Mestská estakáda v Považskej Bystrici

História tohto dominantného mostného objektu stavby diaľnice D1 Sverepec-Vrtižer sa začala písať už v roku 1980. Ale až v roku 2001, po dlhotrvajúcich sporoch o koncepciu vedenia trasy diaľnice D1 v úseku Sverepec-Vrtižer, sa investor stavby Riaditeľstvo diaľnic rozhodlo zamietnuť finančne veľmi nákladné tunelové varianty trasy a v ďalšej etape projektovej prípravy sa orientovať na estakádny variant vedenia trasy diaľnice cez. Považskú Bystricu. Tento variant bol totiž počas predchádzajúceho obdobia viackrát konfrontovaný s tunelovými variantmi a vo všetkých posudkoch od domácich aj zahraničných expertov bol vyhodnotený ako najvhodnejší.

História projektu
A tak sa v roku 2001 začali projektové práce na DUR ?estakádneho? variantu tohto diaľničného úseku. Počas týchto prác bol predovšetkým projekt objektu Mestská estakáda tvrdo oponovaný expertami z Európskej banky, ktorá projekt spolufinancovala. Hlavným oponentom však bola verejnosť v Považskej Bystrici, ktorá bola ?masírovaná? katastrofickými scenármi, ktoré s veľkou dávkou fantázie vyrábali predovšetkým niektorí zástupcovia občianskych združení.
V období, keď sa tvorila koncepcia tohto technicky veľmi náročného diela, to však nebol jediný rušivý moment v práci projektanta. V priebehu projektovej prípravy tohto mosta sa striedali projektové firmy, ?lídri? projektu aj projektové kolektívy. To nemohlo nemať dopad na technické riešenie tohto mostného objektu. A tak sa jeho koncepcia v období od DUR až po realizáciu 4krát zmenila. Avšak počas celého obdobia sa nezmenili základné priestorové parametre mosta definované už v DUR - jeho dľžka, rozpätia polí, umiestnenie podpier a tvarová koncepcia nosnej konštrukcie.
Od prvých minút práce na projekte mosta mal projektant jednoznačný zámer budovať jeho nosnú konštrukciu technológiou vysúvanie. Dôvodom bola snaha v minimálnej miere ?obťažovať život mesta? výstavbou mosta. Hlavná výrobňa mala byť schovaná na vŕšku Šibeničník a nosná konštrukcia sa mala bez ďalších pomocných prvkov vysúvať na podperách smerom k Váhu. Tomuto zámeru bolo prispôsobené trasovanie diaľnice aj vedenie nivelety v úseku mosta.
Mestská estakáda je svojou dľžkou 968,73 m najdlhším mostným dilatačným celkom na Slovensku. Návrh tejto dľžky vyplynul z už spomínaného zámeru použiť na realizáciu nosnej konštrukcie technológiu vysúvanie. Tento technologický postup vyžaduje v celom premosťovanom úseku súvislú konštrukciu, a tak dľžka mosta bola limitovaná polohou výrobne nad Šibeničníkom a poslednou premosťovanou prekážkou, riekou Váh. Poloha koncov mosta a tým poloha mostných záverov bola priaznivá aj z hľadiska zaťaženia centrálnej časti mosta hlukom.
Most má 10 polí a jeho hlavné polia majú veľkorysé rozpätie 122 m. Rozpätia polí a tým aj polohy podpier boli limitované hlavnými premosťovanými prekážkami - novobudovanou okružnou križovatkou v centre mesta, potokom Mošteník, Okružnou ulicou, železničnou traťou a riekou Váh. Umiestnenie podpier bolo taktiež ovplyvňované snahou minimalizovať asanáciu existujúcej zástavby.
Mestská estakáda je prvým diaľničným mostom na Slovensku, ktorého nosná konštrukcia nesie celý diaľničný profil a nosná konštrukcia je v priečnom smere podopieraná iba jednou podperou. Hlavným nosným prvkom nosnej konštrukcie mala byť mohutná komora. Mostovka po oboch stranách komory mala byť podopieraná šikmými tyčovými vzperami, ktoré mali v podhľade mosta tvoriť priehradový nosník a mali popri statickej funkcii spoluvytvárať aj zaujímavý neštandardný ?dizajn? tohto mosta (obr. 1). Vo vnútri komory by boli umiestnené ďalšie tyčové tiahla, ktoré by zabezpečovali prenos síl do závesov. V pozdľžnom smere mala byť nosná konštrukcia hlavných polí nesená systémom závesov kotvených v 7 pylónoch. Pylóny a závesy mali byť umiestnené v jednej rovine v osi diaľnice. Toto konštrukčné riešenie v kombinácii s už spomínaným veľkým rozpätím polí mali zabezpečiť, že do profilu mesta pod estakádou bude osadené minimum ?novej hmoty? a nezatarasí sa tak priehľad pod mostom. Taktiež by to umožnilo do plne nevyužiteľného priestoru pod mostom preložiť štátnu cestu l/61 a tým odľahčiť centrum mesta od automobilovej dopravy. Takéto riešenie malo byť tiež dôkazom technického pokroku v oblasti mostného staviteľstva.
Než sa však začala Mestská estakáda budovať, prešla pôvodná koncepcia z DUR niekoľkými názorovými etapami. V rámci prác na DSP a DP bol zavesený most zmenený na systém ?extradosed?, výška pylónov bola z pôvodných 20 m znížená na 12 m, bol pridaný stredný trám, nosná konštrukcia sa rozdelila na 2 dilatačné celky, mala sa budovať technológiou ?letmá betonáž? a zárodky nosnej konštrukcie sa mali budovať na mohutných vežiach PIŽMO. Keďže som nebol účastný na tejto etape prác (DSP a DP vypracoval Dopravoprojekt Bratislava), nebudem túto koncepciu hodnotiť.
V rámci prípravnej fázy tendra na zhotoviteľa tohto diela vznikali rôzne nové koncepcie Mestskej estakády v réžii firiem, ktoré sa o túto stavbu uchádzali. Zámerom týchto alternatívnych riešení bolo navrhnúť konštrukciu, ktorá by mala nižšie stavebné náklady a ktorá by sa dala postaviť rýchlejšie. Takéto varianty sa pokúšali viaceré projektové firmy. V ďalšej časti tohto článku popíšem dve riešenia, ktoré pripravila a.s. Alfa 04. Jedno z nich sa stalo podkladom pre tendrovú ponuku víťazného združenia, ktoré stavbu realizuje.

¤ Obr. 1. Hlavným nosným prvkom nosnej konštrukcie mala byť mohutná komora. Mostovka po oboch stranách komory mala byť podopieraná šikmými tyčovými vzperami, ktoré mali v podhľade mosta tvoriť priehradový nosník.

Varianty koncepcie mosta
Ako som uviedol, už v DUR bola jedným zo základných predpokladov koncepcie mosta realizácia nosnej konštrukcie technológiou ?vysúvanie?. Túto myšlienku sme preto opätovne rozvíjali počas prípravy alternatívneho návrhu mosta v rámci tendrového konania. Vysúvať konštrukciu s rozpätím poľa 122 m má však svoje materiálové limity. A keďže sme zavrhli variant s pomocnými podperami (bolo by ich nutné umiestniť do križovatky a tiež do toku Váhu a ich konštrukcia pri výške až 34 m by bola veľmi nákladná), do úvahy prichádzala iba oceľová konštrukcia, resp. spriahnutá konštrukcia (oceľové hlavné nosníky, betónová mostovka). Vysoká cena oceľovej ortotropnej mostovky však definitívny výber spriahnutej (oceľ-betón) nosnej konštrukcie uľahčila.
Analyzovaný bol variant spriahnutej nosnej konštrukcie vysúvaný bez pomocných podpier, ale s pomocou vyvesovania konštrukcie cez montážnu vežu. Najprv sme zvažovali štandardnú kombináciu montážnej veže a dlhého výsuvného nosa. Úspornejším sa nakoniec ukázal neštandardný variant, v rámci ktorého by bol v štádiu vysúvania použitý definitívny pylón so závesmi, montážna veža a krátky výsuvný nos (obr. 2).

¤ Obr. 2. Riešenie č. 1, ktoré pripravila Alfa 04, a.s. Toto riešenie sa nerealizuje.

Keďže v čase prípravy tohoto riešenia sa cena ocele na svetových trhoch pohybovala nepríjemne vysoko, hľadali sme riešenia, ako tento variant dostať do prijateľných cenových medzí. Zásadným rozhodnutím pri hľadaní úspor bol návrh realizácie betónovej mostovky. Osvedčená technológia betonáže mostovky pomocou betónovacích vozíkov sa v našom prípade javila ako cenovo neprijateľná, vzhľadom na neštandardnú konštrukciu vozíka (celý diaľničný profil) a nutnosť, berúc do úvahy požadované tempo výstavby, nasadenia väčšieho počtu vozíkov. Preto sme zvolili postup, v rámci ktorého by sa ako ?stratené? debnenie použili prefabrikované rebrové železobetónové dosky, ktoré by sa po dobetónovaní monolitickej časti dosky a spria- hnutí s oceľovou konštrukciou stali súčasťou nosného prierezu mostovky.
Nosná konštrukcia v tomto variante riešenia mala byť zavesená na 7 pylónoch výšky 20 m prostredníctvom systému závesov, ktoré by boli umiestnené v osi mosta. Spodnú časť pylónov mal tvoriť oceľový plášť spriahnutý s betónovou výplňou, hornú časť mala tvoriť oceľová skriňa, v ktorej by boli ukotvené závesy. Výška pylónu mala zabezpečiť efektivitu vyvesenia a mala tiež ovplyvniť aj výsledný ?dizajn? mosta. Po oboch stranách mosta sú totiž protihlukové steny, a pylóny s vejárom závesov ako dominantné pohľadové prvky mosta sa preto za nimi nesmú strácať. Spodnú stavbu mosta by tvorili štíhle elegantné podpery, ktorých tvarovanie by vyniklo predovšetkým pri večernom osvetlení (obr. 1).
Opísaný variant Mestskej estakády sa nám v dobe jeho vzniku javil ako elegantné riešenie z hľadiska architektúry aj spôsobu realizácie a priaznivé ukazovatele spotreby materiálu ho posúvali do polohy atraktívnej aj pre budúceho zhotoviteľa. Výsledné rozhodnutie o tom, že popísaný koncept estakády nebol nakoniec použitý, ovplyvnili dve skutočnosti - práve kulminujúce vysoké ceny ocele a požiadavka na extrémne krátku dobu výstavby estakády, ktorú nebolo možné zabezpečiť ani tak progresívnou technológiou ako je ?vysúvanie?.
Aby mohla byť splnená požiadavka vybudovať Mestskú estakádu za 22 mesiacov, musel projektant siahnuť po technológii, ktorá by umožnila súčasne budovať nosnú konštrukciu mosta na viacerých úsekoch. Takouto technológiou je ?letmá betonáž?, avšak zabezpečiť požadovanú dobu výstavby bolo možné iba súbežným nasadením 14 betónovacích vozíkov. Na tejto materiálovej báze a s touto technológiou bola však navrhnutá estakáda aj v DSP a DP.

V čom je teda výsledný návrh iný a čím sa stal atraktívnejší pre zhotoviteľa?
Stručne zrekapitulujem základné body tejto koncepcie:

• pôvodná konštrukcia tvorená dvoma dilatačnými celkami bola nahradená konštrukciou fungujúcou ako jeden dilatačný celok;
• ako podpery boli použité zdvojené steny (obr. 5), ktoré zabezpečujú stabilitu vahadla počas celej doby jeho výstavby bez potreby pomocných podpier (vylúčili sa tým pôvodne navrhované mohutné stabilizačné veže PIŽMO);
• pôvodná priamopásová dvojkomorová nosná konštrukcia bola nahradená jednokomorovou konštrukciou premennej výšky;
• pôvodná 4etapová betonáž nosnej konštrukcie bola nahradená betónovaním nosnej konštrukcie v celku.

Táto ?bezpylónová? letmá betonáž mala všetky parametre, ktoré sú pre zhotoviteľa atraktívne. Najnižšie materiálové nároky, relatívne jednoduchá realizácia s mnohými už osvedčenými technologickými postupmi, čo dávalo predpoklady na zvládnutie požadovanej extrémnej doby výstavby. Nie div, že víťazné združenie zhotoviteľov Doprastav - Skanska DS si tento variant osvojilo a mienilo realizovať estakádu v tomto ?bezpylónovom? variante. Nostalgia verejnosti v Považskej Bystrici k dlho avizovanému riešeniu estakády s pylónom a tiež obavy schvaľujúcich orgánov z možných komplikácií pri odsúhlasovaní zmeny stavby pred dokončením spôsobili, že sa nakoniec realizuje variant podobný už popísanému variantu ?letmá betonáž?, ale časť predpätia je realizovaná systémom ?extradosed?.

Oproti riešeniu v DSP a DP však boli urobené ešte ďalšie zmeny:

• výška pylónov bola zvýšená na 14 m (z pôvodných 12 m), aby boli staticky efektívnejšie a aby neboli prekryté protihlukovými stenami;
• pôvodných 18 káblov typu ?extradosed? na každom vahadle bolo nahradených 8 káblami;
• pôvodné hladké sedlá závesov boli nahradené sedlami so zarážkou, čím sa zvýšila účinnosť závesov.

¤ Obr. 4. Riešenie č. 2, ktoré pripravila Alfa 04 a.s., a stalo sa podkladom pre tendrovú ponuku víťazného združenia, ktoré stavbu realizuje

Realizované technické riešenie
Nosná konštrukcia estakády je spojitý 10poľový nosník celkovej dľžky 958,32 m s rozpätiami polí 34,16+48,80+70,76+6x122,00+ 68,00 m. Nosnú konštrukciu tvorí mohutná komora výšky 4,70 až 6,00 m, mostovková doska šírky 30,40 m nesúca celý profil diaľnice je podopieraná prefabrikovanými železobetónovými tyčovými vzperami (obr. 6). Nosná konštrukcia je z dodatočne prepätého monolitického betónu C45/55. V osi konštrukcie je umiestnený systém externých káblov ?extradosed? (ED), ktoré sú vedené cez 7 pylónov výšky 14 m. Vejár externých káblov sa skladá z 8 radiálne usporiadaných káblov (37 ø Ls15,7-1860), ktoré sú nad pylónom vedené v sedle so zarážkou, ktorá bráni prekĺzavaniu káblov.
Spodnú stavbu estakády tvoria 2 typy podpier. Podpery pod pylónmi majú výšku až 34,00 m a sú tvorené dvojicou perforovaných stien komplikovaného tvaru, ktorý zohľadňuje vysoké nároky na estetiku diela, ale zohľadňuje aj požiadavky súvisiace s technológiou výstavby nosnej konštrukcie. Tvar podpery a prvky, ktoré v ňom boli dočasne zabudované, umožnili veľmi efektívne (a aj efektne) riešiť dva neuralgické problémy vo výstavbe nosnej konštrukcie, a síce spôsob realizácie zárodku nosnej konštrukcie a stabilizáciu vahadla počas výstavby nosnej konštrukcie. Koncepcia v DSP a v DP predpokladala riešiť tieto úlohy pomocou mohutných veží PIŽMO. Realizovaný tvar podpier umožnil budovať zárodok aj celé vahadlo bez potreby pomocných podperných veží. Debnenie zárodku bolo podopierané 2 oceľovými nosníkmi ukotvenými v hlavici podpery (obr. 3), vahadlo bolo počas výstavby stabilizované uložením konštrukcie na 4 ložiská na každej ?pylónovej? podpere (obr. 7). Požadovaný stupeň bezpečnosti bol zabezpečený dočasným pripnutím nosnej konštrukcie do podpier pomocou predpínacích tyčí.
Vo vizuálne oddelenej časti estakády na kopci Šibeničník, kde je nosná konštrukcia vedená nízko nad terénom, sú umiestnené 2 stenové podpery a krajná opora neštandardného tvaru. V ich tvare sú zopakované niektoré motívy z tvaru hlavných podpier. Všetky podpery sú založené na mikropilótach, okrem podpery 5, ktorá je založená plošne. Ich základové škáry boli umiestnené veľmi plytko, čím sa docielilo, že boli prevažne nad hladinou spodnej vody, čo značne zjednodušilo práce na zakladaní aj realizácii základových dosiek. Výrazne sa tým tiež zjednodušilo (aj zlacnilo) paženie základových jám. Zmeny zakladania z veľkopriemerových pilót na mikropilóty viedla k lepšej mobilizácií týchto relatívne krátkych pilót a tým aj k výrazným úsporám v nákladoch na zakladanie.
Nosná konštrukcia bola z už skôr popísaných dôvodov budovaná prevažne technológiou ?letmá betonáž? (7 vahadiel nad podperami 5-11), dve polia na kopci Šibeničník a koncová časť s priečnikom pri podpere 12 boli budované na statickej skruži (obr. 8). Každé vahadlo je tvorené zárodkom dĺžky 9,76 m, 2x11 lamelami dĺžky 4,88 m a zmonolitňujúcou lamelou. Lamely boli betónované naraz v celom profile nosnej konštrukcie mosta a boli predpínané už po 24 hodinách po betonáži. Za účelom dosiahnutia potrebných pevností betónu pri predpínaní a modulov pružnosti betónu obmedzujúcich deformácie nosnej konštrukcie počas výstavby bola vyvinutá špeciálna betónová zmes so zníženým obsahom vody, zvýšeným podielom väčších frakcií kameniva a vyšším obsahom cementu.
Vzhľadom na požadované extrémne tempo výstavby (1 lamela za 8-9 dní) boli v lamelách, v ktorých sú kotvené ED káble, vynechané otvory v hornej doske, do ktorých sa až dodatočne dobetónovali bloky na kotvenie ED káblov. Dodatočne boli tiež betónované diagonálne tyčové tiahla, ktoré boli do trámov a do kotviaceho bloku ukotvené predpínacími tyčami. Prenos síl z hornej dosky cez trámy, dolnú dosku a diagonálne tiahla do kotvy ED káblov je analogický ako u väčšiny zavesených mostov so strednou rovinou závesov.
ED káble dodala firma Dywidag. Každý z týchto voľných káblov je zložený z 37 lán, ktoré sú vedené cez sedlo pylónu (obr. 9). V úseku prechodu cez sedlo bol z lán odstránený ochranný obal a boli zainjektované, čím sa zabezpečil prenos nevyrovnaných síl v ED kábloch do pylónu. Do nosnej konštrukcie sú ED káble ukotvené rektifikovateľnými kotvami DynaGrip. Popísané konštrukčné riešenie ED káblov umožňuje ich výmenu.
Vysoká tuhosť nosnej konštrukcie zabezpečuje veľmi malý únavový rozkmit v ED kábloch (max 25 MPa), maximálne napätie v týchto kábloch neprekračuje 60 % medze pevnosti lán.
Horná doska nosnej konštrukcie je v priečnom smere predopnutá 4lanovými káblami, ktoré majú striedavo na jednom konci pasívnu a na druhom konci aktívnu kotvu.
Statické pôsobenie mosta sa počas výstavby viackrát mení. Všetky zmeny statického pôsobenia museli byť zohľadnené v návrhu ložísk. Niektoré ložiská až 4krát menia svoju funkciu, preto je ich konštrukčná skladba atypická. Boli použité štandardné hrncové ložiská doplnené o neštandardné koštrukčné prvky. Zmeny funkcie ložísk sú zabezpečené použitím pomocnej spodnej klznej dosky a blokov striedavo uvoľňujúcich a ?fixujúcich? hornú a dolnú klznú rovinu ložiska.
Po zmonolitnení celej nosnej konštrukcie bude mať most po 4 pevné ložiská na podperách 7 a 8, čo spoľahlivo zabezpečí prenos vodorovných síl od teploty, vetra, nevyrovnaných trecích síl v ložiskách a od náhodilého zaťaženia.
Pred zahájením výstavby nosnej konštrukcie bola vybetónovaná skúšobná lamela v mierke 1:1, na ktorej bola overená realizovateľnosť niektorých prác, predovšetkým osadzovanie betonárskej a predpínacej výstuže a spracovateľnosť betónovej zmesi. Testovali sa parametre betónu, meralo sa hydratačné teplo počas a po betonáži a nakoniec sa vykonala zaťažovacia skúška únosnosti priečneho rezu konštrukcie (merania vykonali firmy PROJSTAR a VUIS - Mosty).
Realizácia mosta prebehla bez zásadných problémov a v rekordne krátkom čase. Predovšetkým tempo výstavby nosnej konštrukcie (1 lamela za 8-9 dní) bolo obdivuhodné a znesie porovnanie s obdobnými stavbami kdekoľvek na svete. Popri dobrej organizácii práce a obetavom prístupe k tejto náročnej úlohe zo strany realizačného združenia k tomu určite prispeli aj niektoré už spomínané neštandardné projektové riešenia, a to predovšetkým:

tvar podpier a ich konštrukčné riešenie so 4 ložiskami, ktoré umožnilo budovať vahadlá bez pomocných podpier (pri výške až 34 m nad terénom došlo k značnej úspore materiálu pomocných podperných veží);

• výstavba zárodku nosnej konštrukcie pomocou nosníkov zabudovaných v hlavici podpier;
• betonáž lamely v celom profile;
• dodatočná montáž a kotvenie káblov ?extradosed?.

¤ Obr. 3. Debnenie zárodku bolo podopierané 2 oceľovými nosníkmi ukotvenými v hlavici podpery

Záver
Projekt mosta vypracovalo projektové zduženie Alfa 04 - SHP, stavbu realizuje združenie Doprastav - Skanska DS, obstarávateľom stavby je Národná diaľničná spoločnosť. V súčasnej dobe prebiehajú práce na zmonolitňovaní nosnej konštrukcie mosta a sú všetky predpoklady pre ukončenie jeho výstavby v plánovanom termíne. Bude však nutné zvládnuť ešte jednu náročnú úlohu - zabezpečiť kvalitnú realizáciu izolácie a vozovky na moste, čo vzhľadom na krátky čas a nevyspytateľnosť počasia v prvých mesiacoch tohto roka nebude úloha jednoduchá. Som však presvedčený, že aj túto poslednú prekážku stavitelia mosta zvládnu a už od mája tohto roku sa bude môcť mesto Považská Bystrica hrdiť novou dominantou, slovenskí (aj českí) mostári dielom, ktoré má svetové parametre a motoristická verejnosť sa konečne dočká skompletizovania diaľnice medzi Bratislavou a Žilinou.

¤ Obr. 5. Úspornejším sa nakoniec ukázal neštandardný variant, v rámci ktorého by bol v štádiu vysúvania použitý definitívny pylón so závesmi, montážna veža a krátky výsuvný nos

¤ Obr. 6. Vahadlo bolo počas výstavby stabilizované uložením konštrukcie na 4 ložiská na každej ?pylónovej? podpere

¤ Obr. 7. Mestská estakáda je prvým diaľničným mostom na Slovensku, ktorého nosná konštrukcia nesie celý diaľničný profil a nosná konštrukcia je v priečnom smere podopieraná iba jednou podperou

¤ Obr. 8. Most má 10 polí a jeho hlavné polia majú veľkorysé rozpätie 122 m

¤ Obr. 9. Každý z voľných káblov je zložený z 37 lán, ktoré sú vedené cez sedlo pylónu