Výstavba mostu u Rzavé na dálnici D 3, unikátní řešení mostní konstrukce

Dálniční most u Rzavé tvoří dvě samostatné konstrukce - každá je navržena pro jeden jízdní pás (směr). Obě konstrukce mají sedm polí o rozpětí 24 + 5×36 + 24 m a obdobný příčný řez. Nosnou konstrukci tvoří dva hlavní ocelové nosníky se skloněnými stěnami a s příhradovým příčným ztužením, spřažené s monolitickou příčně předpjatou železobetonovou deskou. Důvodem pro sklonění stěn hlavních nosníků byla snaha o optické vylehčení konstrukce a plynulé navázání nosné konstrukce na spodní stavbu. Nad podpěrami je konstrukce opatřena tuhými betonovými příčníky.
Spřažená železobetonová deska je navržena jako příčně předpjatá. Kromě příčného předpětí je v desce navrženo také podélné předpětí pomocí čtyř kabelů, které během výsunu zamezují vzniku příčných trhlin v desce. V běžném provozním stavu již tyto kabely nebudou plně využity.

Výsuv první části spřažené konstrukce mostu u Rzavé

Výrobna s vysouvací drahou

Výrobna s drahou pro výsun spřažené konstrukce byla zřízena na násypovém tělese za táborskou opěrou. Na dráze dlouhé 90 m byly uloženy podvozky, na kterých se z montážních dílů sestavovala ocelová konstrukce do 90 m dlouhých úseků. Podvozky byly umístěny vždy pod příčnými výztuhami stěn nosníků, v maximálních vzdálenostech po 6 m. Na smontované konstrukci byla následně prováděna betonáž spřažené desky po částech dlouhých 18 m.
Pro betonáž desky vně ocelových nosníků bylo podél dráhy sestaveno sklopné lešení s bedněním, zatímco ve střední části mezi nosníky bylo instalováno posuvné bednění, které se po vybetonování příslušné části desky posouvalo v podélném směru do následující polohy.

Pohled na mezilehlou podporu, přípravky pro výsun a ocelová táhla	Příčný profil konstrukce
Výrobna s drahou pro výsun	Výsun první části spřažené konstrukce mostu u Rzavé

Výsun mostní konstrukce

Příčný řez spřažené konstrukce při vysouvání

Přestože vysouvání ocelových i betonových mostních konstrukcí vychází z obdobných principů, je nutné u obou typů konstrukcí řešit některé zvláštní problémy. V případě betonových konstrukcí se jedná především o značnou vlastní tíhu a z toho vyplývající potřebu větší síly potřebné pro pohyb konstrukce, namáhání kluzných ložisek i vlastní nosné konstrukce, a to zejména na její přední části, která během výsunu působí jako konzola. Pro omezení hodnot konzolových ohybových momentů se zpravidla využívají lehké ocelové nástavce, dočasné mezipodpěry nebo vyvěšení přes provizorní pylon, případně jejich kombinace. U ocelových konstrukcí je nutné spolehlivě vyřešit především namáhání relativně tenkých stojin i pásnic ocelových nosníků, vystavených účinkům podporových reakcí během postupného vysouvání. Tento problém je ještě významnější u spřažených konstrukcí, u kterých se vysouvá poddajná ocelová část společně s relativně těžkou betonovou deskou a u kterých se spojuje problematika výsunu ocelových i betonových mostních konstrukcí. Zvýšená tíha vysouvané konstrukce vyvolává značné reakce v kluzných ložiskách, které pak postupně působí na ocelovou konstrukci po celé její délce. Pokud by konstrukce byla během výsunu podepřena na kluzných ložiskách umístěných pod dolní pásnicí ocelového nosníku, byla by jeho stojina namáhána lokálními silami, na které již nelze efektivně navrhnout (bez zvýšení spotřeby konstrukční oceli). Z tohoto důvodu byl most během vysouvání podepřen pod vnější stranou horních pásnic nosníků, které jsou pomocí trnů spřažené s betonovou deskou. V těsné blízkosti tohoto podepření je deska vyztužena podélnými ocelovými nosníky, a lze ji tedy považovat za tuhou a dostatečně únosnou. Během výsunu byla konstrukce podepřena pomocí speciálních ocelových přípravků, osazených pro tento účel na pilíře. Síla potřebná pro výsun konstrukce byla vyvozována pomocí hydraulické vysouvací jednotky, umístěné na táborské opěře. Z vysouvací jednotky byla síla přenášena přepínacími lany do okraje betonové desky, kde byla lana opět zakotvena pomocí speciálních ocelových přípravků. V době mezi jednotlivými fázemi výsunu, kdy byly vyráběny další části konstrukce, byla celá již dokončená konstrukce zajištěna proti zpětnému pohybu pomocí předpínacích závitových tyčí, propojujících přes výše zmíněné přípravky betonovou desku s táborskou opěrou. Po skončení každé fáze výsunu a po spolehlivém zajištění konstrukce v dané poloze byly ocelové přípravky pro zakotvení tažných lan demontovány a přesunuty na nový okraj desky pro použití v následující fázi výsunu. Uvedený systém vysouvání a kotvení se velmi osvědčil pro svoji jednoduchost a spolehlivost.
Niveleta komunikace na mostě má konstantní podélný sklon 3,56 %, přičemž konstrukce byla vysouvána směrem vzhůru. Pro omezení konzolového momentu na přední části konstrukce během výsunu byla v přední části nosné konstrukce vynechána betonová deska v délce 6 m a na konstrukci byl připevněn lehký ocelový nástavec (?nos?) délky 12 m. Nástavec byl na volném konci upraven tak, aby při nájezdu na podpěru umožňoval přizvednutí pomocí hydraulických lisů, čímž se eliminoval průhyb konzolové části nosné konstrukce. Zejména z důvodu výsunu konstrukce s již vybetonovanou spraženou deskou byly použity rovněž provizorní ocelové mezipodpěry. Mezipodpěry byly zhotoveny z materiálu PIŽMO, pod každým nosníkem byla vystavěna věž o půdorysném rozměru 2x2 m. Věže byly v horní části ztuženy příhradovou konstrukcí.
Mostní pilíře výšky až 17,6 m byly navrženy na účinky zatížení, které se na mostě bude vyskytovat během provozu mostu a kdy účinky podélných sil (brzdných, rozjezdových a od tření v ložiskách) jsou do značné míry kompenzovány větší svislou tlakovou reakcí (na konstrukci již působí nejen její vlastní tíha, ale také tíha mostního svršku a pohyblivého zatížení), která působí v podstatě jako svislé předpětí. Během výsunu však mohou v kluzných ložiskách vzniknout další poměrně značné vodorovné síly. Vznikají zejména při ?rozjezdu? konstrukce v každé fázi výsunu, kdy je nutné překonat větší počáteční tření, další síly mohou vzniknout například v případě nehodového stavu při nesprávném vložení kluzné teflonové desky apod. Během výsunu docházelo rovněž ke zvýšenému namáhání táborské opěry, o kterou byla opřena vysouvací jednotka. Celková síla vyvozená vysouvací jednotkou při výsunu byla opět větší, než vodorovné síly působící na opěru v provozním stavu. Opěra je z hlediska působení podélných sil založena poměrně pružným způsobem na svislých pilotách, procházejících v horní části násypovým tělesem.
S cílem zmenšit vodorovné zatížení na poměrně poddajnou opěru a zároveň omezit namáhání pilířů i ocelových mezipodpěr bylo původně navrženo vzájemné propojení hlav všech podpěr tuhými ocelovými prvky (2 x IPE400). Předpokládalo se, že vodorovné síly od tření v jednotlivých kluzných ložiskách budou prostřednictvím táhel přeneseny až do táborské opěry, kde proti nim bude působit síla vyvozená vysouvací jednotkou. Toto řešení však bylo poměrně náročné z hlediska spotřeby oceli, rovněž by bylo prakticky nemožné táhla rektifikovat z hlediska účinků teplotních změn. Proto bylo toto řešení částečně modifikováno a pro propojení všech podpěr byla použita táhla z přepínacích tyčí, aktivovaných počáteční předpínací silou. Rovnoměrné teplotní rozdíly po celé délce mostu potom působily pouze změnu napětí v tyčích. Ve skutečnosti se však jedná o mnohokrát staticky neurčitý systém sestavený z opěr, pilířů, ocelových mezipodpěr a přepínacích tyčí, který bylo nutné navrhnout a nastavit tak, aby během výsunu nebylo překročeno přípustné namáhání ani přetvoření žádného konstrukčního prvku.
Směrové vedení nosné konstrukce bylo při výsunu zajištěno na všech pilířích, opěrách a na první mezipodpěře. Standardní podélná vzdálenost prvků směrového vedení byla 36 m, přičemž v počátečních fázích, kdy byla sestavena pouze krátká část konstrukce, bylo vedení zhuštěno. Vodicí ložiska tvořily kyvné desky, vedené rovnoběžně se stěnou nosníku a připevněné ze stran na blocích kluzných ložisek. Tyto prvky byly nastaveny do ideální polohy mostu. Příčný přesun konstrukce je v případě potřeby možné provést pomocí příčného lisu, vloženého mezi speciální přípravek na pilíři a kluzné ložisko.

Monitoring

Během výsunu byla sledována poloha a deformace nosné konstrukce pomocí on-line geodetického systému, který se skládal ze tří totálních stanic. Aktuální poloha konstrukce pro ověření směrového vedení byla sledována pomocí dvou bodů na předním konci a jednoho bodu na zadním konci každého úseku betonové desky. Zadní bod byl sledován z důvodu plynulého napojení navazující části desky a zajištění požadovaného celkového tvaru nosné konstrukce. Absolutní souřadnice měřicích bodů byly soustavně porovnávány s požadovanou polohou. Měřicím systémem byla ověřována rovněž i výšková poloha konstrukce a příčný sklon. U provizorních mezipodpěr se očekávala vlivem postupného přitěžování možnost sedání základů, případně i naklonění podpěry. Uvedený systém sledoval všechny potřebné parametry deformací a v případě překročení mezních hodnot vydal varování.
Jak již bylo zmíněno, stabilizace všech podpěr spojených v podélném směru mostu předpínacími tyčemi byla navržena jako vyvážený mnohokrát staticky neurčitý systém. Jeho správná funkce byla během výstavby ověřována pomocí automatického systému snímání vodorovných deformací pilířů a opěr v podélném směru. Středem mostu byla předepnuta struna, nezávislá na deformaci konstrukce, a v hlavách pilířů a opěr byly nainstalovány snímače, které měřily deformace vůči této struně. Zjištěné údaje byly zpracovávány ve vyhodnocovacím centru a při nadměrné deformaci pilíře by byl výsun automaticky zastaven. Možnost automatického přerušení výsunu byla zvolena proto, že v případě nehody (např. zablokování ložiska) může k nadměrné deformaci podpěry dojít velmi rychle a manuálně by mohlo být prakticky nemožné výsun zastavit včas. Je možné konstatovat, že skutečně naměřené hodnoty deformací velmi přesně odpovídaly vypočteným hodnotám. Monitorovací systém se ukázal jako efektivní a výhodný již v době předpínání táhel mezi podpěrami.

Závěr

Uvedený systém výsunu spřažené konstrukce s betonovou deskou tohoto rozsahu je zcela ojedinělý. Přínosem je rychlost a kvalita výstavby, umožňující vyrobit 18 m nosné konstrukce za jeden týden. Příprava výstavby však vyžadovala vyřešení řady problémů, technologických postupů a konstrukčních detailů. Nezbytná byla těsná spolupráce s projektantem a subdodavateli, řešícími zejména technologii vysouvání, geodetická měření a měření deformací.
V současném době jsou obě konstrukce zcela vysunuty a provádějí se dokončovací práce. Koncem roku 2007 bude most zprovozněn v rámci dokončení celého úseku dálnice.

Základní údaje o stavbě
Investor: ŘSD ČR Praha
Projektant: Mott MacDonald Praha, spol. s r.o.
Dodavatel stavby: Metrostav a.s., divize 4
Subdodavatelé:
Ocelová konstrukce: Metrostav a.s., divize 7
Výsuv a předpínání konstrukce: VSL systémy /CZ/, s.r.o.
Geodetické práce: CCE Praha, LLC, Gefos a.s.
Monitoring deformací: ČVUT Praha

Odborné posouzení článku
Ing. Roman Šafář, katedra betonových a zděných konstrukcí FSv ČVUT v Praze, technický ředitel firmy Max Bögl a Josef Krýsl