Nový zavěšený most přes ústí řeky Forth – nezávislá kontrola a přepočet

Rozšiřující se ústí řeky Forth, nedaleko skotského Edinburghu, je místem dávno zaslíbeným výjimečným mostním stavbám. Železniční Forth Bridge, sytě červený ocelový příhradový most s třemi konzolovými vahadly z konce 19. století, se stal i mezi veřejností legendou.

Nový zavěšený most přes ústí řeky Forth – nezávislá kontrola a přepočet

Výjimečná konstrukce neobvyklého statického systému s rozpětími obou hlavních polí 521 m je dodnes právem považována za jednu z nej­úžasnějších mostních konstrukcí světa. Po nedávné, sedm let trvající, rekonstrukci se nově předpokládá životnost mostu dalších více než 100 let. V současnosti se připravuje zápis mostu do seznamu světového kulturního dědictví UNESCO.
Na dohled tomuto skvostu stojí silniční Forth Road Bridge. Jedná se o visutou ocelovou konstrukci, dokončenou roku 1964, s rozpětím 1005 m. Po téměř 50 letech provozu však bylo u hlavních nosných kabelů zjištěno znatelné korozní oslabení. Přes přijatá nákladná opatření k zamezení nebo alespoň zpomalení progrese koroze kabelů se předpokládá již jen omezená doba funkce mostu jako hlavního silničního přemostění na východním pobřeží Skotska. Vypracované studie na výměnu nebo posílení hlavních kabelů mostu prokázaly mimořádně vysoké finanční ztráty z omezení dopravy a následné dopady na ekonomiku během takové zásadní dlouholeté rekonstrukce.

Již v roce 2006 proto započaly práce na studii nového silničního dopravního spojení. Koncem roku 2007 pak skotská vláda oznámila, že toto spojení bude tvořeno novým zavěšeným mostem, západně od mostu stávajícího. Předpokládaný termín dokončení nového mostu byl stanoven na r. 2016. Po jeho zprovoznění se pak předpokládá dočasné uzavření stávajícího Forth Road Bridge a jeho celková rekonstrukce. Do budoucna se pak počítá s jeho využitím pro veřejnou hromadnou dopravu a též pro pěší a cyklisty.

V roce 2008 bylo za projektanta stavby nového mostu vybráno sdružení firem Arup a Jacobs. Mezitím byly zvažovány možnosti financování stavby, včetně zapojení soukromého kapitálu (PPP). Nakonec však skotská vláda rozhodla, že stavba bude financována z veřejných prostředků. Náklady na celý projekt byly odhadnuty na 1,7 až 2,3 mld. liber.

V roce 2009 vyhlásila skotská vládní agentura Transport Scotland výběrové řízení na zhotovitele stavby. Soutěžní podklady si vyžádalo několik desítek firem, zřejmě vzhledem k náročnosti a rozsahu stavby však nakonec nabídku podala jen dvě konsorcia firem. V březnu r. 2011 byla vybrána jako vítězná nabídka konsorcia FCBC ve výši 790 mil. liber za hlavní část stavby včetně mostu, což bylo asi 70 - 80 % v tendru očekávané ceny. ­Vítězné německo-americko-španělsko-skotské sdružení FCBC je tvořeno firmami ­Hochtief AG, American Bridge Int., Dragados S.A. a Morrison ­Construction. Celkové náklady projektu se tak dnes očekávají ve výši 1,45 až 1,6 mld. liber. Stavba započala přípravnými pracemi v září roku 2011, její dokončení je nadále plánováno na konec roku 2016.

Zpracováním realizační dokumentace stavby bylo pověřeno britsko-dánsko-německé sdružení firem Ramboll, Grontmij, Gifford a Leonhardt, Andrä und Partner. Odsouhlasení realizačního projektu, kontrolu postupu stavby, kvality a splnění podmínek zadání má na starosti EDT (Employers Delivery Team), který tvoří zástupci Transport Scotland spolu se svými konzultanty – firmami Arup a Jacobs. Nezávislou kontrolou prováděcího projektu, včetně plně nezávislého podrobného přepočtu celé konstrukce (tzv. kontrolou kategorie III podle britských předpisů) bylo pověřeno sdružení firem ­Aecom a URS Scott Wilson. Na nezávislé kontrole a výpočtech hlavní zavěšené nosné konstrukce mostu spolupracuje s firmou Aecom tým českých inženýrů z firmy Pontex.

Nový most a jeho výstavba
Nové přemostění je tvořeno hlavním zavěšeným mostem a jižním viaduktem. Jedná se o konstrukce s ocelobetonovou mostovkou. Dvě hlavní pole zavěšeného mostu přes ústí řeky do moře mají rozpětí 650 m a jsou zavěšena na trojici pylonů. Krajní části zavěšeného mostu jsou vždy rozděleny na 3 pole s celkovou délkou 366 m na jižní a 428,5 m na severní straně. Mostovka zavěšeného mostu je v příčném řezu tvořena jedinou ocelovou komorovou konstrukcí se čtyřmi stěnami spřaženou s příčně předpjatou betonovou deskou o celkové šířce 39,8 m, na kterou lze umístit 2 třípruhové vozovky. Závěsy jsou umístěny ve dvou rovinách ve středu mostovky, podélně mají poloharfové uspořádání. Ve středu obou hlavních polích, na délce cca 150 m, se závěsy ze sousedních pylonů navzájem překrývají. Celkově bude na mostě osazeno 288 závěsů v délkách od cca 100 do 420 m s počty lan od 40 do 116 v jednom závěsu.

Jižní viadukt má 7 polí o celkové délce 543 m a délce nejdelšího pole 90 m. V příčném řezu se jedná o 2 samostatné jednokomorové ocelobetonové konstrukce. Stejné uspořádání má pak poslední cca 74 m dlouhá část mostu u severní opěry.
Celková délka přemostění je 2,638 km mezi opěrami. Obě konstrukce tvoří jediný dilatační celek s pevným bodem ve vetknutí do středového pylonu zavěšeného mostu.

Pylony zavěšeného mostu mají výšku až 210 m nad srovnávací hladinou moře, přičemž část nad mostovkou má výšku 145 m. Jedná se o duté betonové konstrukce, v horní části pak spřažené s ocelovým truhlíkem sloužícím ke kotvení závěsů. Ostatní pilíře jsou tenkostěnné betonové se dvěma dříky uspořádanými do tvaru V, navzájem spojenými ocelovým trubkovým táhlem.
Pylony zavěšeného mostu jsou založeny rozdílně. Střední pylon je založen plošně na osmiúhelníkovém základu těsně pod hladinou na skalním ostrohu Beamer Rock, který již byl pro tyto účely upraven odstřelem. Oba krajní pylony jsou pak založeny na mořském dně za pomoci obřích ocelových studní, které se vyplní betonem, a vytvoří tak podklad pro kruhový základ pylonu. Nerovnosti dna na patě studní budou upraveny tryskovou injektáží. Podobně bude založen ještě první jižní pilíř.

Další tři pilíře dále na jih a též první severní pilíř budou založeny na obdélníkových základech zhotovených ve štětových jímkách částečně vyplněných betonovými plombami. Ostatní pilíře pak mají již klasické plošné betonové základy.

Navržený způsob výstavby nosné konstrukce zavěšeného mostu je vahadlový s postupným vyvěšováním. Nosná konstrukce je podélně dělena na 12 m dlouhé segmenty, které se postupně s již předem zhotovenou betonovou deskou zvedají z nákladních člunů a připevňují k již hotové konstrukci svařováním a následnou betonáží úzkého pruhu desky spolu s instalací a napnutím dvojice závěsů. Zatímco se středním pylonem je konstrukce spojena monolitickým vetknutím, tak v místě krajních pylonů je konstrukce svisle nepodepřená, plně zavěšená, v definitivním stavu pak podepřena pouze v horizontální rovině, a to jen v příčném směru – hydraulika zde v ložiskách přitom zajišťuje minimální tlakovou sílu. Pouze během výstavby je zde doplněno dočasné horizontální podepření i v podélném směru. Na prvních pilířích od pylonů na severní i jižní straně je konstrukce k pilířům svisle přikotvena pomocí táhel tak, aby pilíře přenášely i tahové reakce.

Pro výstavbu jižního viaduktu a též koncových částí zavěšené části mostu u severní opěry se pak využívá technologie výsuvu ocelové konstrukce s vyvěšením přes pomocný pylon s následnou postupnou betonáží horní desky po dokončení výsuvu.
Není bez zajímavosti, že ocelové studně pro založení pylonů se vyráběly v polském Gdaňsku, zatímco výroba ocelových částí mostovky se rozbíhá v Číně a ve Španělsku. Veškerá doprava těchto částí na staveniště pak probíhá po moři.

Projektování a kontrola
Komplexnost a náročnost projekčních prací na prováděcí dokumentaci, jejich organizace a řízení je dobře ilustrována již rozsahem základního projekčního manuálu „Structures Design Statement“, který jen pro hlavní most stavby čítá 390 stran textu a výkresů. Tento dokument přebírá a rozvádí zadání stavby do konkrétních podrobností a pokynů pro práci projektantů všech zainteresovaných profesí (i kontrolorů). Podrobně specifikuje a upřesňuje návrhová kritéria konstrukce, modely a metody výpočtů včetně zatížení konstrukcí a jejich kombinace, požadavky na vybavení konstrukce, požadavky na údržbu, monitorovací systémy konstrukce, provozní podmínky mostu, monitorovací systémy provozu, prostředky inspekce a požadavky na přístupy a mnohé další. Dokument se dále odvolává na desítky dalších podkladů, od podrobných geotechnických zpráv, až po zprávy o testování ve větrném tunelu a specifikaci větrových modelů pro návrh.

Zde je na místě zmínit, že požadovaná životnost konstrukce, kromě vyměnitelných částí, je 120 let.

Základními modely pro návrh a posudky nosné konstrukce mostu jsou globální prutový 3D model celé konstrukce s uvažováním časové analýzy včetně postupu výstavby a tzv. semiglobální prostorové deskostěnové modely jednotlivých výseků nosné konstrukce. Jednotně, jak pro návrh, tak pro nezávislé posouzení, bylo kvůli kompatibilitě stanoveno užití výpočetních programů (Sofistik pro prutové 3D modely, Lusas pro semiglobální modely). Speciálními skupinami zatěžovacích stavů jsou tzv. Cable losses – tedy ztráty závěsů konstrukce: jednak mimořádné stavy přetržení závěsu a ztráty sil ve skupině závěsů vlivem požáru na mostě, ale také provozní stavy při plánované výměně závěsu za jen částečně omezené dopravy na mostě.

Proces projektování i nezávislé kontroly v současnosti stále probíhá. Dokud nezávislý kontrolor svými výpočty nepotvrdí správnost návrhu dílčí části konstrukce, nelze tuto část projektu předat k odsouhlasení EDT. Často se tak k finální podobě tlouštěk plechů, výztuže a předpětí desky dochází na základě vzájemné konzultace a porovnání výsledků projektanta a kontrolora. Finálně pak návrh verifikuje EDT, kdy konzultant objednatele ještě porovnává návrh se svými výpočty z tendrové dokumentace. Teprve po odsouhlasení části projektu EDT se začíná s její výrobou.

Závěr
Zavěšený most Forth Replacement Crossing je mimořádnou mostní konstrukcí a v současnosti jedním z největších probíhajících mostních projektů na světě. Koncepce a návrh mostu obsahuje některé inovativní prvky jako např. navzájem se překrývající závěsy ve středech hlavních polí, které přispívají ke stabilitě mostu a středního pylonu při nesymetrickém nahodilém zatížení. Obecně se však užívá již osvědčená koncepce spřažené ocelobetonové mostovky komorového typu, bez někdy zbytečných tvarových složitostí. Technologie a metoda výstavby je přirozeně přizpůsobena místním podmínkám při vědomí finančního a časového rámce projektu. Během naší práce se ukázala až fascinující snaha projektanta o optimalizaci profilů a plné využití všech materiálů v průřezu.

Výjimečný rozsah a technická náročnost stavby se promítá i do rozsahu stále probíhající práce na kontrole projektu a na řízení těchto prací – jen na kontrole a plně nezávislých statických přepočtech pracuje již 1,5 roku několik desítek inženýrů v několika kancelářích tří projekčních firem.

Význam projektu pro veřejnost dokládá i probíhající veřejné internetové hlasování o pojmenování nového mostu. Za tři měsíce na přelomu loňského a letošního roku přišlo více než 7000 návrhů od veřejnosti, z nichž bylo aktuálně vybráno 5 k veřejnému hlasování. Již letos v červnu bychom tak mohli znát jméno, pod kterým se tato konstrukce zapíše mezi pozoruhodné mosty současnosti.

Václav Kvasnička, Petr Souček, Ondřej Dědek, Michal Chůra
Pontex s. r. o.

Literatura:
FRC Tender design
– Arup & Jacobs, 2010
FRC Final Design
– Ramboll, Grontmij, Gifford, LAP, 2012
http://www.transportscotland.gov.uk/
materiály firmy Aecom

PONTEX s.r.o.
Bezová 1658/1, 147 14  Praha 4 - Braník
tel.: 244 062 215, fax: 244 461 038
e-mail: pontex@pontex.cz, www.pontex.cz

Vyhledávač stavebních pojmů

Nechte si zasílat měsíční newsletter

Na facebooku

NAŠI PARTNEŘI Další partneři