Výstavba zavěšeného silničního mostu v Pardubicích u Fáblovky

Návrh společnost HOCHTIEF CZ, uchazeče v soutěži na most formou Design & Build a posléze pak zhotovitele, využil úprav tak, aby se konstrukční řešení optimalizovalo i ve vazbě na technologii výstavby. V době před podáním nabídky byla na trhu vysoká cena oceli, což vedlo jednoznačně k návrhu betonové konstrukce.

V zadání byla navržena kombinace ocelové a betonové mostovky – lehčí ocelová na větší rozpětí byla vyvážena těžší betonovou na kratší rozpětí. V případě použití pouze jednoho materiálu – betonu – tento efekt nebyl využitelný. Ukládání balastu do kratšího pole jsme nepovažovali za efektivní a kotvení tahových sil do podloží u opěry je pro takto velký most prakticky nereálné. Další úvaha vedla k symetrickému mostu se stejnou délkou polí. Nakonec bylo jako nejvhodnější zvoleno řešení s délkami polí 122 + 135 m, kde je symetrická osnova závěsů. Tíha chybějící délky mostovky v kratším poli je kompenzována mohutným podporovým příčníkem, do kterého je také zakotven nejdelší závěs. Tato nesymetrie přispívá k tuhosti konstrukce.

Pečlivě se zvažovaly možné technologie výstavby, zejména pak letmá betonáž a výsuv. V podmínkách sdružení se ukázalo, že vysouvání je v daném případě technologií nejefektivnější. To ještě podpořilo výše uvedenou variantu prodlouženého mostu, protože dovoluje konstantní tvar průřezu.

Jednopylonové mosty o dvou polích mají obvykle v jednom z polí stojku, která eliminuje problematiku malé tuhosti mostu při nesymetrickém zatížení v jednom z polí. V zadávacích podmínkách však bylo umístění stojky vyloučeno. 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 navržen rozkročený v podélném směru mostu, což příznivě působí na jeho namáhání a vyztužení jeho stojek vychází v přijatelných hodnotách. Pylon byl oproti zadání mírně snížen na 48 m nad mostovkou, čímž lze zajistit přístup na vrchol pylonu z dostupné plošiny a rovněž tak působí esteticky příznivě.

Závěsy probíhají přes horní část dříku pylonu v sedlech. Sedla jsou moderní konstrukční prvky, dosud v ČR nepoužité. Hlavní výhodou je jednoduchý 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 je v našem případě jen malý počet závěsů – pouze sedm dvojic dvojic. Tato volba souvisí především s technologií výstavby. Mostovka byla během výsuvu podepřena po 40 m. Z toho vychází potřeba dostatečné tuhosti mostovky s odpovídajícím předpětím. Závěsy působí jako poddajné podpory a do mostovky vchází nepravidelně zhruba ve vzdálenostech 15 m. Tak je mostovka při plném zatížení mostu namáhána obdobně jako při výsuvu. Nízký počet závěsů vede k pohledové transparentnosti konstrukce a v tomto případě je ekonomicky výhodný vlivem snížení pracnosti s osazováním průchodek v mostovce i instalací sedel v pylonu. Malý počet vede ke značné mohutnosti závěsů, jeden závěs obsahuje až 169 pozinkovaných předpínacích lan typu monostrand. I přes mohutnost jednotlivých závěsů však, vzhledem k jejich malému počtu, konstrukce působí transparentně. V průběhu životnosti mostu jsou lana jednotlivě vyměnitelná, tedy bez nutnosti úplné výluky provozu. Systém závěsů dodává firma VSL systémy CZ.

Příčný řez mostem je mírně nesymetrický. Na návodní straně je pouze služební chodník, zatímco na povodní straně je široký chodník s cyklostezkou. Není žádoucí, aby byl most kroucen již vlivem působení stálého zatížení, proto jsou chodníky s římsami prefabrikované a to takto – úzká římsa je masivní z běžného betonu, zatímco široký chodník je z tenkostěnného prefabrikátu z UHPC. Tak je most vyvážený vzhledem k centrální rovině závěsů vedených ve středním dělicím pásu. 

Most je jednokomorový s vyloženými konzolami podepřenými prefabrikovanými vzpěrami. V místech kotvení závěsů do mostovky je komora vyztužena šikmými předpjatými táhly, která roznášejí svislé síly závěsů do stěn komory. Pro předepnutí příčných táhel je využit lanový systém se speciální tzv.AF kotvou v rozích komory. Do kotvy lze lana dodatečně zakotvit až po betonáži komory.

AF kotva má tvar tlustostěnného ocelového hrnce tvaru komolého kužele, který se směrem nahoru zužuje. Kotva je zabetonována v konstrukci a jek ní připojen kanálek pro předpínací lana. Prostor v komoře je tedy volný a lze jím vyvážet bednicí díly. Po dokončení betonáže se napojí kanálek a do kotvy se vloží předpínací lana na dolním konci zakončená nalisovaným válečkem. Kotva s lany se vyplní vysokopevnostním betonem. Po zatvrdnutí lze lana předpínat. 

Táhla se předpínají z úrovně mostovky a kotevní objímky lze podkládat pro eliminaci prokluzu v kotvě. V prostoru středního dělicího pásu nad úrovní vozovky je umístěno podélné ztužující žebro, které přispívá k roznosu vodorovných sil ze závěsů. 

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. 

Jak již bylo zmíněno, byla zvolena technologie výstavby postupným výsuvem. Návrh mostu a technologie byly projektovány současně ve vzájemné vazbě. Během výsuvu je mostovka podepřena betonovými dočasnými podpora mis maximálním rozpětím 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 je ekonomicky vyváženo spotřebou lan pro závěsy, ta jsou na jednotku délky nákladnější než lana pro předpětí. 

Vzhledem k poměrně velkému svislému zatížení dočasných podpor (rozpětí40 m) a působení vodorovné síly od výsuvu se ukázalo vhodnější oproti inventárnímu materiálu navrhnout podpory betonové. Podpory umístěné na březích jsou založené na osmi velkoprofilových pilotách. Podpory založené v řece jsou založené na 32 ocelových HEB profilech, které jsou vetknuté do betonových pilot pode dnem. Pro odstranění podpor se předpokládá odříznutí ocelových profilů pod úrovní dna Labe.

Betonáž mostovky probíhá ve dvojici výroben za pravobřežní opěrou. Každá z výroben má délku taktu 32 m. Most délky 256 m se tedy vysune v rámci 8 standardních taktů + 1 přesun v rámci výroben. V první výrobně se zhotovuje spodní deska a stěny komory. V druhé výrobně se osazují prefabrikované vzpěry a betonuje se horní deska. Rovněž se zde osazují kotvy závěsů v počtu 13 ks (kotva čtrnáctého závěsu je již součástí koncového příčníku a osadí se až při jeho betonáži po výsuvu). Bednění horní desky komory je uloženo na vozících, které lze vytáhnout z komory. Bednění konzol horní desky se sklápí a částečně demontuje. 

Zvláštní pozornost je věnována prvkům pro kotvení závěsů. Kotevní objímka je osazena na čelní desce průchodky o profilu cca 600 mm a délce kolem 4 m – délky průchodek jsou rozdílné. Tyto průchodky musí být velmi přesně osazeny do mostovky. Navíc je kolem průchodky velké množství výztuže zajišťující spolehlivý přenos sil do mostovky.

Výsuv zajišťují dva duté hydraulické válce, které táhnou svazek předpínacích lan, jenž je zakotven do svislých ocelových trnů osazených na konci kompletní mostovky – tedy u předělu mezi výrobnami. Tažením lan se uvede do pohybu celá již vybetonovaná část mostovky. Hydraulické jednotky jsou připevněny k dočasným betonovým pilířům připojeným k opěře.

Na hlavách dočasných podpor jsou osazena kluzná ložiska s nerezovým plechem. Mezi mostovku a plech se vkládají teflonové desky, které umožňují posun mostu s minimálním třením. Měřením byl doložen součinitel tření při výsuvu kolem 1,6 %. Hmotnost mostovky v celé délce (při posledním výsuvu) je přibližně 10 000 t.

Vpředu výsuvu je na mostovce osazen ocelový vysouvací nos. Protože nos nebyl vyráběn pro tento most, je jeho konstrukční výška větší než výška komory. Aby bylo možné nos řádně 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 nosu 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.

Levobřežní opěra byla dokončena včetně závěrné zídky a hned po ní se vybudoval i násyp s přechodovou oblastí. Vysouvací nos se demontoval ještě před dosažením levobřežní opěry a výsuv se dokončí bez nosu. Bezprostředně po vybetonování masivního koncového příčníku nad levobřežní opěrou tak bude zajištěn přístup z levobřežní trasy na mostovku. 

Po vysunutí mostovky se dobetonovaly části dříků středního pilíře spolu s příčníky v komoře. Tak došlo k tuhému propojení (vetknutí) mostovky a pilíře. Rovněž se vyjmuly vysouvací ložiska a prostor po nich se zabetonoval. Paralelně probíhá i betonáž koncových příčníků.

Jelikož během výsuvů byly po stranách kolem kotevních nálitků na spodní desce vyvezeny vozíky s bedněním horní desky, po ukončení výsuvu bylo možné přistoupit k dokončení příčných táhel. Táhla jsou betonová vyztužená přepínacím kabelem, z důvodu snazší realizace se betonují do ocelových trubek, které zároveň přenášejí příčné tahy (obdoba sloupů z ovinutého betonu). Aby bylo možné nasadit trubky a spojit kanálky předpětí, je každá trubka sestavena ze dvou teleskopických částí. Mezikruží mezi kanálkem a trubkami se zainjektuje vysokopevnostním betonem.

V současnosti probíhá výstavba pylonu. Dolní část pylonu tvoří dvě šikmé stojky, které se směrem vzhůru přibližují až se spojí jedné do horní části, ve které jsou zabetonována sedla pro uložení závěsů. Stojky se betonují do šplhacího bednění, které je připevněno k již hotovým částem dříků pylonu a v každém záběru se posune o 4 m vzhůru. Aby se urychlila výstavba je armokoš prefabrikován a nasazuje se jako celek na výztuž vyčnívající z předchozího taktu. Geometrickou polohu obou dříků pylonu stabilizují dvě dočasné rozpěry.

Výstavba horní části pylonu, kde se oba dříky spojí v jeden je komplikovaná potřebou ukládat sedla závěsů. Sedlo má tvar „ohnutého“ hranolu vyplněného z výroby UHPC, v němž je pro každé lano vytvořen kanálek tvaru obrácené kapky. Jelikož osazení sedla je zapotřebí realizovat s vysokou přesností, do každého taktu výstavby pylonu se osazuje lehká ocelová konstrukce. Na tu se přesně ustavuje sedlo do požadované polohy a takt se zabetonuje. Vzhledem k dostatečné tuhosti ocelové konstrukce je zajištěno, že přesná poloha sedla nebude při betonáži změněna.

Vzhledem k betonážím pylonu betonem vysoké pevnosti (C50/60) za horkého letního počasí bylo zapotřebí tuhnoucí beton chladit. V každém taktu jsou uloženy trubky, do kterých byla vháněna voda čerpaná z Labe. Teplota uložené směsi byla průběžně měřena soustavou teplotních čidel. Naměřené hodnoty prokázaly efekt chlazení, kdy teplota byla udržena v bezpečných mezích.

Po ukončení výstavby pylonu se zahájí instalace závěsů. Závěsy jsou tvořeny soustavou pozinkovaných předpínacích lan, která jsou těsně chráněna plastovou chráničkou. Celý kabel je uložen v pastové průchodce. V délce průchodu lana kanálkem sedla je z lana odstraněna plastová ochrana a po napnutí lan jsou kanálky vyplněny ochranným gelem. Každé lano závěsů se předpíná synchronně oboustranně z komory mostu. Kanálek pro lano v sedle má tvar obrácené kapky. Po napnutí se lano zaklíní v šikmých plochách kanálku a je tak schopné přednášet do určité míry nesymetrickou sílu z každé strany závěsu.

Vzhledem k uložení mostovky na dočasných podporách se závěsy aktivují jednokrokově, tedy napnou se na požadovanou sílu, nepředpokládá se potřeba dalších korekcí. Aktivací závěsů se odlehčí výsuvná ložiska, bude možné je demontovat a poté i zrušit dočasné podpory. Tímto se konstrukce dostane do definitivního statického systému. 

V průběhu výstavby pylonu a montáže závěsu se instalují chodníkové prefabrikáty. Prefabrikát na straně veřejného je zhotoven z UHPC.

Založení dočasných podpor vycházelo ze zaměření dna Labe. Hloubka dna u dočasné podpory při pravém břehu byla cca 5 m pod hladinou, zatímco u levého břehu dosahovala jen cca 2 m. Tomuto faktu 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, tedy piloty levobřežní podpory jsou subtilnější.

Při povodních v lednu 2024 způsobených dešti a současným táním sněhu došlo k výraznému nárůstů průtoku. Tok byl regulován formou rekonfigurace blízkého jezu, kdy se téměř zachovala výška hladiny, ale značně se zvýšila rychlost proudění vody. Následně došlo k vyplavení dna tak, že se hloubka při levém břehu zvětšila zhruba o 3 m, čímž se odhalily piloty dočasné podpory.

Nový stav dočasné podpory byl staticky posouzen s výsledkem, že podpora spolehlivě 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, které přenesou vodorovnou sílu do ostatních podpor, které již vykazují dostatečnou tuhost ve vodorovném směru. Kabely jsou předpjaté, čímž se zvyšuje tuhost zajištění jako celku, neboť předpjaté jednotky, ač lanové, přenášejí do jisté míry sílu i v tlaku. 

Aby se předešlo pokračování vymílání v případě další povodně, prostor kolem pilot byl zabetonován technologií betonáže pod vodou. Další povodeň nastala v září 2024. Stav dočasných podpor byl zkontrolován geodetickým měřením a potápěčským průzkumem. Bylo tak potvrzeno, že k dalším škodám nedošlo.

Možnost uvést do souladu konstrukční řešení a technologii výstavby považujeme za velký přínos k efektivitě výstavby. 

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, je nutnou podmínkou pro bezproblémový výsuv.

Instalace závěsů najednou na hotové mostovce je organizačně i technicky jednodušší než postupná instalace používané při technologii letmé betonáže. 

Během výstavby dochází k několika změnám statického systému. To je výhodné z hlediska technologie výstavby a organizace prací, klade to však velké nároky na práci projektanta. Dimenze konstrukce mostu a předpínací jednotky jsou navrženy tak, aby prvky potřebné v dočasném stavu byly plně využity i ve stavu definitivním.

V současné době (listopad 2024) se dokončuje výstavba horního části pylonu a zároveň se začínají připravovat závěsová lana. Příští měsíc bude zahájena instalace závěsů. Závěsy se sestavují z jednotlivých lan, kdy se každé lano zvlášť protahuje chráničkou a sedlem, a poté se v projektantem určeném pořadí vnese do závěsů požadovaná předpínací síla. Vlivem předepnutí závěsů na finální síly dojde k odlehčení dočasných podpor. Z nich budou demontována vysouvací ložiska následně se podpory odstraní.

Dále budou následovat dokončovací práce – izolace mostovky, betonáž monolitických prvků říms, ukládání vozovek, a montáž oboustranných protihlukových stěn, stěna na straně chodníku bude vybavena madlem s osvětlovacím páskem. Termín zprovoznění celé stavby je plánován na podzim příštího roku.