Rozwiązania konstrukcyjne współczesnych mostów w Korei Południowej

Transkrypt

1 Rozwiązania konstrukcyjne współczesnych mostów w Korei Południowej robert toczkiewicz Na Dalekim Wschodzie dwa kraje uznawane są za liderów w budowie mostów. Do przewodzącej przez wiele lat w tej dziedzinie inżynierii Japonii, w ostatnich latach dołączyły Chiny. Wśród największych mostów świata, właściwie w każdej kategorii obiektów, można znaleźć konstrukcje wzniesione właśnie w Kraju Środka. Nieco w cieniu swoich sąsiadów intensywny rozwój inżynierii mostowej nastąpił także w niewielkiej Korei Południowej, co nie powinno dziwić, biorąc pod uwagę sukcesy gospodarcze i przemiany, jakie w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat zaszły w tym kraju. Należy tu także zaznaczyć, że Korea jest krajem o bardzo zróżnicowanym ukształtowaniu terenu, w większości górzystym (tereny nizinne stanowią tylko około 30% powierzchni kraju). Zachodnia i południowa linia brzegowa Półwyspu Koreańskiego jest bardzo nieregularna, z dużą liczbą wysp (około 3 tysięcy) w strefie przybrzeżnej (rys. 1). Czynniki te, w połączeniu ze znaczną gęstością zaludnienia (491 os./km2 ponad czterokrotnie więcej niż w Polsce) i intensywnym rozwojem gospodarczym, wymuszającym ciągły rozwój infrastruktury komunikacyjnej, skutkują koniecznością budowy wielu obiektów mostowych. Korea ma również rozwiniętą sieć rzek, które nie są długie, ale charakteryzują się z reguły znaczną szerokością oraz dumosty-wrocław robert.toczkiewicz@ mosty-wrocław.com.pl. Rys. 1. Mapa Korei Południowej (źródło żymi zmianami przepływu. Pociąga to za sobą potrzebę budowy długich przepraw. W samym Seulu, przez który przepływa rzeka Han, znajduje się niemal 30 mostów o różnym przeznaczeniu, mających długość ponad kilometra. Wybrane z nich przedstawiono na fotografii 1. Okazją do zapoznania się z dokonaniami koreańskiej inżynierii był odbywający się we wrześniu 2012 r. w Seulu osiemnasty kongres, organizowany przez IABSE (International Association for Bridge and Structural Engineering). W jego trakcie poruszano zagadnienia, dotyczące m.in. nietypowych projektów infrastrukturalnych, zagadnień materiałowych, projektowania mostów o bardzo dużej rozpiętości przęseł, zarządzania, monitoringu, napraw i wzmacniania konstrukcji. Odrębne sesje były poświęcone największym projektom inżynierskim, prowadzonym w Korei Południowej, a do materiałów konferencyjnych dołączono książkę [12], dotyczącą stanu realizacji największych i najciekawszych koreańskich projektów mostowych. W artykule opisano wybrane konstrukcje różnych rodzajów. Most Geo Geum Most wzniesiono w latach w południowo-zachodniej części kraju, w ciągu drogi prowadzącej na atrakcyjną turystycznie wyspę Geo Geum, stąd też duży nacisk podczas jego projektowania położono na ukształtowanie architektoniczne obiektu. Ostatecznie, spośród wielu koncepcji, wybrano dwupylonowy most podwieszony o rozpiętości przęsła głównego wynoszącej 480 m, o nietypowym układzie want pogrupowanych w wiązki (rys. 2). Pomost ukształtowano w postaci dźwigara kratowego o wysokości 6,0 m, podobnego do zastosowanego w moście Øresund, podwieszonego do pylonów w jego osi [8]. Podstawowe wymiary mostu są następujące: długość całkowita mostu głównego: = 1116 m; długość estakady dojazdowej: = 912 m. Pod obiektem zachowano skrajnię żeglugową o wymiarach m. W projekcie uwzględniono oddziaływanie na konstrukcję wiatru o prędkości 40 m/s (Korea leży w strefie tajfunów) i wpływy sejsmiczne. Betonowe pylony o wysokości 167,5 m mają w dolnej części kształt diamentu. W części górnej równoległe ramiona połączono trzema stalowymi ryglami, w których umieszczono zakotwienia bierne want. Nietypowy jest układ olinowania, którego cięgna pogrupowano w trzy równoległe wiązki po 7 sztuk (łącznie 84 wanty), co podyktowane było głównie względami estetycznymi i ma przypominać promienie słońca, przebijające się przez chmury [8]. 91

2 a) b) c) d) e) f) Fot. 1. Mosty Seulu: a) Chenhodaegyo, b) Yeongdongdaegyo, c) Dongjakdaegyo, d) Seongsandaegyo, e) Gaehwadaegyo, f) jeden z mostów kolejowych (źródło: autor) Rys. 2. Most Geo Geum widok z boku 92

3 nie składa się z trzech typów kabli: złożonych z 55 (grupa want najkrótszych), 61 lub 75 (grupa want najdłuższych) lin ze stali wysokiej wytrzymałości, w żebrowanych osłonach z HDPE. Zakotwiono je czynnie w poprzecznicach łączących górne pasy kratownic i napinano z poziomu dolnego pomostu. Obiekt wzniesiono metodą montażu wspornikowego (fot. 2), podwieszając grupami want prefabrykorys. 3. Most Geo Geum ukształtowanie pomostu [8] i jego przekrój poprzeczny wane segmenty zespolone pomostu o długości do 72 m i masie do 2500 ton. Elementy podnoszono za pomocą pływającego dźwigu i opieraz uwagi na taki układ want zaprojektowano sztywny pono na tymczasowych podporach, umieszczonych na barmost, składający się z pary stalowych dźwigarów kratownicokach. Technologia ta pozwoliła na znaczne skrócenie czasu wych bezsłupkowych (typu V) o rozstawie 7,50 m i wysokości budowy. 5,94 m, zespolonych ze sprężoną poprzecznie płytą pomostową o szerokości 15,3 m, na której znajduje się jezdnia (rys. 3). Pasy dolne kratownic połączono w części przęsłowej pomostem użebrowanym, a przy podporach, z uwagi na działanie znacznej siły osiowej, płytą żelbetową grubości 0,70 m. Utworzony w ten sposób pomost dolny stanowi ciąg pieszorowerowy, służy też jako droga ewakuacyjna. Nad podporami, co 1/3 rozpiętości przęseł oraz przy skrajnych zakotwieniach zastosowano dodatkowe usztywnienia dźwigara stalowymi przeponami. Pomost oparto na łożyskach elastomerowych HDRB (high damping rubber bearings) o dużym tłumieniu, z uwagi na oddziaływania sejsmiczne [8]. Nogi pylonu stężono pod pomostem sprężoną poprzecznicą, a w części górnej stalowymi ryglami skrzynkowymi o wysokości 15,5 m, zespolonymi z betonowymi nogami za pomocą sworzni, wewnątrz których zlokalizowano zakotwienia want (rys. 4). Pylony zamocowano w żelbetowych konstrukcjach kesonowych o kształcie dzwonu i wymiarach podstawy 32 38,5 m (w części górnej 19,5 26 m) oraz wysokości Fot. 2. Widok mostu w trakcie budowy (źródło: 41 m, posadowionych na 30 palach średnicy 2,5 m. Olinowa- Most Dandeung Rys. 4. Konstrukcja strefy zakotwień want w pylonie mostu Geo Geum Most Dandeung stanowić będzie część trasy, która w 2014 r. połączy położone na zachodnim wybrzeżu Korei wyspy Sinsi oraz Munyeo. Inwestycja usprawni komunikację pomiędzy wyspami i lądem oraz ma stać się czynnikiem wspierającym rozwój turystyczny i stanowić symbol tego nadmorskiego rejonu. Dlatego też duży nacisk podczas projektowania mostu położono na jego nietypowe ukształtowanie (fot. 3). Będzie to pierwszy w Korei (podobne obiekty powstały wcześniej w Chinach, Hiszpanii i USA), a jednocześnie największy na świecie jednopylonowy most wiszący o jednym prześle rozpiętości 400 m. Betonowy pylon ukształtowano jako trójramienną strukturę przestrzenną wysokości 105 m, przypominającą żagiel (fot. 3). Z uwagi na głębokość i rodzaj przeszkody dogodne było zlokalizowanie tej podpory 93

4 na wyspie. Cięgna nośne prowadzone są nierównolegle, a ich rozstaw w planie zmienia się od 20,6 m od strony przęsła, poprzez 3,5 m na pylonie po 11 m przy drugim zakotwieniu, dlatego wieszaki są pochylone ku osi obiektu. W moście Dandeung po raz pierwszy zastosowano w cięgnach stal o wytrzymałości 1960 MPa [3], co pozwoliło na redukcję masy cięgien oraz zmniejszenie siodeł, na których opierają się liny. Stalowy pomost o szerokości 20,0 m i wysokości 1,98 m ukształtowano w postaci dwóch rozsuniętych ku krawędziom dźwigarów skrzynkowych o rozstawie środników 4,25 m, stężonych pełnościennymi poprzecznicami (rys. 5). Takie rozwiązanie zapewnia odpowiednią sztywność skrętną i stabilność aerodynamiczną, co zweryfikowano podczas badań w tunelu aerodynamicznym [3]. Pylon tworzą trzy kolumny dwie główne, formujące czoło pylonu w kształcie litery A i dodatkowe zakrzywione ramię, wspierające je od tyłu (w widoku z boku nadające podporze kształt litery D, jak na rys. 5). Ukształtowanie takie zwiększyło sztywność pylonu, zmniejszając jego przemieszczenia poziome w kierunku obciążonego ruchem przęsła, a tym samym zredukowało ugięcia samego przęsła. Wygięte ramię pełni też funkcję estetyczną, pozwalając dodatkowo na budowę dwóch platform widokowych pomiędzy nogami pylonu, na wysokości 11 i 85 m ponad poziomem terenu. Przewidziano następujące etapy wznoszenia mostu Dandeung [3]: budowa płyty fundamentowej pylonu oraz betonowych bloków kotwiących cięgna nośne; budowa pylonu przy użyciu deskowań samowspinających, z użyciem rozpór tymczasowych; rozpięcie cięgien nośnych; podnoszenie za pomocą pływającego dźwigu i podwieszanie kolejnych segmentów pomostu o maksymalnej długości 48 m i masie 340 ton. Na początku 2013 r. miały zakończyć się prace związane z betonowaniem i rozpoczęta miała być instalacja cięgien. Fot. 3. Wizualizacja mostu Dandeung [3] Rys. 5. Most Dandeung widok z boku i przekrój poprzeczny pomostu 94 Pierwszy most Geumgang W mostach typu extradosed część kabli sprężających wyprowadzonych w pobliżu podpór poza przekrój przęsła opiera się na niskich pylonach, pełniących rolę dewiatorów. Tym samym mimośród sił naciągu cięgien jest większy, a samo sprężenie efektywniejsze [10, 11]. Obiekty tego rodzaju są w ostatnich latach coraz powszechniej budowane w Europie, także w Polsce [2, 9]. Jednak największa ich liczba powstała do tej pory na Dalekim Wschodzie, w większości w Japonii. Również w Korei projektuje się dużo mostów extradosed, szczególnie obiektów wieloprzęsłowych o rozpiętości przęseł w zakresie m. Pierwszy most Geumgang zlokalizowany jest w ciągu obwodnicy aglomeracji miasta Sejong. Z uwagi na wymogi, dotyczące minimalnej rozpiętości przęsła i dopuszczalnej wysokości konstrukcji, zdecydowano się właśnie na projekt mostu extradosed [5]. Będzie to pięcioprzęsłowa przeprawa o rekordowej w tej klasie obiektów w Korei rozpiętości przęseł głównych, wynoszącej 180 m (rys. 6). Pylony o wysokości 26 m usytuowano w osi konstrukcji. Dźwigar główny ukształtowano jako skrzynkę trójkomorową o szerokości 29,0 m i wysokości zmiennej od 3,9 m w przęśle do 5,8 m nad podporami. Z uwagi na sprężenie kablami zewnętrznymi w osi konstrukcji, zastosowano poprzeczne, sprężone betonowe zastrzały, usztywniające przekrój (rys. 6). Ciągi pieszo-rowerowe, przewidywane w pierwotnym projekcie na płycie pomostowej, ostatecznie umieszczono pod jej wspornikami, co pozwoliło na redukcję szerokości ustroju nośnego, jednocześnie dając korzystającym z nich osobom poczucie większego bezpieczeństwa. Wykonano je w postaci lekkiego rusztu stalowego, z wypełnieniem z paneli kompozytowych, i podwieszono do wspornika konstrukcji betonowej za pomocą cięgien [5]. Pylony w kształcie litery V mają konstrukcję hybrydową. Ich górne części, mieszczące zakotwienia bierne kabli zewnętrznych oraz rygle łączące ramiona pylonów, wykonano ze stali, a podstawy z betonu. Na podporach ustrój nośny oparto za pomocą pary łożysk. Most wykonano metodą betonowania wspornikowego, segmentami długości 4,0 m (rozstaw zakotwień kabli zewnętrz-

5 nych), zapewniając stateczność w fazie wznoszenia przez obustronne doprężenie dźwigara do poszerzonej głowicy podpory. Segmenty wykonywano w trzech głównych fazach: montaż dolnych zakotwień kabli zastrzałów i betonowanie płyty dolnej; montaż zakotwień kabli zastrzałów w płycie górnej i betonowanie pozostałej części przekroju; betonowanie zastrzałów i naciąg kabli (fot. 4a); sprężenie podłużne segmentu. Elementy pomostów ciągów pieszorowerowych montowano za pomocą wysięgnika z poziomu jezdni (fot. 4b). Most Gyopo Most Gyopo (rys. 7, fot. 5) reprezentuje nowy rodzaj mostu łukowego, w którym łuki usztywnione są dodatkowymi zastrzałami rozciąganymi, połączonymi ze ściągiem (tzw. double tied arch bridge). Rozwiązanie to pozwala na zwiększenie rozpiętości przęsła i sztywności konstrukcji, co jest szczególnie pożądane w przypadku ruchu taboru kolejowego. Będzie to pierwszy obiekt tego rodzaju w Korei [7]. Most przekraczać będzie rzekę Ansung, pozwalając na łatwiejszy transport towarów z portu Pyoungtack oraz dostęp do bazy wojsk amerykańskich. Długość głównego przęsła wyniesie 130 m, przęseł bocznych po 51,2 m (łącznie 232,4 m), a długość całej przeprawy 1100 m. Konstrukcję mostu głównego zaprojektowano jako stalową, o skrzynkowych przekrojach łuków, które powyżej połączenia z zastrzałami tworzą Rys. 6. Pierwszy most Geumgang widok z boku i przekrój poprzeczny przęsła a) b) Rys. 7. Most łukowy Gyopo widok z boku Fot. 4. Etapy budowy mostu Geumgang: a) deskowanie zastrzału, b) montaż pomostów dla rowerów [5] Fot. 5. Most łukowy Gyopo wizualizacja obiektu [7] 95

6 jednolity przekrój. Pomost stanowią dwa ściągi o przekroju skrzynkowym, zespolone z żelbetową płytą pomostową, na której zlokalizowano jeden tor. Podpory będą wykonane z użyciem elementów prefabrykowanych. Zastosowanie dodatkowych zastrzałów, usztywniających łuki, pozwoliło na zmniejszenie ich przekrojów, redukcję o 10% ugięć przęsła głównego i o 30% przemieszczeń pionowych przęseł bocznych oraz kątów obrotu nad podporami [7]. Przewidziano budowę mostu przy użyciu podpór tymczasowych w nurcie rzeki. Fot. 6. Schemat konstrukcji zakotwień cięgien nośnych mostu Yi Sun-sin [6]: a) zakotwienie lekkie, b) zakotwienie masywne Most Yi Sun-sin Most wiszący Yi Sun-sin, zbudowany w pobliżu leżącego na południowym wybrzeżu Korei miasta Yeosu, ma ułatwić dostęp do portu Gwangyang i parku narodowego Hallyeohaesang. Dzięki rozpiętości głównego przęsła, wynofot. 7. Fazy budowy mostu Yi Sun-sin: a) podnoszenie prefabrykowanego elementu rygla górnego [1], b) montaż segmentów pomostu [4] szącej 1545 m, będzie to czwarty co do wielkości obiekt tego typu na świecie. Co warte podkreślenia, nowy most jest niemal trzykrotnie dłuższy od dotychczasowego koreańskiez uwagi na warunki gruntowe w moście zastosowano dwa go rekordzisty [4] i wzniesiono go wyłącznie rodzimymi siłatypy zakotwień cięgien nośnych [6], przedstawione na fot. 6. mi. Inwestycja, warta około 430 milionów USD, rozpoczęła Na wyspie Myodo użyto 34 ukośnych cięgien o długości 36 się w 2007 r. i została ukończona po pięciu latach budowy. m, zakotwionych w betonowej płycie, w masywie skalnym. Ogólne ukształtowanie konstrukcji pokazano na rys. 8. Zastosowanie lekkiego typu zakotwienia było możliwe dzięki jego przesunięciu, a tym samym wydłużeniu przęsła głównego, co pozwoliło jednak zmniejszyć łączny koszt budowy. Jego nośność wynika z ciężaru klina skalnego i nośności skał na ścinanie, zgodnie z zakładaną powierzchnią zniszczenia. Konstrukcję zakotwienia zbudowano w następujących etapach [6]: wykonanie wykopu, sztolni i tunelu bocznego, prowadzącego do komory zakotwień; wiercenie otworów, wykonanie płyty kotwiącej w skale; instalacja i naciąg cięgien; budowa betonowego kozła oporowego i montaż siodła; montaż cięgien nośnych. Po stronie Gwangyang zakotwienie wykonano w postaci masywnego bloku betonowego w kształcie walca o średnicy 72 m i wysokości 34,8 m, wzniesionego w następujących etapach [6]: budowa osłonowej cylindrycznej Rys. 8. Most Yi Sun-sin widok z boku i przekrój poprzeczny pomostu ściany szczelinowej; 96

7 Fot. 8. Widok mostu Yi Sun-sin w końcowej fazie budowy [1] usunięcie gruntu; wypełnienie betonem; budowa betonowego kozła oporowego i montaż siodła; montaż cięgien nośnych. Każdy z pylonów o wysokości 270 m wzniesiono w postaci dwóch słupów, pochylonych do osi obiektu, o trapezowym przekroju poprzecznym, zmieniającym się na wysokości i maksymalnej grubości ściany 1,5 m [1]. Na poziomie 164 m i 255 m nogi połączono sprężonymi ryglami, wykonanymi częściowo jako elementy prefabrykowane, o masie do 1300 ton (fot. 7a). Cięgna nośne składają się z 32 lin po 400 drutów średnicy 5,35 mm, ze stali o wytrzymałości 1860 MPa. Pomost ukształtowano w postaci rozdzielonych dźwigarów skrzynkowych o opływowym kształcie, wysokości 3,05 m i szerokości 29,1 m (rys. 8). Skrzynki połączono poprzecznicami w rytmie wieszaków co 24 m. Pomost jest ciągły, nie podparto go w osiach pylonów. Segmenty unoszono przy użyciu urządzeń montażowych, zamocowanych do kabli nośnych, tylko niektóre za pomocą pływających dźwigów. Montowano je od środka przęsła ku podporom (fot. 7b), scalając tymczasowo poprzez przeguby, by ograniczyć powstające w nich w tej fazie budowy naprężenia [4]. Montaż wszystkich 90 segmentów o masie każdego z nich około 250 ton trwał zaledwie 1,5 miesiąca, a wykonanie docelowych połączeń spawanych 3 miesiące. Po częściowym wykonaniu nawierzchni most tymczasowo oddano do użytku w okresie od maja do sierpnia 2012 r., z okazji odbywającej się w Yeosu wystawy Expo. Budowę zakończono na przełomie 2012 i 2013 r. (fot. 8). widoczna jest dbałość o detale architektoniczne i komfort użytkowników obiektów. Czynnikiem, wymuszającym niejako budowę dużych i ciekawych obiektów jest urozmaicone ukształtowanie geograficzne kraju. Na podkreślenie zasługuje fakt, iż w większości przypadków, zarówno podczas projektowania, jak i budowy, nowe mosty są dziełem koreańskich inżynierów. Zagraniczne biura konsultingowe zatrudniane są w przypadku wyjątkowo skomplikowanych inwestycji. Wiele tematów, poruszanych podczas kongresu IABSE w Seulu [13], dotyczyło badań nowych materiałów (stale i betony wysokiej wytrzymałości) oraz sposobów konstruowania mostów o bardzo dużej rozpiętości przęseł. Biorąc pod uwagę obecny potencjał gospodarczy Korei należy więc przypuszczać, że na stałe dołączyła ona do czołówki krajów, przewodzących w rozwoju inżynierii mostowej. Bibliografia [1] H. S. Baek, J. H. Kim, J. W. Jang, Y. H. Seo: Yi Sun-sin Bridge: Technologies for accelerated construction of 270 m high pylons, Proc. of the 18th Congress of IABSE, Seoul, September 19-21, 2012, s [2] J. Biliszczuk, J. Onysyk, W. Barcik, R. Toczkiewicz, A. Tukendorf: Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych stosowanych w drogowych betonowych mostach podwieszonych, Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, nr 3(42), maj-czerwiec 2012, s [3] H. S. Choi, J. G. Yoon, J. H. Kim: Planning and design of 1-pylon suspension bridge, Dandeung Bridge, Proc. of the 5 th IABMAS Conference, Philadelphia, July 11-15, 2010, s [4] B. G. Jeong, S. W. Jeong, Y. S. Shin: Yi Sun-sin Bridge: Erection of girder using winch-driven lifting gantry, Proc. of the 18 th Congress of IABSE, Seoul, September 19-21, 2012, s [5] H. K. Kim, J. K. Lyoo, Y. K. Ahn, J. K. Cheong: Geum-gang 1 st Bridge extradosed bridge with V-shape pylon, Proc. of the 18 th Congress of IABSE, Seoul, September 19-21, 2012, s [6] K. T. Kim, C. Y. Song, Y. S. Shin: Yi Sun-sin Bridge: Construction of Two Different Anchorage Systems, Proc. of the 18 th Congress of IABSE, Seoul, September 19-21, 2012, s [7] W. J. Kim, K. S. Cho, C. D. Lee, K. U. An, J. O. Kim: Gyopo Bridge: A double tied arch bridge in Poseung-Pyoungtack railroad, Korean Bridge Technology, Korean Group of IABSE, 2012, s [8] C. K. Park, I. H. Jang, K. Y. Kim, Y. J. Park: Single central side & bundle type cable-stayed bridge with double composited warren truss girder: Geogeum Bridge, Korean Bridge Technology, Korean Group of IABSE, 2012, s [9] T. Stefanowski: Most w Kwidzynie jako jeden z największych w Europie typu extradosed, Mosty, nr 5/2011, s [10] R. Toczkiewicz: Mosty typu extradosed o dźwigarach zespolonych, Drogownictwo nr 11/2006, s [11] W. Trochymiak: Najnowsze realizacje betonowych mostów sprężonych na przykładzie mostów extradosed, Materiały Seminarium Mosty betonowe materiały, budowa, diagnostyka i utrzymanie, Podsumowanie Jachranka, lutego 2012 r. [12] Korean Bridge Technology, Korean Group of IABSE, 2012 W artykule przedstawiono przykłady wznoszonych obecnie [13] Proceedings of the 18th Congress of IABSE, Seoul, September 19-21, 2012 w Korei Południowej mostów o różnej konstrukcji. Analiza współczesnych dokonań koreańskiej inżynierii mostowej [12] pozwala na wyciągnięcie kilku wniosków: widoczna jest różnorodność form konstrukcyjnych i architektonicznych Z prasy zagranicznej nowych obiektów (mosty łukowe, wiszące, podwieszone, extradosed); System viatoll w Polsce rozszerzony często wznoszone są obiekty charakterystyczne (typu landmark), mające za zadanie stać się symbolem okolicy, W Polsce został rozszerzony elektroniczny system poboru opłat viatoll. W dniu 12 stycznia 2013 r., według rozporządzenia Rady Ministrów, dodatkowe 140 kilometrów autostrady A1 i dróg ekspresowych S1 i S8 włączono w której są budowane, a jednocześnie w wielu przypadkach nawiązujące do otaczającego krajobrazu; do sieci viatoll. Objęcie kolejnych 160 km dróg systemem viatoll jest powszechnie stosowane są koreańskie rozwiązania technologiczne zaplanowane na 30 marca 2013 r. 3/2013 (np. systemy podwieszeń); Drogownictwo 97