Nový cestný nadjazd na Ulici 1. mája v Žiline

V rámci stavby „ŽSR, dostavba zriaďovacej stanice Žilina-Teplička a nadväzujúcej železničnej infraštruktúry v uzle Žilina“ padla po viacnásobných rokovaniach so zástupcami mesta Žilina dohoda o vyprojektovaní nového dopravného prepojenia centra mesta s komunikáciou I/61.

Nový cestný nadjazd v nžkm 336,975 bude namiesto pôvodne zamýšľaného podjazdu slúžiť počas výstavby železničného uzla Žilina na zabezpečenie prístupu cestnej dopravy zo severnej strany mesta, pretože v mieste jediného jestvujúceho prístupu (podjazd pod železničným mostom v sžkm 337,694) sa počíta s úplnou dopravnou uzáverou Kysuckej ulice. Most sa vybuduje ako predĺženie jestvujúcej Ulice 1. mája a po prekonaní križovatky tejto a Hviezdoslavovej ulice a nízkej zástavby prevedie dvojprúdovú mestskú komunikáciu kategórie MZ 8,5/40 ponad 16 koľají Železničnej stanice Žilina a napojí sa na Uhoľnú ulicu, resp. následnou križovatkou na cestu I/61. Celková dĺžka cestného prepojenia bude takmer 635 m.

Koncepcia riešenia

Pôdorysné a výškové vedenie mosta muselo rešpektovať jestvujúcu komunikáciu Ulice 1. mája a budovy v správe ZSSK a Cargo pri križovatke ulíc 1. mája a Hviezdoslavova. Zároveň musela konštrukcia mosta prechádzať v dostatočnej výške (min. 7 m, požiadavka ŽSR) nad rekonštruovanou traťou žilinskej stanice, pričom medziľahlé podpery mosta mohli byť umiestnené len v osi nástupísk. V priestore napojenia konca mosta na Uhoľnú ulicu bola zase limitujúcim faktorom poloha dôležitého kanalizačného zberača DN 1 200, pri ktorom nebolo možné počítať s prekládkou. Nad týmito všetkými technickými okrajovými podmienkami sa vznášal fakt, že most bude umiestnený v intraviláne mesta a musí tak spĺňať nielen funkčné, ale aj esteticko-architektonické požiadavky. Cieľom návrhu bolo, aby most nielen upútal svojím architektonickým riešením, ale aby zároveň citlivo zapadol do scenérie a charakteru navrhovaného (industriálneho) priestoru železničnej stanice.

Vzhľadom na podmienky uvedené vyššie sa podpery mosta rozmiestnili tak, že vznikli dve hlavné polia s rozpätiami 75 m (obr. 1), ktoré budú premosťovať nižšiu zástavbu pri stanici a koľajisko trate. Hlavné polia budú vzhľadom na maximálnu dovolenú výšku nosnej konštrukcie 1,8 m zavesené v dvoch sklopených rovinách, a to ôsmimi pármi závesov pomocou pylónu v tvare V. Pylón je umiestnený na konci nástupiska č. 2, z dôvodu prítomnosti bludných prúdov v mieste styku so spodnou stavbou bude oddelený ložiskami. Na hlavné polia mosta budú nadväzovať predpolia s rozpätiami 36 + 40 m a 38 + 34 + 32 m s konštantnou výškou 1,8 m. Celá nosná konštrukcia s dĺžkou 331,5 m je navrhnutá z predpätého betónu, v priečnom reze bude dvojtrámová s premennou šírkou trámov. Snahou projektanta mosta bolo, aby hlavné polia zavesenej časti mosta boli v čo najväčšej miere v priamej časti, čo sa docielilo za cenu veľmi malého polomeru zakrivenia komunikácie v koncovom predpolí mosta pri kanalizačnom zberači. Aby bolo možné vystúpať nad železničnú trať, muselo sa začať so zdvihom nivelety už na Ulici 1. mája. Preto na most na oboch koncoch nadväzujú oporné múry SO 53-33-20 a SO 53-33-21.

Obr. 1 Vizualizácia mosta

Založenie mosta

Územie mosta je pokryté súvislou antropogénnou navážkou. V jej podloží sú zachované polohy náplavových sedimentov, pod ktorými sa nachádza komplex štrkov korytovej fácie rieky Váh. Podložie štrkov tvoria ílovce a pieskovce. Založenie mosta bolo s výnimkou pylóna navrhnuté ako hlbinné na veľkopriemerových pilótach s priemerom 900 mm, pri ktorých sa počíta s vŕtaním pod oceľovou výpažnicou. Pilóty pod medziľahlými piliermi sa votknú do mierne zvetraných ílovcov alebo pieskovcov. Pod pylónom P4 sa vzhľadom na spôsob výstavby v stiesnených podmienkach v tesnej blízkosti prevádzkovanej trate a prítomnosti trakčného vedenia navrhlo založenie pomocou mikropilót. Výkopová jama pylónu bude pažená pomocou štetovnicových stien. Podzemná voda v mieste mosta je silne agresívna nielen k betónovým, ale aj oceľovým častiam stavby, preto sa navrhlo zvýšené krytie pilót a zároveň použitie cementu vhodného do silne agresívneho prostredia.

Spodná stavba

Spodnú stavbu mosta budú tvoriť dve krajné opory a šesť medziľahlých pilierov, pričom pilier č. 4 bude slúžiť na podoprenie pylónu. Opory budú tvorené základovou doskou, krídlami a opornou stenou, pred ktorú sa predsadí pilier s totožným tvarom, ako majú medziľahlé piliere. Prechodová oblasť sa bude riešiť pomocou prechodovej dosky. Drieky medziľahlých pilierov budú votknuté do základových pätiek, budú mať obdĺžnikový tvar so skosenými rohmi. V osi piliera sa vytvorí nika, ktorá sa bude v hornej časti piliera rozširovať na šírku potrebnú na uloženie nosnej konštrukcie. Pohľadové plochy zapustenia budú od ostatných hladkých plôch odlíšené textúrou latového debnenia. Piliere budú mať po dĺžke mosta premennú výšku so zachovaným tvarom hlavice. Základová doska piliera P4 bude prenášať zaťaženie z nosnej konštrukcie do podložia pomocou mikropilót. Spodná časť drieku piliera, votknutá do základovej dosky, bude mať obdĺžnikový tvar so zaoblenými stranami, pričom smerom hore sa bude rozširovať na požadovanú hodnotu na podopretie nosnej konštrukcie. V pilieri č. 4 sa opakuje motív zapustenej plochy z medziľahlých pilierov. Okrem niky na pohľadovej strane sa nika nachádza aj na bočnej strane piliera a plynulo nadväzuje na jeho tvar.
Nosná konštrukcia sa osadí na spodnú stavbu pomocou 16 ks hrncových ložísk. Pevné ložiská sa budú nachádzať pod pylónom mosta (P4).

Obr. 2 Pozdĺžny rez mostom

Nosná konštrukcia

Nosnú konštrukciu bude tvoriť dvojtrámový spojitý nosník z predpätého betónu triedy C 60/75 s rozpätiami polí 36 + 40 + 2 × 75 + 38 + 34 + 32 m, ktorý bude vo svojich dvoch hlavných poliach symetricky zavesený pomocou ôsmich párov závesov cez pylón s výškou cca 27 m nad terénom. Šírka nosnej konštrukcie bude premenná, pretože konštrukcia rešpektuje rozšírenia komunikácie v pôdorysných oblúkoch, ako aj rozšírenia obslužných chodníkov v zavesenej časti mosta. Trámy nosnej konštrukcie budú mať v predpoliach šírku 0,8 m, v zavesených poliach sa na účely vyľahčenia konštrukcie zúžia na 0,5 m (obr. 3). S rovnakým cieľom sa mení aj hrúbka hornej dosky medzi trámami, a to od 0,3 m v zavesenej časti po 0,5 m v predpoliach. Nosná konštrukcia sa nad medziľahlými piliermi opatrí priečnikmi so šírkou 2 m, ako aj spodnou prepojovacou doskou, ktorá bude mať celkovú dĺžku 10 m (symetricky 4 a 4 m od priečnika) a bude ukončená eliptickým nábehom s dĺžkou 3 m. V mieste závesov mosta sa pod konzolami a medzi trámami mosta navrhli priečne rebrá s výškou 0,7 m a šírkou 1,8 m so šikmými bočnými plochami. Každý záves prichádza k nosnej konštrukcii pod iným sklonom, čomu sa podriaďuje sklon bočných plôch v mieste kotvy závesu.

Drieky pylónu budú mať obdĺžnikový tvar so zaoblenými rohmi. Pozdĺžny rozmer pylónu (v smere staničenia) sa bude smerom ku kotvám závesov rozširovať. Zároveň sa bude v priečnom smere lineárne zmenšovať hrúbka pylónu. Výška driekov pylónov nad nosnou konštrukciou bude približne 18 m. V hornej časti pylónov sa budú nachádzať kotvy závesov, keďže sa predpokladá spôsob kotvenia závesov kotva – kotva. Nosná konštrukcia v priečnom smere (s výnimkou priečnika pod pylónom) je navrhnutá ako železobetónová. V uvedenom priečniku sa navrhlo priečne predpätie pomocou 4 ks súdržných predpínacích káblov. V pozdĺžnom smere sa navrhla predpätá nosná konštrukcia – kombináciou dodatočne predpätej súdržnej výstuže a vonkajších (nesúdržných) závesov mosta. Predpínací systém súdržnej výstuže musí byť vrátane kotiev v elektroizolačnom vyhotovení a bude pozostávať z 12-, 15- a 19-lanových káblov. Závesy mosta budú 37-lanové. Nosná konštrukcia mosta vrátane pylónu sa navrhuje sledovať pomocou on-line monitoringu. Výsledky budú poskytnuté správcovi mosta na účely hlbšej analýzy.

Obr. 3 Vľavo rez predpoliami, vpravo rez zavesenou časťou mosta

Vybavenie mosta

Mostné závery budú lamelové s podopierajúcimi nosníkmi. Na opore OP1 sa navrhol mostný záver s protihlukovou úpravou, umožňujúci celkový pozdĺžny pohyb v rozsahu 210 mm. Na opore OP8 musí záver umožňovať nielen celkový pozdĺžny posun 170 mm, ale aj celkový priečny posun 90 mm. Rímsy mosta budú železobetónové monolitické s premennou šírkou 1 500 až 2 130 mm. Do ríms bude dodatočne kotvené zábradľové zvodidlo, zábradlie mestského typu, ako aj stožiare verejného osvetlenia. Výplň zábradlia bude tvoriť dierovaný, resp. plný plech. V mieste, kde bude konštrukcia nad koľajiskom, bude zábradlie zvýšené, aby tvorilo zábranu proti dotyku živých častí trakčného vedenia. Na moste sa navrhlo štandardné riešenie vozovkového súvrstvia s izoláciou. Odvodnenie mosta sa zabezpečí pomocou mostných odvodňovačov, ktoré budú osadené v úžľabí nosnej konštrukcie, a doplneným pozdĺžnym zvodom, ktorý bude viesť pod konzolou mosta. Pylón a závesy mosta budú osvetlené.

Technológia výstavby

Výstavba mosta si bude vyžadovať zvýšené nároky na zhotoviteľa, keďže ide o neštandardnú mostnú konštrukciu v komplikovaných stavebných a základových podmienkach (intravilán, požiadavka na zachovanie prevádzky na premosťovanej trati, kontaminovaná podzemná voda v mieste mosta atď.). Nosnú konštrukciu mosta navrhujeme vybudovať kombináciou dvoch technológií výstavby – letmou betonážou (pole 3) a betonážou na pevnej skruži (ostatné polia mosta). Navrhnutý postup výstavby mosta rešpektuje požiadavky ŽSR, a to tak, aby sa minimalizovali obmedzenia na trati.

Obr. 4 Vizualizácia mosta

Statický a dynamický výpočet

Tím LKM Consult vypracoval v rámci programového systému Midas Civil podrobnú statickú analýzu. Vzhľadom na zložitú geometriu mosta, postupnú výstavbu a použitý typ prierezu, sa nosná konštrukcia riešila ako priestorový rošt. Na overenie rozdelenia napätia v priečnom reze, vyhodnotenie lokálnych oblastí kotvenia závesov, rebier a oblasti podpôr sa vyhotovil doskovo-stenový 3D model celej konštrukcie. Veľká pozornosť sa venovala podporovým oblastiam dvojtrámov s doplnenou spodnou doskou, výstavbe zavesených polí a ich postupnému napínaniu pomocou súdržných predpínacích káblov. Pylóny sa podrobili nelineárnej analýze stability. Výstupy z podrobného priestorového modelu nosnej konštrukcie vrátane seizmických účinkov slúžili na dimenzovanie ložísk, spodnej stavby a zakladania. S ohľadom na postupnú výstavbu, zmeny statického systému a rozdielny čas vzniku konštrukčných prvkov sa vykonala detailná časovo závislá analýza nosnej konštrukcie. Tieto výpočty slúžili na stanovenie redistribúcie statických účinkov, určenie reakcií na montážne podpery a analýzy účinkov od reologických javov, ako je dotvarovanie a zmrašťovanie. Pomocou dynamickej analýzy sa vyčíslili vlastné tvary konštrukcie a preukázalo sa, že zavesená konštrukcia má prijateľnú odozvu na dynamické zaťaženie. Samotné závesy sa ďalej posúdili na únavové rozkmity napätí a vhodným konštrukčným usporiadaním závesov sa znížili riziká spojené s kmitaním závesov vplyvom vetra.

Tvorba projektovej dokumentácie

Všetky podstatné stavebné časti mosta sa vzhľadom na komplikovanú geometriu spodnej aj hornej stavby vytvorili v 3D prostredí a premietli do 2D výkresovej časti dokumentácie. Zvládnutie projektových prác v trojrozmernom prostredí považujeme za základný level pri systéme projektovania pomocou Building Information Modelling (BIM), ktorým sa bude uberať aj projekcia inžinierskych stavieb, a teda aj mostných objektov. V čase tvorby projektovej dokumentácie sme už mali za sebou pilotný projekt pomocou BIM systému [1]. Tvary spodnej stavby, ako aj pomerne komplikovaný tvar pylónu a závesov sa modelovali v 3D prostredí programu AutoCAD. Na modelovanie samotnej nosnej konštrukcie, ktorej tvar bol zložitý z dôvodu pôdorysného a výškového zakrivenia, preklápania mostovky, rozširovania a zužovania vozovky v oblúkoch a zmeny šírky ríms, sa použila nadstavba pre program AutoCAD so zameraním na modelovanie cestných mostov [2]. Program sa nasadil na projekt a pomocou podpory vývojára sa úspešne použil ako primárny nástroj pri tvorbe modelu nosnej konštrukcie, tvaru predpínacích káblov, ako aj niektorých častí príslušenstva mosta (ložiská, odvodnenie mosta, zábradlie atď.). Následne sa kontrolovala vzájomná geometria spodnej stavby, nosnej konštrukcie a príslušenstva mosta a odhaľovali sa kolízie, ktoré neboli zastihnuté pri tvorbe 2D dokumentácie.

Obr. 5 Vizualizácia mosta

Záver

Projektová dokumentácia mosta je výsledkom tímovej spolupráce projektantov z projektových kancelárií REMING Consult a LKM Consult. Bez nej by nebolo možné návrh mosta zvládnuť v takom krátkom čase a požadovanej kvalite. Veríme, že nami vynaložené úsilie ocení ako zhotoviteľ počas výstavby mosta, tak aj široká verejnosť, pre ktorú bude nový most nielen vizuálnou, ale hlavne funkčnou dominantou mesta Žilina.

New road bridge on the 1st May street

The new road bridge in Žilina will be built as a prolongation of the existing 1st May street and will connect the city communication over the existing build-up area, 16 tracks and 3 local communications. The superstructure with the total length of 331,5 m will be composed by double tee cross section made of prestressed concrete that will be symmetrically hanged in its two main 75 m long fields by means of 8 pairs of cables of the approx. 27 m high pylon. The article deals with the conception and the design of the individual elements of the bridge including the calculation of the statics/stress analysis and the dynamics of the bridge.

TEXT: Ing. Matúš Uhlík, Ing. Gábor Szabó, PhD., Ing. Libor Konečný, Ing. Filip Glovina
VIZUALIZÁCIE: Ing. arch. Róbert Mrštica

Matúš Uhlík, Gábor Szabó a Róbert Mrštica pôsobia vo firme ­REMING CONSULT a. s. Libor Konečný a Filip Glovina pôsobia vo firme LKM Consult, s. r. o.

Literatúra

1. Uhlík, M.: Zelený most – rekonštrukcia mosta v km 7,892 trate Bratislava-Nové Mesto – Dunajská Streda. In: Inžinierske stavby/Inženýrske stavby, 06/2017, #394.
2. Dostupné na: http://www.easybridge.sk/.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 3/2018.