ARCHIWUM INSTYTUTU INŻ YNIERII LĄ DOWEJ. Nr 19 ARCHIVES OF INSTITUTE OF CIVIL ENGINEERING 2015

Transkrypt

1 ARCHIWUM INSTYTUTU INŻ YNIERII LĄ DOWEJ Nr 19 ARCHIVES OF INSTITUTE OF CIVIL ENGINEERING 2015 REMONT MOSTU DROGOWEGO CZTEROPASMOWEGO W BERLINIE NAD KANAŁEM WODNYM Z BETONU SPRĘŻONEGO POPRZEZ WYMIANĘ ZEWNĘTRZNYCH CIĘGIEN STALOWYCH NA PREFABRYKOWANE KABLE SPRĘŻAJĄCE Przemysław Jan NAWROCKI Wasser - und Schiffahrtsverwaltung des Bundes (Administracja Federalna Transportu Wodnego i Żeglugi Śródlądowej) Most (Sieversbrücke) znajduje sie nad kanałem wodnym (Teltowkanal) w południowo-zachodniej części Berlina. Zbudowany został w latach w ramach specjalnego projektu Firmy Dyckerhoff & Widmann. Konstrukcja mostu to rama dwuprzegubowa z betonu sprężonego z rozdzielonymi podporami połączonymi poprzez cięgna z fundamentem. Planowana nośność mostu to 60 ton plus linia tramwajowa. Most składa się z 2 równoległych konstrukcji. Rozpiętość to 77,50 m, kąt skrzyżowania 79,9 gon, 4 pasy ruchu po 3,5 m, chodnik i droga rowerowa 5,0 m, pas środkowy 2,0 m, szerokość całkowita to 28,24 m. Krótko po zakończeniu budowy nastąpiły pierwsze pęknięcia w głównych sekcjach mostu. W roku 1956 i w latach zostały zainstalowane dodatkowe zewnętrzne cięgna i został wstrzymany ruch tramwajowy. W latach ograniczono nośność mostu. W kolejnych latach dochodziło do dalszych uszkodzeń, które zmusiły do decyzji o kapitalnym remoncie obiektu. Zakres remontu to przywrócenie nośności 60 ton, demontaż starych (ø26 i 32 St 80/105) i instalacja nowych cięgien zewnętrznych (SUSPA EX-54), naprawa płyty mostu wraz z gzymsami i balustradami, położenie nowej warstwy uszczelniającej i nawierzchni. Dodatkowo naprawy betonu i dylatacji, odnowienie tras medialnych przebiegających pod mostem oraz odwodnienie mostu. Obecnie dobiega końca pierwszy etap budowy (oddanie 2 pasów ruchu). Słowa kluczowe: beton sprężony, most drogowy, prefabrykowane kable sprężające 1. HISTORIA I OPIS MOSTU Most (Sieversbrücke) znajduje się nad kanałem wodnym (Teltowkanal) w południowo-zachodniej części Berlina. Zbudowany został w latach w ramach specjalnego projektu Firmy Dyckerhoff & Widmann.

2 178 Przemysław Jan Nawrocki Rys. 1. Widok ogólny (1955) Konstrukcja mostu to rama dwuprzegubowa z rozdzielonymi podporami z betonu sprężonego połączona poprzez cięgna z fundamentem. Planowana nośność mostu to 60 ton plus linia tramwajowa. Most składa się z dwóch równoległych konstrukcji. Rozpiętość mostu to 77,5 m, kąt skrzyżowania 79,9 gon. Jezdnia to 4 pasy ruchu po 3,50 m, chodnik i droga rowerowa po 5,0 m, pas środkowy 2,0 m. Szerokość całkowita obiektu to 28,24 m. Z obiektu korzysta pojazdów dziennie. Rys. 2. Przekrój podłużny konstrukcji Krótko po zakończeniu budowy wystąpiły pierwsze pęknięcia w głównych sekcjach mostu. W roku 1956 i w latach 1966/67 zostały zainstalowane dodatkowe zewnętrzne cięgna i wstrzymany ruch tramwajowy. W latach przeprowadzono dodatkowe obliczenia statyczne i zmniejszono nośność mostu. W następnych latach powstawały dalsze uszkodzenia, takie jak pękanie konstrukcji betonowej, korozja zewnętrznych cięgien i utrata przekroju, uszkodzenia nawierzchni i konstrukcji dylatacyjnych, które zmusiły do decyzji o kapitalnym remoncie obiektu.

3 Remont mostu drogowego czteropasmowego 179 Rys. 3. Widok ogólny (2013) 2. PODSTAWY I ZAKRES PROJEKTU Po dokładnej ocenie stanu technicznego mostu na podstawie przeprowadzonych obliczeń, analiz statyczno-wytrzymałościowych, badań materiałowych i ocenie raportów z przeprowadzonych inspekcji zostały przedstawione 3 warianty główne i 6 podwariantów, z których wybrano do ostatecznej decyzji 3 warianty główne: 1. Remont i budowa nowego mostu po 30 latach; 2. Nowa konstrukcja z betonu sprężonego; 3. Nowa konstrukcja z żelbetu. Spośród zaproponowanych wariantów wybrano propozycję pierwszą tj.: remont mostu i budowa nowego po 30 latach. Remont i przedłużenie trwałości obiektu na następne 30 lat oszacowano na 2,4 mln Euro. Według analizy ekonomicznej koszt nowego obiektu wyniósłby ok. 3,5 mln Euro. Przy remoncie istnieje jednak duże ryzyko związane z faktycznym stanem obiektu, który ujawnia się często dopiero podczas remontu. Dokonując analizy ekonomicznej wzięto więc pod uwagę także ww. ryzyko i podwyższono planowane koszty o 30%. Uwzględniono także stopę inflacji, która wahała się w tym czasie od 2,0 do 4,0%. Jest to czas od decyzji o remoncie mostu (2009), poprzez okres wykonania dokumentacji projektowej do zlecenia i rozpoczęcia projektu (2014).

4 180 Przemysław Jan Nawrocki Rys. 4. Stare cięgna i bloki oporowe Rys. 5. Widok płyty mostu Zakres remontu mostu: demontaż starych cięgien zewnętrznych (ø26 i ø32 St 80/105), demontaż starych bloków oporowych, wykonanie nowych belek oporowych w miejscu zakotwienia cięgien, wykonanie nowych dewiatorów z żelbetu, instalacja nowych kabli zewnętrznych (SUSPA EX-54), frezowanie nawierzchni wraz ze zdjęciem warstwy uszczelniającej, naprawa płyty mostu wraz z gzymsami, naprawa powierzchniowa betonu i zabezpieczenie środkami hydrofobowymi, położenie nowej warstwy uszczelniającej i nawierzchni asfaltowej, montaż nowej dylatacji, odnowienie i przełożenie tras medialnych (telekomunikacja, prąd, gaz, woda), montaż nowych balustrad, odnowienie odwodnienia mostu.

5 Remont mostu drogowego czteropasmowego 181 Rys. 6. Planowany demontaż sprężenia zewnętrznego (rzut z góry) Rys. 7. Planowany demontaż sprężenia zewnętrznego (przekrój mostu) Rys. 8. Planowany demontaż nawierzchni i tras medialnych (przekrój mostu)

6 182 Przemysław Jan Nawrocki 3. WYMIANA CIĘGIEN ZEWNĘTRZNYCH Nowe sprężenie zewnętrzne mostu składa się ze sprężenia w kierunku wzdłużnym, w kierunku poprzecznym wzdłuż filarów oraz sprężenia bloków oporowych i poprzecznych nowych sprężonych bloków jako punktów zwrotnych cięgien zewnętrznych. Rys. 9. Planowany montaż nowego sprężenia. Rys. 10. Planowany montaż nowego sprężenia (przekrój mostu).

7 Remont mostu drogowego czteropasmowego Końcowe belki oporowe Końcowe kotwiczenie cięgien zewnętrznych w kierunku wzdłużnym przebiega poprzez nowe belki oporowe, które umieszczone są za belką końcową mostu. Siły cięgna są kierowane przez belkę oporową bezpośrednio do głównych dźwigarów mostu nie obciążając belki końcowej mostu. Dodatkowe zbrojenie między belką oporową a belką końcową nie jest potrzebne. Rys. 11. Istniejąca belka końcowa, nowa belka oporowa, nowa płyta końcowa przesuwna Płyta końcowa jest osadzona przesuwnie na konsoli belki oporowej. W belce oporowej znajdują się wnęki do późniejszego montażu kabli prefabrykowanych. W belce końcowej mostu nawiercone są otwory w osi każdego nowego kabla. Średnica otworu jest nieco większa (+20 mm) niż zewnętrzna średnica rury przejściowej. Rury są wbudowane w całości do istniejącej belki końcowej i nowej belki oporowej. W istniejącej belce końcowej mostu zostaje przerwa w celu oddzielenia obydwóch belek. Rys. 12. Schemat zakotwiczenia kabli SUSPA EX-52

8 184 Przemysław Jan Nawrocki Rys. 13. Płyta końcowa przesuwna 3.2. Nowe punkty przekierowania Punkty przekierowania kabli w kierunku wzdłużnym mostu to nowe płyty żelbetowe (szer.=0,85m). Między płytą mostu a płytą żelbetową nie ma połączenia i obciażenie płyty mostu nie ma wpływu na punkt zwrotny. Żelbetowe punkty zwrotne są połączone z dźwigarami mostu za pomocą pojedynczych cięgien. Tutaj zastosowano system mocowania pręta do sprężania konstrukcji żelbetowych SUSPA DSI (ETA-05/0123) z typem cięgna 36 WS (cięgna prefabrykowane gładkie). W płycie żelbetowej znajdują się 3 cięgna (2 górne i 1 dolne). Z przyczyn geometrycznych, niższe cięgno składa się z 2 pojedynczych cięgien z betonowych mocowań stałych. Ze względu na kąt osi mostu pod zakotwieniem cięgna został wbudowany klin do równomiernego rozdzielenia siły sprężającej. Rys. 14. Klin

9 Remont mostu drogowego czteropasmowego 185 Przed instalacją cięgien zostały nawiercone otwory w dźwigarach głównych, przez które przepuszczono cięgna. Następnie zostały nawiercone w nowych płytach otwory dla nowych kabli zewnętrznych w kierunku wzdłużnym, w których zamontowano półłupiny do przekierowania kabli. Rys. 15. Płyty żelbetowe Rys. 16. Montaż cięgien w dźwigarach głównych

10 186 Przemysław Jan Nawrocki Rys. 17. Płyta przed betonowaniem Rys. 18. Gotowy punkt przekierowania

11 Remont mostu drogowego czteropasmowego 187 Rys. 19. Położenie kabla wzdłużnego w punktcie zwrotnym 3.3. Sprężenie zewnętrzne mostu w kierunku wzdłużnym Nowe sprężenie zewnętrzne jest technicznie zatwierdzone jako system SUSPA-Drath EX zgodnie z normą DIN i DIN FB 102 (numer homologacji Z ) z typem kabla EX-54 (kabli prefabrykowanych). Nowe sprężenie składa się z 4 kabli na główny nośnik, które biegną przez całą długość mostu. Na każdy kabel przypadają 4 punkty zwrotne (2 oś filara/2 sprężony blok zwrotny). Rys. 20. Schemat punktów zwrotnych Na końcach mostu kable są z jednej strony zakotwione na stałe typem D, a z drugiej strony naciągającym typem C.

12 188 Przemysław Jan Nawrocki Rys. 21. Montaż kabli Rys. 22. Belka oporowa z naprężonymi kablami wzdłuż mostu. Rys. 23. Przebieg kabli wzdłuż mostu w belce końcowej 3.4. Sprężenie zewnętrzne mostu poprzecznie do mostu w osi filarów Na osi filarów przez wymaganą wysokość punktów zwrotnych powstał problem geometryczny ze względu na pakiet istniejących wewnętrznych cięgien sprężających. Dlatego zaistniała potrzeba zastąpienia tych cięgien przez nowe cięgna zewnętrzne. Na każdą oś filarów po obu stronach belki poprzecznej zostały zainstalowane 2 kable zewnętrzne (EX-54). Te kable są umieszczone na całej szerokości mostu (1 i 2 odcinek budowy) i mocowane do zewnętrznych dźwigarów głównych. Poprzez sprężenie konstrukcji zakłada się, że wewnętrzne cięgna w tym miejscu nie pracują i mogą w tym miejscu powstać otwory dla nowych punktów zwrotnych.

13 Remont mostu drogowego czteropasmowego 189 Rys. 24 i 25. Sprężenie zewnętrzne na osi filarów Rys. 26. Przebieg kabli wzdłuż mostu w osi filara Aby dostosować istniejącą konstrukcję mostu do sprężenia poprzecznego dźwigarów głównych z obu stron potrzebna była instalacja wzmocnienia betonu za pomocą nowych bloków. Połączenie tych bloków/wzmocnień również odbyło się za pomocą cięgien. Dla tej konstrukcji został zastosowany system mocowania SUSPADSI (numer zatwierdzenia ETA 05/0123) z typem cięgna 32 WS (prefabrykowane cięgna, gładkie). Na każdy punkt zakotwienia były potrzebne 4 cięgna. Rys. 27. Blok wzmacniający (rzut) Rys. 28. Blok wzmacniający

14 190 Przemysław Jan Nawrocki Sukces montażu i całego projektu zależy głównie od dokładności instalacji i nawiertów. Dopuszczalne tolerancje wykonania to: odchylenie od wyznaczonego punktu wyjścia ± 3 mm, dokładność kąta ± 10 mm/m. 4. PODSUMOWANIE Oceniając pierwszy etap remontu mostu należy stwierdzić, że przywróci początkowo zaplanowaną nośność i funkcjonalność obiektu oraz usunie wszelkie niedostatki, które doprowadziły do przedterminowej konieczności remontu mostu. Ponieważ duża ilość mostów pochodzi z okresu analizowanego obiektu, takie remonty będą w najbliższym czasie obejmować większą cześć projektów i zwiększą zapotrzebowanie na nowe technologie i rozwiązania w tej dziedzinie. LITERATURA [1] WSV: Dokumentacja opracowania i zatwierdzenia projektu, Magdeburg/Berlin. [2] Ing.-Büro Grassl: Dokumentacja projektu, Berlin [3] Dipl.-Ing. Nawrocki: Zdjęcia, Berlin. POST TENSIONING USING EXTERNAL PREFABRICATED TENDONS, ON THE EXAMPLE OF FOUR-LINE ROAD BRIDGE (SIEVERSBRÜCKE) IN BERLIN/GERMANY Summary The four-line road bridge (Sieversbrücke) is located above the waterway (Teltowkanal), in the south-west of Berlin / Germany. It was built in the years The construction of the bridge is a prestressed concrete. The range of m, the crossing angle of 79.9 gon, 4 lanes of 3.5 m, footpath and cycle path 5.0 meters, the middle lane 2.0m, total width is m. The bridge daily pass 25,000 cars. In last 20 years, there have to further damage that forced the decision to overhaul the bridge. The scope of the renovation of the bridge is to restore capacity of 60 tons, dismantling the old and the installation of new external tendons repair the bridge plate, placing a new seal layer and the surface. In addition, concrete repair and drainage bridge. Now coming to the end of the first phase of construction.