Problematika ružínskych rámových mostov

Vodné dielo Ružín bolo vybudované v rokoch 1962 až 1972 a vyžiadalo si nové usporiadanie cestnej siete v tejto lokalite, a tým aj realizáciu viacerých premostení ponad vodnú plochu nádrže. Tieto mosty sa budovali v rokoch 1964 až 1969, ešte pred napustením priehrady.

Naša spoločnosť DOPRAVOPROJEKT, a. s., mala príležitosť navrhnúť rekonštrukciu dvoch z nich, a to mosta pri Košických Hámroch a mosta pri Margecanoch. Oba boli navrhnuté ako rámové, budované technológiou letmej montáže a zároveň veľmi citlivo vsadené do daného prostredia. Na svoju dobu boli veľmi inovatívne, a to aj vzhľadom na technológiu ich výstavby.

Dnes sú v prevádzke už viac ako 50 rokov a objavujú sa na nich viaceré vážne poruchy ako nadmerné deformácie, trhliny, degradácia predpätia a pod. Tieto poruchy majú svoj pôvod predovšetkým v kvalite realizačných prác, a to najmä v nízkej ochrane predpínacej výstuže. Článok sa venuje zisteným poruchám na uvedených mostoch, ich príčinám a navrhovaným opatreniach na ich odstránenie.

Pôvodný most pri Košických Hámroch

Most bol postavený v roku 1967. Mostný objekt tvorí rámová dvojkomorová konštrukcia s posuvným kĺbom uprostred stredného poľa. Rozpätie polí je 38,5 + 77,0 + 38,5 m. Na moste je asfaltová vozovka so šírkou 7,50 m a s obojstrannými chodníkmi so šírkou 1,25 m. Celková šírka mosta je 10,54 m a celková dĺžka mosta 154,80 m.

V priečnom smere tvoria nosnú konštrukciu dva samostatné komorové nosníky s premennou výškou 1,4 – 4,0 m. Komorové nosníky sú navzájom spojené prefabrikovanými rebrovanými doskami. Nosná konštrukcia bola letmo montovaná z prefabrikovaných segmentov. Monolitický zárodok s dĺžkou 5,0 m bol votknutý do podpier a symetricky sa na neho pripájali komorové segmenty s dĺžkami 3 × 2,0 m; 2 × 2,5 m a 8 × 3,0 m.

Segmenty boli koncipované tak, aby hmotnosť každého z nich nepresiahla 20 t. Segmenty sa pripájali pomocou predpínacích káblov. Každé vahadlo bolo predopnuté 39 káblami z patentovaných drôtov 24 ∅ 7,0 mm. Káble sa ukladali voľne do žľabov v hornej časti komorových nosníkov, ktoré sa po vybudovaní vahadiel zaliali betónom.

Dolné laná sa nachádzajú v spodnej doske komorového prierezu – pri uložení na opore a pri dilatácii v strede druhého poľa. Spodnú stavbu tvoria dve krajné opory a dva medziľahlé piliere. Krajné opory sú masívne gravitačné, plošne založené. Piliere sa skladajú z dvoch stojok so štvorcovým prierezom s rozmermi 2,4 × 2,4 m a s výškami 27 a 21,6 m. Piliere sú do nosnej konštrukcie votknuté a sú založené plošne na odstupňovanom.

Zistené poruchy

Pre nadmernú deformáciu v strede hlavného poľa, ktorá sa namerala až na úrovni 210 mm, bol most v decembri 2017 uzatvorený. Určitá miera deformácie sa očakávala ako vyplývajúca z prirodzených reologických javov.

Deformácia za mierou reológie sa však už prisúdila degradujúcej predpínacej výstuži. Analýza sa realizovala na výpočtovom modeli, kde sa porovnávali výpočtové deformácie s nameranými. Z týchto porovnávaní sa stanovila účinnosť predpätia na úrovni 68 %. Za zlým stavom predpätia sa podpísala nedostatočná ochrana predpínacích káblov, ktorú tvorí zálievka betónových káblov a izolácia mostovky.

Pri rekonštrukcii mosta a následnej podrobnej diagnostike bola odhalená nekvalitne zrealizovaná izolácia mostovky s nenatavenými kusmi, zistili sa kaverny v zálievke predpínacej výstuže a potvrdil veľmi premenlivý stav predpínacej výstuže. Diagnostika stanovila priemerné tlakové pevnosti betónov segmentov na 51,20 MPa, zárodkov na 45,10 MPa a drieku pilierov na 32,80 MPa

Rekonštrukcia mosta pri Košických Hámroch

Stanovenie zostatkovej účinnosti predpätia a pevnosti betónov sa využilo pri návrhu rekonštrukcie mosta, ktorá spočívala primárne v zmene statického systému, a to zmonolitnením stredového kĺbu a vnesením dodatočného predpätia.

Zmonolitnením došlo k zvýšeniu tuhosti stredného poľa a zároveň k zníženiu odozvy na dodatočne vnesené zaťaženia, preto sa fixácia konštrukcie na zmenený statický systém realizovala na odľahčenej konštrukcii o mostný zvršok.

Pred samotným zmonolitnením došlo k roztlačeniu vahadiel nosnej konštrukcie, čím sa eliminovali účinky dodatočného predpätia na podpery. Vnesenie dodatočného predpätia sa realizovalo prostredníctvom voľnej predpínacej výstuže.

Predpínacie káble boli rozdelené do dvoch skupín – prvá skupina káblov pozostáva zo 4 ks lán 15xLs15,7/1860 vedených priamo v hornej časti dvojkomorového prierezu. Tieto káble dopĺňajú účinky pôvodného predpätia vedeného v žľabe.

Druhá skupina káblov pozostáva zo 4 ks deviovaných lán 15xLs15,7/1860. V krajných poliach sú káble deviované k spodným doskám dvojkomorového nosníka prostredníctvom vybudovaných betónových deviátorov, ktoré boli vybudované v miestach pôvodných stužujúcich priečnikov. Nad podperami sú káble zdvíhané k horným doskám dvojkomorového nosníka prostredníctvom pôvodných nadpodperových priečnikov, ktoré boli zosilnené z pôvodných 0,3 na 0,5 m.

V strednom poli vychádzajú káble z dvojkomorového nosníka a sú deviované prostredníctvom oceľových deviátorov umiestnených v tretine rozpätia pod NK. Deviované káble vykrývajú účinky dopravného zaťaženia a znižujú šmykové namáhanie konštrukcie zdvihovými účinkami. Obidve skupiny káblov sú vedené kontinuálne cez celú NK a sú kotvené v zosilnených koncových priečnikoch, odkiaľ sa realizovalo aj samotné predpínanie. Hodnota napätia predpínacích lán bola stanovená na úrovni 1 200 MPa.

Káble sú vedené a chránené v HDPE kanálikoch ∅ 110 × 5,3 mm, vyplnených injektážnou maltou. Na krajných oporách sa zrealizovala výmena kyvných železobetónových stien za hrncové ložiská. Dvojkomorový nosník bol na každej opore podopretý dvomi kyvnými stenami, ktoré sa nahradili štyrmi hrncovými ložiskami. Nosná konštrukcia bola počas búrania kyvných stojok a následného budovania úložných blokov pod ložiskami stabilizovaná tromi lismi, uloženými na dočasnej konštrukcii z oceľových profilov.

Mostný zvršok bol navrhnutý tak, aby spĺňal požiadavky na šírkové usporiadanie, ale zároveň nepriťažoval nosnú konštrukciu. Výmena mostného zvršku pozostávala z vybudovania spádovej (betónovej) vrstvy, odvodňovacieho a izolačného systému, chodníkových dosiek, bezpečnostných zariadení, vozovky a mostných záverov. Realizácia rekonštrukcie prebiehala v roku 2017 a trvala 5 mesiacov. Všetky vstupné predpoklady, ako aj koncepcia návrhu rekonštrukcie, boli podrobené zaťažovacej skúške, ktorá potvrdila spoľahlivé fungovanie mosta.

Pôvodný most pri Margecanoch

Pri Margecanoch sa nachádza podobný most ako pri Košických Hámroch, postavený v rovnakom období. Obidva mosty sú tvorené rámovou dvojkomorovou konštrukciou s posuvným kĺbom uprostred stredného poľa. Rozpätie polí je 30,0 + 60,0 + 30,0 m. Na moste je asfaltová vozovka so šírkou 8,50 m a s obojstrannými chodníkmi so šírkou

1,25 m. Celková šírka mosta je 11,54 m, celková dĺžka 129,60 m. Most v Margecanoch má vzhľadom na menšie rozpätie polí v porovnaní s mostom v Košických Hámroch nižšiu nosnú konštrukciu v mieste nábehu, a to 3,03 m. V priečnom smere je NK riešená rovnako.

Nosná konštrukcia bola rovnako letmo montovaná z prefabrikovaných segmentov. Monolitický zárodok s dĺžkou 5,0 m bol votknutý do podpier a symetricky sa na neho pripájali komorové segmenty s dĺžkami 1 × 2,5 m a 8 × 3,0 m. Segmenty boli pripájané pomocou predpínacích káblov. Každé vahadlo bolo predopnuté 34 káblami z patentovaných drôtov 24 ∅ 7,0 mm.

Krajné opory tvoria úložné prahy prepojené s masívnymi základovými pásmi štvorcov zvislých a šikmých stĺpov. Piliere sa skladajú z dvoch stojok so štvorcovým prierezom srozmermi 2,4 × 2,2 m a s výškami 13,3 a 14,0 m. Piliere sú do nosnej konštrukcie votknuté a sú založené plošne na odstupňovanom základovom páse s rozmermi 5,4 × 12,0 m.

Zistené poruchy

Stavebnotechnický stav mosta je hodnotený stupňom VI., tzn. ako veľmi zlý. Na kotvách predpínacích káblov sú inkrustácie spôsobené vytekajúcou vodou z kotvy. Pravdepodobne je porušená izolácia mostovky a voda je v priamom kontakte s predpínacími káblami uloženými v hornom žľabe.

Diagnostika mosta stanovila účinnosť predpätia na úrovni 85 %, následne sa znížila normálna zaťažiteľnosť mosta na 15 t a výhradná na 60 t. Diagnostika stanovila priemerné tlakové pevnosti betónov segmentov na 57,80 MPa, zárodkov na 46,57 MPa a drieku pilierov na 37,40 MPa.

Rekonštrukcia mosta pri Margecanoch

Poruchy mosta pri Margecanoch sú podobné ako poruchy mosta pri Košických Hámroch, preto bolo možné využiť skúsenosti z predošlej rekonštrukcie mosta. Koncept rekonštrukcie je podobný – zmenou statického systému zmonolitnením kĺbu a vnesením dodatočného predpätia pomocou externej predpínacej výstuže.

Vzhľadom na to, že v Margecanoch je dôležitý železničný uzol pre daný región a uzatvorenie mosta by si vyžadovalo rozsiahle obchádzky, požadoval investor riešiť rekonštrukciu mosta pri čiastočnom obmedzení premávky s minimalizovaním úplného uzavretia mosta.

Preto bolo potrebné vyriešiť zmenu statického systému a následné doplnenie predpínacej výstuže pri minimálnej uzávere mosta. Navrhnutý postup sa dá rozdeliť do troch zásadných etáp. V I. etape sa zrealizujú všetky stavebné úkony potrebné na zmenu statického systému pri čiastočnom obmedzení premávky, keď bude doprava riadená v jednom jazdnom pruhu.

Vyfrézuje sa obrusná vrstva, odstránia sa prechodové oblasti so závernými múrikmi a vybúra sa priestor stredového kĺbu. Doprava na most bude viesť dočasnými premosteniami ponad odstránené prechodové oblasti a stredový kĺb. Zrealizuje sa zosilnenie krajných a nadpodperových priečnikov, vybudujú sa betónové deviátory v prvom a treťom poli v mieste jestvujúcich priečnikov, osadia sa oceľové deviátory v druhom poli a takisto sa osadí externá predpínacia výstuž.

Externé predpätie bude pozostávať zo 4 ks priamych lán vedených v hornej časti komôrky a zo 4 ks deviovaných lán. Laná budú viesť kontinuálne cez celú NK a budú kotvené v zosilnených koncových priečnikoch. V stredovom kĺbe sa pripravia všetky práce na zmonolitnenie, osadí sa betonárska výstuž a predpínacie tyče.

V II. etape sa zrealizuje zmena statického systému a predopnutie predpínacej výstuže pri úplnom vylúčení dopravy. Stredový kĺb sa zabetónuje betónom s rýchlym nástupom pevnosti. Po nadobudnutí 80 % pevnosti betónu sa predpínacie laná 12xLs15,7/1860 napnú na napätie 1 200 MPa. Doba výluky by nemala trvať viac ako 5 pracovných dní.

V III. etape sa zrealizuje výmena mostného zvršku pri čiastočnom obmedzení premávky. Doprava bude riadená v jednom jazdnom pruhu a nový mostný zvršok sa bude realizovať po poloviciach. Výmena mostného zvršku pozostáva z vybudovania spádovej vrstvy, odvodňovacieho a izolačného systému, chodníkových dosiek, bezpečnostných zariadení, vozovky a z mostných záverov

Záver

Na príkladoch týchto dvoch mostov, ale aj iných mostov na Slovensku budovaných technológiou letmej betonáže, je možné pozorovať isté systémové nedostatky. Ide najmä o ochranu predpínacej výstuže, ako problematické sa ukazuje aj použite kĺbu v strede mosta.

Ako efektívne riešenie sanácie týchto mostov sa ukazuje použitie externej predpínacej výstuže a zmonolitnenie stredového kĺbu. Takýmto riešením vieme predĺžiť životnosť mosta a výrazne zvýšiť zaťažiteľnosť na súčasne platné normy, a to aj pri mostoch v havarijnom stave.

Autori pôsobia v spoločnosti DOPRAVOPROJEKT, a. s.

Článok bol publikovaný v časopise Inžinierske stavby 06/2021.

Literatúra:

1. DOPRAVOPROJEKT: Projektová dokumentácia Odstránenie havarijného stavu mosta II/547 020 ponad VN Ružín, 2017.
2. DOPRAVOPROJEKT: Projektová dokumentácia Most M112 cez vodnú nádrž Ružín za obcou Margecany, 2021.
3. MORAVČÍK, M. a kol.: Diagnostika a statické posúdenie mosta na ceste II/547, ponad VN Ružín, SvF ŽU, Žilina, 2017.
4. TU SvF KE: Diagnostika mostnej konštrukcie II/546 Most cez vodnú nádrž Ružín za obcou Margecany IDM M112, 2017.
5. ConIS: Zaťažiteľnosť mosta M112 cez vodnú nádrž Ružín za obcou Margecany, 2020