PRESTAVBY MOSTOV NA KORIDIROVÝCH TRASÁCH ŽSR

PRESTAVBY MOSTOV NA KORIDIROVÝCH TRASÁCH ŽSR Josef Vičan – Jozef Gocál – Jaroslav Odrobiňák – Richard Hlinka

1. Úvod V rámci spolupráce s praxou sa Katedra stavebných konštrukcií a mostov (KSKM) zapojila prostredníctvom projekčnej a konzultačnej organizácie Reming Consult, a.s. do projektovej prípravy niektorých mostných objektov na koridorových trasách ŽSR. V súčasnej dobe sa už tieto objekty projektované KSKM realizujú, takže sa chceme týmto článkom podeliť s technickou verejnosťou o skúsenosti, ktoré sme pri projektovaní aj realizácii mostov na tratiach ŽSR získali.

2. Lávka pre chodcov v Leopoldove Celková prestavba koľajiska v žst. Leopoldov si vyžiadala aj rekonštrukciu jestvujúcej lávky pre chodcov, ktorá zabezpečuje mimoúrovňový prechod cez staničné koľajisko do závodov Slovan Metal s.r.o., liehovar, a.s. a Poľnonákup Trnavan. Nosná konštrukcia pôvodnej lávky bola riešená ako spojitý priehradový trám o šiestich poliach s rozpätiami jednotlivých polí 19,30 m + 9,10 m + 23,00 m + 18,30 m + 22,90 m + 17,30 m. Spodnú stavbu lávky tvorili členené oceľové piliere uložené na betónových sokloch založených na betónových základoch. Z obidvoch strán bol zabezpečený prístup k lávke oceľovými schodiskami s medzipodestami. Podlaha lávky aj schodiskové stupne a medzipodesty boli zhotovené z oceľových plechov opatrených protiskĺznym náterom. Vzhľadom k zmene priestorového usporiadania staničného koľajiska ako aj k neuspokojivému technickému stavu oceľovej nosnej konštrukcie jestvujúcej lávky bolo rozhodnuté pristúpiť ku komplexnej rekonštrukcii lávky formou výstavby novej. Projektovú dokumentáciu pre stavebné povolenie (DSP) vypracoval SODOP Praha, realizačnú dokumentáciu (DRS) predmetnej lávky spracovala KSKM na základe objednávky od firmy Reming Consult, a.s. v roku 2003, [1]. V rámci realizačnej dokumentácie sa zachovala koncepcia nosnej konštrukcie novej lávky podľa DSP s nepatrnými úpravami v šírkovom priestorovom usporiadaní, ktoré si vyžiadala 

prof. Ing. Josef Vičan, CSc., vedúci katedry, ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, Univerzitná 8215/1 Ing. Jozef Gocál, PhD., vedúci oddelenia, ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, Univerzitná 8215/1 Ing. Jaroslav Odrobiňák, PhD. Odborný asistent, ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, Univerzitná 8215/1 Ing. Richard Hlinka, odborný asistent, ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, Univerzitná 8215/ tel.: 00421 41 513 5651, fax: 00421 41 513 5690, e-mail: [email protected]

požiadavka zabezpečenia priepustnosti lávky 2 700 chodcov/hod, čo znamenalo úpravu svetlej šírky lávky na hodnotu 2 250 mm. Zásadnou zmenou však bola nová koncepcia spodnej stavby, ktorá v DSP bola navrhovaná zo železobetónových rámových pilierov. V rámci DRS bola spodná stavba navrhnutá z oceľových pilierov votknutých do pilótových základov. Obidve prístupové schodiska novej lávky boli navrhnuté ako jednoramenné, čo aj zodpovedalo koncepcii schodísk pôvodnej lávky. Zmena oproti DSP je iba v prístupovom schodisku, kde sa zo strany staničnej budovy predpokladalo schodisko jednoramenné, avšak na druhej strane bolo navrhnuté dvojramenné schodisko. Nová lávka bola situovaná do km 63,512, čo znamenalo jej posun v smere do žst. Leopoldov. Posunutie polohy novej lávky vyvolala požiadavka zabezpečiť prechod cez koľajisko po dobu výstavby novej lávky, obr. 1.

Obr. 1 – Pohľad na pôvodnú lávku a prvú etapu výstavby novej lávky pre chodcov

2.1

Nosná konštrukcia lávky pre chodcov

Nosná konštrukcia novej lávky pre chodcov bola navrhnutá ako spojitý priehradový trám o 4 poliach s rozpätiami jednotlivých polí 24,75 m + 30,25 m + 35,75 m + 33,00 m. Hlavné priehradové nosníky priamopásovej kosouhlej sústavy majú konštrukčnú výšku 2 200 mm. Pásové prúty sú navrhnuté z rúrkových profilov RHS 300 x 200 x 8 mm, výplňové medzipásové prúty sú z profilov IPE 180 a sú privarené kútovými zvarmi awe = 5,0 mm na pásové prúty. Diagonály kosouhlej sústavy sú v sklone 57, 995°, čo znamená dĺžku priehrad 2 750 mm. Priečny rez lávky je otvorene usporiadaný s hlavnými nosníkmi v osovej vzdialenosti po 2 500 mm, ktorá zabezpečuje požadovanú svetlosť lávka 2 250 mm. Vonkajšia celková šírka lávky je 2 900 mm a celkový výškový rozmer lávky dosahuje hodnotu 2 500 mm. Mostovka lávky je priečniková, kedy v uzloch hlavného nosníka sú privarené uzlové priečniky IPE 220, ktoré spolu s diagonálami tvoria polorám zabezpečujúci stabilitu horného tlačeného pásu. Medzi uzlovými priečnikmi vo vzdialenostiach po 1 375 mm sú na dolný pás priskrutkované podlahové priečniky IPE 120 nesúce spolu s uzlovými priečnikmi podlahu lávky zhotovenú z oceľových plechov hrúbky 8 mm opatrené protiskĺznym náterom.

Nosnú konštrukciu schodísk tvoria dve schodnice uložené na stojkách situovaných v miestach medzipodest a hornej podesty. Prierez schodníc je zvarený z dvoch UPE 200 do uzavretého prierezu 200 x 152 mm. Schodiskové stupne šírky 290 mm a výšky 165 mm sú navrhnuté z plechu hrúbky 8 mm vystuženého dvoma výstuhami P 8 x 40 mm v osovej vzdialenosti 272 mm. Povrch schodiskových stupňov je tiež opatrený protiskĺznym náterom. Podlahy dvoch medzipodest a hornej podesty pri vstupoch na lávku sú tiež z plechu hrúbky 8 mm vystuženého pozdĺžnymi výstuhami P 8 x 40 mm v osových vzdialenostiach po 300 mm. Povrch podest a medzipodest je tiež opatrený protiskĺznym náterom. Priestorová tuhosť schodísk je v ich smere zabezpečená votknutím do základových pätiek a v priečnom smere ju zabezpečuje rámová tuhosť stojok spolu s priečnym stužidlom polpriečkovej sústavy umiestneným medzi stojkami strednej medzipodesty. Oceľová nosná konštrukcia lávky aj schodísk je zhotovená z oceli S 235 J0. Odvodnenie nosnej konštrukcie lávky je priečnym dostredným sklonom podlahových plechov do stredu lávky, kde je medzi plechmi medzera 30 mm, ktorou voda steká na protidotykové zábrany a ich sklonmi sa odvádza na zem mimo koľajisko. Lávka aj schodisko sú opatrené zábradlím, ktoré tvorí madlo z rúrky 82,5 x 4 mm a stĺpiky z tej istej rúrky. Stĺpiky zábradlia sú privarené kútovými zvarmi awe = 3,0 mm na schodnicu schodiska, respektíve prostredníctvom styčníkových plechov privarených na hornú plochu dolných pásov na dolné pásy hlavných priehradových nosníkov. Madla zábradlia na lávke sú privarené cez vložky z rúrok 60 x 4 mm na diagonály hlavných nosníkov. Protikorózna ochrana všetkých oceľových nosných častí lávky pre chodcov je riešená metalizáciou zliatinou Zinacor 850 v hrúbke 100 µm s následným epoxipolyuretánovým náterom v troch vrstvách. 2.2

Spodná stavba lávky pre chodcov

Spodnú stavbu lávky pre chodcov tvorí 5 oceľových členených pilierov tvaru Y navrhnutých vždy z dvoch stojok v osovej vzdialenosti 900 mm. Každá stojka má uzavretý prierez 300 x 300 mm zvarený z plechov hrúbky 18 mm kútovými zvarmi awe = 5,0 mm. Obidve stojky každého piliera sú vo výškových úrovniach 2 977 mm, 4 496 mm a 6 015 mm vzájomne prepojené priečkami uzavretého profilu 300 x 300 mm z plechov hrúbky 14 mm. Hore sú stojky členených pilierov uzavreté úložnými ložiskovými doskami z plechov P 40 x 400 – 550 mm na pilieri č. 3 (pevné ložisko) a na zvyšných pilieroch sú úložné dosky z plechov P 40 x 400 – 500 mm. Piliere sú votknuté do pilótových základov pomocou kotevnej dosky P 44 x 600 – 600 mm vystuženej 12 výstuhami P 14 x 140 – 180 mm a 12 kotevných skrutiek M 36 x 3 – 500 s kotevnými hlavami P 10 x 100 – 100 mm ukotvenými v základovej pätke v hĺbke 400 mm. Základy pilierov lávky sú pilótové, vždy dve pilóty  800 mm pod každým pilierom, vŕtané do hĺbky 8,00 m, vzájomne prepojené základovou pätkou 1 400 x 2 700 x 1 000 mm z betónu C 20/25 vystuženého 8  V 16 pri obidvoch povrchoch. Pilóty sú zhotovené tiež z betónu C 20/25 a sú vystužené 6  V 16 ovinuté špirálou  V 8.

200

KONŠTRUKCIA OSVETLENIA

600

560

2500

152,598

HORNÝ PÁS 200x300

300

1160

200

3660

180

2250

180

DIAGONÁLA IPE 180 1100

PODLAHOVÝ PANEL 150,398

P 8 + VÝSTUHY

72 220 8

149,808

DOLNÝ PÁS 200x300 PEVNÉ OCEĽOVÉ LOŽISKO 1.P.1

300

240

290 300

150

60

STYČNÍKOVÝ PRIEČNIK IPE 220

1519

°

0

30

STUŽENIE 300

1599

ZÁBRADLIE

135

1900

2200

135

1519

500

PRIEČLE PILIERA

2200

500

300x300

4795

300

6394

2700

STĹPY PILIERA

3073

300x300

900 750

900 300

600 300

900 750

ŽB. PREVIAZKA PILÓT B25 (C20/25)

44

100

1000

143,414

143,314 142,414 ŽB. VŔTANÉ PILÓTY 800 mm

7000

B25 (C20/25) 600

1500

600

Obr. 2 – Priečny rez lávky pri pilieri

Schodisko je podopreté dvojicami stojok privarených na schodnice v miestach medzipodest. Dolná časť schodiska je uložená cez kotevnú dosku priamo na betónový základ, horná podesta je jednou stranou uložená na koncovom pilieri lávky a druhá strana je podopretá pilierom rovnakého tvaru ako sú piliere lávky, avšak subtílnejších rozmerov, a to z uzavretého prierezu vytvoreného z dvoch UPE 140. Rovnaký prierez majú aj medziľahlé stojky v miestach medzipodest. Nosná konštrukcia lávky pre chodcov je uložená na normalizované oceľové pevné ložiská I.P.1 situované na pilieri č. 3 (číslovanie je od staničnej budovy v Leopoldove), na

zvyšných pilieroch je uloženie pohyblivé na valčekových ložiskách I.V.1. Ložiská sú navrhnuté z materiálu 42 2660.1. Schodiská sú na piliere uložené kĺbovo. Kĺby sú navrhnuté z plechov P 40 x 80 – 80 mm, ktoré sú zabrúsené v mieste kontaktu so schodnicami do guľovej plochy o polomere 400 mm.

Obr. 3 – Pohľad na lávku pre chodcov v Leopoldove tesne po jej dokončení

Realizáciu lávky pre chodcov zabezpečovala firma Strabag. Vlastnú oceľovú konštrukciu dodala firma Ocekon Košice. Najväčšie problémy pri realizácii celej lávky sa paradoxne týkali z pohľadu mostárov nepodstatného prvku, ktorým boli protidotykové zábrany. V pôvodnej dokumentácii boli navrhnuté podľa normy STN 73 6223, ktorá však bola nahradená novou STN EN 50122-1 a STN EN 50122-1/Z2, takže bolo potrebné vypracovať a odsúhlasiť nový návrh vrátane doplnku projektovej dokumentácie. Celý proces trval viac ako 2 mesiace, pričom projektová dokumentácia zábran bola vyhotovená v priebehu 5 dní.

3. Rekonštrukcia železničného mosta v nžkm 89,975 Pôvodný mostný objekt bol zhotovený v roku 1948 za účelom prevedenia železničnej trate Bratislava - Žilina v km 89,989 cez Čachtický kanál. Ide o trojpoľový objekt so svetlosťami jednotlivých mostných otvorov 6,61 m + 10,00 m + 6,65 m. Pod každou koľajou sa nachádza samostatná nosná konštrukcia zhotovená v každom poli premostenia ako jednoducho podopretá doska s tuhou výstužou, ktorú v krajných poliach tvoria koľajnice a v strednom poli profily I 500. Opory aj piliere spodnej stavby sú zhotovené z betónu vrátane rovnobežných krídiel a sú tiež priečne členené ako samostatné spodné stavby pod každou koľajou. Vzhľadom k zlému technickému stavu nosnej konštrukcie premostenia, nevyhovujúcemu priestorovému usporiadaniu a nízkej zaťažiteľnosti (ZUIC = 0,653), bolo rozhodnuté pristúpiť k návrhu rekonštrukcie celého objektu výmenou nosnej konštrukcie za oceľobetónovú konštrukciu so zabetónovanými oceľovými nosníkmi

s vyhovujúcim priestorovým usporiadaním, čo si však vyžiadalo aj následnú úpravu spodnej stavby, [2]. 3.1

Nosná konštrukcia mosta

Nosná konštrukcia premostenia je vo všetkých troch poliach navrhnutá ako priečne členená oceľobetónová doska so železobetónovými širokoprírubovými nosníkmi profilu HE 360 B rozpätia 7,50 m v oboch krajných poliach a HE 450 M s rozpätím 10,45 m v stredom poli vyrobených z oceli S 235. Priečne členenie nosnej konštrukcie vyplynulo zo spôsobu jej montáže, ktorý si vyžadoval dve samostatné vzájomne priečne nespojené dosky, vždy jedna doska pod každou koľajou. Dilatačná škára medzi doskami šírky 30 mm sa vyplnila elastomernými tesniacimi pásmi. Na zhotovenie dosky sa použil betón C 25/30, priečna výstuž dosky je  R 16 a pozdĺžna výstuž je profilu  R 12. Prenos šmyku je zabezpečený strmeňmi  R 12 vo vzdialenostiach po 250 mm. Stabilitu oceľových nosníkov zabezpečujú rozpery z tyčí  24 mm vložených do rúrok 32 x 2,5 mm, ktoré sú v strednom poli navrhnuté v dvoch výškových úrovniach. V krajných poliach postačuje vzhľadom k výške nosníkov ich stabilizácia len v jednej úrovni. V pozdĺžnom smere sú v krajných poliach rozpery situované do tretín rozpätí polí, v strednom poli sú rozpery umiestnené v štvrtinách rozpätia. V pozdĺžnom smere sú nosné konštrukcie jednotlivých polí spádované kvôli odvodu vody. Nosné konštrukcie v krajných poliach sú spádované v sklone 2 % smerom k oporám, kde sa voda zachytáva do perforovanej PE rúrky min. svetlosti 125 mm. Rúrka sa osadila do profilového lôžka z betónu C 12/15 opatreného penetračným náterom a dvojvrstvovou fóliovou izoláciou a zásypom z hrubozrnného štrku frakcie 32/63. Voda sa perforovanou rúrkou v spáde 5 % na obidve strany odvádza ku krídlam, cez ktoré prienikom v PE rúrke min. priemeru 150 mm sa vypúšťa cez vybetónovaný výtok do Čachtického kanála. Nosná konštrukcia v strednom poli je spádovaná od stredu sklonom 2,5 % do štvrtiny rozpätia, kde sú situované odvodňovače, ktorými sa voda odvádza pod nosnú konštrukciu. V rovnakom sklone sú spádované zvyšné časti nosnej konštrukcie od pilierov k odvodňovačom. Uvedený spôsob spádovania dosky zabezpečuje rovnakú hrúbku nosnej konštrukcie nad piliermi a v strede rozpätia stredného poľa v hodnote 621 mm, ako aj postačujúcu hrúbku dosky nad oporami v hodnote 459 mm, ktorá vyhovuje požiadavkám na krytie oceľových nosníkov. Opis nosnej konštrukcie predmetného mosta dopĺňa priečny rez na obrázku 4. Nosné konštrukcie jednotlivých polí sa osadili na ložiská zhotovené z koľajníc R65 zabetónovaných do úložných prahov. Koľajnice sú osadené do vynechaných otvorov s presahom 40 mm nad povrch úložného prahu a sú zaliate plastbetónom. Pevné ložiská sú situované na pilieroch a vytvorili sa privarením zarážok z 2 profilov 60 x 16 – 290 mm na spodné plochy dolných pásnic oceľových nosníkov s medzerou 80 mm medzi nimi (šírka hlavy koľajnice R65). Izolácia nosnej konštrukcie je zhotovená ako celoplošné izolačné súvrstvie hrúbky 10 mm na báze fólií PVC. Súvrstvie tvorí impregnačný náter na báze kaučuku alebo asfaltu, dve vrstvy geotextílií (500 g/m2), medzi ktorými je izolačná fólia s min. pevnosťou v ťahu 5 MPa a zo separačnej fólie PVC, ktorá uzatvára súvrstvie. Izolačné súvrstvie je zachytené do rímsy pod ozubom a je fixované nekorodujúcim profilom 50 x 4 mm, ktorý je vrútmi pripevnený k rímse. Ochranu izolácie tvorí

cementový poter vystužený drôteným pletivom s okami 20 x 20 mm v celkovej hrúbke 40 mm. Všetky odkryté oceľové časti sú opatrené protikorozívnou ochranou. Dolné pásnice oceľových nosníkov vrátane steny do výšky 40 mm a vyčnievajúce časti hláv koľajníc R65 sa abrazívne očistili na povrch Sa 3 a dielensky sa nametalizovali zliatinou Zinacor 850 (85 % Zn, 15 % Al) v hrúbke 120 m. Metalizácia sa opatrila trojvrstvovým epoxipolyuretánovým náterovým systémom. 275

5110

292,5 100

585

620

585

585

585 4665

585

585

585

773 540

360

150 155 678

180

400

180

30/ 2

15 277,5

Obr. 4 – Polovica priečneho rezu nosnej konštrukcie 1. poľa mosta v nžkm 89,975

3.2

Spodná stavba mosta

Rozšírenie nosnej konštrukcie do šírky spodnej hrany 9 360 mm si vyžiadalo predĺženie úložných prahov spodnej stavby. Navrhované riešenie uvažovalo odbúranie pôvodných úložných prahov opôr aj pilierov vrátane časti driekov podpier po výškovú úroveň 169,947. Zvyšné časti opôr a pilierov vrátane ich základov sa ponechali a zosilnili sa mikropilótami  200 mm vŕtanými do hĺbky min. 6,0 m pod úroveň základovej škáry. Do vyvŕtaných otvorov sa vložili výpažnice navrhnuté z oceľových perforovaných rúrok R 108 x 10 mm, ktoré sa vyplnili betónom C 25/30. Pre každú podperu boli navrhnuté dve rady mikropilót vo vzdialenostiach po cca 750 mm. Pri realizácii pilótového zosilnenia základov bratislavskej opory narazil zhotoviteľ na neprevŕtateľnú vrstvu neznámeho materiálu, čo si vyžiadalo zmenu spôsobu zosilnenia. Vŕtanie mikropilót bolo realizované z úrovne základov opory šikmo v smere pod oporu, čím sa podarilo vyhnúť sa tejto vrstve. Nové úložné prahy sú navrhnuté z betónu C 25/30. Z montážnych dôvodov boli riešené ako členené podobne ako nosná konštrukcia s dilatačnou škárou 30 mm vyplnenou elastomernými pásmi. Výstuž úložných prahov je navrhnutá z profilov  R 12. Súčasne s úložnými prahmi sa betónovali aj horné časti rovnobežných krídiel s rímsami. Obrázok 5 dokumentuje stav mosta po výmene úložných prahov a mostných dosiek na jeho pravej polovici, t.j. v koľaji č.1 v smere do Žiliny, ktorá bola v súlade s postupom rekonštrukčných prác uvedená do prevádzky už v septembri minulého roku. Rekonštrukciu mosta realizovalo firma Doprastav a.s., s ktorou bola pri realizácii veľmi dobrá spolupráca a vzniknuté problémy sa riešili priebežne bez

administratívnych prieťahov.

Obr. 5 – Pohľad na zrekonštruovanú časť železničného mosta cez Čachtický kanál

4. Záver Príspevok stručne predstavuje vybrané realizácie mostných objektov, na projektoch ktorých sa významne podieľala Katedra stavebných konštrukcií a mostov v uplynulom období. V súvislosti s mostným objektom na obr. 5 sa po dohode s realizátorom stavby podarilo pri výstavbe mostu do nosnej konštrukcie zabudovať tenzometrické snímače pomerných pretvorení najviac namáhaných zabetónovaných oceľových nosníkov s predpokladom dlhodobého sledovania reálneho správania sa mostného objektu pri prevádzkovom zaťažení. Uvedeným typom mostov sa zaoberáme v rámci našich výskumných aktivít s predpokladom využiteľnosti výsledkov výskumov pre optimálnejší návrh týchto v súčasnosti veľmi ťažkých mostov. Týmto chceme vyjadriť súčasne poďakovanie realizátorovi, firme Doprastav, a.s., že prípravu meraní počas výstavby umožnil. Oznámenie Príspevok vznikol za prispenia Agentúry na podporu výskumu vývoja na základe Zmluvy č. APVV – 20 – 010005. Literatúra [1] SO 15.33.01: Úprava lávky pre peších v km 63,512. Projektová dokumentácia SO 15.33.01 v rámci stavby: ŽSR – Modernizácia trate Trnava – Nové Mesto n/Váhom, žkm 47,550 – 100,500 pre traťovú rýchlosť 160 KM/hod. Spracovateľ: ŽU v Žiline, Katedra stavebných konštrukcií a mostov, 09/2003. [2] SO 20.33.05 : Železničný most nžkm 89,975 (ev.89,989). Projektová dokumentácia SO 20.33.05 v rámci stavby: ŽSR – Modernizácia trate Trnava – Nové Mesto n/Váhom, žkm 47,550 – 100,500 pre traťovú rýchlosť 160 KM/hod. Spracovateľ: ŽU v Žiline, Katedra stavebných konštrukcií a mostov, 06/2004.