Zavěšený most přes Odru

Most je situován v rekreační oblasti na předměstí Ostravy. To vedlo ke snaze o estetické řešení konstrukce mostu, která by se mohla stát symbolem nové dálnice (obr. 9).
Výsledkem návrhu byla konstrukce zavěšená v ose mostu na jediném pylonu v prostoru mezi řekou a jezerem. Řada investorů z důvodů převedení dopravy při opravách dává přednost řešení, kdy je každý směr dálnice veden po samostatné mostní konstrukci. Popisovaný most je možným řešením pro osově zavěšenou konstrukci.

¤ Obr. 9. Pylon mostu se závěsy tvoří dominantu dálnice D 47

Architektonické a konstrukční řešení

Most kříží řeku pod úhlem 54°. Osa dálnice vede v půdorysném oblouku o poloměru 1500 m, který v zavěšené části přechází v přímou a je ve vrcholovém zakružovacím oblouku s poloměrem 20 000 m (obr. 2). Návrh konstrukce vycházel z myšlenky jednoty tvaru a funkce. Konstrukce i jednotlivé konstrukční prvky byly navrženy tak, aby nerušily, ale doplňovaly krajinu. Úměrnost řešení byla posuzována i z hlediska ekonomie spotřeby materiálu a práce. Protože most je z různých úhlů zdaleka viditelný, bylo snahou navrhnout jasně čitelnou konstrukci. Ta je proto zavěšena v ose mostu na jednosloupovém pylonu, a tak v každém pohledu vytváří závěsy s mostovkou tvarově čistou dominantu. Jak mostovka s římsou, tak i spodní stavba a pylon mají shodné tvarování zdůrazňující proudnicový tvar konstrukčních prvků. Aby tyto prvky mohly být navrženy co nejštíhlejší, jsou nejvíce namáhané části navrženy z vysokopevnostního betonu. Osové zavěšení vyžaduje torzně tuhou konstrukci, proto je mostovka tvořena dvěma co možná nejširšími komorovými nosníky navrženými bez tradičních vnějších konzol. S ohledem na šikmé křížení místních silničních komunikací jsou délky prvních tří polí rozdílné. Jelikož do pravé části mostu zasahují připojovací a odbočovací pruhy přilehlé křižovatky, je šířka prvních polí obou mostů rovněž rozdílná - od 14,60 do 13,60 m (obr. 8). Hlavní pole přemosťující Odru je prostřednictvím čtrnácti závěsů zavěšeno na 46,81 m vysokém pylonu. S ohledem na šikmé křížení nejsou nosníky u pylonu podepřeny, ale jsou na pylon nepřímo zavěšeny. Závěsné kabely mají semiradiální uspořádání a jsou symetricky zakotvené do přilehlých polí situovaných v prostoru mezi řekou a jezerem. V mostovce jsou kotveny po 6,07 m, v pylonu po 1,20 m. Nosnou konstrukci každého mostu tvoří dvoukomorový nosník výšky 2,20 m bez tradičních konzol (obr. 3).

¤ Obr. 2. Trasa dálnice D 47, kde je situován most, vede rekreační oblastí

¤ Obr. 3. Estakádní pole, vizualizace

Spodní desky obou komor jsou skloněné, v ose nosníků jsou zakřivené. V zavěšených polích jsou komorové nosníky vzájemně spojeny příčně předpjatou mostovkovou deskou vybetonovanou mezi nosníky a osamělými vzpěrami umístěnými v osové vzdálenosti závěsů. Závěsy jsou kotveny v kotevních blocích situovaných ve spojující desce. Prefabrikované vzpěry, kloubově spojené s nálitky komorových nosníků, spojují spodní zakřivené části nosníku a spolu se skloněnými deskami tvoří čistý příhradový systém přenášející sílu ze závěsu do stěn nosníků. Vzpěry se od středu mostu směrem k nálitkům nosníků plynule rozšiřují. Naopak jejich tloušťka se plynule zmenšuje (obr. 4). Plocha vzpěr je konstantní. Jejich tvar vyplynul z jasných statických požadavků, to je roznést tlakové namáhání do co největší šířky a zároveň garantovat stabilitu tlačeného kloubově podepřeného prvku.Mezi kotvami závěsů jsou ve spojující desce navrženy kruhové otvory, umožňující prosvětlení prostoru pod mostem a revizi podhledu konstrukce. Protože závěsy byly napínány až po příčném spojení obou komorových nosníků, otvory současně omezují lokální tahové napětí, které vzniká za kotvami závěsů. Komorové nosníky jsou v částech estakád navrženy z betonu třídy C30/37 XF1, v zavěšené části z betonu C35/45 XF1. Nosníky jsou podélně a příčně předepnuty. Pylon je tvořen ocelovým sloupem osmiúhelníkového průřezu spřaženým s vnějším betonovým pláštěm zaobleného tvaru (obr. 5).

¤ Obr. 4. Spojení komorových nosníků příčnými vzpěrami

¤ Obr. 5. Pylon - ocelový sloup a spřažený betonový plášť

V horní části ocelové konstrukce pylonu jsou kotveny závěsy, vnitřní prostor ocelové konstrukce pod kotvením závěsů je vyplněn vysokopevnostním betonem [1]. Pylon má konstantní tloušťku 3 m; jeho šířka pod mostovkou je 4,10 m, nad mostovkou je 2,40 m. Beton pylonu a horní desky s kotevními bloky je třídy C60/75 XF1. Všechny pilíře mají eliptický průřez šířky 4,10 m a tloušťky 1,60 m. Na opěrách a pilířích 1-5 a 9-15 je mostovka podepřena dvojicí hrncových ložisek. Na pilířích 7 a 8, které podporují kotvicí pole, jsou pilíře spojeny s mostovkou a základy vrubovými klouby a tvoří kyvné stojky. Vrubové klouby jsou předepnuté dvojicí svislých kabelů vedených v plastových kanálcích. Kabely zajišťují dostatečný přítlak v kloubech během provozu. Pylon, pilíře a opěry jsou založeny na vrtaných pilotách průměru 1,20 m. Pro závěsy je použit systém VSL SSI 2000 [2]. Závěsy jsou sestaveny z 55 až 91 lan průměru 15,7 mm a pevnosti 1860 MPa. Lana jsou opatřena těsně extrudovaným HDPE obalem tl. 1,5 mm a antikorozním voskem (typ COHESTRAND). Lana jsou vedena v HDPE trubkách s vnějším povrchem opatřeným šroubovitým nálisem (tzv. Helical rib), který za deště zajišťuje odkapávání vody, a tak omezuje kmitání závěsů od větru. Dynamický výpočet provedený profesorem Mirošem Pirnerem prokázal, že není nutné provést závěsy s tlumiči kmitání. Vnější římsy se skládají z monolitické části a lícních prefabrikátů čočkovitého tvaru, vnitřní římsy jsou klasické, monolitické se svislými stěnami. Na vnějších i vnitřních římsách jsou osazena zábradelní svodidla ZSSK/H2. Odvodnění mostu je svedeno přes klasické odvodňovače umístěné podél obrub do páteřního potrubí v komorových nosnících levého a pravého mostu s vyústěním do spadišť, která jsou součástí zpevnění pod mostem tvořeného lomovým kamenem. Na koncích mostů jsou navrženy betonové zídky jasně oddělující most od násypu. S ohledem na průlet ptáků jsou závěsy orientačně osvětleny (obr. 7). Intenzita osvětlení může být při slavnostních příležitostech zvětšena.

¤ Obr. 6. Výsuvná skruž situovaná nad mostovkou

¤ Obr. 7. Závěsy jsou s ohledem na průlet ptáků osvětleny

Konstrukční uspořádání

Detailní uspořádání konstrukce vyplynulo z technologie výstavby [3]. V nabídkovém projektu byla mostovka navržena z prefabrikovaných segmentů spřažených s mostovkovou deskou, montáž se uvažovala letmo v symetrických konzolách od pilířů. Zhotovitel se však rozhodl betonovat celou konstrukci po polích v bednění zavěšeném na výsuvné skruži situované nad mostovkou. Použit byl Overhead Strukturas Movable Scaffolding System (obr. 6). S ohledem na rozpětí skruže byly v zavěšených polích postaveny montážní podpěry, které se po spojení a zavěšení obou mostů na pylon odstranily. Technologie stavby vyžadovala, aby se nejdříve vybetonovaly oba nosníky, teprve potom bylo možné postavit pylon a nosníky vzájemně spojit a zavěsit na pylon. Konstrukční uspořádání skruže neumožnilo navrhnout u pylonu příčník, který by přenesl smykové síly z nosníků do pylonu. Proto jsou nosníky na pylon příčně nepřímo zavěšeny. Komory přilehlé k pylonu jsou zesíleny vnitřními příčníky a deska mostovky je s pylonem spojena příčným předpětím. Smykové síly jsou přeneseny ze stěn nosníků do pylonu skloněnými kabely, které příčně předpínají podporové příčníky. Příčný ohyb je přenášen předpjatou horní deskou a vzpěrami situovanými po obou stranách pylonu. Spodní skloněná deska, která je namáhána velkým smykovým napětím, je v prostoru mezi pylonem a první vzpěrou zesílena. Montážní podpěry byly tvořeny prefabrikovanými segmenty komorového průřezu vzájemně spojenými svislými předpínacími tyčemi zakotvenými v monolitických základech. Základy byly s ohledem na budoucí stavbu plavebního kanálu podepřeny nevyztuženými vrtanými pilotami, jež lze při stavbě kanálu snadno odstranit.
Při stavbě byla výsuvná skruž podepřena vždy nad podporami. Její přední část byla podepřena podporovým segmentem uloženým na montážně znehybněných ložiscích. Protože nosníky byly předepnuty jak vnitřními soudržnými kabely, tak vnějšími nesoudržnými kabely kotvenými v podporových příčnících, byla konstrukce betonována po polích bez tradiční přečnívající konzoly. Nejdříve se vybetonovala spodní deska se střední stěnou a po částečném předepnutí konstrukce jedním soudržným devatenáctilanným kabelem se vybetonovala horní deska. Po předepnutí příčných kabelů se předepnuly zbývající podélné kabely a skruž se přesunula do dalšího pole. Při stavbě běžných polí se napínaly vnitřní soudržné podélné kabely a vnější kabely vedené podél stěn. Vnitřní kabely jsou dvojího druhu - ohýbané, vedené ve střední stěně a přímé, vedené na okrajích. Protože předpětí bylo vyvozeno také vnějšími kabely, bylo možné ve spáře spojkovat všechny ohýbané kabely. Přímé kabely byly střídavě spojkovány klasickými a plovoucími spojkami.Vnější kabely jsou ohýbány v deviátorech situovaných přibližně ve čtvrtinách polí a v podporových příčnících. Kabely jsou vedeny přes dvě pole, proto v podporových příčnících lze kotvit jen jednu polovinu kabelů. Zavěšená pole jsou předepnuta přímými vnitřními a vnějšími podélnými kabely. Protože při stavbě působila zavěšená pole jako spojitý nosník, byla tato pole dočasně předepnuta vnějšími ohýbanými kabely. Ty se v průběhu zavěšení mostovky na závěsy odstranily. Mostovka běžných polí je příčně předepnuta vnitřními soudržnými kabely vedenými v horní desce. V zavěšených polích byla po vybetonování spáry mezi nosníky mostovka dodatečně předepnuta přímými kabely spojitosti vedenými v horní desce a ohýbanými kabely situovanými v žebrech skloněných spodních desek. Tyto kabely propojují levý a pravý most, zajišťují tlakovou rezervu v horní desce a přenášení posouvající sílu ze středních stěn komorových nosníků do kotev závěsů.

¤ Obr. 8. Podélný řez: a) zavěšená pole; b) most

Statická a dynamická analýza

Podle analyzovaného problému byla konstrukce řešena jako rovinná, nebo prostorová konstrukce sestavená z prutových anebo prostorových prvků. Analýza byla provedena programovými systémy NEXIS a ANSYS. Při prostorovém řešení byly pylon a zavěšená pole sestaveny z prostorových prvků, na které navazovaly prutové prvky modelující přilehlá pole [4]. Velká pozornost byla věnována řešení vzájemného spojení komorových nosníků, detailu kotvení závěsů a zejména napojení komorových nosníků na pylon. Bez využití moderních softwarových programů, by nešlo popisovanou konstrukci bezpečně navrhnout. Stabilita pylonu byla prokázána geometricky nelineární analýzou. Při výpočtech byla uvážena možná nepřesnost (imperfekce) výroby. S ohledem na rozdílné stáří konstrukčních prvků byla také provedena detailní časově závislá analýza konstrukce. Tyto výpočty sloužily nejen k určení redistribuce statických účinků, ale také pro nadvýšení mostovky a montážních podpěr. Dynamická analýza prokázala, že konstrukce má přijatelnou odezvu na dynamické zatížení a že i při poměru první vlastní kroutivé frekvence f_k = 1,20 Hz k první ohybové frekvenci f_o = 0,765 Hz, f_k/f_o = 1,56 má dostatečnou aerodynamickou stabilitu.

Postup stavby

Vlastní stavební práce začaly v jarních měsících roku 2005 realizací štětovnicových jímek v Antošovickém jezeře. Následovalo beranění štětovnicových jímek dočasných podpěr v Odře. Poté byl zhotoven zásyp vnitřku jímek a násyp staveništní komunikace v jezeře. V místě zhotovených štětovnicových jímek byla staveništní komunikace rozšířena o nasypané poloostrovy. Následovalo provedení pilot opěr a běžných podpěr. Před provedením pilot u pylonu byla zhotovena nesystémová pilota a provedena zatěžovací zkouška. Na základě výsledků zatěžovací zkoušky se přistoupilo k vrtání pilot pod pylonem. Z důvodu omezení velikosti hydratačního tepla byla betonáž základu pylonu rozdělena do tří etap. Po vybetonování pilířů byla zahájena postupná výstavba komorových nosníků. Pro ověření možnosti betonáže šikmé spodní desky bez nutnosti bednění jejího horního povrchu byly zhotoveny dva testovací segmenty. Jeden s recepturou betonu C30/37 estakádní části a druhý s recepturou C35/45 zavěšené části. Komorové nosníky se betonovaly ve dvou výsuvných skružích. Nejdříve byla zahájena stavba pravého mostu, který se betonoval v nové výsuvné skruži. Levý most se betonoval ve výsuvné skruži, která byla přesunuta na stavbu po dokončení mostu Žíželice stavěného na dálnici D 11. Pro urychlení stavby byla první tři pole levého mostu betonována na pevné skruži. Dočasný pevný bod byl situován v místě pylonu. Montážní podpěry byly ztuženy dvojicemi šikmých vzpěr.Po vysunutí skruží za pylon se začaly osazovat v zavěšené části prefabrikované vzpěry. Prefabrikované vzpěry byly osazovány jeřábem situovaným na mostovce. Vzpěra byla spuštěna mezerou mezi pravým a levým mostem, natočila se o 90° a přikotvila se k nosným konstrukcím mostů pomocí čtveřice šroubů M24 a dřevených klínů. Hmotnost vzpěry byla 13,5 t. Po osazení vzpěr se zhotovilo bednění kotevních bloků aktivních kotev závěsů a střední desky spojující oba mosty. Součástí desky byly kotevní bloky s roznášecími deskami a navařenými průchodkami závěsů. Každý kotevní blok, roznášecí deska a ocelová průchodka byly rozměrově odlišné v závislosti na sklonu závěsů, počtu lan a uspořádání podkotevní výztuže, kterou tvořily obruče svařované nosnými tupými svary. Ocelové průchodky dosahovaly délky až 6 m, jejich maximální hmotnost byla 1300 kg. Systémové bednění kotevních bloků bylo rektifikovatelné po celou dobu jejich výstavby. Následovala výroba a montáž ocelové konstrukce pylonu hmotnosti 201 t. Pylon byl sestaven z šesti dílů vzájemně spojených šroubovými kontaktními styky. Díly byly smontovány jeřábem nosnosti 300 t, situovaným vedle již vybetonovaných komorových nosníků. Vnitřní prostor ocelové konstrukce pylonu se vyplnil do výšky 24,40 m betonem C60/75, tlačený zespodu; vnější betonový plášť pylonu byl postupně betonován do překladného bednění. Následně byly v dutině pylonu osazeny pasivní kotvy a pod kotevními bloky mostovky se osadily aktivní kotvy závěsů. Pomocí prvního nosného lana závěsů byly osazeny trubky závěsů, po jejich vyrovnání druhým lanem následovalo postupné zatažení a napnutí zbývajících lan. Napínání závěsů bylo rozděleno do tří kroků. V prvním kroku se do lan vneslo 50 % předpokládaného výsledného napětí v lanech. Před druhým krokem se odstranily podélné volné montážní kabely a do lan závěsů bylo vneseno napětí na úroveň 95 % výsledného napětí. Následně se deaktivovala ložiska dočasných montážních podpěr, čímž most získal definitivní statický systém a byly zhotoveny živičné vozovkové vrstvy v zavěšené části. Po ověření sil v jednotlivých závěsech se přistoupilo k poslednímu kroku - závěrečné rektifikaci. Konstrukce byla během stavby pečlivě monitorována [5]. Kritických průřezy mostovky a pylonu monitorovaly strunové tenzometry a teploměry a měřeními byly ověřeny výsledky statické analýzy. Sledování mostu dále pokračuje. Před uvedením mostu do provozu se na podzim roku 2007 vykonaly statické a dynamické zatěžovací zkoušky, které ověřily konstrukci i kvalitu provedených prací. Naměřené hodnoty deformací i frekvencí byly v dostatečné shodě s teoretickými hodnotami [6].

Závěr

Snahou všech zúčastněných bylo navrhnout kvalitní mostní konstrukci, která, ačkoliv vytváří výraznou dominantu, je úměrná krajině. Velká pozornost byla věnována návrhu a provedení detailů a povrchovým úpravám. Most byl kladně přijat odbornou veřejností. V soutěži TOPINVEST vypisované Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR, Ministerstvem pro místní rozvoj ČR a Svazem podnikatelů ve stavebnictví v ČR získal cenu Nejlepší investice roku 2007, v soutěži Stavba Moravskoslezského kraje získal Hlavní cenu.

Při řešení návrhu mostu byly využity výsledky projektu 1M6840770001 MŠMT, v rámci činnosti výzkumného centra CIDEAS a za finančního přispění MPO ČR v rámci projektu FI-IM/185 Nové úsporné konstrukce z vysokopevnostního betonu.

Základní údaje o stavbě
Název stavby: Zavěšený most na D 47 přes řeku Odru a Antošovické jezero
Investor: Ředitelství silnic a dálnic ČR, závod Brno
Architektonické a konstrukční řešení: Stráský, Hustý a partneři, Brno
Projekt ocelové konstrukce pylonu: OKF Design Brno
Zhotovitel: Skanska DS, Závod 77 Mosty
Stavbyvedoucí: Ing. Martin Šálek, Skanska DS

Hlavní subdodávky
Výroba a montáž ocelového jádra pylonu: MCE Slaný
Závěsy - dodávka, montáž: VSL SYSTÉMY (CZ) Praha

Použitá literatura
[1] Terzijski, I., Halas, V.: Nová koncepce řízení tuhnutí a tvrdnutí vysokohodnotných betonů. 14. betonářské dny 2007, Hradec Králové
[2] Bešta, J., Strachota, M.: Zavěšený most přes Odru a Antošovické jezero na dálnici D47091/2 Hrušov-Bohumín. 13. mezinárodní sympozium Mosty 2008, Brno
[3] Mašek, F., Šálek, M., Pito- ňák, P.: Zavěšený most přes Odru a Antošovické jezero - zkušenosti z realizace. 13. mezinárodní sympozium Mosty 2008, Brno
[4] Pěnčík, J., Florian, A.: 3D analýza zavěšeného mostu přes řeku Odru a Antošovické jezero. Modelování v mechanice 2007. Ostrava 2007. p. 1-7, ISBN 978-80-248-1330-1
[5] Zich, M., Stráský, J.: Program dlouhodobého sledování mostů na dálnici D 47. 12. mezinárodní sympozium Mosty 2007, Brno
[6] Komanec, P., Zich, M.: Zatěžovací zkoušky zavěšených mostních konstrukcí. 13. mezinárodní sympozium Mosty 2008, Brno