Celkové řešení je definováno řadou okrajových podmínek zejména s ohledem na umístění mostu v intravilánu města, parametry převáděné komunikace a omezení plynoucí z charakteru a umístění překračovaných překážek.
Článek se zabývá procesem návrhu a samotnou realizací mostu s důrazem na výrobu prefabrikovaných UHPC segmentů mostovky.
Základní principy návrhu konstrukčního řešení lávky
Konstrukce lávky je navržena jako nesymetrický spojitý nosník o dvou polích. Hlavní pole, překračující řeku Labe se zaručeným plavebním gabaritem a dvojici nábřežních stezek, má rozpětí 69 m. Vedlejší pole má pak rozpětí 32 m. Staticky se jedná o „samokotvenou“ visutou konstrukci tvořenou mostovkou z prefabrikovaných dílců z UHPFRC, která je podepřena prostřednictvím ocelových vzpěr a dvojice visutých kabelů vedených podél jejích vnějších okrajů. Mostovka je navržena ve tvaru velmi plochého oblouku, který je definován výškovým vedením (niveletou) převáděné komunikace s respektováním všech parametrů pro zaručení bezpečného a komfortního provozu. Geometrie hlavních nosných kabelů je dvojí křivosti, základním principem její definice je rovnoměrné vyrovnání silových účinků od stálého zatížení (vlastní tíha a ostatní stálé). Finálně je pak dosaženo rovnovážného stavu, kdy je pro kombinaci silového účinku od napnutí hlavních nosných kabelů a stálého zatížení mostu dosaženo prakticky nulového ohybového namáhání mostovky.
Hlavní nosné kabely jsou kotveny v ocelových příčnících na krajních opěrách a v ocelovém příčníku nad pilířem. Ocelový příčník je s pilířem tuze spojen, na krajních opěrách je nosná konstrukce uložena pomocí dvojice ložisek. Jak již bylo uvedeno výše, geometrie a napínací napětí hlavních nosných kabelů je zvoleno tak, aby došlo k vyrovnání účinků stálého zatížení a ekvivalentního zatížení od účinků předepnutí těchto kabelů. Pro fázi napínání kabelů tak bylo nutné zabezpečit dokonalý „pokluz“ mezi kabely a ocelovými žebry. Po dosažení požadované úrovně napětí pak došlo k finálnímu „uzamknutí“ polohy kabelu vůči ocelovým žebrům. Vytvořen tak byl virtuální Vierendeelův nosník, jehož spodní pas je tvořen napnutými hlavními nosnými kabely. Chování celé soustavy je pak zásadně ovlivněno tuhostí tohoto spodního pasu – průřezovou plochou nosných kabelů a tuhostí aretace jejich polohy vůči ocelovým žebrům.
Založení mostu, spodní stavba
Lávka je založena pomocí mikropilot (krajní opěra na pravém břehu) a ražených prefabrikovaných pilot na levém břehu (pilíř a krajní opěra na levém břehu).
Spodní stavba je tvořena dvojicí krajních opěr a pilířem. Jak krajní opěry, tak pilíř vycházejí ze základních principů celé stavby. Jejich tvary jsou tak složité a pro zhotovitele v kombinaci s požadavky na finální povrchy znamenaly velkou výzvu. Krajní opěra na pravém břehu plní kromě standardní funkce uložení nosné konstrukce ještě roli ochrany sítí situovaných za závěrnou zídkou směrem vně mostu. Bylo tak nutné vytvořit „skrytý“ most, který překonává prostor se sítěmi, zaručuje jejich ochranu a umožňuje jejich případnou inspekci a opravu bez zásahu do konstrukce lávky.
Nejvýraznějším prvkem spodní stavby je mezilehlý pilíř na levém břehu situovaný v těsné blízkosti nábřežní stezky. Zatímco na krajních opěrách je konstrukce uložena na dvojici ložisek, s pilířem je tuze spojena. Vytvořen je zde pevný bod celého konstrukčního a statického systému. Pilíř je tvořen dvojicí dříků se společným základem a spodním blokem. Geometricky se jedná o velmi složitou konstrukci tvořenou plochami s dvojí křivostí a malými poloměry. Z tohoto důvodu zhotovitel zvolil technologii digitální fabrikace, bednicí formu vlastními kapacitami prefabrikoval a následně zkompletoval na stavbě.
Nosná konstrukce
Mostovka je tvořena celkem 39 prefabrikovanými segmenty z UHPC (37 standardních segmentů a 2 zesílené, které jsou umístěné před a za pilířem). Segmenty jsou tvořeny dvojicí podélných krajních trámů a subtilní deskou, která trámy vzájemně propojuje. Pro zajištění dostatečné tuhosti segmentů a pro umístění kabelů vnějšího předpětí je navržena dvojice příčných žeber. Spára mezi segmenty byla před realizací předpětí mostovky a před napnutím hlavních nosných kabelů vyplněna vysokopevnostní cementovou zálivkou.
Segmenty jsou podepřeny soustavou radiálních žeber, která zároveň zajišťují propojení mostovky s hlavními nosnými kabely a tím i přenos vynášecích sil od jejich předpětí. Tvarově žebra přecházejí nad mostovkou do sloupků zábradlí. Zábradlí kopíruje rastr celé konstrukce, členěno je do částí odpovídajících délce segmentů. Do madla zábradlí je integrováno LED osvětlení lávky. Prostor mezi sloupky je vyplněn napnutou nerezovou sítí. Součástí ocelové konstrukce mostovky jsou i příčníky umístěné nad krajními opěrami a nad pilířem.
Napjatost mostovky (dekomprese při MSP) je zajištěna čtyřmi nesoudržnými předpínacími kabely, které procházejí UHPFRC segmenty skrze příčná žebra. Tyto kabely zvyšují tlakové napětí především ve spárách mezi segmenty. Kabely jsou navrženy ze 13 lan a jsou průběžné přes celou délku mostu, kotveny jsou do ocelových příčníků nad krajními opěrami. Z těchto míst byly kabely také napínány.
Hlavním nosným prvkem jsou 4 uzavřené kabely o průměru 130 mm, kotvené v mostovce pomocí pevných kotev (na pilíři) a aktivních kotev (umožňujících napínání) na krajních opěrách. Jedná se o kabely z uzavřených spirálových lan systému Redaelli s životností 100 let. Geometrie hlavních nosných kabelů vychází z optimalizovaného tvaru definovaného okrajovými podmínkami (požadovanými volnými prostory pod lávkou pro vedení lodní a cyklistické dopravy) a statickým chováním konstrukce. Kabely jsou zakřivené jak ve vertikální, tak i v horizontální rovině. Vedeny jsou na teoretické kuželové ploše, což vytváří spolu s ocelovými žebry tuhý a stabilní konstrukční systém. V rámci realizační dokumentace byly kabely rozděleny pro hlavní a vedlejší pole. Jejich propojení je zajištěno přes konstrukci ocelového příčníku nad pilířem.
Postup výstavby
Prostor celého staveniště byl velmi stísněný, což je dáno polohou mostu v širším centru města a charakterem okolí. V prostoru stavby se nachází 27 různých inženýrských sítí, které bylo nutné před samotným započetím výstavby ochránit, vymístit, či přeložit.
Pro instalaci mostní konstrukce a podepření všech dílčích částí bylo zvoleno použití kombinace těžké podpůrné skruže a prostorové lešeňové konstrukce. Manipulace s dílci byla zajištěna pomocí portálového jeřábu, který obsluhoval prostor celého staveniště a díky nosnosti 9 t byl schopen manipulovat se všemi rozhodujícími částmi konstrukce.
Montáž nosné konstrukce započala umístěním ocelových žeber do správné polohy a instalací jejich ztužení, pomocí kterého byla zaručena dostatečná globální stabilita konstrukce během procesu montáže a aktivace. Zároveň došlo i k osazení nadpodporových příčníků v oblasti krajních opěr a pilíře. Do připravených svorek byly následně umístěny hlavní nosné kabely. Dalším krokem byla postupná montáž segmentů, která postupovala od krajní opěry na pravém břehu k pilíři a následně k levé krajní opěře. Geometrie konstrukce byla průběžně rektifikována pro zaručení možnosti správné instalace a propojení všech částí mostu.
Po dokončení zalití spár mezi segmenty a jejich vytvrdnutí bylo realizováno předpětí kabely vedenými skrze žebra segmentů. Zaručena tím byla dostatečná tlaková rezerva ve spárách mezi segmenty před finální aktivací konstrukce. Tato aktivace byla provedena napnutím hlavních nosných lan, čímž došlo k eliminaci sil v podpůrné konstrukci a zvednutí z montážních podpor. Po dosažení definované napjatosti v hlavních kabelech byla jejich poloha vůči ocelovým žebrům uzamknuta pomocí dvojic svorek. Hlavní nosné kabely tak jsou pro další etapy fungování konstrukce spodním pasem Vierendeelova nosníku.
Finální fází výstavby byla instalace zábradlí, vybavení mostu a realizace úprav pod mostem. Pro potvrzení předpokladů teoretického chování konstrukce byla provedena statická a dynamická zatěžovací zkouška.
Prefabrikované UHPC segmenty
Výrobcem betonových segmentů lávky byla společnost KŠ PREFA, která má s výrobou konstrukčních prvků z materiálu UHPC mnohaleté zkušenosti. Aplikace UHPC na lávce v Hradci Králové dává vyniknout takřka všem přednostem tohoto materiálu. Vlastnosti čerstvého UHPC umožňují dokonalé probetonování všech detailů tvarově rozmanitých prvků a díky mechanickým parametrům UHPC je dosaženo úspory konstrukčního materiálu. Fyzikální parametry UHPC zaručují minimální nasákavost povrchů a předurčují dlouhou životnost konstrukce. Vzhledem ke konstrukčnímu řešení lávky je materiál UHPC optimálně využitý, jelikož jsou segmenty součástí mostovky namáhané především tlakem. Přímo pochozí betonový povrch mostovky přináší kromě estetických kvalit také eliminaci nákladů na zhotovení a udržování konvenčních pochozích ploch, využívajících např. různé typy izolací.
Segmenty lávky byly vyráběny ve výrobně společnosti KŠ PREFA ve Štětí. Na počátku výrobního procesu byly zhotoveny 2 typické zkušební segmenty, které sloužily především ke zdokonalení výrobních a montážních postupů. Při výrobě zkušebních prototypů byla ověřena funkčnost formovací techniky a na základě kvality zhotovených prototypů byly provedeny drobné úpravy formy. Na zkušebních prvcích byla vyzkoušena návaznost betonových ploch segmentu na prototypy ocelového kování, které slouží pro vzájemné spojení segmentů, ale zároveň i jako těsnění zalévané kapsy a konstrukční prvek propojující horní tlačený pás se spodními přepínacími lany. Spojená sestava dvou prototypů dále posloužila ke zkoušce zalévání spár.
Celkem bylo zhotoveno 41 segmentů (39 typických, z čehož 2 byly zkušební, a 2 zesílené). Na samotné segmenty bylo využito téměř 119 m3 materiálu UHPC. Výroba prvních segmentů byla zahájena v září 2021. Poslední dílce byly zhotoveny v březnu 2022 a následně převezeny na stavbu do Hradce Králové.
Tvary a rozměry dílců byly dány platnou výrobní dokumentací (VTD). U hotového prefabrikátu se kontrolovala přesnost tvaru a rozměrů. Každý z vyrobených prefabrikátů byl ručně zaměřen. Přesnost ručního měření je však zatížena množstvím chyb, které se i při využití měřidla s vyšší přesností pohybují kolem 2 mm. Taková nepřesnost je zpravidla mimo rozlišovací schopnosti betonářské praxe, nicméně v detailu napojení segmentu a ocelového kování (zajišťujícím mimo jiné těsnost zalévané kapsy) může být pro narušení funkčnosti zcela zásadní.
Kromě ručních měření byla z tohoto důvodu provedena kontrolní měření s využitím pokročilé fotogrammetrické metody. Tato technika umožňuje velmi přesná prostorová měření objektů na bázi pořízení mnohočetných digitálních obrazových záznamů v krátkém čase, přičemž měřené (kontrolní) body na objektu jsou signalizovány speciálními vysoce odraznými adhesivními terčíky, které umožňují jejich automatickou identifikaci, vysoce přesné zacílení a určení prostorové polohy. Vyhodnocené měření ukázalo, že skutečné odchylky hlavních rozměrů dosahují velikosti maximálně 1,0 mm. Na základě měření bylo možné upravit geometrii ocelových styčníků (vyráběných až po zhotovení prvních segmentů) tak, aby byl zajištěn těsný kontakt betonových a ocelových ploch.
Účastníci výstavby
Zhotovitel stavby: Stavby mostů a.s.
Dodavatel prefabrikovaných UHPC segmentů: KŠ PREFA s.r.o.
Výroba a montáž ocelové konstrukce: STAVOKOV, spol. s r.o.
Dodavatel hlavních nosných lan: Redaelli Tecna S.p.A.
Technický dozor stavebníka (TDS): BUNG CZ s.r.o.
Generální projektant RDS: Valbek, spol. s r.o.
Autoři návrhu; projektant: DÚR, DSP, PDPS;
autorský dozor (AD): GEM VISION
Závěr
Celá stavba lávky a souvisejících objektů byla uvedena do provozu v březnu roku 2023. Podařilo se realizovat ve všech ohledech zcela výjimečnou konstrukci, která se svými požadavky na přesnost a kvalitu vymyká běžným zvyklostem stavební praxe. Celý proces realizace probíhal v režimu velmi úzké spolupráce mezi všemi zúčastněnými partnery (autoři návrhu, projektant RDS, zhotovitel). Jedině tak bylo možné splnit teoretické předpoklady návrhu konstrukce a zdárně je přenést do finální podoby díla.
Z prvních reakcí po otevření stavby je oprávněné předpokládat, že se most stane významnou dominantou této části Hradce Králové. Velmi si vážíme podpory a odvahy investora tuto stavbu realizovat. Společně jsme dosáhli milníku v možnostech návrhu a výstavby mostních konstrukcí s využitím současných teoretických znalostí, technologií a know-how.
Doc. Ing. Lukáš Vráblík, Ph.D., FEng.,
Ing. Petr Harazim, Ph.D.
