Železniční estakáda u České Třebové

V rámci modernizace prvního železničního koridoru byla v úseku Ústí nad Orlicí – Česká Třebová navržena z důvodu nevyhovujících směrových poměrů stávající trati přeložka v celkové délce asi 1200 m. Z důvodu velmi nepříznivých základových poměrů byla zvažována řada řešení zahrnující různé varianty násypů i mostních objektů. Na základě jejich vyhodnocení byla jako výsledné řešení zvolena mostní estakáda s lehkou spřaženou ocelobetonovou konstrukcí. Výstavba mostního objektu probíhala v letech 2002 a 2003.

VZNIK A VÝVOJ PROJEKTU, VARIANTY ŘEŠENÍ

Úvod

Novostavba železniční estakády se nachází na přeložce trati budované v rámci optimalizace traťového úseku Ústí nad Orlicí - Česká Třebová, který je součástí modernizace prvního koridoru Českých drah. Celková délka přeložky je přibližně 1200 m a výška nad terénem až 13 m. Důvodem pro výstavbu přeložky byly směrové poměry stávající trati, nevyhovující pro požadovanou jízdní rychlost 160 km.h-1.

Základové poměry a varianty řešení

Základové poměry v trase estakády jsou složité pro vysokou hladinu podzemní vody, proměnlivost mocnosti jednotlivých vrstev a zejména pro nepříznivé vlastnosti základových půd. Při povrchu terénu je souvrství jílovitých náplavů měkké až tuhé konzistence mocnosti do 2,7 m. V podloží jílovitých náplavů jsou štěrkovité říční sedimenty o proměnlivé mocnosti od 2,0 do 3,6 m. Předkvartérní podklad je v převážné části přeložky tvořen neogenními, nezpevněnými jílovci charakteru jílů s vysokou až velmi vysokou plasticitou tuhé až pevné konzistence, které jsou charakteristické svou značnou stlačitelností, bobtnavostí a rozbřídavostí a jejichž kvalita, resp. geomechanické vlastnosti, se s rostoucí hloubkou výrazně nezlepšují. Vzhledem k velmi nepříznivým základovým poměrům byla vypracována řada variant řešení, která zahrnovala různě řešené násypy, varianty mostního objektu i různé varianty založení vlastní estakády. Na základě podrobného srovnání bylo vybráno řešení se spojitou spřaženou ocelobetonovou nosnou konstrukcí. Podrobně jsou varianty řešení popsány v [1].

POPIS VÝSLEDNÉHO ŘEŠENÍ

Nosná konstrukce

Nosná konstrukce je dvoukolejná spojitá trámová spřažená ocelobetonová o deseti polích rozpětí 31 + 8 x 44 + 31 m.
Ocelovou část konstrukce tvoří dva přímé ocelové svařované nosníky tvaru I v konstantní osové vzdálenosti 5,3 m. Ve vzdálenost po 5,5 m (v krajních polích 4,0 až 4,5 m) jsou nosníky spojeny příčnými ztužidly. Hlavní nosníky mají konstantní výšku 2,75 m. Šířka horní i dolní pásnice je 1,1 m. Horní pásnice je navržena z jednoho plechu a její tloušťka je 25 mm v poli a nad opěrami, 30 mm nad krajními pilíři a 40 mm nad ostatními pilíři. Dolní pásnice má tloušťku 50 až 96 mm. Tloušťka 50 mm v krajních polích a nad opěrami je navržena z jednoho plechu; v ostatních polích je tloušťka dolní pásnice 70 nebo 76 mm a je složena ze dvou lamel tl.po 35 nebo 38 mm. Nad mezilehlými pilíři je v oblastech maximální tloušťky (až 96 mm) pásnice složena ze tří lamel. Aby se zabránilo boulení poměrně tenkých lamel v tlačené oblasti, je zde dolní pásnice sepnuta pomocí předpjatých šroubů. Při návrhu pásnic vrstvených z lamel se vycházelo rovněž z předpisů pro železniční mosty platných v SRN (DS 804).

Obr. 1: Podélný řez estakádou

Stojina hlavních nosníků má tloušťku 22 mm v poli a 26 mm nad mezilehlými pilíři. Stojina je vyztužena pomocí příčných i podélných výztuh. Příčné výztuhy jsou navrženy jako oboustranné pouze nad podporami – výztuhy jsou zde umístěny nad ložisky i v místech, kde se předpokládá umístění hydraulických lisů pro nadzdvihnutí nosné konstrukce. Ostatní příčné výztuhy jsou jednostranné, umístěné pouze z vnitřní strany nosníků (blíže k ose mostu). Podélné výztuhy jsou umístěné rovněž pouze na vnitřní straně stojiny; horní podélná výztuha je průběžná po celé délce nosné konstrukce, dolní podélná výztuha je doplněná pouze nad mezilehlými pilíři. Výztuhy jsou uzavřeného trojúhelníkového průřezu 200 x 400 mm, ohnuté z plechu tl.10 mm. Podélné výztuhy jsou po celém obvodu vzduchotěsně ovařeny.

Obr. 2: Příčný řez v poli

Příčná ztužidla jsou dvojího druhu: nad podporami jsou stěnová, mezipodporová jsou příhradová. Stojinu podporových ztužidel tvoří plech tl.26 mm s průlezným otvorem a s výztuhami. Průlezné otvory nad koncovými opěrami jsou opatřené uzamykatelnými dveřmi. Mezipodporová ztužidla jsou tvořena (v závislosti na stupni namáhání) válcovanými profily tvaru U nebo svařovanými profily tvaru I, přivařenými k vnitřním svislým výztuhám hlavních nosníků.
K horním pásnicím hlavních nosníků jsou přivařené ocelové trny o 22 / 250 mm pro spřažení s betonovou deskou.
Díly hlavních nosníků a plnostěnných příčných ztužidel příčníků (tj. stěny, pásnice, příčné výztuhy, klínové desky nad ložisky) jsou z jemnozrnné oceli S355N dle normy EN 10113. Ohýbané podélné výztuhy stěn hlavních nosníků jsou z oceli S355J2G3C dle normy EN 10025. Příčná příhradová ztužidla jsou vyrobena z oceli S355J2G3 dle normy EN 10025. Veškeré použité plechy dodala válcovna VOEST – ALPINE Stahl Linz (Rakousko). Výrobu ocelové konstrukce provedla firma MCE VOEST Slaný.
Ocelová část nosné konstrukce je opatřena čtyřvrstvým nátěrem (70+80+80+80=310 µm) na bázi EP. Poslední vrstva se provede na staveništi po betonáži mostovky. Nátěrové hmoty dodala firma Hempel.
Spřažená deska je monolitická a působí v podélném i v příčném směru jako železobetonová. Tloušťka desky je 0,4 m v ose ocelového nosníku, 0,33 m v ose nosné konstrukce a 0,25 m na konci konzoly. Šířka spřažené desky je konstantní 10,3 m. Horní povrch desky má dostředný sklon 3 % k ose nosné konstrukce, kde jsou umístěny odvodňovače. V podélném směru sleduje horní i dolní povrch podélný sklon nivelety, který činí 6,4 %o.

Obr. 3: Příčný řez nad pilířem

Účinky smršťování a dotvarování betonu postupně betonované desky na spřaženou konstrukci byly podrobně analyzovány ve spolupráci s ČVUT v Praze (Prof.Ing.Vladimír Křístek, DrSc.). Pro nalezení nejvhodnějšího postupu betonáže byla vypracována samostatná analýza – viz [2]. Na základě výsledků této analýzy byl navržen vhodný postup betonáže spřažené desky po celých polích s pracovní spárou ve čtvrtině rozpětí před následujícím pilířem. Deska je navržena z betonu C30/37-3a, výztuž je z oceli 10 505 (R).
Ložiska na mostě jsou navržena hrncová Mageba, dodávaná firmou SOK Třebestovice. Maximální hodnota svislých reakcí je 13,50 MN. Vzhledem k vysoké hodnotě brzdných a rozjezdových sil (10 MN) je pevné uložení navrženo na třech středních pilířích P5, P6 a P7. Ložiska na ostatních podpěrách jsou posuvná v podélném směru. Uspořádání ložisek je navrženo tak, aby bylo možné nad i pod ložiska vkládat ocelové plechy v případě potřeby výškové rektifikace, vyvolané případným nerovnoměrným sedáním jednotlivých podpěr. Hrncová ložiska jsou k dolní pásnici připojena šrouby až po dokončení výsunu.
Mostní závěry: protože dilatující délky nosné konstrukce přesahují mezní hodnoty pro bezstykovou kolej, je nutné nad obě opěry umístit kolejnicové dilatační zařízení. Nad mezerou mezi nosnou konstrukcí a opěrou je pomocí betonových přepážek přerušené kolejové lože, aby se zamezilo jeho ředění a zahušťování vlivem dilatačních pohybů mostu. Na betonových přepážkách jsou kolejnice upevněny přímo pomocí podkladnic Vossloh DFF 300, které i případě přímého upevnění zajišťují obdobnou tuhost podepření jako v případě pražce v kolejovém loži a rovněž umožňují dostatečnou rektifikaci polohy koleje ve vodorovném i svislém směru. A zemním tělese za opěrou je vloženo velké kolejnicové dilatační zařízení, mezi velkým KDZ a bezstykovou kolejí je vloženo další malé kolejnicové dilatační zařízení.

Spodní stavba a založení

Založení mostního objektu je navrženo hlubinné na velkoprůměrových vrtaných pilotách délky až 30 m. Pro omezení nepříznivých důsledků konsolidace podloží pod násypovými kužely u opěry byl pro urychlení konsolidace podloží pod opěrami navržen systém odvodňovacích studní zkombinovaný s předsypanými konsolidačními násypy. Piloty opěr byly vrtány jako poslední až na závěr montáže ocelové konstrukce, aby byly prováděny již do co nejvíce zkonsolidovaného podloží. Zbývající část násypu v prostoru bývalé montážní plošiny za opěrou OP11, kde nebylo možné ponechat konsolidační násyp působit po dostatečně dlouhou dobu, je provedena z lehkého keramického kameniva Liapor. Nedílnou součástí provádění mostního objektu byla pravidelná výšková měření všech podpěr mostu i monitoring podloží násypů opěr. V případě nerovnoměrných poklesů jednotlivých podpěr v hodnotách větších než 10 mm by byla provedena výšková rektifikace vkládáním ocelových desek nad nebo pod ložiska. Vzhledem k náročnosti základových poměrů byl návrh založení ověřen statickými zatěžovacími zkouškami na třech nesystémových pilotách, na jejichž základě byl optimalizován návrh systémových pilot. Návrh založení provedli Ing.Nosek a Doc.Ing.Masopust. Hlubinné založení provedla firma Zakládání staveb.
Opěry jsou navrženy monolitické železobetonové z betonu C25/30-2bb a C30/37-3a. Pilíře jsou tvořeny vždy dvojicí dříků oválného průřezu rozměrů 2,80 x 1,45 m, založených na společném obdélníkovém základovém bloku. Dříky pilířů s pevnými ložisky (P5, P6, P7) jsou z betonu C35/45-3a, dříky pilířů s posuvnými ložisky jsou z betonu C30/37-3a. Základové bloky jsou z betonu C30/37-5a. Výztuž spodní stavby je z oceli 10 505 (R).

Vybavení mostu

Vybavení mostu tvoří železobetonové římsy z betonu C30/37-3a, které se skládají z lícových prefabrikátů, monolitické dobetonávky, a kotevních bloků trakčního vedení a vjezdových návěstidel. Další součásti vybavení tvoří ocelové trojmadlové trubkové zábradlí a systém vodotěsné izolace s dvoupásovou vodotěsnou vrstvou s tvrdou ochranou litým asfaltem. K odvodnění žlabu kolejového lože jsou navrženy odvodňovače v podélných vzdálenostech 5,5 m zaústěné do podélného potrubního svodu a vyvedené u nižší opěry OP11 do příkopu.

PROVÁDĚNÍ

Zhotovitelem mostního objektu byla firma SSŽ a.s.OZ9. Protože montáž ocelové konstrukce těžkými jeřáby by v měkkém terénu pod mostem vyžadovalo rozsáhlé zpevňování ploch, byla na základě provedených srovnání zvolena montáž ocelové nosné konstrukce postupným vysouváním. Za opěrou OP11 byla vybudována provizorní pracovní plošina dlouhá asi 50 m. Součástí této pracovní plošiny (v její zadní části) byly dva lehké portálové jeřáby, které byly vyrobeny speciálně pro tuto stavbu a které sloužily k vykládání montážních dílů hlavních nosníků přivážených po dvojicích na nákladních vozech. Tyto díly byly dopravovány na staveniště v délkách 21 m (v poli) a 23 m (nad pilíři). Pomocí portálových jeřábů byly vyloženy, příčně rozvezeny a spuštěny na speciální vozíky do požadované polohy. Po provizorním zavětrování byla tato dvojice nosníků přitažena k opěře, kde po urovnání byla přivařena k předchozím dílům a kde byla vevařena příčná ztužidla. Následovalo navezení, vyložení a přivaření další dvojice montážních dílů. Poté byla smontovaná část konstrukce postupně vysouvána. Délka typického výsunu byla rovna součtu délek dvou následujících dílů, tj. 44 m. Výsun byl proveden firmou SSŽ – technický vývoj. Vysouvalo se na kluzných blocích umístěných v místě ložisek nad pilířích pomocí teflonových desek. Ocelovou část nosné konstrukce, která byla na pilířích vedena nastavitelným bočním vedením, tlačilo hydraulické zařízení SSŽ – TV. Najetí vysouvané nosné konstrukce na pilíř bylo řešeno krátkým ocelovým, který umožnil vyrovnání průhybu čela nosné konstrukce (jeho přizvednutím). Maximální průhyb čela konstrukce během výsunu činil cca 40 cm. Rychlost vysouvání, která byla 12 m/hod, potvrzovala, že doba výsunů se výrazně neprojevila na harmonogramu výstavby. Vzhledem k nesporným výhodám opakujících se prací (urovnávání dílů, svařování, nátěry svarů a samozřejmě kontroly) na jednom přístupném místě – pracovní plošině a ceně, která byla srovnatelná (nižší) než při použití těžkých jeřábů, se jeví vysouvání jako velice vhodná alternativa pro výstavbu ocelových konstrukcí v daných podmínkách.

Obr. 4: Schéma fází výsunu ocelové konstrukce

Betonáž desky probíhala v deseti etapách postupně vpřed ve směru od OP1 k OP11 postupem vyvinutým speciálně pro tuto stavbu. Pracovní spáry jsou umístěny vždy před následujícím pilířem přibližně v místě nulového ohybového momentu, tzn. ve vzdálenosti (obvykle) L/4.

Obr. 5 Postup betonáže spřažené desky

Nedílnou součástí výstavby byl podrobný monitoring sedání základů i podloží násypů za opěrami. Po dokončení nosné konstrukce i mostního svršku byl mostní objekt podroben statické i dynamické zatěžovací zkoušce, během kterých byly měřeny svislé průhyby, normálová napětí v ocelové i betonové části nosné konstrukce, vlastní frekvence a byl ověřen dynamický součinitel.
Mostní objekt byl realizován v krátké době přibližně 15 měsíců a v termínu byl předán objednateli, kterým jsou ČD a.s. DDC, Stavební správa Praha.

ZÁVĚR

Na mezinárodní konferenci Ocelové konstrukce a mosty 2003, pořádané v září minulého roku Českou a Slovenskou společností pro ocelové konstrukce, mostní objekt obsadil první místo v soutěži O vynikající ocelovou konstrukci, v kategorii Mosty, věže a stožáry. Doufáme, že objekt bude spolehlivě sloužit železničnímu provozu a přispěje svým dílem ke kvalitě železniční dopravy u nás.
Analýza účinků smršťování a dotvarování betonu a postupu výstavby byla částečně provedena v souvislosti s řešením projektů č.103/00/0604 a 103/99/0735, udělených GAČR a s řešením výzkumného záměru Stavební fakulty ČVUT č.21000003.

LITERATURA
[1] Šafář, R., Dudík, F.: Vznik a vývoj projektu estakády u Dlouhé Třebové, příspěvek na konferenci Železniční mosty, správa a výstavba, Praha 2001,
[2] Šafář, R., Křístek, Vl.: Analýza stavebních stavů spřažených ocelobetonových konstrukcí, příspěvek na konferenci Mosty, Brno 2002.

zpět na seznam