Pylon mostu přes Labe je krásnou dominantou místa
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. Uchazeči tak mohli upravit návrh konstrukcí svým možnostem a tomu přizpůsobit nabídkovou cenu. Nejvýznamnějším objektem stavby je most přes Labe. Zadavatel stanovil jeho závazné parametry – měl být jednopylonový zavěšený, s rozpětím hlavního pole 135 m. Daná byla i niveleta, parametry převáděné komunikace, plavební profil a řada dalších kritérií. Z hlediska rozpětí bude tento most na krátkou dobu největším v České republice.
Základní data:
Investor: ŘSD, s. p., pro Pardubický kraj
Autor návrhu: Dr. Ing. Petr Vítek – HOCHTIEF CZ, a. s.
Projektant: Ing. Radek Hájek, Ph.D. – Mott MacDonald
Zhotovitel: Sdružení HOCHTIEF CZ, a. s., Doprastav, a. s.
Rozpětí mostu: 122 + 135 m
Výška pylonu: 48 m nad mostovkou (60 m na terénem)
Šířka mostovky: 27,4 m včetně chodníkových konzol
Výška mostovky: 2,40 m + výztužné žebro ve středním pásu výšky 0,6 m
V rámci zadávací dokumentace byl zpracován návrh zavěšeného mostu o dvou polích o rozpětích 90 + 135 m. Kratší pole, které vede přes slepé rameno, bylo navrženo betonové, zatímco delší pole přes Labe ocelové, aby se konstrukce vyvážila. Kratší betonové pole čtyřkomorového průřezu bylo vetknuto do opěry. Pylon tvaru písmene delta výšky 60 m nad mostovku obcházel konstrukci mostu, pouze jednostranný chodník byl veden vně stojky pylonu. Navazovalo delší ocelové pole tvořené roštovou konstrukcí se dvěma komorovými podélníky a příčníky. Kratší pole bylo zavěšeno centrálně, závěsy se pak na pylonu rozevřely do dvou skloněných rovin a větší pole bylo zavěšeno na okrajích mostovky.
Optimalizace konstrukčního řešení
Území na Pardubicku je rovinaté a niveleta komunikace musí vystoupat, aby mohla překlenout tok Labe s požadovanou výškou plavebního profilu. Z toho plynul požadavek na nízkou konstrukční výšku mostovky. S ohledem na místní podmínky to bylo možné splnit například obloukovým nebo zavěšeným mostem. Rozpětí 135 m vycházelo z dříve plánované úpravy toku Labe s vazbou na možnost vybudování kanálu Dunaj, Odra, Labe.
„Povodí požaduje volný přístup k toku Labe, to prakticky vyloučilo návrh elegantního obloukového mostu. Zbýval zavěšený most, případně se dalo uvažovat o mostě se dvěma pylony, ale to by bylo o něco nákladnější než most s jedním pylonem. Po zvážení všech možností lze hodnotit koncepci zadání jako rozumnou,“ uvádí dr. Petr Vítek ze společnosti Hochtief a dodává: „Konstrukční řešení jsme optimalizovali i ve vazbě na technologii výstavby. V době před podáním nabídky byla na trhu vysoká cena oceli, což vedlo k návrhu betonové konstrukce. Nemohli jsme tak využít rozdílu tíhy ocelové a betonové konstrukce k eliminaci rozdílu délek polí, jak tomu bylo v zadání. Ukládání balastu do kratšího pole jsme nepovažovali za efektivní a kotvení do podloží je pro tak velký most prakticky nereálné. Další úvaha vedla k symetrickému mostu se stejnou délkou polí, ale nakonec jsme zvolili řešení s délkami polí 122 + 135 m, kde je symetrická osnova závěsů. Tíhu chybějící délky mostovky v kratším poli jsme kompenzovali mohutným podporovým příčníkem, do kterého je zakotven nejdelší závěs. Nesymetrie s kotvením závěsu v příčníku přispívá k tuhosti konstrukce. Účelnost této koncepce byla zpochybňována, zejména s ohledem na jednoduchý výpočet ceny mostu z plochy mostovky. Z toho totiž vyplývalo, že delší most rovná se vyšší cena. Porovnáme-li však hlavní položky varianty s delším rozpětím proti variantě s balastem, zjistíme, že tento přístup vede k nesmyslnému závěru. Náklady na závěsy jsou na délce mostu prakticky nezávislé, rozhodující je cena kotevního systému a sedel na pylonu, nepatrná úspora délky lan není rozhodující. Máme-li mít vyvážený systém, pak spotřeba betonu je stejná. Podélné předpětí nakonec vychází obdobně, neboť kratší pole s balastem je těžší a vyžaduje relativně více předpětí. Zvýšené náklady prodloužení mostu jsou tedy především v betonářské výztuži a v příčném předpětí, bohatě je však kompenzuje nižší opěra a také úspora násypového materiálu.“
Současně s volbou dispozice konstrukce se pečlivě zvažovaly technologie výstavby, zejména letmá betonáž a výsuv. V podmínkách sdružení se ukázalo, že nejefektivnější bude technologie vysouvání. To ještě podpořilo variantu prodlouženého mostu, protože dovoluje konstantní tvar průřezu.
Návrh mostu ze zadání
Závěsy v sedlech
Jednopylonové mosty o dvou polích mají obvykle v jednom z polí stojku, která eliminuje problematiku malé tuhosti konstrukce mostu při nesymetrickém zatížení. 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 rozkročený v podélném směru mostu, což příznivě působí na jeho namáhání, a vyztužení vychází v přijatelných hodnotách. Pylon byl oproti zadání snížen na 48 m nad mostovkou, lze tak zajistit přístup na jeho vrchol z běžné plošiny a působí i esteticky příznivěji.
„Závěsy probíhají přes horní část dříku pylonu v sedlech. Sedla jsou moderní konstrukční prvky, v naší republice dosud nebyla použita. Jejich hlavní výhodou je přímý 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 tu máme malý počet závěsů – pouze sedm dvojic. Vedlo to ke značné mohutnosti závěsů, jeden závěs obsahuje až 169 pozinkovaných předpínacích lan typu monostrand. I přes mohutnost závěsů působí konstrukce transparentně, protože jich je málo. V průběhu životnosti mostu jsou lana jednotlivě vyměnitelná, tedy bez nutnosti úplné výluky provozu. Systém závěsů dodává firma VSL systémy CZ,“ dodává dr. Vítek.
Jednokomorový most s předpjatými táhly
Příčný řez mostem je mírně nesymetrický – na návodní straně je pouze služební chodník, zatímco na povodní straně je široký chodník s cyklostezkou. Aby most nebyl kroucen vlivem stálého zatížení, je úzká římsa masivní z běžného betonu, zatímco široký chodník z tenkostěnného prefabrikátu z UHPC. Most je tak vyvážený vzhledem k centrální rovině závěsů vedených ve středním dělicím pásu.
Most je jednokomorový s vyloženými konzolami, které podepírají prefabrikované vzpěry. V místech kotvení závěsů do mostovky se komora vyztužila šikmými předpjatými táhly, jež roznášejí svislé síly závěsů do jejích stěn. Pro předepnutí příčných táhel byl využit lanový systém se speciální kotvou v rozích komory: „Do kotvy se lana dodatečně kotvila 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 podélných sil ze závěsů,“ upřesňuje Petr Vítek.
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.
Výstavba mostovky
Mostovka se budovala technologií postupného výsuvu – během výsuvu ji podepíraly dočasné betonové podpory vzdálené maximálně 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 bylo ekonomicky vyváženo s potřebou lan pro závěsy, která jsou nákladnější než lana pro předpětí,“ pokračuje dr. Vítek. „Vzhledem k poměrně velkému svislému zatížení dočasných podpor a působení vodorovné síly od výsuvu se ukázalo vhodnější navrhnout podpory betonové. Založeny byly na březích na osmi velkoprofilových pilotách. Podpory založené v řece byly založeny na 32 ocelových HEB profilech, které se vetknuly do betonových pilot pode dnem. Při odstranění podpor předpokládáme, že ocelové profily odřízneme pod úrovní dna.“
Betonáž mostovky probíhala ve dvojici výroben za pravobřežní opěrou. Každá z výroben měla délku taktu 32 m. Most délky 256 m se tedy vysouval v rámci osmi taktů. V první výrobně se zhotovila spodní deska a stěny komory, v druhé se osadily prefabrikované vzpěry a betonovala se horní deska. Rovněž se zde instalovaly průchodky a kotvy třinácti závěsů. Kotva čtrnáctého závěsu je již součástí koncového příčníku.
Výsuv zajistily dva duté hydraulické válce, které táhly svazek předpínacích lan. Ten byl zakotven do svislých ocelových trnů osazených na konci kompletní mostovky – tedy u předělu mezi výrobnami. Tažením lan se uvedla do pohybu celá, již vybetonovaná část mostovky o hmotnosti až 10 000 t. Hydraulické jednotky byly připevněny k dočasným betonovým pilířům připojeným k opěře.
Na hlavách dočasných podpor byla osazena kluzná ložiska s nerezovým plechem. Mezi mostovku a plech se vkládaly teflonové desky, které umožnily posun mostu s minimálním třením. Měření dokládají součinitel tření při výsuvu kolem 1,6 %.
Vpředu výsuvu je na mostovce osazen ocelový vysouvací nos. Nebyl vyráběn pro tento most, jeho konstrukční výška je tedy větší než výška komory. Aby bylo možné nos 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 přizvednutí nosu při nájezdu na kluzné ložisko na dočasné podpoře. Průběh výsuvu se dokumentoval i dronem.
Po dokončení levobřežní opěry se budoval ještě před dokončením výsuvu násyp s přechodovou oblastí. Vysouvací nos byl proto demontován ještě před dosažením levobřežní opěry a výsuv se dokončil bez nosu.
„Po ukončení výsuvu jsme přistoupili k betonáži příčníků. Po vybetonování příčníku nad levobřežní opěrou už byl umožněn příjezd na mostovku. Následovala betonáž dvojice podporových příčníků nad členěným středním pilířem, kde zároveň došlo k tuhému provázání mezi pilířem, mostovkou a pylonem. Jako poslední jsme betonovali mohutný příčník na pravobřežní opěře. V tomto příčníku je rovněž zakotven nejdelší závěs, což výrazně přispívá k tuhosti konstrukce,“ popisuje průběh prací Petr Vítek. „V této době už bylo třeba manipulovat s bedněním horní desky komory, proto byla zkompletována a předepnuta příčná táhla u kotev závěsů. Příčná táhla přenášejí vertikální síly závěsu do spodních partií komory pod stěny. Táhla jsou primárně betonová, předepnutá lanovým předpínacím kabelem uprostřed. Po obvodě je tenkostěnná ocelová trubka, která má funkci ztraceného bednění, ale zajišťuje i přenos příčných tahů vznikajících v táhle. Z důvodů montáže je trubka teleskopická.“
Vliv povodňového průtoku
Založení dočasných podpor vycházelo ze zaměření dna Labe. Hloubka dna u dočasné podpory při pravém břehu byla 5 m pod hladinou, u levého břehu dosahovala jen 2 m. Tomu 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 – piloty levobřežní podpory jsou proto subtilnější.
„Při povodních v lednu 2024 způsobených dešti a současným táním sněhu došlo k výraznému nárůstů průtoku. Tok reguluje blízký jez a výška hladiny se téměř zachovala, ale značně se zvýšila rychlost proudění vody. Došlo tedy k vyplavení dna – hloubka při levém břehu se zvětšila zhruba o 3 m, takže se odhalily piloty dočasné podpory,“ vzpomíná dr. Vítek.
Nový stav dočasné podpory byl staticky posouzen – podpora 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, ty přenášejí vodorovnou sílu do ostatních podpor, které vykazují dostatečnou tuhost ve vodorovném směru. Díky předepnutým kabelům se zvýšila tuhost zajištění jako celku, neboť předpjaté jednotky, ač lanové, přenášejí do jisté míry sílu i v tlaku.
Obava z další povodně vedla k preventivnímu opatření formou zpevnění dna mezi pilotami. Mezi obnažené piloty se vložily textilní vaky vyplněné betonem, dno se tak zpevnilo a zamezilo se jeho vymílání. Další povodeň skutečně přišla už v září 2024, následně se ověřil stav dna a potvrdilo se, že dočasné podpory jsou stabilní.
Realizace pylonu
Pylon je ve spodní části členěn do dvou dříků, každý o průřezu 1,8 × 2,2 m. Spodní takt o výšce 8 m byl budován do standardního systémového bednění. Dále bylo instalováno překládané šplhací bednění o výšce taktu 4 m. Aby se urychlil proces výstavby, byly předvyrobeny armokoše, které se do bednění ukládaly jeřábem.
Pylon byl navržen z betonu C50/60, který je charakteristický poměrně značným vývinem hydratačního tepla. Jeho výstavba přitom probíhala za horkého počasí – uložená směs se proto chladila průtokem vody v plastových trubkách instalovaných do profilu pylonu.
Ukloněné dříky jsou během výstavby vlivem působení vlastní tíhy namáhány ohybem. Aby se vliv průhybu elimininoval, byly ve dvou výškových úrovních dříky vzájemně rozepřeny vzpěrami s hydraulickými lisy tak, aby se dosáhlo jejich přímého tvaru. Následoval atypický díl, kdy se dva dříky spodní části pylonu spojily v jeden prvek. Poté se rekonfigurovalo šplhací bednění a pokračovala betonáž společného dříku.
„V horní části pylonu bylo osazeno sedm sedel pro převedení závěsů přes pylon. Sedlo má ocelový plášť, vyplněný vysokohodnotným betonem, ve kterém jsou kanálky pro každé lano závěsu. Kanálky mají tvar obrácené kapky, aby se po napnutí mohlo lano zaklínit a dokázalo tak přenášet sílu z každé strany závěsu, do jisté míry rozdílnou. Výhodou je, že pylon namáhá zejména radiální síla působící pod sedlem. Není tedy potřeba přenášet kotevní síly závěsů, jak je tomu u jiných systémů. Dominantní radiální namáhání vyžaduje především vyztužení pod sedlem pro přenos příčných tahů, podobně jako pod ložisky,“ upřesňuje dr. Vítek a dodává: „Abychom mohli sedla uložit do přesné polohy, byl vyroben ocelový rám, do kterého se každé sedlo uložilo. Následovala instalace výztuže, přesun bednění a betonáž. Ocelový rám byl rovněž zabetonován a vytvořil tak tuhou podporu pro fixaci dalšího patra rámu s následujícím sedlem. Z důvodů kvalitního probetonování pod sedlem se využíval samozhutnitelný beton. Proces betonáže jsme ověřili na vzorcích skutečné velikosti.“
Instalace závěsů
Závěsy instalovala firma VSL v rámci subdodávky. Postupně byly instalovány plastové průchodky pro závěsy, do nichž se lana protahovala. Lana závěsu jsou pozinkovaná a potažená plastovou ochranou. Plast se z lana odstraňuje v kotevní oblasti a v délce průchodu sedlem. Každé lano se předpínalo synchronně z obou stran tak, aby se zaklínilo do kapkovitého kanálku sedla a aktivovalo se tak tření mezi lanem a kanálkem. V oblasti kotev a sedla je závěs zainjektován gelem, který zajišťuje protikorozní ochranu lana.
Delší závěsy (čtyři ze sedmi) jsou vybaveny třecími tlumiči umístěnými na koncích průchodek mostovkou. Tlumiče eliminují kmitání závěsů způsobené větrem a dopravou. Nejvíce zatížené závěsy jsou sestaveny až ze 169 předpínacích lan.
Přestože je ochraně lan závěsů proti korozi věnována pozornost, počítá se s možností výměny jednotlivých lan. K jejich poškození by mohlo dojít například při vážné nehodě nebo při útoku na most. Pokud by lano bylo kdekoliv přerušeno, došlo by k jeho vyvléknutí ze sedla a pylon by nebyl dlouhodobě nesymetricky namáhaný. Dynamickému rázu však předejít nelze.
Aktivací závěsů se most dostává do definitivního statického schématu, kdy nastává odlehčení dočasných podpor. Dočasné podpory se následně odstraní.
Dokončovací práce
V průběhu výstavby pylonu se instalovaly prefabrikované prvky říms, římsa úzkého služebního chodníku je tvořena masivním prefabrikátem z běžného betonu, naopak široká římsa veřejného chodníku je z vylehčeného prefabrikátu z UHPC, čímž se vyvažuje příčný řez a eliminuje se kroucení mostu od vlastní tíhy.
Následuje instalace mostní izolace, výstavba monolitických částí říms, vozovky, svodidel, protihlukových stěn a realizace dalších drobných prací.
Ekonomická efektivita návrhu
Dr. Ing. Petr Vítek: „Při návrhu mostu jsme dbali na ekonomickou efektivitu. Dimenze konstrukce odpovídají statickému působení. Vetknutí do středního pilíře přispívá k tuhosti konstrukce a její odolnosti proti působení nesymetrického nahodilého zatížení. Také jednostranné zakotvení nejdelšího závěsu do opěrového příčníku příznivě působí na tuhost konstrukce.“
Návrh vycházel i z technologie výstavby. Veškeré předpětí potřebné ve stavebních stavech je plně využito v definitivním působení konstrukce. Potřebná tuhost mostovky pak vedla k malému počtu závěsů.
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, bylo nutnou podmínkou pro výsuv.
Výstavba pylonu pomocí šplhacího bednění se ukázala jako efektivní a v zásadě jednoduchá.
Rozkročený tvar pylonu a užití sedel pro převedení závěsů vedou k minimalizaci namáhání konstrukce. Využití betonu na výstavbu pylonu daného tvaru je výhodné a jeho vyztužení je na přijatelné úrovni.
Přestože se jedná o konstrukci, u níž je rozhodující minimalizace nákladů, využitím jednoduchých tvarů a přísným respektováním statického působení se podařilo vytvořit esteticky příznivě působící dílo.
Klíčovým materiálem byl beton
Výhradním dodavatelem betonu na tuto stavbu je společnost Cemex Czech Republic
Po svém dokončení se most s délkou 257 m a výškou nosného pylonu 60 m stane největším lanovým mostem v ČR. Je zřejmé, že u takto rozsáhlé a náročné stavby je právě beton klíčovým materiálem. Ve svém průběhu ho stavba spolykala celkem 13 000 m3. Výrobu betonu pro tuto akci zajišťovaly betonárny společnosti Cemex Semtín I a Semtín II. Betonáž průběžně zajišťovaly dva mixy v kyvadlovém režimu.
Významu stavby odpovídaly i požadavky zhotovitele na kvalitu betonu. Technolog ze společnosti Cemex Ing. Štěpán Vaníček k tomu uvádí: „Požadavek na typ betonu 50/60 XF4 S4 byl již součástí tendru na dodavatele betonů stavby I/36 Trnová–Fáblovka–Dubina. Vývoj receptury probíhal ve spolupráci AZL Pardubice a oddělením Technologie. Bylo zapotřebí využít pucolánově aktivní příměsi, která se významně podílí na charakteristických vlastnostech betonu, kterými jsou pevnost v tlaku a odolnost vůči vlivům prostředí. V průběhu stavby vzešel od zhotovitele další požadavek na vývoj samozhutnitelného betonu 50/60 XF4. Samozhutnitelný beton (SCC) byl potřeba na betonáž zakládacího segmentu, kde vzhledem k podmínkám stavby nebylo možné hutnění betonu klasickou vibrací. Kromě vývoje receptury bylo nezbytné ověření dostatečné ‚tekutosti‘ betonové směsi na referenčním bloku, který byl realizován přímo na staveništi.“
-vis-
Foto: archiv společnosti Hochtief CZ
Vyšlo v časopise Materiály pro stavbu č. 2/2025.
