PRZYKŁADY ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH STOSOWANYCH W DROGOWYCH BETONOWYCH MOSTACH PODWIESZONYCH Jan Biliszczuk Jerzy Onysyk Politechnika Wrocławska Zespół Badawczo-Projektowy MOSTY-WROCŁAW Wojciech Barcik Robert Toczkiewicz Artur Tukendorf Zespół Badawczo-Projektowy MOSTY-WROCŁAW

Wprowadzenie W ostatnich dwudziestu latach można zauważyć coraz śmielsze stosowanie betonu w budowie drogowych mostów podwieszonych. Obiekty wykonywane z betonu klasy C50/60 i wyższej są bardziej odporne na oddziaływania korozyjne, niż konstrukcje stalowe. Czynnikiem, sprzyjającym stosowaniu betonu w konstrukcjach podwieszonych, są lepsze niż w przypadku mostów stalowych właściwości tłumienia drgań. W Polsce, w ciągu ostatnich dziesięciu lat, wzniesiono, buduje się lub przewidziano do realizacji kilkanaście podwieszonych mostów drogowych z betonu. W referacie przedstawiono te konstrukcje, konfrontując je z wybranymi osiągnięciami krajów z nami sąsiadujących (Słowacji i Czech).

ZB-P MOSTY-WROCŁAW Most Rędziński przez Odrę 1. Most Rędziński przez Odrę w ciągu AOW (2011) Estakady dojazdowe: - estakada południowa E1: - długość całkowita: 610 m, - ustrój 11-przęsłowy: 40 + 2 x 52 + 56 + 6 x 60 + 50 m, - estakada północna E3: - długość całkowita: 520 m, - ustrój 9-przęsłowy: 50 + 7 x 60 + 50 m, (konstrukcje belkowe, skrzynkowe, z betonu sprężonego) Most główny M2: - konstrukcja podwieszona z betonu, - długość całkowita: 612 m. Widok mostu z boku

Most główny przez Odrę - długość całkowita: 612 m, - przęsła rozpiętości: 49 + 2 x 256 + 49 m, - rozdzielone konstrukcje nośne pod obie jezdnie, - 4 płaszczyzny podwieszenia (160 want), - pojedynczy pylon typu H (wysokość: 122 m). Widok pylonu Widok mostu głównego z boku

Politechnika Wrocławska Zespół BadawczoBadawczo-Projektowy MOSTY MOSTY--WROCŁAW Ustrój nośny Prefabrykaty boczne Zbrojenie płyty dolnej i środników Strefa zakotwienia want

Technologia wznoszenia Schemat budowy mostu i estakad

Schemat sprężenia docelowego przęseł

Konstrukcja pylonu - posadowienie na 160 palach o długości 18,0 m i średnicy 1,5 m; - stopa żelbetowa o wymiarach 67,4 x 28,0 m, grubości od 2,5 do 6,5 m; - pylon o konstrukcji hybrydowej: - nogi pylonu i dolna część ramion żelbetowa, - górna część ramion zespolona, - rygiel dolny belka sprężona, - rygiel górny sprężona konstrukcja zespolona. Konstrukcja pylonu

Układ sprężenia i zbrojenia górnego rygla pylonu Montaż rdzenia stalowego rygla górnego wraz z częścią zbrojenia

Widok ukończonego obiektu Projekt: ZB-P Mosty-Wrocław Wykonawca: Mostostal Warszawa, Acciona

2. Most przez Wisłę w Kwidzyniu (w budowie) Charakterystyka konstrukcji: - budowana w ciągu DK 90, łączącej Kwidzyn z DK 1 oraz autostradą A1; - most sprężony kablami o dużym mimośrodzie (typu extradosed); - sześcioprzęsłowa belka o rozpiętościach przęseł 70+130+204+204+130+70 m; - kable zewnętrzne z 75 splotów o przekroju 7Ø5 mm, odchylane w siodłach, kotwione w przeponach, wyprowadzonych poza obrys dźwigara skrzynkowego. Projekt: Transprojekt Gdański Wykonawca: Budimex, Ferrovial Widok mostu z boku

Wizualizacja mostu w Kwidzyniu Przekrój poprzeczny przęsła

Porównanie sylwetek Mostu Rędzińskiego i mostu w Kwidzyniu Porównanie charakterystycznych parametrów Mostu Rędzińskiego i mostu w Kwidzyniu Nazwa mostu Most Rędziński we Wrocławiu Most przez Wisłę w Kwidzyniu Wysokość Kąt nachylenia Wysokość Ilość stali pylonu najdłuższej minimalna h / L sprężenia i H, H* wanty α, tgα ustroju h podwieszenia [m] [m] [ ] [-] [m] [kg/m 2 ] 256,0 122,0 22,6 ~100,3* 0,42 2,58 1/99 ~97 Rozpiętość najdłuższego przęsła L 204,0 20,7 ~17,2* 10,5 0,19 H - wysokość całkowita pylonu H* - wysokość pylonu pomiędzy poziomem pomostu i zakotwieniem najdłuższego cięgna w pylonie tgα - tangens kąta nachylenia najdłuższego cięgna 3,50 1/58 ~86

3. Most Milenijny przez Odrę we Wrocławiu (2004) Charakterystyka konstrukcji: - zlokalizowana w ciągu Obwodnicy Śródmiejskiej Wrocławia; - rozpiętości przęseł: 68,5 + 153,0 + 68,5 m; - pomost dwudźwigarowy, belki wysokości 2,70 m; - dwa betonowe pylony typu H o wysokości 50,0 m; - dwie płaszczyzny podwieszenia, kable kotwione we wspornikach poprzecznic łączących belki krawędziowe pomostu. Widok mostu z boku

Projekt: BBR Polska Wykonawca: Skanska Przekrój poprzeczny przęsła Widok pylonu Widok Mostu Millenijnego podczas obciążeń próbnych

4. Most przez Motławę w Gdańsku (w budowie) Charakterystyka konstrukcji: - zlokalizowana w ciągu drogi ekspresowej S7 (Południowa Obwodnica Gdańska); - rozpiętości przęseł: 77,5 + 135,0 + 77,5 m; - obiekt typu extradosed, cięgna kotwione w pylonie i pomoście; - odrębne ustroje nośne dla każdej z jezdni: dwa dźwigary skrzynkowe, stężone kratownicowymi poprzecznicami stalowymi. Widok mostu z boku

ZB-P MOSTY-WROCŁAW Projekt: Transprojekt Gdański, Mosty Gdańsk Wykonawca: Bilfinger Berger Przekrój poprzeczny przęsła

5. Most MA 532 w ciągu autostrady A1 (2012) Charakterystyka konstrukcji: - usytuowana w strefie węzła Mszana autostrady A1, nad doliną Kolejówki; - obiekt typu extradosed, cięgna zewnętrzne prowadzone w osi obiektu; - wspólna konstrukcja dla obu jezdni: dźwigar skrzynkowy o szerokości od 38,58 m do 47,45 m. Ukształtowanie konstrukcji mostu MA 532

Nietypowe rozwiązania konstrukcyjne zastosowane w moście: - wiotkie kable kapeluszowe zamiast sztywnych przepon bądź zastrzałów dla zapewnienia współpracy poprzecznej elementów skrzyni, ograniczona liczba sztywnych przepon; - włączenie łącznicy 532.1 w środkową część przęsła B-C niesymetryczne obciążenie przęsła, powodujące przeciążenie skrajnego środnika skrzyni. Przekroje poprzeczne mostu MA 532

Projekt: Complex Projekt Wykonawca: Alpine Bau Widok obiektu w trakcie budowy

6. Wiadukt w Povazskiej Bystricy, Słowacja (2010) Charakterystyka konstrukcji: - zlokalizowana w ciągu autostrady D1; - belka ciągła o rozpiętościach przęseł 34,2 + 48,8 + 70,8 + 6x122,0 + 68,0 m; - obiekt typu extradosed, cięgna kotwione w pomoście; - dźwigar skrzynkowy o szerokości 30,65 m, ze wspornikami podpartymi przez prefabrykowane zastrzały w układzie V ; - zmienna wysokość dźwigara od 6,00 m nad podporami do 4,70 m w przęśle. Widok wiaduktu na tle panoramy Povazskiej Bystricy

- przęsła wznoszone metodą wspornikową: siedem symetrycznych wahadeł, wykonywanych jednocześnie przy użyciu siedmiu par trawelerów. Projekt: Strasky Husty & Partners z Brna Budowa wiaduktu w Povazskiej Bystricy

7. Projekt mostu przez Łynę w ciągu obwodnicy Olsztyna Charakterystyka konstrukcji: - przekracza dolinę rzeki Łyny, którą wypełnia podmokły obszar torfowiska; - most typu extradosed o wspólnej konstrukcji nośnej dla obu jezdni; - rozpiętość przęsła głównego 120,0 m; - jednokomorowa konstrukcja skrzynkowa, wsporniki pomostu podparte za pomocą prefabrykowanych, trójkątnych płyt betonowych; - dźwigar podwieszony do pylonów-dewiatorów w kształcie litery V, zamocowanych w konstrukcji pomostu. Widok mostu z boku

Projekt: ZB-P Mosty-Wrocław Przekrój poprzeczny przęsła przy podporze Wizualizacje mostu przez Łynę

8. Most przez Odrę i Jez. Antoszowickie, Czechy (2007) Charakterystyka konstrukcji: - zlokalizowana w ciągu autostrady D47 w pobliżu Ostrawy; - główne przęsło rozpiętości 105 m podwieszone do pylonu wysokości 46,8 m; - olinowanie w układzie pół-promienistym; promienistym; zakotwienia w pomoście w rozstawie 6,07 m, w pylonie 1,20 m; - pylon hybrydowy w górnej części stalowy rdzeń (miejsce zakotwienia want), zespolony z betonowym płaszczem. Widok mostu z boku

- ustrój nośny w postaci dwukomorowych dźwigarów skrzynkowych o wysokości 2,20 m, bez tradycyjnych zastrzałów. Przekrój poprzeczny przęsła Projekt: Strasky Husty & Partners

9. Most przez Skawę w Zembrzycach (2010) Charakterystyka konstrukcji: - most stanowi część obwodnicy Zembrzyc, w ciągu drogi nr 956; - ustrój nośny: układ belkowo-płytowy (dwa dźwigary wysokości 2,20 m w rozstawie 6,30 m) o szerokości 13,3 m; - przęsło główne o rozpiętości 105,0 m; - asymetryczny betonowy pylon o wysokości 50,95 m - dwa zakrzywione ramiona, wyprowadzone z masywnych trzonów, stężone w górnej części dwoma ryglami. Widok mostu z boku

ZB-P MOSTY-WROCŁAW Projekt: Biuro Inżynierskie Fijałkowski Wykonawca: Mota-Engil Ukształtowanie pylonu Widok mostu w trakcie budowy Widok ukończonego mostu przez Skawę

10. Most przez Wartę w Koninie (2007) Charakterystyka konstrukcji: - zlokalizowana w ciągu nowego odcinka DK 25; - pierwszy w Polsce obiekt typu extradosed; - ustrój nośny: trójbelkowy ruszt, podwieszony do niskich pylonów; - cięgna składające się z 37 lub 42 splotów 7Ø5 mm, kotwione w pylonie w sposób bierny, czynne zakotwienia w pomoście; - most wykonany w technologii nasuwania podłużnego, w kolejności belka po belce, z zastosowaniem awanbeku. Widok mostu z boku

Projekt: Transprojekt Gdański Wykonawca: Hydrobudowa 6, PPRM Płock Widok mostu w trakcie wznoszenia Przekrój poprzeczny przęsła przy podporze Most w Koninie po ukończeniu

11. Most przez Rabę w Dobczycach (w budowie) Charakterystyka konstrukcji: - ustrój nośny: dwa dźwigary o stałej wysokości 1,72 m, w rozstawie 10,20 m, stężone poprzecznicami w rozstawie 25,0 m; - kolumnowe pylony, utwierdzone w belkach pomostu; - cięgna zakotwione w pylonie w sposób bierny (system widelcowy), w sposób czynny w pomoście, we wnękach dźwigarów belkowych; - cięgna systemu BBR VT Cona HiAm/HiEx. Widok mostu z boku

Projekt: Complex Projekt Wykonawca: Alpine Bau Przekrój przy pylonie Montaż cięgien podwieszających

12. Wiadukt nad torami PKP w Opolu (2010) Charakterystyka konstrukcji: - ustrój nośny: w strefie pylonu betonowa płyta o grubości 0,90 m, w przęsłach ruszt trójdźwigarowy; - pylon o konstrukcji hybrydowej: poniżej pomostu i w części środkowej betonowy, w części górnej stalowy. Ukształtowanie wiaduktu

Projekt: Promost Jerzy Śliwka, Staehler+Knopikk Ing. Wykonawca: Himmel i Papesch, Mostmar Konstrukcja pylonu Widok ukończonego wiaduktu

13. Wiadukt nad autostradą A4 w Wykrotach (2008) Charakterystyka konstrukcji: - wiadukt w ciągu DK 94, nad autostradą A4; - kąt przecięcia z osią autostrady 38,36º, obiekt zakrzywiony w planie; - ustrój nośny: dwa dźwigary sprężone kablami 19T15S, stężone żelbetowymi poprzecznicami w rozstawie ~8 m; - stalowe pylony wysokości 15,30 m o przekroju skrzynkowym, zamocowane w żelbetowych filarach; Widok wiaduktu z boku

Projekt: ZB-P Mosty-Wrocław Wykonawca: DTP Terrassement - cięgna podwieszające typu 18T15S, 24T15S i 30T15S zakotwione czynnie we wspornikach sprężonych 4 prętami Ø75 mm. Widok ukończonego wiaduktu w Wykrotach Przekrój przy pylonie Konstrukcja sprężonych wsporników

14. Wiadukt nad drogą ekspresową S8 w Oleśnicy (2012) Charakterystyka konstrukcji: - wiadukt dwuprzęsłowy z betonu sprężonego, rozpiętości przęseł 43,50 + 39,90 m; - obiekt zakrzywiony w planie, skos konstrukcji od 32,5 do 46,5 ; - ustrój nośny: dwubelkowy, z płytą pomostową zagłębioną pomiędzy krawędziowo usytuowanymi dźwigarami. Ukształtowanie wiaduktu

Projekt: ZB-P Mosty-Wrocław Wykonawca: Mota Engil - dźwigary sprężone kablami 31L15,7, cięgna zewnętrzne oparto poprzez siodła w betonowych dewiatorach. Układ kabli sprężających dźwigary główne Widok wiaduktu w trakcie wznoszenia Wizualizacja wiaduktu

Podsumowanie Dotychczasowe doświadczenia, płynące z eksploatacji i badań istniejących obiektów, są pozytywne i wskazują, że polscy inżynierowie opanowali zasady projektowania i budowy omawianego typu konstrukcji. Porównując niektóre krajowe rozwiązania z projektami wykonanymi np. przez SHP widoczne jest, że jest jeszcze wiele do zrobienia w zakresie poprawy kształtowania architektonicznego i estetyki mostów podwieszonych.

15. Wpływ różnych technologii na zużycie materiałów dokumentacji, Przeprowadzenie przetargu na budowę obiektu, na podstawie którym zasadniczym elementem jest Projekt Budowlany pozwala w wielu przypadkach na zastosowanie technologii zaproponowanej przez Wykonawcę, innej niż przewidywał Projektant. Zwłaszcza, że może zmienić się sytuacja terenowa w okresie od projektowania do rozstrzygnięcia przetargu i sporządzenia projektu wykonawczego. Wrocławia. Przypadek taki wystąpił na budowie Autostradowej Obwodnicy

Dwa wiadukty w ciągu autostrady, jeden o długości 300,00 m i drugi o długości 750,00 00 m, zostały zaprojektowane pod technologię nasuwania podłużnego. Z tego powodu ich przekroje poprzeczne były identyczne i przęsła o podobnych rozpiętościach. Także układ sprężenia wewnętrznego i zewnętrznego dla obydwu konstrukcji był podobny.

Podział robót między uczestnikami Konsorcjum wykonawców spowodował, że dwa bardzo podobne obiekty przypadły różnym Wykonawcom.

Wykonawca wiaduktu WA-17 (300,00 m) utrzymał technologię nasuwania, gdyż ze względu na ciasne wpasowanie przęseł nad skrajnią drogową i kolejową nie było innej możliwości budowy. W przypadku wiaduktu WA-19 (750,0000 m) Wykonawca wyszedł z inicjatywą budowy przęseł na pełnych rusztowaniach za zgodą Inwestora, gdyż umożliwiły to zmiany w terenie i prowadzone na nim równolegle inne inwestycje.

Wiadukt budowany w technologii nasuwania podłużnego (WA-17) Wiadukt położony jest w terenie miejskim i przebiega między innymi nad układem ulic i dwutorową linią kolejową. Trasa autostrady na tym odcinku przebiega na całej długości w łuku poziomym o stałym promieniu R=2000 m i stałym pochyleniu niwelety.

The viaduct constructed using longitudinal launching (WA-17)

Wiadukt budowany w technologii nasuwania podłużnego (WA-17) W celu nasunięcia ustrój nośny sprężono kablami wewnętrznymi w układzie centrycznym. Zastosowano długi awanbek i podpory montażowe tylko w trzech najdłuższych przęsłach. W obrębie trzech przęseł o największych rozpiętościach zastosowano po nasunięciu kable wewnętrzne przebiegające w środnikach z wyplotami w dolnych narożach skrzyni, w strefach podpór P3 do P6.

The viaduct constructed using longitudinal launching (WA-17)

Wiadukt budowany w technologii nasuwania podłużnego (WA-17) Schemat stanowiska wytwórczego istotnie różni się od stanowisk standardowych, ze względu na konieczność instalacji rur podpierających wsporniki. Stąd wynikają trzy etapy betonowania przekroju.

Wiadukt budowany w technologii nasuwania podłużnego (WA-17)

The viaduct constructed using longitudinal launching (WA-17)

The viaduct constructed using longitudinal launching (WA-17)

The viaduct constructed using longitudinal launching (WA-17)

The viaduct constructed using longitudinal launching (WA-17)

Wiadukt budowany na tradycyjnych rusztowaniach (WA-19) Ze względu na małą odległość między wiaduktami WA-17 i WA- 19, przypuszczając, że będzie je budował jeden Wykonawca oraz biorąc pod uwagę podobieństwo przeszkody, obydwa wiadukty ukształtowano bardzo podobnie w zakresie ustroju nośnego, podpór i rozpiętości przęseł.

Wiadukt budowany na tradycyjnych rusztowaniach (WA-19) Wiadukt WA-19 jest dłuższy (750,0000 m); 16 przęseł osadzonych jest na wyższych podporach i w bardziej skomplikowanym terenie. Jednak najistotniejszą różnicą w stosunku do WA-17 jest trasa autostrady i niweleta, które są bardziej złożone. Część wiaduktu jest w łuku pionowym i poziomym, umożliwiającymi nasunięcie, a pozostałe odcinki są proste w planie, w stałym pochyleniu. Z tego powodu w projekcie budowlanym przewidywano zastosowanie nasuwania podłużnego z jednego stanowiska, a na pozostałych częściach budowę przęseł na pełnych rusztowaniach.

Wiadukt budowany na tradycyjnych rusztowaniach (WA-19) Wykonawca analizował różne możliwości budowy przęseł, łącznie z przypadkiem umieszczenia stanowiska wytwórczego w połowie długości części łukowej i przystosowanie go do nasuwania w dwóch kierunkach. Ostatecznie, po długim analizowaniu technologii budowy Wykonawca zdecydował się na budowę obydwu nitek wiaduktu na pełnych rusztowaniach, systemem sekcja po sekcji.

Wiadukt budowany na tradycyjnych rusztowaniach (WA-19)

Wiadukt budowany na tradycyjnych rusztowaniach (WA-19)

Wiadukt budowany na tradycyjnych rusztowaniach (WA-19)

The viaduct constructed using traditional scaffolding (WA-19)

The viaduct constructed using traditional scaffolding (WA-19)

The viaduct constructed using traditional scaffolding (WA-19)

The viaduct constructed using traditional scaffolding (WA-19)

Wskaźniki zużycia materiałów. Podsumowanie WA-17 WA-19 Beton (m 3 /m 2 przęsła) 0,65 0,66 Stal miękka (kg/m 3 ) 238,00 203,00 Stal sprężająca (kg/m 3 ) 74,60 39,00 WA-17 / WA-19 Beton 0,98 Stal miękka 1,17 Stal sprężająca 1,91 Zakotwienia bez uwzględnienia głowic łączących 2,336 Zakotwienia z uwzględnieniem głowic łączących 3,668

Wskaźniki zużycia materiałów. Podsumowanie Inne warunki i czynniki są trudne do uwzględnienia w porównywaniu budowy wiaduktów, jak na przykład tempo budowy, ze względu na: warunki pogodowe (faworyzujące metodę nasuwania), wysokość na terenem (bez znaczenia dla nasuwania, ewentualnie istotne dla budowy stanowiska wytwórczego), konieczność stosowania przy nasuwaniu podpór montażowych (przy WA-17 trzy podpory były wykorzystywane dwukrotnie), prowadzenie budowy dwoma nitkami równoległymi, czy prace w układzie szeregowym, kwalifikacje i szybkie opanowanie przez załogę technologii i specyfiki budowy.

Wskaźniki zużycia materiałów. Podsumowanie W przypadku obydwu wiaduktów, zasadniczymi elementami wyznaczającymi ścieżkę krytyczną są: wiadukt WA-17: konstrukcja stanowiska wytwórczego, łącznie z przyczółkiem P1 (budowa podpór stałych i tymczasowych może odbywać się sukcesywnie, w dostosowaniu do tempa produkcji segmentów, dlatego nie leżą one na ścieżce krytycznej); wiadukt WA-19: przyczółek P1 i kolejne podpory w obrębie pierwszej sekcji, rusztowanie i deskowanie na odcinku tej sekcji; budowa podpór i rusztowania w kolejnej sekcji.

Wskaźniki zużycia materiałów. Podsumowanie W świetle powyższych uwag można ocenić jak różne są to technologie i jakie w związku z tym są konsekwencje w zużyciu materiałów i prowadzeniu budowy: 1. Różnice w jednostkowej ilości betonu dla obydwu wiaduktów są minimalne i wynikają z liczby i gabarytów dewiatorów, przepon, niewielkiej zmiany przekroju skrzyni wiaduktów WA-17, lokalnych pogrubień płyty dolnej, górnej i wyplotów. 2. W konstrukcji ustroju nośnego wiaduktu wybudowanego za pomocą nasuwania podłużnego wbudowano o 18% więcej stali miękkiej; wynika to głównie z większej ilości cięgien i zakotwień, które narzucają lokalne zwiększenie ilości prętów.

Wskaźniki zużycia materiałów. Podsumowanie 3. Większa ilość w stopniu znaczącym (91%) stali sprężającej w wiadukcie WA-17 wynika z technologii, która wymusza dużą ilość sprężenia centrycznego (montażowego), zwłaszcza przy zastosowaniu tylko trzech podpór montażowych w najdłuższych przęsłach. 4. Postęp w budowie obydwu wiaduktów, jako całości był podobny. Jednak jest to konsekwencją dużej liczby różnych czynników, które trudno uwzględnić w ocenie, która technologia dała lepsze efekty czasowe w budowie wiaduktów.

Dziękuję za uwagę!