Droga ekspresowa S8. Zalecane jest: rozwijanie technologii nawierzchni asfaltowych. trzydziestoletnią trwałość budowanym. nawierzchni.

Transkrypt

1 dr inż. Beata Stankiewicz, Politechnika Opolska PRZEGLĄD WYBRANYCH INWESTYCJI POLSKA Przegląd prezentuje innowacyjne rozwiązania stosowane w drogownictwie. Pokazujemy projekty zrealizowane w Polsce, m.in. długowieczny asfalt położony na drodze ekspresowej S8, sławny most w Mszanie, a także połączenie DTŚ z A1. Ze światowych realizacji zdecydowaliśmy się na zaprezentowanie nowego mostu w Nowym Jorku, a także mostu nad cieśniną Bosfor. Droga ekspresowa S8 Budowa drogi ekspresowej S8 na trasie Walichnowy Łódź składała się z 9 odcinków, realizowanych w ramach 8 kontraktów. W ramach projektu powstało 114 km 2-jezdniowej drogi ekspresowej o nawierzchni betonowej. Wyjątkiem od tej technologii były odcinki 3 i 7. Trzeci, będący obwodnicą Sieradza, od S8 do DK 12, o długości 6 km, ma nawierzchnię asfaltową i jedną jezdnię. Siódmy, o długości 3,6 km, stanowi odcinek drogi ekspresowej S14 i ma dwie jezdnie o nawierzchni asfaltowej. Na budowanym odcinku drogi ekspresowej S8 Opacz Janki Małe Paszków ułożono pierwszy, blisko 150-metrowy, testowy odcinek, z wykorzystaniem innowacyjnej technologii nawierzchni długowiecznej. Na całej długości budowanej trasy przewiduje się wykorzystanie ton materiału, specjalnej mieszanki mineralno-asfaltowej do tzw. warstwy antyzmęczeniowej (w podbudowie). Do budowy tej warstwy użyto zmodyfi kowanego asfaltu, od niedawna dostępnego na rynku polskim, o wyjątkowych parametrach, właściwych zarówno w wysokich, jak i w niskich temperaturach oraz o dużej odporności na zmęczenie spowodowane cyklicznym obciążaniem drogi. Technologia ta to rezultat prac badawczych realizowanych w laboratorium TPA Sp. z. o.o. Asfaltowa warstwa podbudowy ma duże znaczenie dla zapewnienia trwałości konstrukcji. W warstwie tej powstają największe odkształcenia rozciągające, będące wynikiem poruszania się po drodze pojazdów ciężkich, powodujące powstawanie spękań zmęczeniowych. Uelastycznienie wierzchniej warstwy podbudowy sprawia, że ta część nawierzchni jest kilkakrotnie odporniejsza na powstawanie w niej uszkodzeń. W kolejnej warstwie wiążącej zastosowano materiał znacznie sztywniejszy mieszankę o wysokim module sztywności, niedawno wdrożony w Polsce, na podstawie francuskich doświadczeń. Materiał jest odporny na koleinowanie i zdolny do przeniesienia większych obciążeń. Późniejsze utrzymanie wykonanej nawierzchni drogi będzie się sprowadzało, według założeń twórców technologii, do odnawiania tylko warstwy ścieralnej. W listopadzie 2014 r. została zakończona praca naukowo-badawcza pt. Perspektywy i kierunki rozwoju konstrukcji oraz nowych rozwiązań materiałowo-technologicznych nawierzchni drogowych w aspekcie ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju. Praca została zrealizowana przez Zespół Technologii Materiałów i Nawierzchni Drogowych pod kierunkiem prof. Piotra Radziszewskiego z Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej, przy współpracy z Politechniką Białostocką oraz Instytutem Ochrony Środowiska w Warszawie. Sformułowano następujące przyszłościowe zalecenia do sukcesywnego wdrażania: I. Podstawowe zalecenia w zakresie budowy nawierzchni podatnych Nawierzchnie podatne będą stosowane do budowy większości dróg wszystkich kategorii ruchu i wszystkich klas technicznych. Zalecane jest: rozwijanie technologii nawierzchni asfaltowych tak, aby zapewnić co najmniej trzydziestoletnią trwałość budowanym nawierzchniom, opracowanie nowych rodzajów lepiszczy asfaltowych o właściwościach odpowiadających zmiennym warunkom klimatycznym w Polsce, powszechne stosowanie materiałów lokalnych oraz pochodzących z recyklingu jako taniego surowca o wysokiej jakości, do wyższych kategorii ruchu powszechne stosowanie konstrukcji długowiecznych, nawierzchni typu perpetual. II. Podstawowe zalecenia w zakresie nawierzchni sztywnych Nawierzchnie sztywne (z betonu cementowego) będą stosowane do budowy dróg wyższych kategorii ruchu oraz wyższych klas technicznych. Zalecane jest: rozwijanie technologii betonu cementowego tak, aby zapewnić co najmniej trzydziestoletnią i większą trwałość budowanym nawierzchniom, stosowanie technologii betonu cementowego, głównie do budowy dróg autostradowych i ekspresowych, opracowanie i wprowadzenie nowych wymagań w stosunku do kruszyw i spoiw, zapewniających wymaganą trwałość nawierzchni z betonu cementowego, stosowanie nowych technologii w celu obniżenia hałasu i poprawienia szorstkości nawierzchni. Droga ekspresowa S8 i technologie zastosowane w jej konstrukcji są wyznacznikiem rozwoju budownictwa drogowego 16

2 według wymienionych zaleceń. W celu zbudowania połączenia drogowego Walichnowy Łódź wykonano wiele ciekawych budowli inżynierskich, m.in. w ramach węzła typu koniczyna. Koniczyna jest bardzo często spotykaną na świecie formą geometryczną węzła drogowego. Ma tę zaletę, że wymaga zbudowania tylko jednego, centralnego wiaduktu drogowego. Zajmuje też stosunkowo niewiele miejsca w terenie. Wadą koniczyny jest fakt krzyżowania się dwóch potoków pojazdów (najpierw wjazd na drogę po łuku 3/4, a później zjazd z drogi po łuku 3/4). Koniczyna ma kilku pierwotnych twórców. W Europie był nim Szwajcar Willy Sarbach (1927 r.). W USA pomysł zgłoszono do Urzędu Patentowego w 1917 r. Pierwsze koniczyny powstały w Rahwey (stan New Jersey) oraz w Chicago. Obecnie projekty węzłów o geometrii koniczyny realizowane są też w postaci zmodyfikowanej, o łącznicach niesymetrycznych, zróżnicowanych w całym układzie. Węzły typu koniczyna należą do łatwych w użytkowaniu, czytelnych w odbiorze, w aspekcie zasad poruszania się, i relatywnie bezpiecznych dla użytkowników, w obrębie zjazdów, włączeń i łącznic. Klasycznym reprezentantem tego typu węzła jest Węzeł Walichnowy, z czterema symetrycznymi łącznicami pośrednimi i czterema bezpośrednimi oraz centralnym, pojedynczym obiektem mostowym. Węzeł występuje na początku połączenia drogowego Walichnowy Łódź, w ciągu S8. Węzeł drogowy połączenia A1 z DTŚ fot. Drogowa Trasa Średnicowa S.A. fot. Strabag fot. Saferoad Oddanie do użytku gliwickiego odcinka DTŚ G1 o długości 2,8 km uzupełnia istniejącą sieć drogową w rejonie autostrady A1. Na trasie powstały dwa kolejne węzły DTŚ z ul. Kujawską, a przede wszystkim węzeł z autostradą A1 największy na całej trasie. Jest on zlokalizowany w pobliżu jednego z największych węzłów autostradowych w Europie, węzła Gliwice-Sośnica (Sośnica Bełk), na którym autostrada A1 krzyżuje się z autostradą A4. Po otwarciu pierwszej części DTŚ w Gliwicach trasa ma łącznie około 26 km. Realizacja dróg autostradowych i ekspresowych w Polsce jest zdecydowanym impulsem do tworzenia nowoczesnych, bezkolizyjnych węzłów drogowych, o urozmaiconych formach geometrycznych. Ciekawym przykładem węzła bezkolizyjnego jest koniczyna zrealizowana na połączeniu A1 z DTŚ. Dodatkową zaletą tego rozwiązania komunikacyjnego jest zastosowanie dróg zbiorczo-rozdzielczych, które przed węzłem wyprowadzają potoki ruchu z autostrady. Następnie drogi te połączone są z łącznicami, których część powstała na nasypach, część poprowadzono w formie estakad. Centralnym wiaduktem węzła jest obiekt mostowy, z kątem skrzyżowania z przeszkodą (A1) innym niż 90. Ten kąt skrzyżowania m.in. wygenerował zmodyfikowaną formę geometryczną niesymetrycznego węzła, z długimi łącznicami bezpośrednimi oraz zróżnicowanymi łącznicami pośrednimi. 17

3 Most autostradowy w ciągu A1 w Mszanie Użytkowany od ponad pół roku, most autostradowy w Mszanie został wybudowany w ciągu odcinka autostrady A1 zaprojektowanego przez firmę Complex Projekt. Rozwiązania konstrukcyjne tej budowli odpowiadają systemowi extradosed, coraz bardziej popularnemu w Polsce. J. Mathivat z Francji zaproponował w 1988 r. konstrukcje ciągłe z betonu sprężonego i jednocześnie podwieszone za pomocą gęstego olinowania do niskich pylonów. Połączenie idei mostu podwieszonego i belkowego sprężonego dało w efekcie nowy typ konstrukcji system extradosed. Liny kreują duże składowe siły poziome od podwieszenia w belkach głównych, wspomagając siły od cięgien sprężających. Otrzymujemy w rezultacie ustrój nośny w postaci belki ciągłej, sprężonej z dodatkowym zewnętrznym sprężeniem. Zasadniczymi zaletami obiektów mostowych extradosed są zmniejszenie wysokości kosztownych pylonów oraz małe kąty nachylenia kabli sprężających i możliwość uzyskania większych wartości naprężeń. Pomimo tego, że trudności wykonawcze nie ominęły realizacji obiektu w Mszanie, to obecnie jest to użytkowany, ciekawy architektonicznie i konstrukcyjnie reprezentant systemu extradosed, o wyróżniającej się w świecie szerokości użytkowej. Profesor Friz Leonhardt, niemiecki mostowiec, podkreślał w swoich publikacjach, że projektowanie obiektów mostowych powinno obejmować kilka kardynalnych zasad: funkcjonalność spełnienie roli usprawnień komunikacyjnych, proporcjonalność zachowanie dobrych proporcji w doborze kolejnych elementów, porządek elementów konstrukcyjnych pewna przejrzystość w ich układzie, symetria rozwiązań, dobre współegzystowanie ze środowiskiem, właściwie dobrany kolor, odpowiedni charakter, właściwy odbiór estetyczny. Obiekt spełnia większość z wymienionych zasad, aczkolwiek kolorystyka budowli mostowych, wykorzystująca barwy podstawowe biel, czerwień, błękit, jest w odbiorze wizualnym zdecydowanie korzystniejsza. fot. T. Jakubiec fot. J. Mincewicz 18

4 Autostrada A4 na odcinku z Tarnowa do Dębicy Pod koniec października 2014 r. oddano w całości do użytku 35-kilometrowy odcinek autostrady A4, na odcinku z Tarnowa do Dębicy. Inwestycja wiązała się z budową: dwóch węzłów Dębica Żyraków, Dębica Pustynia, realizacją 5 mostów i 9 wiaduktów w ciągu autostrady i 11 wiaduktów nad autostradą, jednej estakady oraz jednego przejścia, kładki dla pieszych i trzech przejść dla zwierząt. Wykonano również odcinki 64 dróg dojazdowych w sąsiedztwie autostrady, powstały dwa MOP-y oraz obwód utrzymania autostrady. Przejazd po autostradzie A4 dla samochodów osobowych od samego Krakowa do Rzeszowa będzie bezpłatny jeszcze co najmniej do roku 2017 (wówczas ma powstać ogólnopolski system poboru opłat). A4, z planowanymi 670 kilometrami, to najdłuższa polska autostrada. Zaczyna się w Jędrzychowicach, na granicy polsko-niemieckiej, i prowadzi do przejścia granicznego z Ukrainą, w Korczowej. Po otwarciu odcinka z Tarnowa do Dębicy cała zrealizowana do listopada 2014 r. autostrada A4 ma długość 611,8 km. Autostrada A4 charakteryzuje się bardzo dużym natężeniem ruchu, na wielu odcinkach dwa pasy ruchu w jednym kierunku są niewystarczające dla zagwarantowania odpowiedniej przepustowości i bezpieczeństwa ruchu drogowego. Płynność ruchu zostaje też drastycznie ograniczana na punktach poboru opłat. Nowo oddany do eksploatacji odcinek z Tarnowa do Dębicy jest świadectwem dobrego standardu technicznego konstrukcji drogowych i obiektów inżynierskich. Wiadukty budowane nad autostradą są zawsze architektonicznym urozmaiceniem przestrzeni. Obiekty te są punktami rozpoznawalnymi w ciągu autostrady. Analizowane jest często zagadnienie, w jaki sposób konstrukcje nad autostradami postrzegane są przez użytkowników. Na pewno wiadukty o konstrukcji łukowej, w formie stalowych dźwigarów łukowych połączonych z pomostem za pomocą cięgien sprężających, są pozytywnie odbiera- ne wizualnie. Pokonują jednym przęsłem całą szerokość autostrady, nie wprowadzając optycznego zawężenia w czasie przejazdu pod konstrukcjami. Wiadukty łukowe są zawsze dominującymi punktami, wyróżniającymi się też dzięki kolorystyce powłok zabezpieczających powierzchnie stalowych elementów. fot. GDDKiA o. Kraków PRZEGLĄD WYBRANYCH INWESTYCJI ŚWIAT Nowy NY Bridge Do roku 2018 będzie trwała budowa nowego mostu w stanie Nowy York (The New NY Bridge). Zastąpi on konstrukcję z roku 1955, stalowego mostu o dźwigarach kratownicowych, o zakrzywionych pasach górnych, o nazwie Tappan Zee Bridge. Stary most okazał się niewystarczający ze względu na nośność, a także przepustowość, w sytuacji użytkowania przez pojazdów w ciągu doby. Wydatkowano też przez lata bardzo duże kwoty na utrzymanie jego zdolności eksploatacyjnej. Nowe bliźniacze konstrukcje autostradowe są dostosowane do parametrów wieloprzęsłowej autostrady, ale też linii kolejowych, niezależnych pasów dla autobusów, pasów awaryjnych, chodników dla pieszych i ścieżek rowerowych. Cztery pylony konstrukcji podwieszonych, z pojedynczym ryglem podtrzymującym pomost mają ciekawą, otwartą formę ukształtowania. Przęsła dojazdowe wygenerowano jako zakrzywione w planie. W niniejszym numerze Magazynu Autostrady zamieszczono uzupełniający tekst na temat autostradowych obiektów mostowych zakrzywionych w planie. 19

5 Najdłuższe przeprawy świata Jiaozhou Bay Bridge w Qingdao oraz Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge (Chiny) Gwałtowny i znaczący postęp w technologii, konstrukcji oraz architekturze stał się widoczny w projektowaniu i budowie wszystkich rodzajów chińskich mostów, a szczególnie morskich i o długich przęsłach. W 1978 r. Chiny miały 128 tys. mostów drogowych, o łącznej długości 3200 km. Budując średnio 16 tys. mostów drogowych rocznie, w 2008 r. posiadały ich już ponad 594 tys., o łącznej długości 25 tys. km. W tym czasie szybko wzrastała maksymalna długość przęseł mostów drogowych, od 200 m w 1985 r., przekraczając 400 m w 1991 r., 600 m w 1993 r., 800 m w 1997 r., 1000 m w 1999 r., do ponad 1600 m w 2009 r. Najdłuższą obecnie przeprawą mostową na świecie jest przeprawa o całkowitej długości 42,4 km, nad morską rozległą zatoką Jiaozhou Bay. Większość przęseł mostowych tego przejścia ma konstrukcję z betonu sprężonego. Obiekt oddany został do użytku w czerwcu 2011 roku. Ta kompleksowa, trudna, wielozagadnieniowa budowa trwała tylko 4 lata. Przeprawa łączy Qingdao z Huangdao, posiada trzy nawigacyjne części, czyli dłuższe przęsła mostowe, o takiej rozpiętości i świetle, ażeby mogły zapewnić żeglugę pełnomorską statków transoceanicznych. Te nawigacyjne części to kolejno: Cangkou Channel Bridge, z najdłuższym przęsłem o rozpiętości 260 m, oraz Dagu Channel Bridge i Hongdao Channel Bridge, z wyróżniającym się przęsłem o rozpiętości 120 m. Przęsła nieżeglowne, nienawigacyjne mają rozpiętość teoretyczną w osiach podparć około 60 m. Węzeł autostradowy, który powstał wraz z tą przeprawą, jest pierwszym węzłem tego typu na świecie, usytuowanym nad zatoką morską. Obiekt został wpisany do Księgi rekordów Guinnessa, jako najdłuższa przeprawa morska na świecie. Koszt inwestycji zamknięto kwotą 1,5 biliona USD. Przeprawa w tej chwili jest użytkowana przez pojazdów w ciągu doby, ale obliczona była w oparciu o prognozy natężenia ruchu na pojazdów każdego dnia. Oczywiście analizy projektowe dotyczyły wszystkich specyficznych zjawisk klimatycznych rejonu występowania tajfuny, trzęsienia ziemi. Przeanalizowano również sytuację zderzenia jednostek pływających z podporami stref nawigacyjnych. Uzyskano pewność, że przeprawa przetrwa wymienione obciążenia wyjątkowe. Projektanci nazwali przeprawę mostem jutra, ze względu na długodystansowy okres trwania i eksploatacji. Przeprawa ma standard trzypasmowej autostrady w każdej nitce, usytuowanej na osobnych przęsłach równoległych obiektów mostowych. Obecnie trwa realizacja nowej, gigantycznej przeprawy łączącej Hongkong z Macau. Będzie to nowy rekordzista w kategorii przepraw morskich. Całkowita długość połączenia to około 50 km. Planowany rok oddania do użytku całości obiektów komunikacyjnych 2016 r. Największą trudność realizacyjną w tych dwóch inwestycjach stanowi posadawianie podpór pośrednich fi larów i pylonów za pomocą pali wielkich średnic w ekstremalnie trudnym dnie morskim. Jednak doświadczenie zawodowe i wykonawcze pracowników chińskich firm budowlanych jest w tej chwili tak duże, że przy zaangażowaniu olbrzymiego potencjału roboczego, jak również rozbudowanej kadry kierowniczej, gigantyczne obiekty mostowe powstają w czasie zredukowanym do minimum, czyli paru lat na wielokilometrowe przeprawy. Najdłuższe przeprawy świata Jiaozhou Bay Bridge w Qingdao oraz Hong Kong- Zhuhai-Macau Bridge (rok 2016), są bez wątpienia wyznacznikami siły technologii, możliwości, rozmachu i olbrzymiego potencjału chińskiego oraz braku ograniczeń współczesnego mostownictwa. Turecki obiekt mostowy na cieśninie Bosfor Obecnie trwa turecka realizacja wiszącego mostu przez cieśninę Bosfor (3 rd Bosphorus Brigde) w ciągu północnej autostrady Marmara (Marmara Highway). Obiekt będzie oddany do użytku w 2016 r., po trzech latach intensywnej realizacji całkowita długość nowego odcinka autostrady Marmara wyniesie blisko 115 km. Przęsło środkowe wiszącej konstrukcji osiągnie rozpiętość 1408 m, podpory, wieże-pylony mostu mają wysokość całkowitą po 322 m. Szerokości przęseł są rekordowe w skali świata 59 m. Most przeprowadzi nad cieśniną Bosfor ośmiopasmową autostradę i dwutorową linię kolejową, na tym samym poziomie pomostu. Głównym projektantem wiszącej budowli jest Michel Virlogeux, którego zespół projektował wcześniej prestiżowe konstrukcje mostowe takie, jak: konstrukcja wantowa i przęsła dojazdowe mostu Vasco da Gama Bridge w Lizbonie oraz piękny francuski most podwieszony Normandie (europejski rekordzista w kategorii rozpiętości środkowego, głównego przęsła wantowego 853 m). Realizowany turecki most wiszący, łącznie z nowymi odcinkami autostradowymi, jest elementem rozwoju sieci transportowej Stambułu (Istanbuł). Generowane są nowe połączenia komunikacyjne, zrealizowano m.in. nowy tunel i ciekawe węzły drogowe. W konstrukcji 3 rd Bosphorus Brigde można wyróżnić charakterystyczne dla mostu wiszącego wieszaki, ale też typowe dla przęseł wantowych cięgna podwieszające. Obiekt jest przykładem nietypowych, oryginalnych rozwiązań konstrukcyjno-technologicznych i pięknej formy architektonicznej subtelnego w odbiorze mostu. 20