WYKORZYSTANIE KONSTRUKCJI SKŁADANYCH W BUDOWNICTWIE MOSTOWYM

Transkrypt

1 Janusz SZELKA 1 Krzysztof HOŁOWNIA 2 WYKORZYSTANIE KONSTRUKCJI SKŁADANYCH W BUDOWNICTWIE MOSTOWYM 1. Wstęp Wraz ze zwiększonym dostępem do środków finansowych z Unii Europejskiej, znaczna ich część przeznaczona jest na rozwój infrastruktury drogowej. Oznacza to modernizację dróg, a tym samym przebudowę mostów poprzez poszerzenie jezdni, przy jednoczesnym zwiększeniu ich nośności i polepszeniu warunków bezpieczeństwa ruchu. Cechą charakterystyczną mostów składanych jest łatwość i szybkość montażu w różnych układach konstrukcyjnych. Dostosowane są one do obowiązujących obciążeń normatywnych, przyjętych w gospodarce narodowej, przez co nie wymagają dodatkowego wzmocnienia jako mosty tymczasowe. Zmiana rozpiętości przęseł wykonywanych z tych konstrukcji nie nastręcza trudności i jest w granicach modułu, który wynosi 3 m (Bailey. Mabey, DMS-65). Stosunkowo niewielkie gabaryty elementów i ich masa pozwalają na dogodny transport jak też montaż, przy użyciu lekkiego sprzętu i urządzeń pomocniczych. Powyższe walory konstrukcji składanych były zasadniczą przesłanką do wykorzystania ich przy odbudowie zniszczonych mostów w warunkach kryzysowych po powodzi w 1997 roku w Kotlinie Kłodzkiej [3] oraz po zniszczeniach wojennych w byłej Jugosławii [1,4]. Budowa nowych mostów, jak również remonty starych, nie spełniających nowych klas nośności lub z różnych przyczyn zniszczonych, wymaga zapewnienia ciągłości komunikacyjnej w sposób szybki, prosty i skuteczny. Według autorów sposobem na to mogą być właśnie konstrukcje składane. Dlatego też istnieje uzasadniona potrzeba wdrażania prac projektowych nad modernizacją i adaptacją istniejących wojskowych konstrukcji typu składanego do powszechnego użytku cywilnego jako mostów objazdowych bądź technologicznych. W niniejszym artykule zaprezentowane są niektóre z możliwości ich wykorzystania w cywilnym budownictwie mostowym. 1 Dr hab. inż. prof. WSOWL i UZ, Wyższa Szkoła Oficerska Wojsk Lądowych we Wrocławiu 2 Dyplomant, Instytut Budownictwa UZ

2 2. Wymagania stawiane konstrukcjom składanym przez nowego użytkownika Pierwotne, tylko militarne zastosowania systemów mostów składanych już od wielu lat są adoptowane na obszary gospodarki narodowej, a firmy projektujące i produkujące coraz to nowsze generacje tego typu konstrukcji są coraz bardziej nastawione na nowego użytkownika, którym jest transport i komunikacja zbiorowa. Wymagania tego typu ruchu, jaki miałby się odbywać po tych konstrukcjach, jest nieco inny od tego pierwotnego - wojskowego. Komfort jazdy musi być wyższy czyli przede wszystkim hałas generowany w czasie przejazdu powinien być niższy, prędkość przejazdu wyższa, a nośność mostu i szerokość jezdni większe. Równie ważne są sprawy utrzymania i eksploatacji, tzn. materiały, które zastosowane są w tych konstrukcjach muszą mieć odpowiednią żywotność, po to by ograniczyć do minimum zabiegi konserwacyjne i remontowe, czy w ostateczności wymienność elementów. Zmiany w projektowaniu doskonale widoczne są na podstawie ewolucji mostów składanych firmy Mabey & Johnson (rys. 1), która jest obecnie jedną z największych firm zajmujących się projektowaniem, produkcją, dostarczaniem i budowaniem konstrukcji składanych. Ich pozycja na rynku z pewnością ma przełożenie na asortyment jaki oferują, nie skupiając się tylko i wyłącznie na mostach stricte wojskowych ale również na dostarczaniu systemów dla budowy mostów drogowych, specjalnych konstrukcji przejazdowych dla ruchu ciężkiego, np. na placach budów, kładek dla pieszych czy podpór tymczasowych. Rys. 1. Rozwój konstrukcji składanych firmy Mabey & Johnson [7] Jest normalnym, że zmieniające się ciągle warunki życia oraz gospodarka wymuszają tworzenie nowych lub modyfikację starych rozwiązań. Również w Polsce od kilku lat zauważa się pewien postęp w modernizacji konstrukcji mostów składanych jakie już posiadamy, a to zapewni możliwości ich szerszego zastosowania. Aktualnie trwają prace nad modernizacją konstrukcji DMS-65, pod względem poszerzenia jezdni z początkowej wartości 4,2 m do 6,2 m szerokości (rys. 2). Za sprawą dłuższej belki poprzecznej będzie możliwe wybudowanie mostu dwukierunkowego znacznie szybciej i łatwiej, zużywając tym samym znacznie mniej elementów składowych, co w rezultacie da mniejszy ciężar własny konstrukcji, a więc pozwoli na przenoszenie większych dodatkowych obciążeń.

3 Rys. 2. DMS-65 w układzie podstawowym z przedłużoną belką poprzeczną [5] Oprócz poszerzenia jezdni istotna jest także kwestia nawierzchni, która również ma lepsze parametry aniżeli ta pierwotnie stosowana. Wraz z modernizacją belki poprzecznej zaprojektowano dwa typy nawierzchni: lekką do zastosowania na drogowych mostach tymczasowych oraz stałą dla mostów wykorzystywanych jako trwałe[2]. Powyższe projekty pozwolą na adaptację tych konstrukcji wojskowych do budowy mostów drogowych zgodnych z potrzebami ich potencjalnego użytkownika. 3. Mosty objazdowe Zasoby konstrukcji wojskowych mostów składanych w naszym kraju są stosunkowo duże, ale nadal bardzo rzadko wykorzystywane. Autorzy artykułu uważają, że konstrukcje składane posiadają wystarczające walory konstrukcyjne i eksploatacyjne do budowy mostów objazdowych na czas remontu bądź przebudowy obiektów stałych. Właśnie w przypadku awarii lub remontu mostu stałego ruch z reguły kieruje się na drogi objazdowe, najczęściej o dużo gorszych nawierzchniach, wydłużając trasę zasadniczą. Ponadto, przy dużym natężeniu ruchu w miastach, wytyczanie dodatkowych dróg objazdowych jest bardzo kłopotliwe. Dlatego też w takich sytuacjach celowa byłaby odbudowa doraźna w starej osi lub budowa mostów objazdowych z wykorzystaniem konstrukcji składanych, które zapewniają przeniesienie obciążeń klasy MLC 70 (Military Load Class), odpowiadające obciążeniu normowemu klasy C [5]. Przykładem takiego zastosowania była m.in. budowa mostu składanego z konstrukcji DMS-65 przez Wisłę w m. Kiezmark, niedaleko Gdańska (rys. 3). Była to wyjątkowa konstrukcja z uwagi na fakt, że miała niemal 1200 m długości, która za zgodą Ministra Obrony Narodowej, została wypożyczona z rezerw państwowych i z pewnością jej amortyzacja w czasie eksploatacji była mniejsza aniżeli podczas bezużytecznego składowania.

4 Rys. 3. Dwujezdniowy most składany DMS-65 nad Wisłą w m. Kiezmark o długości ok. 1200m [2] Szczególnym przypadkiem zastosowania mostu składanego MS-54 jako przeprawy tymczasowej, mającej utrzymać ruch na czas budowy stałej konstrukcji był Most Syreny w Warszawie, zbudowany w 1985 roku na zakładany okres 3 lat. Niespodziewanie most istniał i funkcjonował przez 15 lat aż do 2000 roku. Konstrukcje składane, znajdujące się w państwowych rezerwach mobilizacyjnych powinny być wykorzystywane częściej i być może będą, świadczy o tym wypowiedź przedstawiciela Ministerstwa Infrastruktury płk. Ryszarda Piwowarskiego z 2003 roku: Minister Infrastruktury zatwierdził specjalny program, który ma sprzyjać tego rodzaju przedsięwzięciom. Takie rozwiązanie jest nader korzystne dla gospodarki narodowej. Konstrukcje mostów składanych nie zalegają bezużytecznie w magazynach, a jednocześnie są dużym ułatwieniem dla kierowców przy poważniejszych remontach obiektów inżynierskich [6]. 4. Sposoby wykorzystania konstrukcji składanych Coraz częściej elementy konstrukcji składanych wykorzystuje się do budowy stałych kładek dla pieszych (rys. 4) lub jako rusztowania czy podpory, a także jako elementy składowe większej struktury (np. kraty L-36 składanego mostu kolejowego zostały wykorzystane do budowy stałego Mostu Wandy w Krakowie (rys. 5)). Zdarzyło się już nawet zastosowanie elementów mostu składanego Bailey a do budowy wyrzutni rakiet kosmicznych, a nawet największej na świecie huśtawki, wysokiej na niemal 20 m, długiej na prawie 80 m. Stosowanie elementów z konstrukcji składanych do budowy podpór, bądź rusztowań czy konstrukcji nietypowych z pewnością świadczy o potencjale jaki w sobie posiadają i zdolności do przenoszenia dużych naprężeń działających w różnych kierunkach.

5 Szczególnie pożądanym byłoby stosowanie konstrukcji składanych do budowy mostów w małych gminach, w których często ze względów ekonomicznych brak jest przepraw stałych lub są one w bardzo złym stanie technicznym, nierzadko będąc nawet na granicy użytkowalności. Konieczne jest jednak przeprowadzenie dokładnych opracowań i analiz pozwalających na adaptację starych istniejących konstrukcji do budowy nowych, trwałych i tanich obiektów inżynierskich. Rys. 4. Kładka dla pieszych nad drogą w miejscowości Walim (Rzeczka) [8] Rys. 5. Most Wandy w Krakowie, w którym wykorzystano elementy konstrukcji L-36 [9]

6 4.1 Adaptacja kraty L-36 Elementy składanych mostów kolejowych typu L-36, podobnie jak elementy mostów drogowych, stanowią duże zapasy tego typu konstrukcji, które niestety obecnie nieużywane i niczym nie osłonięte niszczeją na składowiskach pod wpływem warunków atmosferycznych tracąc jednocześnie swoje walory użytkowe. Z tego powodu konstrukcje te w znacznym stopniu są zdekompletowane. Stan ten utrudnia zmontowanie z nich projektowanych mostów kolejowych. Jeżeli przez najbliższe lata elementy konstrukcji nie zostaną zagospodarowane, nadawać się będą tylko na złomowanie. Dlatego bardzo istotne jest szybkie wdrożenie programów ich zastosowania, jeżeli nie w całości, to przynajmniej niektórych elementów konstrukcyjnych. W związku z powyższym zaprojektowano kilka rozwiązań konstrukcyjnych przęseł z krat L-36, które w zależności od zaistniałej sytuacji mogłyby być wykorzystane w sposób doraźny. Dla poszczególnych wariantów zaprojektowano nowe pomosty. Zapotrzebowanie na budowę wielu konstrukcji małych i średnich rozpiętości znacznie się zwiększyło, choćby z powodu zagęszczania się sieci drogowej w naszym kraju. Wykorzystanie gotowych krat przęsła typu L-36 jako dźwigarów przyśpieszyłoby czas przygotowania konstrukcji do eksploatacji, a ich znaczna liczba zapewniłaby możliwość wybudowania dużej liczby obiektów. Rozwiązałoby to w znacznym stopniu problem przywrócenia sprawnej komunikacji na terenach popowodziowych, czy w mniej zamożnych gminach gdzie brakuje przepraw stałych, a jednocześnie mogłoby stanowić alternatywę dla mostów niskowodnych o konstrukcji tymczasowej, które uległy zniszczeniu, lub których czas eksploatacji dobiega końca [2]. Zastosowanie krat przęsła typu L-36 jako dźwigarów niesie ze sobą ograniczenia co do schematu statycznego. Przęsło kolejowe zostało zaprojektowane jako swobodnie podparte i do tego założenia dostosowany został sposób łączenia poszczególnych elementów oraz charakterystyki przekrojów. Analizie poddano układ dźwigarów z pojedynczą (rys. 6) i podwójną kratą do jazdy dołem oraz układ czterech rzędów krat ze współpracującą płytą pomostu pod układ z jazdą górą (rys. 7). Rys. 6. Widok ogólny mostu w układzie z jazdą dołem o dźwigarach pojedynczych [2]

7 Rys. 7. Most z krat L - 36 w układzie z jazda górą [2] Pomost jezdni z jazdą dołem będzie zaprojektowany jako płyta stalowa na ruszcie. Taki schemat zapewni mniejszą wysokość konstrukcyjną oraz mniejszy ciężar całej konstrukcji w porównaniu z płytą żelbetową. Zastosowanie konstrukcji składanej przęsła kolejowego typu L-36 ogranicza się do przedstawionych rozwiązań, które w zależności od zaistniałej sytuacji mogą być wykorzystane w sposób doraźny. Wykorzystanie gotowych składników przęseł mostów kolejowych typu L-36 jako elementów dźwigara mostu drogowego umożliwia przyspieszenie przygotowania konstrukcji w sytuacjach klęsk żywiołowych i innych kataklizmów. Wzrasta wówczas zapotrzebowanie na konstrukcje mostów tymczasowych o niewielkich rozpiętościach przęseł Adaptacja kolejowo-drogowego mostu KD - 66C Wiele różnorodnych sytuacji i warunków spotykanych na sieci drogowej i kolejowej (szczególnie na skrzyżowaniach i węzłach) stwarza potrzebę remontu (rekonstrukcji bądź modernizacji) istniejących obiektów inżynierskich i/lub szybkiej budowy objazdowych bądź dublujących mostów wiaduktów, usytuowanych w ich pobliżu o odpowiednich parametrach nośności i szerokości jezdni, umożliwiających przywrócenie bądź zapewnienie ruchu na drodze. Przykładem tak uwarunkowanych potrzeb była realizacja inwestycji na drodze krajowej nr 50 w miejscowości Słabomierz (rys. 8) [2]. Dwa wiadukty objazdowe zaprojektowano, wykonano, a następnie rozebrano (bez wstrzymywania ruchu kolejowego na Centralnej Magistrali Kolejowej), jako jednokierunkowe, ustawione równolegle, każdy o długości 54 m, szerokości jezdni w każdym kierunku 3,5 m, pod obciążenie 500 kn i przy dopuszczalnej prędkości pojazdów ciężarowych na wiaduktach do 50 km/h. Modernizacja bądź adaptacja KD-66C do różnych funkcji transportowo-gospodarczych sprowadza się do zaprojektowania i ukształtowania konstrukcji nawierzchni. Użycie KD-66C skraca czas budowy (montażu - demontażu) obiektu objazdowego oraz co najmniej dwukrotnie obniża koszty budowy (odbudowy) w przypadku awarii, klęsk żywiołowych, dublowania bądź zagrożeń specjalnych [2]. W ubiegłym roku, elementy konstrukcyjne KD-66C wykorzystano do montażu rusztowań przy budowie łukowego przęsła nurtowego mostu w Puławach (rys. 9).

8 Rys. 8. Wiadukt objazdowy z konstrukcji KD-66C w m. Słabomierz [2] Rys. 9. Elementy KD-66C wykorzystane jako podpory tymczasowe przy budowie przęsła łukowego mostu w Puławach [10]

9 4.3. Nietypowe zastosowania konstrukcji składanych Konstrukcje składane w ostatnich dziesięcioleciach były wykorzystywane przy rozwiązywaniu trudnych problemów technicznych w różnorodny sposób. Służyły one jako rusztowania montażowe przy budowie nowych obiektów (nie zawsze mostowych) lub były stosowane jako konstrukcje nośne. Oto kilka przykładów: - budowa mostu technologicznego z konstrukcji MS pod stały most na Zachodniej Odrze w Szczecinie; - budowa żelbetowego tunelu wentylacyjnego odlewni w Śremie usytuowanego na wysokości 17 metrów nad podłogą hal produkcyjnych; ciężar tunelu wynosił 2 tys. ton, a łączna długość 160 metrów; - budowa estakady wyładunkowej kruszyw w Warszawie z różnych konstrukcji składanych; - budowa dachu Dworca Centralnego w Warszawie, gdzie dźwigary o wadze 40 ton przesuwano po konstrukcji składanej usytuowanej 15 metrów ponad Alejami Jerozolimskimi, umożliwiając zachowanie ciągłości ruchu tramwajowego oraz znacznie ułatwiają sam proces montażu; - budowa wiaduktów technologicznych z konstrukcji MS w ciągu trasy Toruńskiej (12 po 24 m na 120 podporach, równolegle i prostopadle do osi mostu) jako konstrukcja nośna wspierająca szalunek płyty jezdni mostu Grota Roweckiego; - przebudowa wysokich podpór z konstrukcji SPS-69B pod stalowe przęsło żeglowne historycznego drewnianego mostu drogowego na czas remontu na Wiśle w Wyszogrodzie; - budowa podpór tymczasowych z konstrukcji SPS-69B i SPK w celu ułatwienia montażu i nasuwania konstrukcji nośnej mostu Siekierkowskiego na Wiśle w Warszawie; - budowa układu podpór technologicznych i dwóch estakad dojazdowych z konstrukcji KD-66-c i stalowej podpory składanej na czas budowy mostu stałego przez Wisłę w Płocku. Przedstawione zastosowania elementów mostów składanych w postaci konstrukcji montażowych lub podpór dały korzyści wynikające z oszczędności materiałowych, a przede wszystkim skrócenia czasu realizacji inwestycji. 5. Wnioski Zasoby konstrukcji składanych oraz ich uniwersalność, w połączeniu z nowymi projektami adaptacyjnymi i modernizacyjnymi mogą w znacznym stopniu ułatwić i przyspieszyć wszelkie prace z zakresu powiększania i modernizacji infrastruktury kraju. Nowe przeznaczenie i stosowanie tego typu systemów pozwoli na: - przeprowadzanie remontów istniejących obiektów mostowych bez wstrzymywania ruchu; - szybkie odtworzenie przejezdności dróg w sytuacjach kryzysowych (na obszarach popowodziowych lub w innych przypadkach zniszczeń obiektów mostowych);

10 - budowę tanich mostów stałych dla gmin borykających się z problemami finansowymi; - budowę wiaduktów tymczasowych, koniecznych do utrzymania ciągów komunikacyjnych na czas budowy autostrad; - budowę tańszych mostów stałych, w których wykorzystuje się elementy z mostów składanych, zarówno jako podpory, rusztowania montażowe lub jako elementy konstrukcyjne (np. dźwigary) wbudowane na stałe w konstrukcję. Literatura [1] Marszałek J., Wolniewicz A., Zastosowanie mostów składanych do odtwarzania ciągów komunikacyjnych na przykładzie Bośni. XI Międzynarodowa Konferencja Naukowo- Techniczna Inżynieria i zarządzanie w sytuacjach kryzysowych, Warszawa Rynia, , T.2. s [2] Marszałek J. i in., Mosty składane. Projektowanie, budowa i eksploatacja, WAT, GDDKiA, Warszawa [3] Szelka J., Obiektowy zapis wiedzy w systemach eksperckich wspomagających budowę mostów składanych. Rozprawa habilitacyjna, WAT, Warszawa [4] Szelka J., Kamyk Z., Odbudowa mostów po zdarzeniach wojennych w byłej Jugosławii przez wojska ONZ. X Seminarium nt. Współczesne metody wzmacniania i przebudowy mostów, Poznań Kiekrz , Referaty s [5] Szelka J., Duchaczek A., Wroński E., Przydatność konstrukcji składanych do odbudowy/przebudowy mostów dolnośląskich, Biuletyn ZMRP Oddział Dolnośląski, nr 04/2008, s [6] Wywiad z płk. R. Piwowarczykiem, dyrektorem Departamentu Spraw Obronnych Ministerstwa Infrastruktury Źródło: [7] The Mabey Support Logistic Bridge Brochure. [8] [9] [10] USING PANEL STRUCTURES IN BRIDGE BUILDING There are a multitude of old, military panel bridges in Poland. These structures, already proven in military operations, offer enormous potential that ought to be made use of anew. As a result of their fundamental characteristics, such as the speed and simplicity of assembly, replaceability of parts, ease of maintenance or versatility, they continue to remain deeply significant. The construction of new roads as well as bridges and repairs of old ones that do not satisfy the new load-carrying classes or, for a variety of reasons, have been damaged require that the continuity of communications is ensured in a rapid and simple manner. This can be achieved by employing panel structures. There is a justified need to implement design work relating to the modernisation and adaptation of the existing panel-type military structures for common civilian use. This article presents some of the possibilities of using them in civilian bridge building.