Štvanická lávka

Návrh a technické řešení

Mostovka je podepřena dvěma nábřežními opěrami, dvěma pilíři na krajích ostrova Štvanice tak, aby do ostrova co nejméně zasahovala, dvěma pilíři v nesplavném rameni Vltavy a jedním pilířem na břehu Karlína. Na Štvanici sestupuje boční rampa, jejíž půdorysná křivka kopíruje křivku hrany ostrova (obr. 2, 3).

Krajní pole konstrukce pro zajištění bezbariérového a plynulého navázání na holešovické straně klesá na úroveň chodníku na nábřeží. Toto pole je navrženo jako vertikálně pohyblivé v místě opěry, kde je navržen hydraulický pístový mechanismus pro zajištění vertikálního pohybu až nad úroveň povodně Q₁₀₀₀ (Q₂₀₀₂ + 1 m). Jedná se o zdvih cca o 3,2 m při pootočení pole kolem převislého konce u prvního pilíře ve Vltavě.

Lávka je navržena z ultra-vysokohodnotného betonu s rozptýlenou výztuží (UHPFRC – Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete) s povrchem odpovídajícím lesklému bílému mramoru. Nosná konstrukce je složena z prefabrikovaných segmentů (obr. 7, 10), které jsou sepnuty předpínacími kabely. Aplikace UHPFRC je současné progresivní a inovativní architektonické a konstrukční řešení – několik mostů bylo realizováno v nedávné době např. ve Francii, Německu a Nizozemí. Ultra vysokohodnotný beton je aktuálním odborným tématem a jeho aplikace dává možnost zrealizovat unikátní architektonická a inženýrská díla.

Založení lávky je, s výjimkou opěry OP 60, na velkoprůměrových vrtaných pilotách průměru 880 mm, max. délky 15,50 m realizovaných pod ochranou ocelových výpažnic. Typické pilíře s pohyblivými ložisky jsou založeny na 6 ks VP pilot, pilíř P20 nesoucí pevné ložisko je založen na 8 VP pilotách. Krajní nízké opěry OP00 a R20 jsou založeny na jednořadé pilotové bárce tvořené dvojicí VP pilot. Dutá opěra OP 60 je s ohledem na stísněné prostorové podmínky na Bubenském nábřeží, založena na mikropilotovém roštu tvořeném ocelovými trubkami Ø 108/16 mm, dl. 10,0 m ve vrtech Ø 270 mm.

Spodní stavba lávky vychází přísně z architektonického návrhu vzešlého z ­architektonické soutěže. Pilíře jsou masivní železobetonové, obdélníkového průřezu 5,00 x 1,85 m z bílého betonu C30/37 XF4. Výška pilířů se pohybuje v ­rozmezí rozpětí 7,65 až 13,34 m. Krajní opěry na karlínském břehu a na Štvanici jsou nízké, max. zapuštěné do terénu, tvořené úložným prahem vetknutým do VP pilot a krátkými zavěšenými křídly s parapety navazujícími na nosnou konstrukci (NK). Krajní opěra na holešovickém břehu je navržena jako ŽB monolitická, komorová, v jejímž prostoru jsou osazeny dva pístní válce umožňující zvednutí krajního pole NK o 3,2 m. Krajní pole je stabilizováno ocelovou vodicí konstrukcí, která není trvalou součástí lávky.

Hlavní nosná konstrukce mostu je tvořena spojitým železobetonovým nosníkem z UHPFRC s podélným předpětím a příčným řezem tvaru H. Jedná se o dva plnostěnné boční parapetní nosníky s mezilehlou deskou mostovky, která je podporována příčnými žebry.

Výrobně a montážně jde o segmentovou mostní konstrukci tvořenou 57 segmentovými prefabrikáty.

Pro zjednodušení prefabrikace je navržená prostorová křivka upravená do plynulého polygonu tak, aby byl každý ze segmentů veden v přímce.

Ze spojitého nosníku, který spojuje holešovický a karlínský břeh, plynule odbočuje sestupná rampa na ostrov Štvanice a tvoří tak spolu s lávkou jednotný celek bez dilatačních spár (obr. 8).

V místě teoretické polohy nulového ohybového momentu je do konstrukce rampy vložen mechanický čepový ocelový nerezový kloub, který umožňuje otočení tohoto pole kolem horizontální osy a zajištění odolnosti celé konstrukce proti „tisícileté vodě“. Průchozí šíře v hlavním směru je 4,0 m a v místě rampy 3,0 m. Spáry mezi segmenty mostu jsou navrženy jako kontaktní, vystrojené smykovými ozuby s proměnnou polohou. Ty slouží k navedení segmentů při instalaci a lepení a dále pak ukrývají kotevní prvky pro montážní zdvih a samotnou instalaci segmentů na místo. Důvodem proměnné polohy je postupná změna místa prostupu předpínací výztuže spárou.

Segmenty nosné konstrukce jsou vzájemně spojeny vnitřním předpětím lany se soudržností, která jsou vedena uvnitř průřezu lávky. Každý parapetní nosník je předepnutý kombinací 4 kabelů (v každém 19 lan), které jsou lokálně (krajní pole k Holešovicím se zdvihem a konec NK směrem ke Karlínu) doplněny o čtyřlanový kabel v horní poloze parapetu. Celý systém předpětí je navržený ve stupni ochrany PL3, v místě každé spáry jsou kanálky předpětí vzájemně spojeny kanálkovými spojkami, které celý systém ochrany předpětí dokonale utěsní. Kabely předpětí typu Y1860S7-15,7 mm jsou uzavřeny v souvislém, elektricky nevodivém obalu pro docílení elektricky izolovaného ­předpínacího systému. Celý prostor kanálků předpětí je kompletně zainjektován.

Základním prvkem hlavní nosné konstrukce mostu je prefabrikovaný segment, který je díky úpravě prostorového vedení lávky vždy přímý. Typický segment má délku 5,54 až 6,0 m, šířku 5,0 m, příčný řez tvaru H o výšce 1,85 m. Segment boční rampy je řešen obdobně, pouze jeho délka je 5,3 m a šířka 4,0 m. Mezilehlá deska mostovky o tloušťce 85–125 mm spojuje přes plynulé náběhy parapetní nosníky a je podporovaná dvojicí příčných žeber ve čtvrtinách délky segmentu. V každé etapě/poli NK se nachází vždy jeden ložiskový segment se zesíleným žebrem pro umístění vyměnitelných ložisek a jeden kotevní segment, kde končí/začínají kabely předpětí. Pochozí povrch této desky mostovky má dostředný spád 2 % vytvářející úžlabí v ose mostu. V pochozí šířce je deska mostovky mírně kratší než segment, což na hotové konstrukci vytváří odvodňovací spáry.

Podle zadání byla navržena jemnozrnná směs UHPC s bílým cementem, světlým kamenivem, splňující mechanické a trvanlivostní parametry a vhodná pro prefabrikaci. Byla použita standardní dávka 1,5 % ocelových vláken s pevností přesahující 2 000 MPa. Celkový objem segmentů z UHPC přesáhl 700 m³. Největší prefabrikovaný segment s objemem bezmála 20 m³ a hmotností přesahující 50 t se ­zabudovaným nerezovým kloubem je největším v ČR vybetonovaným prefabrikátem z UHPC.

Specifikum tohoto projektu je v tom, že se skládá ze dvou odlišných částí. Jednak z prefabrikovaných segmentů popsaných výše, jako ostatně většina doposud realizovaných staveb, a dále pak z rozpletu, který je navržen jako monolit. Rozplet vzniká v místě napojení boční sestupné rampy – odbočky z hlavní trasy lávky ­směrem na ostrov Štvanice. Vzhledem ke své velikosti jej nebylo možné realizovat jako prefabrikát. Objem betonu v rozpletu je cca 125 m³, jedná se tedy o doposud největší betonáž s použitím UHPFRC v České republice na nosné konstrukci.

UHPC má zcela specifické složení a postup výroby, obzvláště pro použití v monolitu. Obsahuje velké množství přísad, které se dlouho aktivují. Beton s takovou přísadou rychle ztrácí zpracovatelnost a začne „nabíhat“. Je nutné dodržovat technologickou kázeň. V případě UHPFRC je potřeba použít specifické mísicí jádro, aby bylo možné dosáhnout rovnoměrného rozmísení drátků.

Ve spolupráci s ČVUT byla, speciálně pro Štvanickou lávku, navržena a upravena receptura, jež dosahuje parametrů 120 MPa v tlaku a 19 MPa v tahu za ohybu. Doba mísení jedné záměsi je 4 min s dobou zpracovatelnosti minimálně 8 hod  – ověřeno několika pokusy. Navíc směs neulpívá na stěnách mixů a ztráta při dopravě je zanedbatelná, pro potřeby stavby téměř ideální stav.

Realizace stavby

Pro zajištění úspěšné realizace projektu bylo třeba vybudovat základy a spodní stavbu, vyrobit segmenty, navrhnout a zrealizovat podpěrnou konstrukci vhodnou pro daný typ výstavby, osadit segmenty a provést monolitickou část. I když založení v plavebním kanále a nesplavné části řeky nebylo nejsnadnější – bylo třeba řešit ne příliš ideální geologické podmínky i občasné povodňové stavy, jednalo se víceméně o nyní již standardní problémy.

Pro výrobu segmentů byly navrženy formy se stavitelnými čely umožňující nastavování úhlů po 0,01°, které simulovaly výrobu pomocí otisků na krátké výrobní dráze. Po každé betonáži byl vyrobený segment v určeném stáří přeměřen, projektant stanovil podle změřených odchylek od ideálního projektu tzv. kompenzace, tedy úpravy rozměrů v řádu mm, které opravovaly nastavení dalšího čela. Vzhledem k tomu, že obrys segmentu s ukloněnými čely je hranol s nerovnoběžnými podstavami, nemá smysl měřit délky hran. Ve formě byla s maximální přesností s použitím stěnových i prostorových úhlopříček stanovena středová rovina „S“ kolmá na osu hranolu, tato rovina se pomocí drobných značek obtiskla do prefabrikátů a od této roviny byly měřeny vždy vzdálenosti k vrcholům čela. První segmenty byly přeměřeny za použití laserového scanneru, nicméně měření mělo stejnou odchylku jako měření za pomoci pásma první třídy přesnosti a s přihlédnutím k časové náročnosti uvedeného postupu bylo od tohoto typu měření odstoupeno. Pro realizaci celé nosné konstrukce (NK) byla zvolena pevná podpěrná skruž z věží MTP 100, doplněná o nosníky I 450 a I 500 v prostoru Štvanice a části Karlína a v prostoru nad vodním tokem pak doplněná o příhradové podélníky typu MJD SS a MJD S. To zajistilo dostatečnou nosnost podpěrné konstrukce pod segmenty i monolitem. Jak již bylo zmíněno, rozplet je specifické místo celé konstrukce, kde jsou segmenty doplněny monoliticky betonovanou částí. Skruž byla v tomto místě doplněna o dvojitou podlahu, která pomohla s přesným umístěním krajních parapetních nosníků a zároveň vytvořila spodní stranu rozpletu v požadovaném sklonu. Parapety byly osazeny na místo jeřábem o nosnosti 500 t s milimetrovou přesností polohy i výšky. Spolupůsobení bočních parapetů s monolitickou deskou je řešeno kotvicími trny a dvěma páry předpínacích čtyřlanových kabelů kotvených „do kříže“. V průběhu osazování nosníků bylo potřeba finálně spojit všechny kabelové chráničky, pozdější spojení nebo oprava pak již nebyla možná. Následovala polohová fixace segmentů a zahájení armovacích prací. V průběhu armování bylo potřeba doplnit „vybavení“ desky o dvě důležité položky, chlazení a vymezovací distanční prvky.

Po konzultacích s odborníky na ČVUT bylo rozhodnuto o osazení chlazení z ¾” zahradních hadic. Ty byly rozloženy v desce ve třech hladinách se vzájemnou vzdálenosti cca 500 mm plošně a 180 mm výškově v celkem šesti nezávislých okruzích. Chlazení bylo aktivováno v průběhu betonáže a pravidelně kontrolováno. K vypnutí došlo po cca 60 hod od konce betonáže, kdy už svůj účel splnilo a další chod by naopak mohl zrajícímu betonu spíše uškodit. Maximální teplota při zrání dosáhla 80°C.

Vzhledem k velké ploše a samonivelačním vlastnostem betonu bylo nutno celý horní povrch rozpletu opatřit bednicím víkem. Podélný sklon na rampě přesahuje 8 % a bez tohoto víka by nebylo možné udržet beton v požadovaném tvaru. Do plochy rozpletu proto bylo osazeno cca 500 ks vymezovacích distančních těles z UHPC betonu v rastru 500 x 500 mm, s průchozí chráničkou pro protažení Schwupp tyče uprostřed. Tím bylo víko pevně staženo s dnem bednění a drželo požadovanou tloušťku desky 750 mm (obr. 9).

Po dokončení armování a bednění následovala betonáž. Opět díky specifickým vlastnostem UHPC – tentokráte jeho nečerpatelnosti – bylo nutno použít pro NK ne úplně typickou betonáž dvěma jeřáby a bádií. Betonáž byla zahájena v nočních hodinách s ohledem na lepší teplotní podmínky (práce proběhla v polovině října 2022), vlhkost a zároveň dopravu v centru Prahy. Po dokončení betonáže byla celá skruž „zabalena“ do silných gumových plachet proti rychlým ztrátám tepla a průběžně byla kontrolována teplota betonu i teplota vody procházející chlazením.

Dále se pokračovalo s vyrobenými segmenty ze Štětí, které byly na stavbu dopravovány jako nadrozměrný náklad po silnici. Po příjezdu v nočních hodinách byly dalšího dne osazeny jeřábem dostatečné nosnosti (od 200 t do 500 t podle váhy jednotlivých dílců a vzdálenosti uložení). Kvůli deformaci a dotvarování skruže byly vždy segmenty osazeny „na volno“ a až po vysklá­dání celé etapy došlo k jejich přisunutí a lepení. Skruž je v prostoru pod segmenty vybavena zdvojeným ocelovým nosníkem, po kterém se za pomoci teflonu jednotlivé segmenty přisouvaly. Vždy nejprve „nasucho“, kdy došlo k přeměření směrové a výškové polohy, následovala případná úprava vyrovnávacích dřevěných podkladek, odsunutí o max. 100 mm pro nanesení epoxidového lepidla – ­CarboResin v letní a zimní úpravě – a následné dotlačení na kontaktní spáru s vytlačením přebytečného materiálu. Spára se pak zafixovala ocelovým přípravkem na boku segmentu tak, aby nedošlo při zrání k jejímu otevření. Tento postup se opakoval, dokud nebyla slepena kompletně jedna etapa. Celý tento postup je citlivý na vliv teploty a vlhkosti, proto byl kolem celé NK postaven stan, ve kterém se udržovaly požadované podmínky – stabilní teplota a vlhkost (obr. 13).

Po dokonalém vytvrdnutí lepidla dochází k navlečení a předepnutí jednotlivých předpínacích kabelů. K odskružení mohlo dojít až po předepnutí následující etapy, která vždy dokončila předepnutí všech lan na 100 %. Tento postup se opakoval pro všech 5 etap výstavby.

Závěr, zkušenosti z realizace

Využití UHPC v takto masivním měřítku je relativně nová záležitost. V českých normách a standardech se s tímto materiálem pro masivní použití zatím moc nepočítalo, TP 267 vyšlo až letos v březnu.

Současné dosud realizované stavby jsou průkopnické, a ne vždy se podaří vyvarovat chyb, kterých bychom se u léty ověřených materiálů a postupů nedopustili. Nicméně získané zkušenosti jsou pro budoucí aplikace neocenitelné. Vzhledem ke svým charakteristikám, a i přes některé obtíže, si UHPC určitě najde cestu nejen do výroben Prefa, ale i na stavby a jako materiál budoucnosti bude mít své uplatnění.