1500tunové prefabrikované betonové pilíře 

V článku je popis inovačního návrhu a konstrukčního řešení deseti velkých betonových prefabrikovaných pilířů ve tvaru písmene V pro most přes záliv v čínském Hongkongu. Aby byly pilíře dlouhodobě odolné vůči mořskému prostředí, byl každý z pilířů navržen jako jeden prefabrikovaný prvek o hmotnosti 1 500 t, což umožnilo rychlou výstavbu na místě s minimálními nutnými dočasnými pracemi.

Pohled na dokončený prefabrikovaný betonový pilíř (pohled z moře)
Hlavní dodavatelChina Road and Bridge Corporation
Konstrukce a montáž betonových pilířůMeinhardt-Hewson
Zahájení projektučervenec 2018
Stavba betonových pilířůdokončena na začátku roku 2021
Předpokládané dokončení projektu2022

V posledních desetiletích byla v Hong­kongu postavena řada mostů s dlouhým rozpětím, které neustále posouvají hranice mostního stavitelství. K působivému portfoliu ikonických mostů v Hongkongu patří např. Tsing Ma Bridge postavený v devadesátých letech, Stonecutter Bridge postavený kolem roku 2000 a Hong Kong – Zhuhai – Macao Bridge dokončený v roce 2010.

V současnosti se v samém srdci Hongkongu v oblasti Tseung Kwan O dokončuje nový most. Jedná se o dvouproudý dálniční viadukt délky 1,8 km přes záliv Junk Bay, který je součástí nového spojení východ-západ nezbytného pro odlehčení přetížené stávající silniční sítě. Mezi výrazné prvky projektu patří deset speciálně tvarovaných betonových pilířů ve tvaru písmene V, které nesou obloukový most s hlavním polem délky 200 m a přilehlá pole.

Dokončené prefabrikované betonové pilíře (pohled z jihu) 

Konstrukční řešení

Každý pilíř má horizontální příčný nosník a dvě dovnitř nakloněné nohy. Výška betonových pilířů se pohybuje od 5,5 do 16,5 m kvůli požadovanému spádu mostovky a jejich typická tloušťka je 4 m. Délka většiny příčných nosníků je 22 m, výjimkou je příčný nosník u koncového pilíře, kde je z důvodu napojení rozdvojené mostovky délka zvětšena na 50 m. Vzhledem k tomu, že příčné nosníky jsou delší než podepření sloupy pod nimi, je jejich významná část navržena jako konzola v délce 3 až 15 m.

Důležitou součástí návrhu bylo zvýšení trvanlivosti betonových pilířů, které budou během své 120leté životnosti vystaveny drsnému mořskému prostředí, jakož i optimalizace výstavby s cílem ji v maximální možné míře zkrátit a současně minimalizovat rizika.

Optimalizace dosažená použitím prefabrikovaných betonových pilířů 

K dosažení těchto cílů byla do návrhu implementována řada optimalizací. Nejprve byla monolitická konstrukce každého pilíře z původního návrhu změněna na jediný prefabrikovaný prvek, aby jej bylo možné vyrobit v prostředí prefa výrobny s lepší kontrolou kvality. Při prefabrikaci může být navíc eliminován ohybový moment v konstrukci, který by narůstal v případě betonování po částech na stavbě. Proto mohly být předpínací kabely v příčném nosníku nahrazeny dodatečnou výztuží, což zjednodušilo konstrukci a snížilo nároky na údržbu. Významnou úsporu znamená také fakt, že jsou nohy pilířů duté místo plnostěnných. Podstatné snížení vlastní tíhy konstrukce umožnilo zmenšení základů a i tím snížení nároků na dopravu a montáž. A v neposlední řadě byl 3 m vysoký základový blok podepřený pilotami navržen jako dvě samostatné části, takže spodní část mohla být použita k dočasnému podepření prefabrikovaného pilíře během jeho montáže, zatímco betonáží horní části bylo následně zajištěno trvalé monolitické spojení základu s pilířem.

Analýza návrhu ukazující zlepšení konstrukčního systému díky použití prefabrikovaných betonových pilířů 

K zajištění ochrany pilířů proti korozi byl použit beton C45/55. Ve spodní části, která bude vystavena přímému kontaktu s mořskou vodou, je minimální krycí vrstva 75 mm a limitní šířka trhlin byla omezena na 0,15 mm, aby se minimalizoval potenciální průnik chloridů. Kromě toho byla ve vnějších vrstvách v blízkosti krycí vrstvy přidána prutová výztuž z nerezové oceli. V horní části je betonová krycí vrstva 50 mm s limitní šířkou trhliny 0,25 mm.

Osazení prefabrikovaného betonového pilíře na základový blok 

Prefabrikáty a doprava

Betonové prefabrikáty byly vyrobeny poblíž Šen-čenu v pevninské Číně. Pro jejich odlévání byly vyrobeny robustní ocelové formy s dočasnými podpěrami. Odlévání začínalo nohama, které byly obvykle odlity ve dvou taktech, a poté následoval příčník. Byla zavedena přísná a komplexní kontrola kvality k ověření prefabrikátů v průběhu celého procesu odlévání.

Odlévací forma byla vhodně umístěna vedle mola, takže hotový prefabrikát bylo možné zvednout přímo na přepravní člun. Výška pilířů představovala pro námořní dopravu výzvu, zejména pokud šlo o udržení stability člunu ve vlnách a ve větru. K tomu byl na člun instalován ocelový podpěrný rám vyrobený na míru.

Výstavba

Přepravní člun s pilířem zakotvil poblíž místa základu. Poté byl nasazen plovoucí jeřáb, který prefabrikovaný pilíř zvedl a umístil na spodní část základového bloku. Tento proces zvedání a umisťování včetně souvisejících úprav polohy byl obvykle dokončen do jedné hodiny, což potvrdilo časovou efektivitu dosaženou zvoleným řešením. Do spodní části nohou byly zapuštěny ocelové sloupy, které sloužily jako dočasné podpěry v průběhu osazování. Aby byla zajištěna stabilita pilíře proti účinkům větru v průběhu jeho osazování na základ, byly na spodní části základového bloku osazeny kotevní prvky, díky kterým bylo možné pilíř do základového bloku zakotvit velice rychle a efektivně. Následně byla vybetonována horní část bloku k zajištění monolitického spojení základů s pilířem.

Dokončené prefabrikované betonové pilíře (pohled ze severu) 

Závěr

Realizace spodní stavby železobetonové mostní konstrukce v mořském prostředí je trvalou výzvou zejména v oblastech, které pravidelně čelí tajfunům, protože vyžaduje zvýšené nároky na kvalitu a bezpečnost a  s tím související vyšší náklady. Konstrukční řešení přijatá pro betonové pilíře tohoto projektu přenesla většinu stavebních činností ze staveniště v moři do pevninské továrny, kde lze tato rizika buď zcela eliminovat, nebo podstatně zmírnit. Proto bylo dosaženo velmi úspěšného výsledku, což může být inspirujícím příkladem pro další betonové stavby na moři.

Článek byl uveřejněn v časopise Concrete v květnu 2021, Vol. 55, Issue 4.

Acknowledgement James Luckey, The Concrete Magazine, UK.

Připravila Lucie Šimečková, redakce

Autoři

1500-tonne precast concrete v‑piers

The article describes the innovative design and construction solutions adopted for ten mega-size precast concrete V‑piers on a new marine bridge crossing in Hong Kong, China. To overcome the long-standing challenges for concrete construction in the marine environment, the concrete V‑pier was designed as a single precast unit weighing 1500 tonnes, which enabled fast erection on-site with minimal temporary works required.

3/2021 Mosty | 10. 9. 2021 | Stavební konstrukce

Statická analýza západního viaduktu a mostu přes veslařskou dráhu na obchvatu Bratislavy D4R7

V rámci stavby obchvatu Bratislavy D4R7 bylo postaveno 2,932 km dlouhé soumostí tvořené mostem přes Dunaj, mostem přes veslařskou dráhu a východním a západním přístupovým viaduktem. Mosty, které mají jednotné architektonické a konstrukční řešení, mají 35 m širokou nosnou konst...
3/2021 Mosty | 10. 9. 2021 | Aktuality

Lávka Holka

V článku je představeno architektonické a konstrukční řešení nové lávky, jež spojí pražské městské části Holešovice a Karlín. Zároveň jsou uvedeny aktuální informace o vývoji stavby lávky.
3/2021 Mosty | 10. 9. 2021 | Spektrum

Předpjaté betonové nosníky pro silnici N22 v Irsku

V článku je blíže představena výroba, návrh a instalace doposud nejdelších předpjatých mostních betonových nosníků ve Spojeném království a Irsku, jež se staly součástí silnice N22, resp. obchvatu města Macroom.