Rekonštrukcia mosta cez rieku Váh v Hlohovci

Požiadavka rekonštrukcie mosta vyplynula zo zlého a neustále sa zhoršujúceho stavebno-technického stavu mostného objektu. V rámci rekonštrukcie bolo navrhnuté zosilnenie nosnej konštrukcie externým predpätím a zmonolitnenie rámovej konštrukcie v mieste kĺbu v stredovom poli komorovej časti mosta, ktorý bol jedným zo zdrojov porúch. Zaujímavé a zároveň odvážne je riešenie rozšírenia dopravného priestoru na moste pomocou doplnkovej oceľovej konštrukcie mosta.

Stavebno-technický stav mosta sa časom zhoršil natoľko, že samosprávny kraj pristúpil po niekoľkoročnej príprave k jeho komplexnej rekonštrukcii. Okrem zlepšenia stavebno-technického stavu mosta (t. j. predĺženia jeho životnosti) a zvýšenia zaťažiteľnosti mosta požadoval investor rozšírenie dopravného priestoru na moste o cyklochodníky a doplnenie iluminácie mosta.

Pri spracúvaní projektovej dokumentácie, ktorá predchádzala samotnej rekonštrukcii mosta, nemal projektant k dispozícii pôvodný projekt, len geodetické zameranie skutkového stavu a čiastkovú diagnostiku častí mosta. Preto sa informácie dohľadávali aj v starých archívoch a knižniciach, kde sa našli odborné články v dobových časopisoch, a skladala sa mozaika o jednotlivých častiach mosta. Neskôr sa ukázalo, že táto práca priniesla svoje ovocie a v mnohých prípadoch umožnila vyhnúť sa nesprávnym návrhom pri zosilnení mosta.

Na základe dlhoročných skúseností s rekonštrukciami mostov projektanti firmy Valbek SK, spol. s r. o., stredisko Košice, predpokladali, že aj v tomto prípade ich čakajú úskalia v podobe tzv. kostlivcov v skrini. Hneď po začatí rekonštrukcie im most pripravil nepríjemné prekvapenie v podobe veľmi zlého stavebno-technického stavu založenia prefabrikovanej časti mosta. Odhalené skutočnosti boli natoľko vážne, že sa muselo pristúpiť k uzávere mosta pre cestnú dopravu, čo spôsobovalo nemalé dopravné problémy v širšom okolí a enormný tlak na projektanta na rýchle vyriešenie technických problémov.

Opis konštrukcie pôvodne budovanej časti mosta

Nosnú konštrukciu rámovej časti mosta tvorí trámová konštrukcia s dvojkomorovým priečnym rezom postavená z predpätého betónu letmou betonážou. Symetrické konzoly votknuté do piliera pozostávajú z 11 lamiel s dĺžkou 3,0 m a z jednej lamely dlhej 2,0 m (posledná lamela). Na oboch stranách piliera sa teda nachádza 12 lamiel.

Každá z nich sa betónovala naraz v celom priečnom reze mosta. Konce krajných polí s dĺžkou 2 × 17,0 m boli zhotovené na lešení. Rozpätia polí rámovej časti mosta sú 56,0 + 80,0 + 56,0 m. Celková dĺžka nosnej konštrukcie rámovej časti je 192,8 m. Kĺbová časť stredného poľa (už dnes neexistujúca) bola zhotovená na lešení zavesenom na hotových konzolách nosnej konštrukcie. V strede hlavného poľa bol umiestnený kĺb – oceľová kyvná stienka kĺbovite spojená v hornej časti s jednou a v dolnej časti s druhou konzolou hlavného poľa.

Posuvný kĺb zachytával účinky oboch konzol stredného poľa iba v zvislom smere (zabezpečenie spojitosti zvislých deformácií). Výška komorového prierezu nosnej konštrukcie je premenná a pohybuje sa od 4,0 m v líci piliera (v mieste votknutia do rámovej stojky) po 1,80 m v strede hlavného poľa, resp. nad oporami.

Nosná konštrukcia je predpätá dodatočne predpätou predpínacou výstužou, vedenou v otvorenom lichobežníkovom žľabe v hornej doske komorového prierezu. Na zachytenie negatívnych momentov sa použilo v pozdĺžnom smere nad jedným pilierom spolu 240 káblov. Lamely sa pripínali 6 až 10 káblami. V oblasti kladných momentov je v krajných poliach v jednom reze maximálne 82 káblov.

V strednej časti stredného poľa sú malé kladné momenty zachytené 16 káblami. Všetky káble sú zložené z 12 ØP 7 mm. Horná doska má konštantnú hrúbku 180 mm, ktorá je v mieste stien (v priečnom smere) zväčšená nábehom s dĺžkou 0,6 m na 530 mm. Hrúbka dolnej dosky sa rovnomerne zväčšuje zo 150 mm v strede poľa na
400 mm pri pilieri. Steny majú konštantnú hrúbku 400 mm, ktorá sa vo vzdialenosti
7,0 m na obe strany od osi rámových stojok plynule zväčšuje na dĺžke 3,0 m na 540 mm.

V priečnom smere má mostovka strechovitý tvar. Je navrhnutá ako čiastočne predpätá s jedným káblom 12 ØP 7 mm na bežný meter dĺžky mosta a súčasne betonárskou výstužou ØR 14 mm s priemernou vzdialenosťou 125 mm.
Piliere 1 a 8 (krajné opory) tvoria dve vŕtané železobetónové pilóty (Benoto) s priemerom 1,35 m, ktoré sú v hlavách spojené úložnými prahmi so závernými múrikmi a zavesenými krátkymi krídlami. Rámové stojky sú železobetónové, s výškou 6,0 a 9,7 m, a majú dvojkomorový dutý prierez (dnes vyplnený betónom so spriahnutím), ktorý analogicky zodpovedá prierezu rámovej priečle s tromi stenami.

Krajné stojky sú v čelách piliera zaoblené. Stojky sú votknuté do mohutnej základovej dosky, ktorá leží na 13 pilótach Benoto s priemerom 1,35 m. Dĺžka pilót pod dolnou hranou základovej dosky je 17,00 m. Základovú pôdu tvorí jemne piesčitá hlina. Základová doska má pôdorysné rozmery 10,5 × 18,0 m a hrúbku 3,1 m v mieste piliera, ktorá sa smerom k okraju v pozdĺžnom smere mosta zmenšuje na 1,6 m.

Piliere 2, 3, 4 a 5 sú v podstate rovnaké a vytvorené vždy z dvoch vŕtaných železobetónových pilót (Benoto) s priemerom 1,35 m a dĺžkou pod terénom 13,00 m. Ich pokračovaním nad terénom sú zvislé kruhové stĺpy s priemerom 1,10 m, ukončené úložným prahom. Osová vzdialenosť medzi stĺpmi je 7,00 m. Pilóty Benoto sú vyhotovené zo železobetónu triedy B-170 (C12/15), prahy a stĺpy zo železobetónu triedy B-250 (C16/20).

Konce krajných polí sú uložené na jednosmerných hrncových ložiskách 2 × NGE
2 500 a 2 × NGE 1 250 na pravobrežnej podpere, resp. na troch kyvných oceľových ložiskách na ľavobrežnej opore.

Časť mosta nad inundačným územím sa skladá zo 4 polí, z ktorých každé je dlhé 37,50 m a vytvorené z prefabrikovaných predpätých nosníkov s prierezom T. Každé z týchto polí sa v priečinom reze skladá z 5 nosníkov, uložených v osovej vzdialenosti
2,40 m od seba. Prefabrikované predpäté nosníky boli vyrobené z betónu B-500
(C 35/45). Predpínacie jednotky (12 ØP 7 mm) boli vedené v zdvíhanej časti káblov v dutinách vytvorených z krepových rúrok a v dolnej časti nosníka v žľabe, ktorý bol zospodu otvorený a bol spoločný pre všetky káble.

Všetky nosníky boli rovnaké, iba na krajných boli urobené nepatrné úpravy. Jeden nosník je vždy zložený z 9 dielcov, ktoré sa na stavenisku po zabetónovaní škár dodatočne spínali do jedného celku. Po osadení na miesto sa nosníky spojili piatimi na mieste betónovanými predpätými priečnikmi, uloženými vo vzdialenostiach 9,12 m od seba. Príruby nosníkov sa navzájom spojili tak, že sa zvarili krátke oceľové vložky vyčnievajúce z nosníkov. Príruby sa v mieste styku dobetónovali a styk sa upravil vo forme kŕčku do kĺbu. Prefabrikované nosníky sú uložené na pevných a kyvných oceľových ložiskách.

Celková koncepcia zosilnenia a sanácie spodnej stavby

V rámci rekonštrukcie mosta sa realizovalo zosilnenie založenia pilierov 2 až 5, a to zhotovením železobetónových základových pätiek na mikropilótach spriahnutých s jestvujúcou pilótou. Pod jednu základovú pätku sa realizovalo 10 mikropilót, spolu ich tak bolo 80.

Vŕtanie mikropilót sa realizovalo z úrovne základovej škáry v otvorenej stavebnej jame, základová škára bola upravená podkladovým betónom s hrúbkou 150 mm. Nové časti základov sa s jestvujúcim základom (pilótou Benoto) prepojili pomocou spriahajúcich tŕňov, ktoré sa vlepili do otvorov vyvŕtaných do pilóty. Nové základy sú zhotovené z betónu triedy C 30/37 – XC2, XF1, XA a vystužené betonárskou výstužou z ocele B500B.

Na jestvujúci úložný prah bola vybetónovaná nová záverná stienka so šírkou 400 mm,
na ktorej je uložená nová prechodová doska s dĺžkou 5,0 m a hrúbkou 0,3 m. Nová záverná stienka a krídla sú s úložným prahom spriahnuté pomocou vopred lepených tŕňov. Práce na rekonštrukcii krajných opôr a vytvorení prechodovej oblasti prebiehali v jednej etape pri vylúčení dopravy. Nové záverné stienky a krídla sú z betónu triedy C 30/37 – XC4, XD2, XF2 na opore 1 a z betónu triedy C 30/37 – XC4, XD3, XF2 na opore 8.

Piliere 2 až 5 boli otryskané vysokotlakovým vodným lúčom, následne sa odstránila hrdza z odhalenej výstuže, naniesol sa ošetrujúci ochranný náter a spojovací mostík. Piliere boli zosilnené obetónovaním vrstvou samozhutňujúceho betónu v hrúbke 200 mm. Súčasťou obnovy spodnej stavby bola sanácia úložných prahov.

Očistené úložné prahy boli zbavené hrdze z odhalenej výstuže, ošetrené ochranným náterom a naniesol sa spojovací mostík. Následne sa naniesla sanačná malta v hrúbke 20 až 50 mm (do hrúbky pôvodného povrchu  + 20 mm) a na celý povrch prahu aj jemná reprofilácia (zjednocujúca stierka) na uzavretie pórov v hrúbke do 5 mm. Celý úložný prah je natretý zjednocujúcim náterom betónovo-sivej farby.

Piliere 6 a 7 sú zosilnené – vnútro dutých pilierov sa vyplnilo betónom, ktorý je spriahnutý s pôvodným betónom pilierov. Na betonáž sa použil betón triedy C 35/45 – XC4, XD1, XF2 a na spriahnutie sa použila štandardná betonárska výstuž triedy B500B. Pre betonáž boli v spodnej časti komory NK nad piliermi vyrezané montážne otvory s rozmermi 0,6 × 0,6 m. Vonkajší povrch bol sanovaný rovnakým spôsobom ako úložné prahy pilierov 2 až 5.

Zosilnenie časti nosnej konštrukcie z prefabrikovaných nosníkov

Na dosiahnutie požadovanej zaťažiteľnosti mosta sa v časti mosta z prefabrikovaných nosníkov realizovalo zosilnenie externým predpätím a nový spádový betón spriahnutý s NK. Nová spriahajúca doska (spádový betón) má premennú hrúbku 100 až 200 mm, vystužená je Kari sieťami KY 50-8,0/8,0 150 × 150 – 2 000 × 3 000 v dvoch vrstvách (prípadne jednej podľa hrúbky dosky).

Celková šírka dosky je 11,80 m (kolmo na os mosta). Po betonáži spriahajúcej dosky sa realizovalo zosilnenie konštrukcie externým predpätím. Na koncoch nosníkov (vo vzdialenosti 1,275 m od konca nosníka) sa zhotovili oceľové kotevné konštrukcie (prvky), ktoré sú s jestvujúcou konštrukciou spojené pomocou 5 ks predpätých skrutiek Ø 39 mm z materiálu 10.9 a troch chemických lepených kotiev M39 z materiálu 10.9.

Na koncoch prefabrikovaných nosníkov bola vybudovaná dobetonávka na osadenie oceľových kotevných plechov z materiálu MasterFlow 928. Externé káble sú vedené v polygonálnej dráhe. Na zvýšenie excentricity sú káble v tretinách rozpätia vychýlené pod nosnú konštrukciu. Polomer zakrivenia káblov v mieste oceľových deviátorov je R = 10,0 m. Kotvenie káblov je v nových koncových oceľových konštrukciách, kde sú osadené aktívne kotvy.

Spolu sa pre jedno pole z prefabrikovaných nosníkov použilo 2 × 2 × 5 ks 4-lanových kotiev. Káble externého predpätia boli napínané jednostranne. Predpínacie káble sú vedené v HDPE rúrkach Ø 75/3 mm. Použité sú holé predpínacie laná s priemerom 15,7 mm a prierezovou plochou 150 mm2. Krajné nosníky sú navyše zosilnené dvomi externými predpínacími lanami typu Monostrand, umiestnenými po stranách nosníka pri spodnom okraji. Tieto laná sa začínajú a končia cca 9,48 m od koncov nosníkov. Použitý je materiál Y1860S7 St 1640/1860 MPa. Káble boli predpínané jednostranne, napnuté na predpínacie napätie 1 400 MPa, podržané 5 minút a potom zakotvené pri napätí 1 400 MPa.

Zmonolitnenie v mieste stredového kĺbu

Na nosnej konštrukcii sa odstránil stredový kĺb a časť nosnej konštrukcie na dĺžke 2,0 m v strede druhého poľa rámovej časti. Zachovala sa pozdĺžna betonárska výstuž v stredovej lamele. Viditeľné hrany novej vybetónovanej časti nosnej konštrukcie sú plynulo napojené na existujúce hrany nosnej konštrukcie. Pohľadové plochy novej časti nosnej konštrukcie sa debnili z preglejky.

Medzi starou a novou časťou NK je vytvorená pracovná škára (vložením lišty do debnenia), utesnená pružným tmelom. Nová časť nosnej konštrukcie je z betónu triedy C 35/45 – XC4, XD3, XF2 a vystužená betonárskou výstužou triedy B500B. Spriahnutie starej a novej časti nosnej konštrukcie sa realizovalo prostredníctvom spriahajúcich tŕňov a závitových tyčí Ø 26,5 mm z materiálu Y1030HR St 835/1030 MPa. V predpínacích tyčiach kotvených v novom betóne bola pri predpínaní vyvodená sila 414 kN. V predpínacích tyčiach kotvených na pôvodnom betóne bola pri predpínaní vyvodená sila 350 kN.

Zosilnenie komorovej časti mosta externým predpätím

Vzhľadom na to, že rekonštrukciou došlo k zmene statického pôsobenia nosnej konštrukcie, zvýšenie únosnosti a tuhosti, sa dosiahlo dodatočným externým nesúdržným predpätím z lán vedených v polygonálnej dráhe. Nosná konštrukcia je zosilnená celkovo 4 ks 22-lanových káblov externého predpätia.

Zvýšenie účinkov predpätia je dosiahnuté zväčšením excentricity predpätia pomocou oceľových deviátorov umiestnených mimo prierezu nosnej konštrukcie. Oceľový deviátor sa skladá z dvoch častí (pod každou komorou jeden deviátor) a je osadený v strede hlavného poľa. Excentricita káblov od spodnej hrany nosnej konštrukcie je 1,83 m pod novou časťou NK v strede hlavného poľa.

Externé káble sú plynulo vedené v oceľových deviátoroch, ďalej prechádzajú do vnútra komôr spodnou doskou nosnej konštrukcie, pokračujú cez nadpodperové priečniky a krajné polia a následne prechádzajú cez podperové priečniky na oporách a sú zakotvené do dobetonávky koncových priečnikov. Polomer zakrivenia káblov v mieste oceľových deviátorov je R = 10,0 m. Káble sú kotvené v dobetonávke koncových priečnikov.

Celková dĺžka kábla je približne 200 m. V priečniku nad podperou 5 sú osadené pasívne cibuľové kotvy. V priečniku nad oporou 8 sú osadené aktívne kotvy. Celkovo je použitých 2 × 4 ks 22-lanových kotiev. Káble externého predpätia boli napínané jednostranne. Predpínacie káble sú vedené v HDPE rúrkach Ø 125/4,8 mm.
Použité sú holé predpínacie laná s priemerom 15,7 mm a prierezovou plochou 150 mm2.

Materiál je Y1860S7 St 1640/1860 MPa. Predpínanie káblov bolo možné realizovať až po dosiahnutí minimálnej kockovej pevnosti betónu 35 MPa priečnikov a vybetónovanej novej časti NK. Káble sa predpínali jednostranne, napli sa na predpínacie napätie 1 360 MPa.

Napätie sa podržalo 5 minút, potom sa laná zakotvili pri napätí 1 360 MPa.
V mieste prestupu predpínacích káblov cez spodnú dosku nosnej konštrukcie sa vyrezal potrebný otvor. Prestupy cez nadpodporové priečniky sa vytvorili jadrovým vŕtaním. Oceľový deviátor je vyrobený z ocele S 355 J2.

Rozšírenie dopravného priestoru na moste a iluminácia mosta

Mimoriadne zaujímavou súčasťou rekonštrukcie mosta bolo rozšírenie dopravného priestoru na moste o cyklochodníky. Pôvodne bolo v pláne budovanie širokých masívnych ŽB chodníkových ríms, no nakoniec sa projektant rozhodol most zbytočne nepriťažovať a filozofiu rozšírenia mostného zvršku zmenil návrhom oceľovej konštrukcie.

Samotnú oceľovú konštrukciu rozšírenia chodníkov tvorí horizontálna časť, tzv. plechodoska, ktorá je priamo pochôdzna, a vertikálna časť, ktorú tvorí séria oceľových vzperiek s možnosťou ich rektifikácie. Tento nápad sa nakoniec ukázal ako zaujímavý aj po vizuálnej stránke, keďže séria vzperiek na dĺžke 350,0 m vytvára „rebierkový“ efekt, ktorý ocení aj oko bežného laika, nielen stavebného inžiniera.
Nosná konštrukcia je obojstranne symetricky rozšírená o 1,5 m.

Rozšírenie tvorí oceľová konštrukcia konzolovito vyložená z nosnej konštrukcie. Na dolný okraj existujúcej NK je pripevnená diagonálna vzpera z rúry DN 139,7/6,3 vo vzdialenostiach každých cca 3,0 m v pozdĺžnom smere mosta. Na hornom okraji vzpery je upevnený pozdĺžny nosník z IPE 300. Na hornom povrchu existujúcej NK je v polovičných vzdialenostiach uložený ako diagonálna vzpera priečny nosník z HEB 100 spájajúci pôvodnú NK s pozdĺžnym nosníkom IPE 300.

Priečny nosník je zabetónovaný do spádového betónu nad existujúcou časťou NK a pripojený skrutkovým spojom k pozdĺžnemu nosníku IPE 300. Na takto vytvorenú podpernú konštrukciu sú uložené dva pozdĺžne nosníky, zvárané z plechov, spojené s ortotropnou mostovkou. Tá je z plechu hrúbky 10 mm s výstuhami s výškou 100 mm z plechu hrúbky 8 mm, vzdialených 400 mm.

Nosník vzdialenejší od betónovej NK je priskrutkovaný k priečnym nosníkom HEB 100. Druhý nosník má v pásnici oválne diery a je priskrutkovaný k priečnemu nosníku. Na pozdĺžnom plechu susediacom s novou monolitickou ŽB rímsou sú navarené spriahajúce tŕne. Oceľová konštrukcia je spriahnutá s monolitickou rímsou. Súčasťou rekonštrukcie mosta bola aj požiadavka na ilumináciu mosta, ktorá v spojitosti s návrhom doplnkovej oceľovej konštrukcie dotvorila vkusný architektonický celok.

Meranie počas výstavby mosta a po nej

Vzhľadom na náročnosť rekonštrukcie a na to, že sa menil statický systém pôsobenia nosnej konštrukcie, navrhol projektant meranie mosta počas výstavby. Na sledovanie napätosti v betóne sa použili vibračné tenzometre. Tenzometer je určený na dlhodobé alebo krátkodobé meranie napätia konštrukčných prvkov a sledovanie deformačnej zmeny v betónových konštrukciách.

Meranie napätosti v betóne pomocou tenzometrov slúži hlavne na:
• overenie požadovanej napätosti v betóne (tlaku), ktorá je predpokladom spoľahlivého statického pôsobenia predpätej betónovej nosnej konštrukcie mosta,
• sledovanie dlhodobých zmien spôsobených reológiou betónu a predpínacej výstuže.
Snímače boli inštalované v zmonolitnenej časti nosnej konštrukcie v strede poľa
č. 6. Spolu sa osadilo 6 tenzometrov a realizovali sa merania:
• pred predpínaním voľných káblov,
• po zakotvení voľných káblov,
• pred statickou zaťažovacou skúškou,
• kontinuálne počas statickej zaťažovacej skúšky,
• po zaťažovacej skúške, resp. pred uvedením mosta do prevádzky.
Na sledovanie napätia v predpínacích kábloch sú použité dynamometre. Osadené sú na dodatočné predpínacie káble, ktoré boli montované v rámci rekonštrukcie. Meranie sily v predpínacích kábloch dynamometrami slúži(lo) ako:
• nezávislá kontrola kvality vykonania predpínacich prác,
• dlhodobý monitoring napätosti predpínacej výstuže a jej zmien z titulu reologických vplyvov, ako sú zmrašťovanie a dotvarovanie betónu a relaxácia predpínacej výstuže,
• kontrola stavu konštrukcie po mimoriadnej udalosti (povodne, zemetrasenie, havárie a pod.).

V poliach 1 až 4 je spolu 40 ks 4-lanových káblov (v každom poli 10 ks), z toho 8 ks je monitorovaných. Na monitorovaných lanách bol osadený dynamometer pod kotevnou hlavou, aby bolo možné sledovať straty po zakotvení. V poliach 5 až 7 je spolu 8 ks 22-lanových kotiev. Každé lano je monitorované pod kotevnou hlavou, aby bolo možné sledovať straty po zakotvení, a aj v pasívnej oblasti (na druhom konci kábla) na sledovanie strát v napätí spôsobených geometriou kábla.

Celkovo je osadených 24 dynamometrov. Dlhodobé sledovanie mosta nadväzuje na merania počas výstavby a zaťažovacej skúšky. Rozsah meraní do budúcnosti spresní správca mostného objektu.

Záver

Navrhnutou rekonštrukciou mosta sa zlepšil stavebno-technický stav mostného objektu a zvýšila sa jeho zaťažiteľnosť na normou požadované úrovne. Zmenou šírkového usporiadania mosta, t. j. rozšírením chodníkovej časti po oboch stranách mosta samostatným pruhom pre cyklistov a chodcov, sa zároveň zvýšila bezpečnosť premávky na moste.

Ďalej sa rekonštrukciou mosta sledovalo predĺženie jeho životnosti. Treba však zdôrazniť, že životnosť mosta závisí nielen od správnych a normových technických riešení, ale aj od kvality plánovanej údržby, ktorá je odrazom vyspelosti danej spoločnosti. Rekonštrukcia mosta v Hlohovci preverila technické znalosti a pružnosť projektanta reagovať na vzniknuté problémy a ukázala, aké dôležité je pred samotným návrhom takejto technicky náročnej rekonštrukcie získať dobré podklady a celkovo sa venovať príprave.

TEXT: Ing. Milan Magura, Ing. Anton Bajzecer
FOTO: Valbek SK, spol. s r. o.

Milan Magura je zodpovedný projektant,
vedúci ateliéru mosty v spoločnosti Valbek SK,
spol. s r. o., stredisko Košice. Anton Bajzecer pôsobí takisto v stredisku Košice ako zodpovedný projektant.