asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví
Partneři kategorie

Prefabrikace nosných konstrukcí mostů umožňuje zrychlení výstavby

07.05.2009
Výstavba dopravní infrastruktury patří mezi dlouhodobé priority české a slovenské vlády a ani současná finanční krize na tom nic nezměnila. Po velmi dlouhém období nutném obvykle pro schvalování územních plánů, ověření vlivu stavby na životní prostředí, vyřešení majetkových vztahů a investiční i projektovou přípravu je téměř vždy požadována mimořádně krátká lhůta výstavby. Limitujícími objekty pro rychlost výstavby liniových staveb jsou zejména mosty a tunely. U mostů malého a středního rozpětí patří prefabrikace konstrukčních prvků k základním možnostem, jak se s tímto požadavkem vypořádat.

Oblast prefabrikace mostních konstrukcí
Průmyslová výroba betonových stavebních prvků se může uplatnit na značné části stavebního trhu. Prefabrikace je přirozenou volbou tam, kde se požaduje vysoká rychlost výstavby a kde pomocné podpěrné konstrukce skruží a bednění jsou pro přemosťované dopravní trasy a zastavěné pozemky nákladné nebo omezující. Zatímco trvalé výrobny s optimálními pracovními a výrobními podmínkami se zaměřují na jednoduché nebo opakované standardní konstrukce, na staveništích velkých mostů se často používají individuálně navržené formy i pro výrobu velkých a těžkých prvků.

Mezi výhody prefabrikace na staveništi patří zrychlení výstavby díky souběžné výrobě spodní stavby a nosné konstrukce, minimální ovlivnění stávající dopravní sítě, lepší kontrola kvality a často i úspora nákladů. Přesto se prefabrikace na staveništi u nás na rozdíl od zahraničí příliš nerozšířila. Rozvoj v oblasti stavební mechanizace a technologie, který využívá těžké jeřáby, transportní prostředky a montážní soubory, umožnil při zachování technických a ekonomických výhod rozšíření prefabrikace i na rozsáhlé stavby a mosty s velkým rozpětím (u nás nosníky asi 40 m a příčně dělené konstrukce asi 60 m, v zahraničí do 100 m).

Prefabrikace mostních konstrukcí může mít samozřejmě i negativní dopady a vždy je třeba pečlivě uvážit vhodnost systému pro dané prostředí. Zejména je nutno zabránit monotónnímu opakování, doladit tvarové návaznosti konstrukcí, vyřešit pracovní a dilatační spáry a přenos smykového namáhání mezi jednotlivými prvky.

Mosty s použitím systému prefabrikovaných nosníků
Systémy prefabrikovaných nosníků se spřaženou deskou jsou vhodné pro vodorovné nosné konstrukce stavebních objektů a zvláště tam, kde se požaduje značná variabilita, rychlá výstavba bez omezení podjezdné výšky, vysoké užitné zatížení a dlouhodobá životnost. Firma Pontex, s. r. o., vyvinula ve spolupráci s firmami SSŽ, a. s., a SMP CZ, a. s., systémy dodatečně předpjatých nosníků T-93 pro rozpětí 12 až 27 m, vylehčené nosníky Petra optimalizované pro rozpětí 24 až 36 m a pro firmu Doprastav, a. s., nosníky DPS VP-T 07 s hybridním předpětím optimalizované pro rozpětí 33 až 42 m. Návrh mostu se vždy optimalizuje pro každou stavbu s ohledem na prostorové uspořádání, šikmost, spojitost, intenzitu zatížení a další parametry.

Nosné konstrukce z nosníků se spřaženou deskou vyhovují současným požadavkům na kvalitu, trvanlivost a životnost stavebního díla, které jsou uvedeny v technických normách EN a v technických kvalitativních podmínkách. Nosníky jsou velmi vhodné pro různé typy dálničních mostů a nadjezdů se stojkou ve středním pásu, ale i pro železniční a tramvajové mosty, lávky pro pěší, zastropení podchodů, hloubených tunelů, podzemních garáží a stanic metra a silně zatížené stropy průmyslových budov. Vzhled mostů je esteticky příznivý a konstrukce působí odlehčeným dojmem.

Nosníky se vyrábějí zpravidla z betonu C45/55 nebo C55/67-XF2, XD3. Používá se certifikovaný předpínací systém; předpínání a injektáž kabelových kanálků se provádějí přednostně ve výrobně, u nosníků pro větší rozpětí a spojitých konstrukcí se část kabelů napíná a injektuje na stavbě. Spřažená deska o tloušťce 220 mm z betonu C30/37-XF1, XF2 umožňuje velmi dobré roznášení pohyblivého zatížení, vytvoření perfektního podkladu pro celoplošnou izolaci, zakotvení dilatačních závěrů a odvodňovačů, zmonolitnění nad vnitřními pilíři. Ve srovnání s jinými nosníkovými konstrukcemi je použit menší počet nosníků, což zrychluje výrobu a stavbu. V nosné konstrukci nejsou uzavřené, nekontrolovatelné dutiny a žádné nepřiměřeně tenké prvky, které jsou problematické z hlediska životnosti.

Příčně dělené konstrukce montované ze segmentů
Segmentová technologie patří ve světovém měřítku k významným technologiím výstavby betonových mostů středního rozpětí. Je velice náročná na technologické vybavení rea­lizační firmy i na její odbornou úroveň a dodržování technologické kázně. Proto není vhodné segmentovou technologii použít kdekoli v běžných případech. Typickým příkladem je velká výška nad terénem, nepřístupnost prostoru pod mostem, velká proměnlivost směrového vedení trasy s malými poloměry, vysoké nároky na rychlost výstavby a v neposlední řadě maximální omezení mokrého procesu výstavby z ekologických důvodů. Přitom je nutno vzít v úvahu i zvýšené náklady dané zejména vyšší spotřebou předpínací výztuže a investicemi zhotovitele do technologického vybavení.

Velké množství realizovaných segmentových mostů najdeme například v jihozápadní a severní Evropě, Severní Americe či v jihovýchodní Asii. V sedmdesátých a osmdesátých letech dvacátého století patřila segmentová technologie k nejčastěji užité technologii výstavby mostů středního rozpětí na dálniční i silniční síti v Československu a nabízely ji např. firmy SSŽ, Stavby mostů Praha, Dopravní stavby Olomouc, Doprastav, Inženýrské stavby Košice a Vojenské stavby Praha. Některé ze segmentových mostů však musely být nákladně rekonstruovány, zejména vzhledem k nedostatečně dořešeným konstrukčním detailům ve fázi projektu, výstavby i údržby.

V devadesátých letech došlo v České republice k útlumu této progresivní technologie. Vedlo k tomu několik důvodů. Za prvé to bylo často až nekritické přejímání předpisů a doporučení ze sousedního Německa, které bylo ve vztahu k příčně děleným konstrukcím dlouho konzervativní. Dalším, patrně nej­významnějším faktorem útlumu byl pohled investorů na segmentovou technologii jako na obdobu paneláků v pozemním stavitelství. Samozřejmě je nutno uznat, že stavebnictví 70. a 80. let nevynikalo právě nejvyšší kvalitou. A právě proto, že segmentové mosty patřily v této době k nej­častěji budovaným – a budovaly se bohužel často i tam, kam se příliš nehodily –, se na nich často objevovaly poruchy. Je třeba si uvědomit, že na vině není segmentová technologie jako taková. V současné době realizují nosné konstrukce ze segmentů zejména firmy SMP CZ, a. s., v Česku a na Slovensku firma Doprastav, a. s.

Inovace segmentové technologie
Systém mostních segmentů SMP a Doprastavu je postaven na základě systému Freyssinet International zakoupeného v 70. letech. Technologické inovace provedené postupně na základě dlouholetých zkušeností odstranily v posledních letech často se vyskytující nedostatky a problémy. Velká pozornost byla věnována deviátorům kabelů volného předpětí. Aby se odstranilo nebezpečí vzniku trhlin v betonu po napnutí kabelů, byl optimalizován jejich tvar, výztuž a technologie bednění. Geometrie volných kabelů je v realizační dokumentaci řešena trojdimenzionálně a kónická vyústění průchodek zvedaných kabelů jsou nastavována do přesného směru např. pomocí laserových zaměřovačů. Současně byla provedena optimalizace vedení kabelů, podkotevní výztuže a zajištění geometrie kanálků vnitřního předpětí při betonáži. Dále byl řešen komplex problémů spojených s lepením segmentů, zaléváním kapes a injektáží předpínacích kabelů.

Těsnění kabelových kanálků v kontaktních spárách je na základě podrobného výzkumu řešeno stanovenou technologií nanášení certifikovaného tmelu ve spáře. Byl optimalizován systém injektážních a odvzdušňovacích trubek tak, aby neprocházely spárami mezi segmenty, a navržená technologie zalévání kapes umožňuje dokonalé vyplnění dutin. Byla provedena také kompletní renovace a modernizace formovací techniky a montážních souborů. Značně složitý problém chování mostu během výstavby řeší vždy projektant na prostorovém statickém modelu s uvažováním interakce základové půdy a spodní stavby. Ve výpočtu se zohledňuje postupný způsob výstavby po vahadlech nad pilíři, jejich postupné spojování a vliv reologických vlastností betonu a výplň spár. Cílem je minimalizovat rozdíly mezi teoretickou niveletou a skutečným provedením nosné konstrukce.

Další fáze inovace proběhla po roce 2005. Vizuálně odlehčené pilíře s průřezem tvaru X přecházejí do rozšířené hlavice uzpůsobené pro umístění veškerého technologického zařízení pro montáž a rektifikaci nosné konstrukce. Segmenty klasického komorového průřezu mají zaoblené vnější rohy mezi stěnou a konzolou. V každém segmentu je kotvena maximálně jedna dvojice konzolových kabelů. Kotva je umístěna v oblasti styčníku stěny a horní desky, ve stěnách nejsou žádné kabely. Výsledkem jsou malé změny směrů vedení kabelů, a tím lepší zajištění spojitosti kabelové dráhy ve spárách a rovnoměrné rozdělení smykových ozubů po celé výšce stěny. Snížení počtu kanálků umožňuje jejich dokonalejší utěsnění ve spárách pomocí tmelu. Část předpětí je navržena z  19lanových kabelů se soudržností, část předpětí je navržena formou paralelních volných kabelů sestavených z lan typu monostrand. Změny směru probíhají v deviátorovém segmentu s výztužným diafragmatem. Kotevní prahy pilířových segmentů jsou příčně předepnuty. Nosná konstrukce je vybavena rezervními trasami pro případné dodatečné osazení dalšími volnými kabely v budoucnosti.

Výroba segmentů

Mostní segmenty se vyrábějí kontaktním způsobem metodou Short-Line. Základním principem této metody výroby je, že čelo předchozího segmentu (protisegmentu) tvoří bednění zadního čela nově betonovaného segmentu. Přední pevné čelo je součástí ocelové formy. Geometrické nastavení protisegmentu se provádí pomocí programu pro geodetické řízení výroby segmentů. Délka běžných segmentů je 2,2 m. Pro výrobu pilířových a opěrových segmentů slouží jedna pilířová forma, běžné a deviátorové segmenty se vyrábějí ve dvou běžných formách. Kapacita výrobny činí 7 segmentů za týden. Betonářská výztuž včetně prvků systému předpětí se do formy osazuje sestavena do armokoše vyráběného na kopytu.

Výjimkou jsou pilířové segmenty, kde vzhledem k velké tvarové složitosti se armokoš váže přímo ve formě. Po kompletním vystrojení segmentu se uzavře forma a provedou se potřebné kontroly před betonáží. U deviátorových a pilířových segmentů se pomocí speciálních přípravků provede rektifikace drah volných kabelů zacílením průchodky v segmentu do teo­retického bodu průchodu kabelu. Vlastní betonáž se provádí bez pracovní spáry v jednom pracovním cyklu. Beton se od míchacího centra dopravuje čerpáním, uložená betonová směs se zhutňuje ponornými a příložnými vibrátory. Po odformování se protisegment přemístí na skládku a právě zhotovený segment se nastaví jako protisegment následujícího.

Montáž nosné konstrukce

Nosná konstrukce se montuje obvykle vahadlovým způsobem letmo pomocí výsuvného zavážecího jeřábu určeného pro montáž segmentů o nosnosti 60 t. Tento montážní soubor umožňuje montáž nosné konstrukce o maximálním podélném a příčném sklonu 6 %, maximálním rozpětím pole přes 60 m a minimálním směrovém poloměru 300 m. Přísun segmentů k montážnímu souboru probíhá po hotové části nosné konstrukce od opěry. Montáž vahadla začíná vytvořením zárodku sestávajícího  z pilířového segmentu a dvojice běžných segmentů. Takto vytvořený zárodek se zrektifikuje na čtveřici hydraulických lisů.

Poté následuje symetrická montáž vahadla. Segment se po nanesení tmelu na kontaktní čelo připne montážními předpínacími tyčemi. Po namontování protilehlého segmentu a dosažení stanovené pevnosti tmelu se předepnou z čela vnitřní konzolové kabely. Během montáže je vahadlo uloženo na hydraulickém rektifikačním zařízení na hlavě pilíře, pomocí kterého se po jejím dokončení provádí směrová a výšková rektifikace. Zrektifikované vahadlo se zmonolitní s předchozí hotovou konstrukcí prostřednictvím monolitické uzavírací spáry. Poté se protáhnou a napnou vnitřní kabely spojitosti a aktivují se ložiska. V návaznosti na postup montáže se v komoře nosné konstrukce realizuje volné předpětí a provádějí se další navazující práce.

Příklady realizace segmentových mostů
Všechny mosty mají navrženu samostatnou spojitou nosnou konstrukci předpjatého komorového průřezu pro každý jízdní směr. Mosty 1 až 5 vybudovala firma SMP CZ, most 6 staví firma Doprastav. Projektovou dokumentaci vypracovala firma Pontex (most 1 ve spolupráci s firmou Promo, most 5 ve spolupráci s firmou SUDOP). Ve všech případech je použit předpínací systém DSI.



Závěr

Nosníkové mosty se s výhodou uplatňují i u dlou­hých estakád na slovenských dálnicích nebo u mostů Vchýnice na D8 a Černovický potok na D3 v ČR. Použití vysokohodnotných betonů zajišťuje těmto mostům dlouhodobou životnost při minimální potřebě údržby. Prefabrikované nosníkové konstrukce o více polích jsou zásadně navrhovány jako spojité. Nové generace mostních segmentů firem SMP CZ a Doprastavu obstály i při výstavbě náročných staveb na dálniční síti. Výhodou použité technologie je vysoká rychlost výstavby – montáž probíhá typicky rychlostí 4 segmenty, tj. 8,8 m mostu denně, výroba segmentů probíhá v předstihu sou­běžně s výstavbou spodní stavby.

Dalším přínosem je možnost přenést hlavní stavební činnosti po dokončení spodní stavby mimo přemosťované údolí. Ve stálé výrobně lze dosahovat vysokou kvalitu betonových dílců a díky vysoké tuhosti formy i značné přesnosti výroby. Praxe potvrzuje dobré metodické zvládnutí výpočtu nadvýšení se zohledněním různých technologických vlivů. Klasická metoda výstavby mostů středního rozpětí montáží letmo v symetrických konzolách ze segmentů se po jistém útlumu úspěšně vrátila mezi často používané technologie a zejména rychlost výstavby dává této technologii dobrou perspektivu i do budoucnosti.


Ing. Milan Kalný
Foto: Pontex

Ing. Milan Kalný je technický ředitel projektové a konzultační společnosti Pontex, s. r. o., a působí jako předseda České betonářské společnosti.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media