Železniční most Záběhlická

Most se nachází v kilometru 2,512 trati Praha-Zahradní Město – Praha-Radotín, konkrétně v traťovém úseku Praha-Zahradní Město – odbočka Spořilov.

Popis mostu

Dvoukolejný most Záběhlická celkové délky 120,85 m má tři spojitá pole o rozpětí 33,0 + 39,0 + 33,0 m. Pro každou kolej byla realizována samostatná mostní ­konstrukce – konstrukce na východní straně a konstrukce na západní straně (obr. 2, 3). Osová vzdálenost konstrukcí je 4 000 mm. Most byl vyroben v roce 1963 v ČKD Praha, závod Elektrotechnika.

Most s horní mostovkou sestává z hlavních ocelových spojitých plnostěnných nosníků, na kterých jsou uloženy monolitické železobetonové žlaby pro kolejové lože. Žlaby nejsou spřaženy s nosnou ocelovou konstrukcí (obr. 4). Mezi oběma žlaby je mezera široká cca 70 mm.

Hlavní nosná konstrukce je trámová a má dva ocelové plnostěnné, v dílně svařované a na montáži šroubované nosníky tvaru I s patkami s roztečí 2 500 mm. Výška nosníků je proměnná, nad vnitřními podporami jsou podélné náběhy. Nosníky v poli mají výšku 2 472 mm (obr. 4), nad vnitřními podporami 3 500 mm (obr. 5). Stěna nosníků v poli má tloušťku 14 mm, nad podporami 18 mm. Pásnice jsou symetrické, šířka pásnice je 600 mm a tloušťka v poli je 36 mm, nad podporami 50 mm. Stěna nosníků je vyztužena příčnými a podélnými výztuhami.

Příčné výztuhy stěny jsou oboustranné a v obou krajních polích jsou ve vzdálenosti po 2 000 mm, ve středním poli po 2 112 mm. U každé třetí výztuhy je umístěn příčník, který je nad dolní pásnicí přivařen ke stěně hlavního nosníku (obr. 6). Vzniká tak příčné rámové ztužení konstrukce. Nad opěrami je masivní rámové ztužení. Podélné výztuhy stěny jsou jednostranné a jsou umístěny ve vzdálenosti 900 mm pod horní pásnicí hlavního nosníku. V oblasti záporných ohybových momentů jsou ještě podélné výztuhy v dolní části stěny. Podélné výztuhy jsou vevařeny mezi stěny příčných výztuh. V nosné konstrukci není žádné podélné vodorovné ztužení. Příčnou tuhost mostní konstrukce zajišťuje monolitický železobetonový žlab pro kolejové lože, i když není spřažen s ocelovou konstrukcí. Na každém hlavním nosníku jsou čtyři montážní spoje, vždy cca 8 m před a za vnitřní podporou (obr. 7). Montážní spoje jsou šroubované VP šrouby (obr. 8).

Únavové porušení v roce 1983

V roce 1983 bylo zjištěno výrazné poškození jednoho hlavního nosníku. Poškození vzniklo v prvním poli od Vršovic ve východní konstrukci na vnitřním nosníku ve vzdálenosti cca 18,0 m od opěry. Vznikla trhlina po celé výšce stěny od pásnice k pásnici (obr. 9). Podél trhliny došlo ještě k vyboulení přilehlých ploch. Po zjištění trhliny byla doprava na východní konstrukci okamžitě zastavena.

Východní část mostu byla v provozu 19 let. Na mostě byla přitom v provozu pouze jedna kolej na východní konstrukci. Po zjištění trhliny byla kolej přeložena na neporušenou západní konstrukci a byla na ni dočasně převedena doprava.

Zajímavá je skutečnost, že závada nebyla zjištěna drážními zaměstnanci při ­pravidelných prohlídkách mostu, ale osobou, která se pohybovala po revizní lávce za účelem sběru holubů, kteří zde ve velkém počtu hnízdili.

Trhlina nevznikla v místě extrémního namáhání od provozu, ale naopak v místě malého ohybového momentu a malé posouvající síly [2]. Zárodek trhliny byl poblíž neutrální osy hlavního nosníku v místě křížení příčné a podélné výztuhy stěny. Na základě následně provedené chemické a fraktografické analýzy odebraného vzorku bylo zjištěno, že byla použita neuklidněná ocel 11 373, sice s dobrými mechanickými vlastnostmi (mez kluzu R_e = 269 MPa, mez pevnosti R_m = 359 MPa), ale s nízkou vrubovou houževnatostí (KCV = 9 J/cm² při teplotě -20 °C) a s vysokou náchylností ke stárnutí a s nízkou dynamickou lomovou houževnatostí [4]. Kromě nevhodného materiálu byly příčinou vzniku únavového procesu krátery v koutových svarech připojujících podélnou výztuhu ke stěně hlavního nosníku a vysoká hladina vlastních pnutí. Obě tyto vady byly důsledkem chybné technologie výroby a neexistence kontroly jakosti. Část trhliny o délce cca 275 mm byla způsobena mnohocyklovou únavou a zbytek stěny se porušil křehkým lomem.

V době objevení trhliny vznikla obava, zda ke stejné závadě nemůže dojít na jiném místě konstrukce, protože stejných detailů na jedné mostní konstrukci je více než 60. V současné době po cca 40 letech provozu, i když velmi řídkého, je zřejmé, že rozhodující příčinou vzniku zjištěné trhliny byla hrubá technologická nekázeň v příslušném detailu. Při opravě byla ­odstraněna část vyboulené stěny od trhliny do vzdálenosti cca 1,1 m. Nová stěna byla přiložena z vnější strany nosníku a přišroubována předpjatými šrouby. Horní část stěny byla zesílena oboustrannými příložkami, které procházely výřezem ve stěnách příčných výztuh (obr. 10). Dolní pásnice byla zesílena oboustrannými příložkami pásnice a přidanými úhelníky (obr. 11). Všechny přípoje byly provedeny předpjatými šrouby M24. Oprava se uskutečnila v roce 1984 podle projektové dokumentace zpracované ČSD – Severozápadní dráha v Praze, projektovým střediskem Ústí nad Labem-Střekov.

Diagnostický a korozní průzkum

V roce 2017 se uskutečnil diagnostický a korozní průzkum mostu Záběhlice [3]. Předmětem průzkumu bylo zjištění stavu nosné konstrukce pro potřeby následného přepočtu zatížitelnosti. Z ocelové konstrukce byly odebrány čtyři vzorky – jeden vzorek z výztuhy stojiny a tři ze stojiny hlavního nosníku. Na vzorcích byla provedena zkouška tahem, rázem v ohybu, bylo zjištěno chemické složení a stanovena mikrostruktura. Dále byly realizovány zkoušky tvrdosti na stávající ocelové konstrukci. Z metalografické zkoušky vyplynulo, že ocel má feriticko-perlitickou strukturu. Výsledkem tahové zkoušky byla zjištěna hodnota meze kluzu R_eH = 259,3 MPa a hodnota meze pevnosti R_m = 340,7 MPa. Převodem ze zkoušek tvrdosti byly tyto hodnoty potvrzeny. Zkouška rázem v ohybu při zkušební teplotě -20 °C vykázala hodnotu nárazové práce KV = 7,2 J, resp. KCV = 9,3 J/ cm². Materiálové hodnoty jsou téměř shodné jako při zkouškách provedených v roce 1984, viz [2]. Dřívější předpisy nestanovovaly požadavek na hodnotu vrubové houževnatosti. Lze potvrdit závěr uvedený ve zprávě [3], že: „ … byla použita neuklidněná ocel 11 373, sice s dobrými mechanickými vlastnostmi (mez kluzu R_e= 269 MPa, mez pevnosti R_m= 359 MPa), ale s nízkou vrubovou houževnatostí (KCV = 9 J/cm² při teplotě -20 °C) “. Z dnešního pohledu má zkoušená ocel použitá na hlavní nosnou konstrukci mostu Záběhlice vyrobenou v roce 1963 parametry odpovídající tehdejším předpisům. V diagnostickém průzkumu [2] bylo proto pro výpočet zatížitelnosti doporučeno použít směrných mezí kluzu z Metodického pokynu SŽDC a doporučených součinitelů materiálu.

Protikorozní ochrana (PKO) ocelové konstrukce je téměř nefunkční (obr. 12). Na hlavních nosnících byly zjištěny první náznaky povrchové koroze. Výraznější povrchová koroze hlavních nosníků byla zjištěna nad podporami, kde jsou dilatační spáry betonového žlabu, kterými zatéká (obr. 13). Lokální koroze se vyskytuje na horní pásnici hlavních nosníků ve styku s betonovým žlabem, zvláště v místech trhlin v desce mostovky (obr. 14). Rovněž byla zjištěna koroze na některých příčnících. Korozní úbytky byly pouze lokální, bez významného vlivu na únosnost. V montážních stycích hlavního nosníku bylo zjištěno, že chybí některé šrouby. Místo opravy poškozeného nosníku je bez závad. Na ložiscích je nefunkční PKO, dochází k vytlačování olověné vložky u horní i u dolní desky (obr. 15).

Horší stav byl zjištěn na desce betonového žlabu, ve které se nachází množství příčných trhlin šířky až 1 mm, dochází k průsakům vody a k vyluhování pojiva. Krytí betonářské výztuže v celém rozsahu desky není dostatečné, zkorodovaná výztuž se prokresluje a na mnoha místech se odlupuje krycí vrstva betonu a je obnažena korodující výztuž (obr. 16 a 17). Degradace betonu dostoupila lokálně až do hloubky 50 mm. Okraje říms jsou olámané, dilatační spáry jsou otevřené s viditelnou degradací betonu.

Přepočet zatížitelnosti

V roce 2018 firma Ing. Ivan Šír, Projektování dopravních staveb a.s., uskutečnila přepočet zatížitelnosti ocelové nosné konstrukce mostu a následné ověření přechodnosti pro provozní zatížení odpovídající traťové třídě D4 s přidruženou rychlostí 75 km/h [4]. Zatížitelnost byla stanovena podle Metodického pokynu SŽDC pro určování zatížitelnosti železničních mostních objektů. Pro určení přechodnosti provozního zatížení bylo použito zatěžovací schéma pro traťovou třídu D4 podle ČSN EN 15528.

Přepočtem byla zjištěna minimální zatížitelnost Z_min= 1,04 na hlavním nosníku v místě maximálního ohybového momentu (v místě změny průřezu) v horních vláknech nosníku. Vzhledem k tomu, že minimální zatížitelnost mostu Z_LM71 > 1,0, nosná konstrukce vyhovuje z hlediska přechodnosti pro traťové třídy zatížení A, B1, B2, C2, C3, C4 a D2 s přidruženou rychlostí menší nebo rovnou 160 km/h a pro traťové třídy zatížení D3 a D4 s přidruženou rychlostí menší nebo rovnou 120 km/h.

Statická a dynamická ověřovací zkouška

Cílem statické a dynamické ověřovací zkoušky bylo ověření nových nedestruktivních diagnostických metod v oblasti železničních mostů [5]. Měření na pojížděné mostní konstrukci prováděla firma INSET s.r.o. Zkouška se uskutečnila v roce 2018. Bylo tak ověřeno, že nové diagnostické metody lze využít při zatěžovacích zkouškách s obtížnou přístupností ke konstrukci.

Jak bylo v popisu mostní konstrukce uvedeno, betonový žlab pro kolejové lože není spřažen s ocelovou konstrukcí, protože na pásnicích nejsou žádné spřahovací prvky. Ověřovací zkouškou však bylo zjištěno, že ke spolupůsobení betonového kolejového lože s ocelovou konstrukcí dochází. Při zkoušce byly v horní a dolní části stěny a v přilehlé části žlabu umístěny tenzometry pro měření podélného normálového napětí (obr. 18) v pěti řezech dále označených jako řez 2 až řez 6, viz obr. 19.

Při poloze zkušebního zatížení uprostřed středního pole ze změřených napětí v řezu 3 byla vyhodnocena poloha neutrální osy těsně pod horní pásnicí stěny. Obdobně při poloze zkušebního zatížení uprostřed krajního ve směru na Krč byla v řezu 6 také neutrální osa těsně pod horní pásnicí. To znamená, že dochází ke spolupůsobení betonového žlabu s ocelovými nosníky. Spolupůsobení je ovlivněno montážními styky na hlavních nosnících (obr. 9) a třením mezi betonovým žlabem a horní pásnicí ocelových nosníků (obr. 5). Nosník se chová jako spřažený ocelobetonový pouze v rozsahu mezi podporami, protože žlab pro kolejové lože je nad podporami přerušen. Nejedná se tudíž o spojitý ocelobetonový nosník o třech polích.

Závěr

V současné době je na mostě položena kolej pouze na východní konstrukci, na níž byla provedena oprava v roce 1983 (obr. 20). Jak již bylo v úvodu uvedeno, realizace zdvoukolejnění trati v traťovém úseku Praha-Zahradní Město – odbočka Spořilov, jehož součástí je most Záběhlická, je v současné době v přípravě.

Před dalším používáním stávajícího mostu Záběhlická je nutno rozhodnout, zda lze připustit provozování ocelové konstrukce, která nesplňuje současné požadavky na materiál ocelové mostní konstrukce pro železniční provoz z hlediska hodnoty nárazové práce. Požadované hodnoty ­nárazové práce při zkoušce rázem v ohybu pro ­jednotlivé druhy a jakosti oceli jsou uvedeny v ČSN EN 10025. Je však důležité vždy ověřit požadavky na křehkolomové vlastnosti oceli v závislosti na namáhání prvku a teplotě, které definuje ČSN EN 1993- 1- 10. Pro nelegované konstrukční oceli při zkušební teplotě -20 °C je požadována hodnota 27 J. Ocelová konstrukce mostu Záběhlická však byla vyrobena z oceli o hodnotě nárazové práce 9 J při teplotě -20 °C, je tedy náchylná ke křehkému lomu.

Konkrétně u mostu Záběhlická by při výše uvedeném rozhodování mělo být vzato v úvahu, že k porušení jednoho hlavního nosníku v roce 1983 došlo v místě relativně nízkého namáhání z hlediska ohybového momentu i posouvající síly. Přesto k ­porušení došlo. Opatrnost by měla být namístě i proto, že současné provozní ­zatížení je velmi nízké, ale v budoucnosti by se mohlo výrazně zvýšit.

V současnosti se zpracovává záměr projektu, v jehož rámci je navržena rekonstrukce mostního objektu. Technické podrobnosti ohledně způsobu rekonstrukce budou řešeny až v navazujícím stupni přípravy na základě provedených podrobných průzkumů a jejich porovnání s dosud provedenými průzkumnými pracemi.