Estakáda Podzávoz na diaľnici D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec v km 39,600

V súčasnosti prebieha výstavba úseku diaľnice D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec, ktorého súčasťou je aj objekt 205-00 Estakáda Podzávoz v km 39,600 D3. Most prevádza diaľnicu D3 v intraviláne mesta Čadca ponad elektrifikovanú trať ŽSR, cestu I. triedy, miestne komunikácie a vodné toky. S celkovou dĺžkou ľavého mosta 803,0 m a pravého mosta 832,0 m ide o najdlhší mostný objekt na budovanom úseku diaľnice D3.  

Výstavba nosnej konštrukcie sa realizuje čiastočne technológiou letmej betonáže (komora) a čiastočne betonážou na pevnej skruži (dvojtrám). Článok sa zameriava na návrh technického riešenia mostného objektu. Diaľnica D3 budovaná v regióne Kysúc, ktorej súčasťou je aktuálne budovaný úsek Čadca, Bukov – Svrčinovec s dĺžkou 5,673 km, odľahčí dopravu v meste Čadca, zabezpečí vnútroštátnu prepravu, ako aj medzištátne spojenie so susednou Českou republikou a Poľskom. Mostný objekt 205-00 Estakáda Podzávoz v km 39,600 D3 je situovaný v intraviláne a katastri mesta Čadca, v lokalite Podzávoz. Prevažná časť estakády je umiestnená na území rovinatého charakteru, koncové oblasti sú vsadené do svahovitého terénu.

Výška mosta nad terénom je 14,5 m. Územie v mieste mosta je zastavané – od individuálnej rodinnej výstavby až po väčšie výrobné celky s budovami dielní a skladov. Výstavba mosta si vyžiadala demolácie vybraných existujúcich objektov. V záujmovej oblasti sa vyskytuje veľké množstvo inžinierskych sietí, ktoré si vyžadujú prekládky, a ktoré výrazne ovplyvňujú priebeh realizácie mostného objektu. Na výstavbu úseku D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec vybral investor (Národná diaľničná spoločnosť, a. s.,) vo verejnej súťaži dodávateľa Združenie Čadca, Bukov (STRABAG – PORR – HOCHTIEF). Zhotoviteľom mosta 205-00 je spoločnosť STRABAG, s. r. o. Realizácia sa uskutočňuje podľa zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC. Výstavba diaľničného úseku sa začala v decembri 2016, predpokladaný dátum ukončenia je v decembri 2020. Realizácia mosta prebieha podľa dokumentácie DRS, ktorú spracováva projektová kancelária Valbek, s. r. o., Bratislava.

Charakteristika mostného objektu

Mostný objekt prevádza štvorpruhovú, smerovo rozdelenú diaľnicu kategórie D24,5/80 cez údolie riek Čierňanka a Čadečanka, ponad cestu I/11, železničnú elektrifikovanú trať ŽSR, miestne komunikácie a poľné cesty. Estakádu tvoria samostatné súbežné mosty (ľavý a pravý most) pre každý dopravný smer diaľnice, voľná šírka na moste je 2 × 11,25 m, dĺžka premostenia je 753,5 m (ĽM) a 761,86 m (PM). Výškovo sa most nachádza na začiatku vo vrcholovom oblúku, zvyšok vedie v priamej s klesaním ku koncu mosta v sklone 0,93 %. Smerovo vedie estakáda na začiatku v pravotočivom oblúku, následne prechádza do ľavotočivého oblúka. Vzhľadom na smerové vedenie sa priečny sklon na moste niekoľkokrát preklápa v rozsahu od -2,5 do 3,0 %. Nosná konštrukcia (dvojtrám, komora) je navrhnutá ako spojitý viacpoľový nosník z predpätého monolitického betónu. Rozpätia polí nosnej konštrukcie sú pri ľavom moste 33 + 3 × 44 + 52,3 + 3 × 74,95 + 52,3 + 5 × 45 + 36 m a pri pravom moste 33 + 4 × 40 + 54 + 2 × 74,95 + 60 + 6 × 45 + 37 m. Spodnú stavbu tvoria krajné opory a medziľahlé podpery. Ľavý most má dve opory a štrnásť pilierov. Pravý most má dve opory a pätnásť pilierov. Most je založený hĺbkovo.

Pohľad na stavenisko od stredu mosta smerom k opore 1L, 1P

Zakladanie

Inžinierskogeologickým prieskumom sa overil charakter kvartérnych zemín a predkvartérnych paleogénnych hornín. Kvartér tvoria vrstvy humusovitej hliny na povrchu, navážky, prevažne ílovitý štrk (G5/GC) a prípadne štrk s prímesou jemnozrnnej zeminy (G3/G-F). Predkvartérne podložie tvoria paleogénne ílovce s extrémne nízkou pevnosťou R6 a silne zvetrané ílovce R5 do hĺbky 9,2 až 15,0 m. Hlbšie sú ílovce, prevažne navetrané (R4), s výskytom pieskovcov strednej až vysokej pevnosti (R3, R2). V mieste stavby estakády Podzávoz sa podľa mapy zosuvov nevyskytujú aktívne zosuvné svahy, ktoré by ovplyvňovali zakladanie mosta. Na základe korózneho prieskumu treba na mostnom objekte previesť základné ochranné opatrenia na obmedzenie vplyvu bludných prúdov (stupeň č. 4). Záujmové územie je zaradené na základe mapy zdrojových oblastí seizmického rizika Slovenska do oblasti 1. Tejto oblasti zodpovedá základné referenčné špičkové seizmické zrýchlenie agR = 0,04 g = 0,4 m/s2. Hodnota návrhového zrýchlenia sa stanovila na ag = 0,052 g.

Krajné opory a piliere sú založené hĺbkovo (pilóty s priemerom 1 180 mm). Pod oporami 1L, 1P, 16L sa realizuje trinásť pilót a pod oporou 17P šestnásť pilót. Pod piliermi dvojtrámovej nosnej konštrukcie je osem pilót a pod piliermi komorovej nosnej konštrukcie sa navrhlo šestnásť pilót. Krídla za krajnou oporou 1L a 1P sú založené plošne na štrkopieskovom vankúši. Pilóty sú opreté do úrovne skalných hornín triedy R3-R2, alebo sú votknuté v horninách R4. Dĺžka pilót sa líši v závislosti od rozhodujúceho zaťaženia a geologického profilu pod piliermi od 10 do 18 m. Na overenie predpokladov sa na stavbe vykonávajú zaťažovacie skúšky pilót. Pilóty sa realizujú z betónu C 25/30.

Pohľad na stavenisko od stredu mosta smerom k opore 16L, 17P

Spodná stavba

Krajné masívne opory (1L, 1P, 16L, 17P) zo železobetónu tvorí úložný prah, driek, základy a nadväzujúce pozdĺžne krídla. Celková výška opôr vrátane základov a záverných múrikov je 8,11 ~ 11,55 m. Krajné opory sú z betónu C 30/37. Dvojtrámová nosná konštrukcia je uložená na piliere (2L – 5L, 10L – 15L a 2P – 6P, 10P – 16P) s dvojicou stojok v priečnom smere, ktoré majú spoločný základ. Pôdorysný tvar pilierov je osemuholník vpísaný do obdĺžnika s rozmermi 1,5 × 2,2 m. Osová vzdialenosť pilierov v priečnom smere mosta je 6,1 m. Výška jednotlivých pilierov sa mení vzhľadom na členitosť terénu pod mostom od 9,84 do 13,0 m. Komorová nosná konštrukcia je uložená na piliere (6L – 9L a 7P – 9P) s dvojicou stojok v pozdĺžnom smere, ktoré majú spoločný základ. Pôdorysný tvar stojok pilierov je obdĺžnik s rozmermi 7,4 × 0,9 m. Osová vzdialenosť stojok pilierov v pozdĺžnom smere mosta je 3,7 m. Výška jednotlivých pilierov sa mení od 11,55 do 13,80 m. Pri pilieroch je použitý betón C 30/37, v okolí ciest s posypom solí je navrhnutý betón C 35/45. V mieste komorovej konštrukcie sú piliere rámovo spojené s nosnou konštrukciou, dvojtrámová konštrukcia je uložená na spodnú stavbu pomocou dvojice hrncových ložísk.

Nosná konštrukcia

Nosnú konštrukciu ľavého mosta z predpätého monolitického betónu s pätnástimi poľami tvorí jeden dilatačný celok s dĺžkou 757,45 m. Podobne aj pravý most so šestnástimi poľami tvorí jeden dilatačný celok s dĺžkou 765,9 m. Šírka nosnej konštrukcie je 13,4 m, pri oboch mostoch je konštantná. Na začiatku mosta medzi piliermi 1L až 5L (178,3 m), 1P až 6P (208,0 m) a v koncovej oblasti mosta medzi piliermi 10L až 16L (274,3 m) a 10P až 17P (328,0 m) sa dvojtrámová konštrukcia buduje technológiou betonáže na pevnej skruži. Uprostred mosta nad piliermi 6L, 7L, 8L, 9L (304,85 m) a 7P, 8P, 9P (229,9 m) sa komorová konštrukcia buduje technológiou letmej betonáže. Na predopnutie konštrukcie sa použijú predpínacie káble so súdržnosťou (systém dodávateľa VSL SYSTÉMY /CZ/). Ide o 19-lanové, resp. 15-lanové predpínacie jednotky z lán Ø15,7 mm z ocele St 1640/1860. Betón je navrhnutý triedy C 35/45, betonárska výstuž z materiálu B500B.

Pozdĺžny rez ľavým mostom

 

Pozdĺžny rez pravým mostom

 

Dvojtrámová konštrukcia

V priečnom smere tvoria nosnú konštrukciu ľavého aj pravého mosta dva trámy s konštantnou výškou 2,5 m s mierne šikmými stenami, so šírkou trámu 1 200 mm pri spodnom povrchu. Trámy sú spojené hornou doskou s hrúbkou od 370 mm vo votknutí po 280 mm v strede dosky. Na trámy nadväzujú konzoly s vyložením 3,15 m (vonkajšia strana mosta) a 2,85 m (v SDP). Ich hrúbka vo votknutí do trámov je 450 mm, na konci 250 mm. Vzdialenosť trámov v priečnom smere je konštantná, na úrovni 6,1 m. Na koncoch nosnej konštrukcie (nad krajnými oporami) sú medzi trámami koncové priečniky so šírkou 2,0 m a konštantnou výškou 1,85 m. Nad piliermi priečniky nie sú navrhnuté. V oblasti medzi piliermi 5L – 6L, 6P – 7P a 9L – 10L, 9P – 10P dochádza k plynulému nábehu prierezu komory na dvojtrám nosnej konštrukcie (vytratením spodnej dosky komory a rozšírením stien komory na trámy). Predopnutie dvojtrámovej konštrukcie je navrhnuté zdvíhanými 19-lanovými káblami, pričom v každom tráme je ich osem (spolu je v priereze šestnásť káblov). V pracovných škárach medzi jednotlivými betonážnymi dielmi sa kotví (spojkuje) vždy 50 % káblov a 50 % plynule prechádza do ďalšej etapy.

Piliere – dvojtrám

 

Vzorový priečny rez dvojtrámovou nosnou konštrukciou

 

Komorová konštrukcia

Priečny rez nosnej konštrukcie oboch mostov je jednokomorový. Výška prierezu sa mení – v strede rozpätia má 2,5 m, smerom nad piliere sa nábehom zväčšuje na 4,5 m. Komora (dolnej dosky) má po celej dĺžke konštantnú šírku 7,4 m. Steny komory sú zvislé, ich hrúbka je 0,5 m v poli a 0,8 m nad piliermi. Hrúbka dolnej dosky je 0,45 m v poli a 0,7 m nad piliermi. Nadväzujúce konzoly majú vyloženie a hrúbku rovnakú ako prierez dvojtrámu. Nad piliermi je vytvorený prierez nadpodperového priečnika. Komorová konštrukcia je po dĺžke rozdelená na jednotlivé vahadlá letmej betonáže (4 ks pri ĽM + 3 ks pri PM = 7ks) s dĺžkou 70,0 m (bez spojovacích lamiel). Každé vahadlo tvorí zárodok s dĺžkou 15,5 m a obojstranné lamely s dĺžkou 3,25 + 4,0 + 4 × 5,0 m smerom od zárodku symetricky na obidve strany. Spojovacie (uzavieracie) lamely vahadiel vychádzajú na dĺžku približne 5,0 m. Komorová konštrukcia sa bude počas letmej betonáže štádiovo napínať vahadlovými 15-lanovými káblami, ktoré vedú priamo v hornej doske a sú kotvené postupne na konci jednotlivých lamiel. Po zmonolitnení vahadiel letmej betonáže so susednými poľami sa napnú zdvíhané 19-lanové káble spojitosti vedené v stenách a dolné 19-lanové káble vedené v poliach v spodnej doske komory.

Pilier – komora

 

Vzorový priečny rez komorovou nosnou konštrukciou

Statická analýza

Statická analýza mosta bola vykonaná metódou FEA v programe Midas Civil na modeli, ktorý zohľadňuje časové účinky a reálny postup výstavby konštrukcie pri návrhu predpätia. Vzhľadom na rozdielne okrajové parametre (rozpätia polí, počet polí, postup a časy výstavby) sa ľavý aj pravý most modelovali a overovali samostatne. Model na globálnu analýzu ľavého, resp. pravého mosta sa vytvoril pomocou prútových prvkov. Nosná konštrukcia sa prepojila v modeli s piliermi a oporami tak, aby sa rešpektovali predpokladané posuny ložísk, resp. bola tuho spojená s piliermi vahadiel. Piliere sa modelovali pomocou prútov a boli pripojené na rovinné prvky základu. Pod základmi sa doplnili pilóty s navrhovanou dĺžkou. Na základe IGP a návrhu zakladania sa v analýze zohľadnili tuhosti jednotlivých vrstiev podložia pomocou pružín príslušnej tuhosti. Týmto spôsobom sa namodelovalo reálne správanie konštrukcie v danom geologickom prostredí.

Na overenie účinkov vyplývajúcich zo smerového vedenia trasy sa vytvoril samostatný „zakrivený“ model. Vplyv priečneho roznosu a šmykového ochabnutia sa získal z doskovo-stenového modelu. Konštrukcia mosta bola vystavená všetkým stálym zaťaženiam, zaťaženiam od dopravy (LM1 a LM3), účinkom od nerovnomerného sadnutia podpier, účinkom zložiek teploty, zaťaženiu od vetra, nárazom vozidiel do pilierov, zaťaženiam od technológie výstavby mosta, účinkom rozopierania vahadiel a seizmickému zaťaženiu. Vykonala sa časová analýza nosnej konštrukcie, z ktorej sa získali reologické účinky betónu a straty predpínacej sily v čase. Nosná konštrukcia sa posúdila v etape uvedenia mosta do prevádzky a na konci životnosti mosta. Zároveň sa overili jednotlivé fázy výstavby.

Globálny statický model

Mostné príslušenstvo

Mostný zvršok tvoria celomonolitické rímsy, do ktorých sa v strednom deliacom páse osadí oceľové zábradľové zvodidlo s úrovňou zachytenia H2. Na vonkajších chodníkových rímsach je zábradľové zvodidlo s úrovňou zachytenia H3, po okrajoch sú protihlukové steny s výškou 4,0 m. Na moste bude dvojvrstvová asfaltová vozovka s celkovou hrúbkou 90 mm. Voda z mosta je odvedená mostnými odvodňovačmi, ktoré sú zaústené do zberného pozdĺžneho potrubia, ďalej v prechodových oblastiach mosta je potrubie zvedené do kanalizácie diaľnice. Na vyrovnanie dilatačných rozdielov sú navrhnuté mostné závery schopné preniesť celkový posun 485 mm (opora 1L a 1P), 650 mm (opora 16L a 17P). Komory nosných konštrukcií sú vybavené osvetlením, pozdĺž mosta vedú inžinierske siete diaľnice.

Vzhľadom na ochranu proti účinkom bludných prúdov sú navrhnuté riešenia s cieľom redukovať bludný prúd vstupujúci do mostnej konštrukcie a prostredníctvom vykonaných opatrení zabezpečiť, aby prechádzal spodnou stavbou a nosnou konštrukciou riadene, tzn. vodičmi prvej triedy a tak, aby pokiaľ možno, nedochádzalo k výstupu bludného prúdu z vodivých častí (výstuže) do betónu v prúdových hustotách poškodzujúcich výstuž. Z týchto dôvodov je pri železobetónových častiach (pilóty, základy, piliere, nosná konštrukcia, rímsy) navrhnuté pospájanie výstuže vhodným zváraním. Ďalej sú v spodnej a hornej konštrukcii navrhnuté vývody z výstuže na meranie vplyvu bludných prúdov a na zabezpečenie požiadaviek na príslušenstvo mosta.

Výstavba estakády

Estakáda Podzávoz je z pohľadu výstavby náročná v tom, že sa realizuje v intraviláne mesta v bezprostrednej blízkosti rodinných domov a súkromných parciel, takže je z tohto dôvodu v niektorých miestach k dispozícii na manipuláciu len trvalý záber stavby. Zároveň most križuje frekventovanú elektrifikovanú železničnú trať, cestu I. triedy, miestne komunikácie a vodné toky, pričom každé z týchto preklenutí si vyžaduje osobitný prístup pri projektovaní samotnej mostnej konštrukcie, návrhu podpernej skruže, technológii letmej betonáže a debnenia. Komplikácie (nielen samotnému projektovaniu, ale aj z hľadiska dlhodobého plánovania nasadenia technológií, mechanizmov či pracovníkov) spôsobujú aj súvisiace objekty, hlavne inžinierske siete, ktorých prekládky a realizácia sa operatívne riešia počas výstavby a nekorešpondujú s rýchlosťou a postupom realizácie mosta. Zároveň sa pracuje v sťažených podmienkach v ochranných pásmach VVN a ŽSR a pri ceste I. triedy s veľkou intenzitou dopravy. S ohľadom na plánovanie celej stavby existujú uzlové body, v ktorých dochádza k stretu viacerých stavebných objektov a prekládok inžinierskych sietí a v ktorých treba presne dodržať plán organizácie a harmonogram výstavby. V prípade, že sa niečo nezrealizuje podľa harmonogramu, môže to spôsobiť niekoľkomesačné zdržanie ďalších stavebných prác a zvýšenie celkových nákladov na výstavbu.

 

Betonáž na pevnej skruži

Betonáž na pevnej skruži sa začína betonážnymi dielmi od pilierov 5L, 6P, 10L a 10P smerom ku krajným oporám 1L, 1P a 16L a 17P. Dĺžka betonážnych dielov je od 28,0 po 74,0 m. Počas výstavby bude nosná konštrukcia na pilieroch 5L, 6P, 10L a 10P dočasne fixovaná dovtedy, kým nedôjde k zmonolitneniu s komorovou nosnou konštrukciou. Podpernú skruž dodáva spoločnosť SAFE Slovakia, s. r. o., a debnenie ULMA Construction SK, s. r. o.

 

Letmá betonáž

Výstavba komorovej nosnej konštrukcie sa začne na ľavom moste, čomu sa prispôsobí dočasná poloha trakčných vedení ŽSR. Letmá betonáž bude postupovať vahadlami 8L, 9L, 7L a 6L. Po preložení trakčných vedení ŽSR do polohy na výstavbu pravej konštrukcie sa bude pokračovať vahadlami 8P, 7P a 9P. Pri zmonolitňovaní sa bude vykonávať vzájomné rozopieranie koncov jednotlivých vahadiel hydraulikou s cieľom znížiť vodorovné účinky na piliere. Letmá betonáž sa bude realizovať s nasadením dvoch párov betonážnych vozíkov. Hmotnosť samotného betonážneho vozíka je 60 t a dreveného debnenia 20 t, hmotnosť lamiel je 91 až 125 t. Betonážne vozíky vrátane debnenia dodáva spoločnosť ULMA Construction SK, s. r. o.

Model BIM

Okrem zmluvných náležitostí sa projektant v spolupráci so zhotoviteľom venuje v rámci projektovej činnosti aj spracovaniu BIM modelu na získanie zručností a skúseností, ktoré budú prínosom v budúcnosti. Model estakády sa vytvára na základe aktuálne realizovaných prvkov mostnej konštrukcie s doplnením o niektoré súvisiace objekty, inžinierske siete a pod. Aby bol model využiteľný, treba most vymodelovaný v 3D rozdeliť na konštrukčné prvky a konštrukčné časti, a následne dopracovať do takzvaného BIM 5D modelu, kde budú obsiahnuté informácie a vlastnosti o prvkoch a komponentoch mosta, ktoré umožnia vytvoriť harmonogram a ocenenie stavby. Takýto model by mohol v prípade zavedenia do praxe obsahovať informácie, ktoré sú potrebné na realizáciu stavby. Zároveň by to umožnilo investorovi a zhotoviteľovi sledovať v čase postup výstavby a prepojenie na finančné náklady v danom časovom úseku. BIM model vytvorený ako skutočné vyhotovenie stavby by mohol následne slúžiť na údržbu a sledovanie mosta.

Záver

Výstavba estakády sa začala v júli 2017 zakladaním dvojtrámových pilierov. Aktuálne prebiehajú stavebné práce pozdĺž celého mosta, zakladanie a realizácia komorových, ako aj dvojtrámových pilierov a krajných opôr. Zároveň sa realizuje prvý betonážny diel dvojtrámu na ľavom moste a vykonávajú sa prípravné práce na zárodok vahadla 8L. Predpokladaný termín ukončenia výstavby mostného objektu je október 2020.

Flyover Podzávoz on the D3 highway Čadca, Bukov – Svrčinovec in km 39,600

Currently, the section of the highway D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec, part of which is also the object 205-00 Flyover Podzávoz is being built. Brigde transfers highway D3 in the intravilan of the town Čadca, above electrified railway ŽSR, 1st class road, local roads and water streams. With total length of the left bridge 803,0 m and the right bridge 832,0 m it is the longest bridge construction in the section of highway. The construction of the superstructure is executed partly with the technology of the cantilever casting method for the box cross-section and partly on a scaffolding for the TT prestressed beam. This article focus on technical solution of the bridge construcion.

 

TEXT: Ing. Tatiana Bacíková, Ing. Juraj Dolnák, PhD.
FOTO A OBRÁZKY: Valbek, s. r. o.

Tatiana Bacíková a Juraj Dolnák pôsobia v spoločnosti Valbek, s. r. o.

Literatúra
1. Dokumentácia DRS: Valbek, s. r. o., 2017, 2018.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 2/2018.