Integrované spriahnuté oceľobetónové mosty ako trvácne riešenie mostných konštrukcií
Časopis Inžinierske stavby Integrované mosty patria medzi progresívne typy mostných konštrukcií, ktoré reagujú na rastúce požiadavky na trvácnosť konštrukcie a minimalizáciu prevádzkových nákladov. Eliminácia ložísk a mostných záverov odstraňuje tradičné konštrukčné prvky, ktoré sú často identifikované ako najčastejšie zdroje porúch počas životnosti mosta. Tento prístup významne znižuje stavebno-prevádzkové náklady na most a zvyšuje jeho životnosť.
Integrované mosty predstavujú konštrukcie, kde je nosná časť monoliticky spojená s oporami bez ložísk a mostných záverov, pričom pozdĺžne deformácie vyvolané teplotou a reologickými účinkami sa prenášajú do priľahlej zeminy. Tento koncept sa úspešne uplatňuje pri spriahnutých oceľobetónových mostoch s malými a strednými rozpätiami (20 – 50 m), ktoré kombinujú štíhlu oceľovú konštrukciu s betónovou doskou a umožňujú efektívne riešenie z hľadiska statiky, realizácie a životnosti.
Absencia ložísk a mostných záverov znižuje náklady na údržbu, eliminuje poruchy a minimalizuje riziko korózie. Prechodové oblasti s vystuženou zeminou, optimálny tvar opôr, prípadne lokálne úpravy tuhosti pilót umožňujú kontrolované deformácie konštrukcie a tiež vhodné prerozdelenie vnútorných síl v konštrukcii.
Pretože napojenie nosnej konštrukcie na spodnú stavbu je spravidla rámové, integrované mosty sú často označované aj ako rámové mosty. Ich aplikácia je obzvlášť vhodná pri spriahnutých oceľobetónových mostoch s malými a strednými rozpätiami, kde umožňujú efektívne využitie materiálov, štíhle konštrukčné riešenia a rýchlu realizáciu. Integrované mosty sa stali veľmi populárne v mnohých európskych krajinách. Nahradzujú tradičné trámové mosty s jedným či viac poľami s krátkymi a strednými rozpätiami.
Správne navrhnuté integrované spriahnuté mosty predstavujú trvácne a perspektívne riešenie, ktoré znižuje nároky na prevádzku a zabezpečuje spoľahlivú prevádzku počas celej životnosti. Realizované objekty v Českej republike potvrdzujú výhody tohoto systému.
Statické pôsobenie
Odlišnosti oproti tradičným trámovým mostom sa prejavujú špecifickým statickým pôsobením, ktoré zahŕňa vytvorenie rámového rohu medzi nosnou konštrukciou a spodnou stavbou, spolupôsobenie nosnej konštrukcie so spodnou stavbou a s priľahlou zeminou a obmedzenie voľných dilatácií hlavnej nosnej konštrukcie.
Pri teplotnom rozpínaní sú opory zatláčané do priľahlej zeminy, čo vyvoláva pasívne zemné tlaky a spôsobuje vzájomné spolupôsobenie nosnej konštrukcie, spodnej stavby a zásypu v prechodovej oblasti. Toto spolupôsobenie sa vyjadruje pomocou modulov reakcií podložia kh, kz a kx – vo vodorovnom smere na oporách, vo zvislom smere pod základom a vo vodorovnom smere pod základom.
Tieto efekty je nevyhnutné detailne zohľadniť vo výpočtovom modeli vrátane nelineárneho správania sa zeminy a správne nastavených pružinových charakteristík.
Monolitické prepojenie nosnej konštrukcie s oporami však prináša špecifické nároky na návrh systému, najmä v súvislosti s prenosom pozdĺžnych deformácií do základovej pôdy a so správaním sa prechodových oblastí.
Správny návrh integrovaného systému si preto vyžaduje zohľadnenie interakcie konštrukcie so zeminou, vhodnú voľbu tuhostí nosnej konštrukcie a opôr, ako aj optimalizáciu dispozičného riešenia mosta.
Dôležitým aspektom je aj návrh prechodových oblastí, ktoré zabezpečujú plynulý prenos síl do podložia, minimalizujú koncentrácie vnútorných síl a znižujú riziko praskania vozovky pri dlhodobej prevádzke. Skúsenosti z realizovaných objektov potvrdzujú, že tieto aspekty sú rozhodujúce pre správnu funkciu a spoľahlivosť integrovaných spriahnutých mostov.
D6 Petrohrad – Lubenec, II. etapa, SO 221 Nadjazd poľnej cesty v km 73,642
Mostný objekt SO 221 prevádza komunikáciu – poľnú cestu (SO 3-152) v kategórii P4/30. Križujúcou prekážkou je diaľnica D6 Lubenec – obchvat (SO 3-101), kategórie D 25,5/130. Most je navrhnutý ako jednopoľová integrovaná spriahnutá oceľobetónová konštrukcia.
Dĺžka nosnej konštrukcie je 41,20 m, dĺžka premostenia 35,00 m a celková dĺžka mosta 60,70 m. Rozpätie jednotlivých nosníkov je 35,043 m pri ľavom nosníku (N1) a 35,143 m pri pravom nosníku (N2). Voľná šírka medzi zvodidlami je 6,00 m, celková šírka mostnej konštrukcie je 7,60 m. Objekt zabezpečuje križovanie poľnej cesty v rámci výstavby diaľnice D6 a predstavuje typický príklad štíhlej spriahnutej konštrukcie s integrovanými oporami.
Priečny rez nosnou konštrukciou pozostáva z dvoch plnostenných komorových oceľových nosníkov v tvare II s osovou vzdialenosťou 3,20 m, ktoré sú monoliticky spojené so železobetónovou doskou s hrúbkou 300 mm. Každý nosník je zložený z troch montážnych dielov, ktoré sa zvarili priamo na stavbe na dočasných podperách.
Výška oceľových nosníkov je premenná, s nábehmi od 1,69 m nad oporami po 0,86 m v strede rozpätia, čo umožňuje optimálne rozloženie ohybových momentov po dĺžke mosta. Steny komorových nosníkov sú vystužené zvislými vnútornými výstuhami, v oblasti opôr doplnené aj vonkajšími zvislými výstuhami. Komory sú vzduchotesné a vybavené odvzdušňovacími ventilmi, čo zaisťuje trvácnosť a spoľahlivosť oceľových nosníkov proti klimatickým vplyvom.
Nosníky sú spojené so spriahnutou železobetónovou doskou pomocou spriahajúcich tŕňov, v oblasti rámových rohov je spolupôsobenie s oporou zabezpečené pomocou spriahajúcich tŕňov a betonárskej výstuže, ktorá je prevlečená cez otvory v nosníkoch.
Tlaková sila v spoji je prenášaná pomocou tlačenej oceľovej platne. Konce oceľových nosníkov sú na oporách vyplnené betónom. Takéto riešenie spoľahlivo zabezpečuje účinné prerozdelenie zaťaženia z nosnej konštrukcie do spodnej stavby. Počas montáže a betonáže spriahajúcej dosky sú konce nosníkov spojené priečnymi montážnymi stužidlami.
Spodná stavba je navrhnutá z masívnych šikmých opôr s hrúbkou 2,50 m a so šikmosťou 58,0°. Do drieku opôr sú votknuté železobetónové krídla s dĺžkou 10,00 m. Konštrukcia je založená plošne pomocou masívnych základov s rozmermi 8,50 × 10,00 m a výškou 2,30 m.
Výstavba mosta prebiehala na dočasných podperných skružiach a čiastočne na pevnej skruži a podvesenom debnení na oceľovej konštrukcii. Podperné skruže boli umiestnené v tretinách rozpätia, kde sa zároveň realizovali montážne zvary nosníkov. Betonáž spriahajúcej dosky prebiehala v troch etapách: najprv hlavné pole mosta, následne krajné časti spolu s rámovými rohmi.
Most je navrhnutý ako integrovaná konštrukcia. Prechodová oblasť je riešená s vlečenými prechodovými doskami, ktoré sú navrhnuté a vystužené tak, aby bolo zabezpečené prenesenie všetkých zvislých zaťažení cez oblasť aktívneho klinu za oporou. Napojenie prechodovej dosky musí zároveň preniesť sily vznikajúce v dôsledku dilatačných pohybov nosnej konštrukcie a umožniť plynulý prenos pozdĺžnych deformácií nosnej konštrukcie do opôr a podložia.
Vo vozovke sú v prechodových oblastiach navrhnuté rezané škáry, ktoré zabezpečujú kontrolované prejavenie pozdĺžnych deformácií mostnej konštrukcie a zabraňujú nekontrolovanému popraskaniu vozovky. V prípade potreby sa odporúča zvážiť vystuženie vozovky, ak posun konca mosta Δh presiahne 10 mm pri výkonovej triede komunikácie VT1 a 15 mm pri výkonovej triede komunikácie VT2.
II/114, II/117 Hořovice, východný obchvat, SO 221 Lávka pre peších a cyklistov v km 0,906
Mostný objekt SO 221 je navrhnutý ako jednopoľová integrovaná spriahnutá oceľobetónová konštrukcia určená pre peších a cyklistov.
Dĺžka nosnej konštrukcie je 24,40 m, dĺžka premostenia 22,00 m a celková dĺžka mosta 40,40 m. Rozpätie mosta je 23,20 m. Objekt je súčasťou stavby II/114, II/117 Hořovice – východný obchvat a zabezpečuje prekonanie pozemnej komunikácie. Konštrukcia predstavuje štíhle riešenie s hornou mostovkou, vhodné pre menšie dopravné stavby s dôrazom na trvácnosť a minimalizáciu údržby.
Nosnú konštrukciu tvorí dvojica zváraných oceľových nosníkov I-prierezu s dĺžkou 23,20 m a premennou výškou od 0,65 m v strede rozpätia po 0,95 m nad oporami. Nosníky sú spriahnuté so železobetónovou doskou mostovky v hrúbke 220 – 240 mm, pričom ich osová vzdialenosť je 1,50 m.
V pozdĺžnom smere sú nosníky navrhnuté s nábehmi pri oporách. Pozdĺžny sklon nosnej konštrukcie kopíruje spád nadväzujúcej komunikácie v rozsahu od +7,0 % do -7,0 %. Lávka je v pôdoryse navrhnutá vo vrcholovom oblúku s polomerom R = 150 m, s maximálnym vzopätím v strede rozpätia. Hlavné nosníky sú zhotovené v dielni a na stavbu dodané v celku.
So spriahajúcou doskou a s oporami sú spojené pomocou oceľových tŕňov a betonárskou výstužou, ktorá prechádza otvormi v stenách zabetónovanej časti nosníkov. Železobetónová doska má šírku 3,00 m a je navrhnutá s priečnym sklonom horného povrchu 2,5 % k úžľabiu v osi lávky. Dolný povrch dosky medzi nosníkmi je vodorovný, sklony povrchov krajových konzol sa mierne rozbiehajú.
Betonáž železobetónovej dosky je navrhnutá v dvoch etapách z dôvodu zabezpečenia stability dvojice nosníkov počas výstavby, pričom v prvej etape sa betónuje rámový roh a časť dosky v dĺžke 1,00 m a v druhej etape sa betónuje zvyšná časť dosky v poli. Do dosky sú prostredníctvom kotevných ôk zabetónované oceľové rímsy s kotevnými prvkami zábradlia.
Spodnú stavbu tvoria dve vysoké krajné opory s vlečenými prechodovými doskami. Vo vozovke sú v prechodových oblastiach navrhnuté výstužné prvky. V mieste napojenia prechodovej dosky na nosnú konštrukciu sú vo vozovke riešené rezané škáry, ktoré umožňujú kontrolovaný prenos pozdĺžnych deformácií konštrukcie. Hrúbka drieku opôr je 1,20 m, šírka opôr je zväčšená na 5,00 m z dôvodu rozšírenia priechodného priestoru v predpoliach lávky.
Na opory nadväzujú samostatné oddilatované krídla z betónových tvaroviek s pohľadovou lícnou plochou a výstužnou geomrežou. Prechodové oblasti sú z vystuženej zeminy vrátane obaľovaných čiel. Na pravé krídlo opory O1 nadväzuje oporný múr s dĺžkou 21,6 m, rovnako realizovaný z betónových tvaroviek a výstužnej geomreže.
Založenie mosta je hlbinné, na veľkopriemerových pilótach s priemerom 900 mm a dĺžkou 7,50 m pri opore O1 a 8,40 m pri opore O2, založených na tuhom podloží zdravých bridlíc.
D6 Žalmanov – Knínice, SO 205 Most na ceste II/198 v km 4,260
Most SO 205 je navrhnutý ako integrovaná jednopoľová konštrukcia s rozpätím poľa 38,0 m. Most prevádza preložku komunikácie II/198 (SO 123) ponad diaľnicu D6. Most je navrhnutý so šírkovým usporiadaním kategórie S7,5/90. Rozpätie a usporiadanie mosta je navrhnuté tak, aby zohľadňovalo vedenie prekážky pod mostom a geologické pomery, ktoré sa nachádzajú pod mostom. Celková dĺžka nosnej konštrukcie je 39,4 m, jej šírka je 8,5 m.
Nosná konštrukcia je spriahnutá, oceľobetónová, trámová. Priečny rez nosnou konštrukciou tvorí šesť nosníkov v tvare I, spriahnutých so železobetónovou doskou s hrúbkou 250 mm a votknutých do rámových stojok. So spriahajúcou doskou a s oporami sú spojené pomocou spriahajúcich tŕňov a betonárskej výstuže. Výška nosníkov v pozdĺžnom smere je od 1,20 m v mieste votknutia do rámových stojok do 0,90 m v strede rozpätia. Ich osová vzdialenosť je 1,42 m.
Hlavné nosníky sú zhotovené z troch montážnych dielov, ktoré sa zvarili na stavbe na dočasných podperách.
Betonáž spriahajúcej dosky je navrhnutá po častiach. Prvá bude vybetónovaná stredná časť dosky a následne krajné časti spolu s rámovými rohmi. Počas betonáže sú nosníky spojené priečnymi dočasnými stužidlami. Oceľové nosníky sú uložené na oceľové stoličky, ktoré budú osadené na pracovnej škáre na rozhraní rámovej stojky a rámovej priečly.
Spodnú stavbu tvoria dve krajné železobetónové rámové stojky, do ktorých sú votknuté železobetónové zavesené krídla. Rámové stojky sú založené na veľkopriemerových pilótach s priemerom 1 200 mm a dĺžkou 15,0 m.
Opory sa skladajú z drieku, rámovej priečly a rovnobežných zavesených krídiel. Súčasťou spodnej stavby sú aj samostatné oddilatované krídla v tvare „U“, ktoré sa nachádzajú za zavesenými krídlami. V rámovom rohu je vybratie na uloženie vlečenej prechodovej dosky.
Záver
Z ukážok realizovaných mostov je zrejmé, že integrované spriahnuté oceľobetónové konštrukcie predstavujú vhodnú technológiu pre rôzne typy objektov. Pri nadjazdoch nad diaľnicami umožňujú jednopoľové usporiadanie bez podpier, čo zjednodušuje výstavbu a znižuje náklady na prevádzku v podmienkach obmedzenej dostupnosti a vysokého dopravného vyťaženia. Sú vhodné aj pre menšie stavby, ako sú cyklolávky, kde sú obmedzené prostriedky na prevádzku a zároveň je potrebná dlhá životnosť konštrukcie.
Zdroje
1. Realizačná dokumentácia stavby (RDS):
D6 Lubenec – obchvat II. etapa: SO 221 Nadjezd polní cesty v km 73,642, SAGASTA,
s. r. o., 2025.
2. Realizačná dokumentácia stavby (RDS): II/114, II/117-Hořovice, východní obchvat:
SO 221 Lávka pro pěší a cyklisty
v km 0,906, SAGASTA, s. r. o., 2025.
3. Realizačná dokumentácia stavby (RDS): D6 Žalmanov – Knínice: SO 205 Most na silnici II/198 v km 46,260, SAGASTA, s. r. o., 2026.
4. Ministerstvo dopravy: Technické podmínky TP 261 – Integrované mosty, srpen 2017.
5. KŘÍŽEK, J.: Integrované mosty –
spolupůsobení se zeminou, 2010.
Text: Jozef Babuliak, Adam Grman, Patrik Šabík, Lucia Miroškynová
(ide zároveň o autorov projektu)
Foto: SAGASTA SK, s. r. o.
