Oprava Karlova mostu v Praze – příprava a provádění

Po náročných průzkumných a přípravných pracích bylo v srpnu 2007 přikročeno k opravě Karlova mostu. Klíčovým problémem opravy je jeho ochrana proti vnikání srážkové vody do konstrukce mostu. Proto je nejdříve opravována mostovka a prováděn nový hydroizolační systém. Kontrolována jsou napětí v nosné konstrukci a současně se provádí diagnostický průzkum poškození lícních kvádrů pískovcového zdiva. Ve druhé části opravy, která začne po roce 2010, půjde o velmi pečlivou kamenickou práci při výměně nebo opravě poškozených kvádrů pláště mostu.

Investiční příprava
Velké a významné stavby a památky nebo umělecká díla, ale ani jejich opravy nevznikaly bez problémů. Ani Karlův most nebyl během staletí ušetřen sporů, které mohly zásadně změnit jeho podobu a památkovou podstatu. Takovým byl spor po zřícení tří kleneb a dvou pilířů při povodni v roce 1890. Předmětem sporu byl návrh na výstavbu jen dvou kleneb s větším rozpětím, aby se zvětšil průtočný profil mostu a aby nové pilíře byly obloženy žulou. Je zásluhou architekta a stavitele Josefa Hlávky, že se tak nestalo a most zůstal zachován v původní podobě.

Novodobé výměny názorů na opravu Karlova mostu mají svůj zdroj ve velké opravě mostu, která proběhla v letech 1965 až 1974 a která nebyla příliš úspěšná. Prosakování vody mostem bylo zjištěno již na začátku let osmdesátých. Byl tak dán podnět k průzkumům a expertním posudkům, na základě kterých byl vypracován původní (první) projekt opravy mostu, jehož technickým garantem byl prof. J. Witzany z Fakulty stavební ČVUT v Praze. Projekt byl kritizován odborníky z Klubu přátel za starou Prahu, odborníky z Národního památkového ústavu (NPÚ), pracovní expertní skupinou vedenou prof. V. Křístkem (PES) z Fakulty stavební ČVUT v Praze, odborníky z Přírodovědecké fakulty UK v Praze a zvláště skupinou mostních odborníků z Českého svazu stavebních inženýrů (ČSSI).

Z hlediska památkové péče byly nepřijatelné průrazy kleneb (čtyři o průměru 270 mm v každé klenbě pro odvodnění vozovky) a odtěžování historického výplňového zdiva až na rub kleneb. Nebyl dán souhlas s realizací táhel spínajících poprsní zdi v navržené podobě v případě, že bude odstraněna železobetonová deska, a bylo požadováno nové řešení hydroizolačního systému. Uvedené námitky byly dále rozpracovány výše uvedenými oponenty z hlediska stavu napětí a deformací kamenné konstrukce, z hlediska poškození lícních kvádrů a výplňového zdiva chemickými a biochemickými procesy a vlivy klimatickými. Výsledkem bylo zamítnutí původní PD na opravu mostu odborem památkové péče Magistrátu hl. m. Prahy (MHMP) v květnu 2002.

Na uvedenou situaci reagoval MHMP usnesením Rady hl. m. Prahy z července 2003, ve kterém rozhoduje delimitovat investorská práva a povinnosti na opravu Karlova mostu z Technické správy komunikací hl. m. Prahy na odbor městského investora (OMI MHMP).

V říjnu 2003 ředitel OMI MHMP pověřuje nezávislou konzultační a projektovou společnost Mott MacDonald Praha, aby po analýze všech dosavadních průzkumů, expertních posudků a dodatečných průzkumů vypracovala studii s názvem Přípravná projektová dokumentace stavby. Uvedená studie vypracovaná ve spolupráci s odborníky Fakulty stavební ČVUT v Praze, Přírodovědecké fakulty UK v Praze, Národního památkového ústavu (NPÚ) a Českého svazu stavebních inženýrů (ČSSI) byla přijata odbornou komisí pro opravu Karlova mostu, vedenou I. náměstkem primátora Ing. J. Bürgermeisterem a schválena v květnu  2004 odborem kultury a památkové péče (OPP) MHMP jako přípustná a jako podklad pro vypracování PD opravy mostu.

Zřícením kamenného Juditina mostu při povodni v únoru 1342 ztratila tehdejší Praha jediné trvalé spojení obou částí města. Král Jan Lucemburský pověřil tehdy ještě markraběte moravského Karla, aby se postaral o stavbu a opravu mostu a aby špitálu rytířského řádu křížovníků s červenou hvězdou potvrdil všechna jeho privilegia v této záležitosti. Se stavbou nového mostu se začalo až po patnácti letech – 9. 7. 1357 v 5.31 hodin ráno (datum je symetrické podle devítky – v pořadí rok, den, měsíc, čas – a obsahuje pouze lichá čísla, tedy 135797531), kdy Karel IV., tehdy již král český a císař německý, na radu svého astrologa položil základní kámen mostu. Výstavbou mostu byl pověřen mostmistr pražský Otto, který znalost stavby mostů získal od avignonského stavitele mostů Viléma a podle historických pramenů most navrhl, zakládal a stavbu řídil až do své smrti v r. 1375. Po něm převzal řízení stavby Petr Parléř, který byl pozván do Prahy jako stavitel pražské katedrály a sochař. Po jeho smrti v r. 1399 most dostavěl některý z jeho nástupců (ředitelů kamenické hutě). O něm se však nedochovaly písemné zprávy. Karlův most má 16 kleneb o světlosti 16,62 až 23,38 m, 15 pilířů a 2 opěry. Celková délka je 515,76 m, světlá šířka 9,40 až 9,50 m, šířka kamenného zábradlí je 0,40 m (obr. 1).

Založení mostu a ochranné obálky pilířů č. 8 a 9
Jako u každé opravy mostního díla bylo třeba nej­dříve zjistit stav jeho základů. Potápěčským průzkumem po povodni v srpnu 2002  bylo ověřeno, že základy mostu nejsou porušeny. Poškozeny byly pouze ochranné obálky podél základů pilířů č. 8 a 9 u levého břehu řeky. Bylo rozhodnuto postavit obálky nové a zasypat hluboké výmoly mezi pilíři mostu hrubým lomovým kamenem.

Nové ochranné obálky byly odsazeny od obálek poškozených a vyplněny lomovými hrubými kameny injektovanými cementovou směsí. Jejich vnější hrany na obou zhlavích pilířů tvoří štětovnice Larsen IIIn (vibroberaněné 1 m do skalního podloží) a ploché štětovnice ARBED-500 (vibroberaněné do sloupů tryskové injektáže pod klenbou mostu). Horní plocha obálek je chráněna železobetonu deskou o tloušťce 0,5 m zakotvenou do štětovnicových stěn.

Abychom ověřili založení mostu, byly při této příležitosti ve stávajících jímkách provedeny kopané sondy pod základy obou pilířů. Bylo zjištěno, že pilíře jsou založeny na urovnaném korytě řeky a že po obvodě jejich základů jsou položeny opotřebované mlýnské kameny o průměru cca 1 m a tloušťce 0,25 m nebo špatně vytesané kameny zvané otesky spojené železnými kramlemi zalitými olovem. Na nich byl lícními kvádry vyzděn plášť pilířů a vnitřní prostor vyplněn lomovým opukovým zdivem na hydraulickou maltu (obr. 2).

Jen později opravované části pilířů, zpravidla jejich zhlaví, jsou založeny na trámových dubových roštech na krátkých okovaných dřevěných pilotách. V bodech křížení těchto trámů jsou položeny otesky a zbývající prostor byl dozděn opukou nebo byla na trámy položena fošnová podlaha a na ní vyzděn pilíř. V suchých obdobích Vltavou protékalo jen asi 19 m³/s a její koryto bylo podstatně širší, takže proud řeky mohl být v případě potřeby bez potíží odkloněn.

Koncepce opravy mostu
Po provedení dodatečných jádrových vrtů a kopaných sond v konstrukci mostu bylo zjištěno, že výplně pilířů a konstrukce nad klenbami tvoří lomové opukové zdivo na hydraulickou maltu, která je v dobrém stavu (její pevnost je 6 až 11,2 MPa). V pilířích nejsou kaverny vyplněné vodou, jak bylo uváděno. Klenby včetně poprsních zdí a výplňového zdiva jsou konstrukcí velmi tuhou a skutečnost, že jsou prostoupeny trhlinami, je přirozenou reakcí na zatížení a jeho změny – zejména cyklické střídání teplot během 650 let trvání mostu.

V současné době je stav mostu staticky stabilizovaný a není žádoucí měnit rozložení napětí v konstrukci a riskovat vznik dalších trhlin. Každá změna napětí generuje změnu trhlinových polí; jedny se uzavírají, ale zůstávají, druhé se rozevírají a další vznikají. Proto koncepce opravy mostu musí být taková, aby změna zatížení konstrukce, a tím změna trhlinových polí během opravy byla minimální, neboť trhliny jsou počátkem degradace konstrukce. Proto také výpočet napětí a porušení kamenné konstrukce byl proveden podle nelineární teorie mechaniky (provedl prof. J. Šejnoha z Fakulty stavební ČVUT v Praze).

Tým prof. Witzanyho považoval nosnou konstrukci mostu za homogenní těleso bez trhlin vyplněné kamennou rovnaninou a výpočty napětí uvažoval podle lineární teorie mechaniky, takže musel dojít k nesprávným výsledkům.

Dalším předmětem sporu bylo ponechání nebo odstranění ocelobetonové desky provedené v mostovce při poslední opravě. Označení desky jako železobetonové je nesprávné, neboť ve skutečnosti jde o krycí vrstvu betonu o tloušťce 150 až 350 mm vylitou na nerovný povrch opukové výplně, která chrání betonářskou výztuž spínající obě zábradelní zdi před vykloněním. Prof. Witzany zdůvodňoval odstranění „železobetonové desky“ jejím výrazným škodlivým rozpěrným účinkem při zkrácení kamenného zdiva klenby vlivem ochlazení, které se v rychlosti náběhu teploty a teplotních dilatací chová odlišně od „železobetonové desky“, a dochází tak k vodorovné deformaci poprsních zdí.

Skutečností je, že „železobetonová deska“ při nestejnoměrném oteplení spolupůsobí s opukovým výplňovým zdivem prostřednictvím smykových napětí v kontaktní zóně a oba uvedené materiály svoje volné teplotní dilatace omezují, takže jejich dopad na deformaci poprsních zdí je mizivý (bylo prokázáno prof. Šejnohou), a proto je možné ji v konstrukci ponechat a není nutné sanovat její připojení k poprsním zdem. Roztlačování poprsních zdí je způsobeno rozpínáním vozovkových vrstev, zejména v úrovni dlažby vložené do betonové podkladní vrstvy, které nejsou dilatovány od poprsních zdí.

Sledování deformací mostu
Aby byla ověřena správnost výpočtu stavu napětí a porušení konstrukce při teplotních změnách, budou po provedení opravy sledovány deformace konstrukce do doby, až se naměřené hodnoty ustálí nebo se budou jen málo lišit. Budou proto měřeny teplotní gradienty uvnitř mostu a vlhkost.

Hydroizolace
Klíčovým problémem mostu je nefunkční hydroizolační systém, který je příčinou většiny poruch. Hlavním účelem opravy je proto výměna hydroizolačního systému a s ní spojená pečlivá práce při provádění detailů, zvláště kolem odvodňovačů a chrličů a při přechodu z vodorovné vozovky do svislé roviny zábradelních zdí. Je nutné zabránit pronikání dešťové vody a vody z tajícího sněhu do konstrukce, aby se omezila vlhkost, a tím degradační procesy zdiva mostu. Izolace musí také umožnit přechod 20 mm široké dilatační spáry oddělující zeď zábradlí od vozovky a vyspádovaného betonového podkladu pod izolací.

Životnost systému je závislá na fyzikálních a mechanických vlastnostech použitých materiálů a pečlivé odborné práci. Proto je na subzhotoviteli izolačního systému požadována minimálně 30letá záruka na jeho bezporuchovou funkci. Této podmínce bez dodatečných požadavků vyhověla pouze anglická firma Stirling Lloyd se stříkanou dvouvrstevnou hydroizolační membránou Eliminátor.

Lícní kvádrové zdivo
Z výsledků dosud provedeného diagnostického průzkumu kamenného zábradlí vyplývá, že hlavním druhem porušení je drolivý rozpad povrchu, který způsobuje kombinace zmrzání/rozmrzání vody v pórovém systému s krystalizací solí a kvalita jednotlivých druhů kamene. Na degradaci kamenných kvádrů se projevil také vliv znečištěného ovzduší a různé konzervační prostředky (organické látky na bázi silikonu a polyamidy). Průzkum byl proveden podle metodiky stanovené doc. R. Přibylem z Přírodovědecké fakulty UK v Praze; tým doc. Přikryla dosud vyhodnotil 8 000 kamenných kvádrů zdiva mostu.

Aby bylo posouzení podle uvedené metodiky a další údaje kdykoliv k dispozici, je vytvářena digitální databáze výše uvedených údajů pro každý lícní kámen mostu. Na tomto úkolu se svým týmem úspěšně podílí fotogrammetrická laboratoř Fakulty stavební ČVUT v Praze s cílem vytvořit informační digitální databanku lícních kamenů Karlova mostu. Tento informační systém bude sloužit k periodickému posuzování stavu lícních kamenů, stupně jejich poškození, způsobu opravy nebo rozhodnutí o jejich výměně. V digitální podobě budou také výkresy skutečného provedení opravy mostu a další údaje.

Výběr kamene
Znovu se potvrzuje, že pro most je třeba vybrat kvalitní pískovec, který nebude třeba konzervovat umělými prostředky, musí mít vysokou pevnost v tlaku, nízkou pórovitost a vysokou odolnost proti zvětrávacím procesům. Těmto požadavkům nejlépe vyhovuje původní, dnes již staletími prověřený permokarbonský arkózový pískovec. Proto je třeba urychleně rozhodnout o lokalitě (průzkum je již proveden) a otevřít lom. Protože se do první části opravy Karlova mostu nepodařilo získat permokarbonské arkózy, byla jako náhradní kámen pro kamenné zábradlí mostu vybrána bílá odrůda kocbeřského křemenného pískovce, která se fyzikálními a mechanickými vlastnostmi nej­více blíží karbonským arkózám.

Spárovací malta
Základním materiálem původní spárovací malty bylo hydraulické vápno pálené z devonských vápenců v lomech v Praze – Podolí a Praze – Bráníku. Její plnivo tvořil říční písek a ostrohranné úlomky z kamenicky využitelných kvádrů z lomů na Petříně a Bílé Hoře. Přísadou byly drcené cihly, zvyšující hydraulicitu a zpomalující vysychání pojiva. Pro opravu spár základů a dříků pilířů č. 8 a 9 a při výměně lícních kvádrů těchto pilířů bylo použito porézní a prodyšné maltové směsi MAPE-ANTIQUE MC (italský výrobek použitý úspěšně při opravě historických staveb v Benátkách). Je odolná vůči chemickým a fyzikálním vlivům životního prostředí, zejména vůči síranovým solím. Pevnost malty v tlaku po 7 dnech jsou 2 až 4 MPa, po 28 dnech 4 až 6 MPa, což znamená větší pružnost, než měla malta původní.

Zahájení opravy mostu
V rámci první části opravy Karlova mostu se odstraní vrstvy keramzitbetonu, vymění se betonová spádová vrstva pod izolací, provede se nová izolační membrána, instalace veřejného plynového osvětlení, slavnostní osvětlení, osvětlení plavebních znaků, dále optokabely, ochranná betonová vrstva pro uvedené sítě, předláždí se vozovka do vápenitopísčité stabilizace a bude opraveno a přezděno kamenné zábradlí. Provedení této
I. části opravy Karlova mostu (opravy mostovky) získala firma SMP CZ, a. s., ve veřejné soutěži (222,4 mil. Kč). Oprava má být provedena během 1 029 dnů při zachování cestovního ruchu na mostě. Stavebním dozorem investora a inženýringem při opravě mostu byla odborem městského investora MHMP pověřena konzultační a projektová společnost Mott MacDonald Praha. Projekt po vyhrané soutěži vypracovala projektová a konzultační společnost PUDIS, a. s., Praha na podkladě studie přípravné a projektové dokumentace stavby vypracované společností Mott MacDonald Praha.

Veřejná soutěž na část B, tj. opravu kamenného pláště mostu, bude vypsána po skončení opravy mostovky. Půjde o velmi pečlivou práci kamenickou, nezávislou na provozu na mostě. Předpokládáme, že potrvá přibližně 8 let (dvě mostní pole za rok).

Vlastní práce na opravě mostu byly zahájeny 20. 8. 2007 na malostranském předmostí. Práce probíhají po polovinách v podélném směru mostu ve stavebním proudu, který zasahuje délku čtyř polí (cca 120 m). V prvním poli je odstraněna dlažba a rozebírá se kamenné zábradlí. Ve druhém poli se vyzdívá opravené zábradlí a začínají bourací práce na mostovce. Ve třetím se dokončuje bourání mostovky do hloub­ky cca 500 mm pod úroveň dlažby, pokládají se nové podkladní vrstvy (kamenivo zpevněné cementem a spádový beton) a je prováděna hydroizolační membrána. Ve čtvrtém poli se provádí krycí vrstva izolace, do které se pokládají všechny inženýrské sítě, a dlažba se pokládá do vápenitopísčité stabilizace.

Omyly při poslední opravě mostu (1965 až 1974)
Především jde o nevhodnou hydroizolaci, patrně v důsledku tehdy nedostupných lepších materiálů, a nepečlivé provedení. Oba tyto vlivy pak v kombinaci s používanými solemi v místech vysoké vlhkosti (nefunkční izolace) urychlovaly degradační procesy zdiva.

Šťastným řešením nebylo ani použití cementové malty, která je tvrdší než historické kamenné kvádry, takže i při opatrném rozebírání ulamuje hrany a rohy těchto kvádrů. Tomu se bohužel často nevyhneme ani při jejich rozpojování lanovou diamantovou pilou. Kromě toho použití cementové směsi jako plomby nahrazující vnitřní části lícních kvádrů nebo vyrovnání nerovností vnitřního povrchu kvádrů pod izolací omezilo průchod vlhkosti z tělesa mostu a urychlilo rozpad těchto kamenů postupně až na písek, takže z nich zbyly pouze vnější části o tloušťce 100 až 150 mm z původní šířky 400 mm. O vyřazení těchto kamenů rozhoduje komise, která v protokolu uvede, které poškozené kameny budou odvezeny na zastřešené hlídané úložiště.
Nové lícní kvádry jsou vyřezány na pile přesně podle stávajících bloků z desek o tlouštěk 400 mm (šířka zábradlí), na které jsou rozřezány 6- až 12tunové bloky těžené v lomu. Jejich lícní povrch je kamenicky upraven podle původních kamenů a jsou pečlivě zazděny do konstrukce.

Inspekce Ministerstva kultury
Od 14. 7. do 26. 9. 2008 probíhala na opravě Karlova mostu inspekce Ministerstva kultury ČR, zacílená na provádění kamenických prací na zábradlí mostu. Vizuální posouzení části ještě nehotového kamenného zábradlí bylo velmi negativní a stalo se zdrojem široké mediální kampaně proti kvalitě a způsobu provádění opravy Karlova mostu. Magistrát hl. m. Prahy jako vlastník mostu a jeho odborníci památkové péče závěry uvedené inspekce nekompromisně odmítly.

Chtěli bychom zdůraznit, že most opravujeme tak, aby ještě několik století plnil nosnou funkci, tj. aby byl schopen odporovat dynamickým zatížením, cyklickým teplotním změnám, klimatickým vlivům, povodním a dalším zatížením. Proto jsou na jeho lícní kvádry kladeny vyšší požadavky z hlediska fyzikálních a mechanických vlastností, které se pochopitelně odrazí v jeho vzhledu, jako tomu je v případě mostu v Písku, Regensburgu, Gardského mostu ve Francii a celé řady středověkých mostů v Itálii a dalších zemích. Vzhled mostu, i když je důležitý, je vždy druhořadý.

Ing. Vladimír Tvrzník, CSc.
Foto: Mott MacDonald Praha

Vladimír Tvrzník má více než 50letou praxi v oboru mostního stavitelství. Projektoval nebo se podílel na projektech a supervizi velkých mostů v ČR (obloukový most přes Vltavu ve Zbraslavi a přes Ohři u Lokte) a v Iráku, kde vedl skupinu československých inženýrů (mosty přes Eufrat a Tigris ve Fallujahu, Mosulu, Bagdádu a dalších městech). V současné době jako pracovník společnosti Mott MacDonald řídil vypracování koncepce opravy Karlova mostu a zúčastní se na jeho opravě.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.