikovala protikorozní ochrana. Pylon byl vztyčen dvěma jeřáby. Pylon je konstrukce samostatně stojící, připojená k základu šrouby a nebylo třeba jej montážně kotvit. Závěsy se instalovaly postupně až při montáži mostovky.
Mostovka byla v břehové části mezi opěrou a pylonem smontována klasickým postupem ukládání segmentů na pevnou skruž. Následovala první fáze zavěšení závěsů na pylon, kdy se ke kotevním plechům na pylony připojily všechny zpětné závěsy a jedna dvojice závěsů velkého pole přes tok. Jelikož by bylo náročné zřizovat na pylon lešení, závěsy se osazovaly vždy po skupinách (během čtyř dnů) v průběhu montáže. Zpětné závěsy se poté připojily i na dolním okraji k mostovce.
Mezi stojky pylonu byl osazen montážní vozík délky 16 m. Zadní strana vozíku byla podepřena a zakotvena, poté se na zadní polovinu vozíku osadily další dva segmenty. Tyto segmenty byly ještě zavěšeny na závěsy.
Mezi segmenty byly navrženy spáry šířky 25 mm, které se zaplnily vysokopevnostní maltou. Tvar spáry byl upraven tak, že zespodu a z boků segmentů je výstupek a těsnění, zabraňující zálivce vytékat ze spáry. Celý vybudovaný úsek byl montážně centricky předepnut dvěma závitovými tyčemi o průměru 32 mm.
Letmá montáž mostovky
Následovala fáze letmé montáže mostovky. Na pylon byly s pomocí plošiny osazeny další závěsy. Horní kotevní oka se využila pro instalaci montážních závěsů, které stabilizují montážní vozík. Letmá montáž probíhala v krocích po dvou segmentech. V rámci kroku, který trval dva dny, se smontovalo 8 m mostovky.
Vzhledem k nesplavnosti toku divoké Vltavy nebylo možné, jak by se nabízelo, dopravovat segmenty lodí pod lávku, proto byly segmenty ukládány jeřábem. S ohledem na limitovanou nosnost jeřábu byla hmotnost segmentu omezena na 10 t.
Segmenty se ukládaly na montážní vozík, který byl vetknut do hotové konstrukce v délce 8 m a dalších 8 m přečníval nad tok. V přední části byl ještě stabilizován montážním závěsem k pylonu. Na vozíku byly připevněny pro každý segment čtyři vertikálně rektifikovatelné úložné plochy. Každý segment měl další čtyři prvky pro příčnou rektifikaci. Podélná rektifikace se zajistila pomocí dvou předpínacích tyčí, které se instalovaly spolu se segmentem a ve spárách se napojovaly spojkou. Každý segment byl samostatně ustaven do požadované polohy s milimetrovou přesností.
V rámci dvoudenního montážního kroku proběhly tyto činnosti:
– zaměření pozice lávky s vysunutým vozíkem,
– postupná montáž dvou segmentů s jejich pečlivým ustavením a rektifikací,
– zajištění polohy pomocí dotažení předpínacích tyčí (nikoliv předepnutí),
– zaplnění spár a následné tvrdnutí hmoty přes noc,
– protažení kanálků externího předpětí,
– předpětí montážních tyčí,
– instalace a napnutí závěsů s případnou úpravou sil v předchozí dvojici závěs,
– odkotvení montážního závěsu vozíku, odpojení vozíku od konstrukce a spuštění na válečky určené pro jeho přesun,
– přesun vozíku do nové montážní polohy o délku 8 m,
– připojení vozíku k hotové konstrukci a napnutí montážního závěsu vozíku.
Tímto postupem bylo v devíti krocích sestaveno nad vodním tokem 72 m mostovky.
Během posledního přístupu k vrcholu pylonu se demontovaly montážní závěsy vozíku a naistalovaly se poslední dvě dvojice závěsů, na nichž je zavěšena břehová část mostovky.
Zbývající část hlavního pole nad lužeckým břehem se smontovala na vysunutém a podepřeném montážním vozíku a dále na pevné skruži.
Následně se vybetonoval koncový příčník v Lužci. Poté se předepnuly a zainjektovaly externí kabely podélného předpětí – dvojice 19 lanových kabelů délky 133 m, čímž se zajistila dostatečná tlaková rezerva ve spárách při všech zatěžovacích stavech a rovněž se zvýšila tuhost mostovky.
Po demontáži skruže a snesení vozíku následovala kontrola sil v závěsech, přeměření geometrie a rektifikace sil v některých závěsech.
Po zhotovení mostovky se přistoupilo k montáži zábradlí a osvětlení, k dosypání náspů navazujících na lávku a k vybudování vozovek v předpolích. Povrch segmentů se podařilo udělat v takové kvalitě, že nebylo třeba je opatřit původně předpokládanou vrstvou pochozí izolace.
| Základní údaje |
|
Klient: Obec Lužec nad Vltavou, starosta Patrik Rollo |
Petr Tej, Petr Vítek, Robert Coufal
Foto: BoysPlayNice
