Diaľnica D1 Bratislava – Triblavina, most D1/D4 – ostro sledovaná križovatka

Už pri príprave dokumentácie pre nultý obchvat Bratislavy (D4 Jarovce – Rača) pre územné rozhodnutie z roku 2014 sa projektanti museli vysporiadať so zásadnou otázkou, ako vyriešiť križovanie s jestvujúcou najfrekventovanejšou diaľnicou na Slovensku.

Môžeme sa len domnievať, že v úvodnej fáze prípravy projektu bol navrhnutý variant, ktorý mal previesť diaľnicu D4 ponad D1, ale z mnohých dôvodov, pre laickú verejnosť často nepochopiteľných a nepochopených, bol zvolený variant prevedenia nultého obchvatu pod niveletou jestvujúcej D1.

Technická, technologická a realizačná náročnosť musela byť už v roku 2014 pri oboch variantoch neporovnateľná, samotnú náročnosť skomplikovalo ešte neustále narastanie dopravnej intenzity v okolí hlavného mesta.

Preto keď v roku 2019 verejný obstarávateľ Národná diaľničná spoločnosť, a. s., vyhlásila verejné obstarávanie na výstavbu stavebného objektu 232-05, nebolo až takým prekvapením, že súťaž bola vyhlásená v režime zmluvných podmienok tzv. žltého FIDIC-u a s multikriteriálnym hodnotením uchádzačov.

Samozrejmými kritériami (okrem ceny) boli čas výstavby a obmedzenie premávky na diaľnici D1 s hraničnou maximálnou hodnotou stanovenou na 9 dní pre jeden jazdný pás v súlade so stanoviskom Prezídia Policajného zboru Ministerstva vnútra Slovenskej republiky. V priebehu obmedzenia bolo nutné zaistiť premávku po jestvujúcej polovici diaľnice v usporiadaní 2 + 2.

Skúseným uchádzačom muselo byť už v tejto chvíli jasné, že projekt si bude vyžadovať využitie kombinácií rôznych technológií na budovanie mostov a atypické riešenia, ktoré sa nebudú dať porovnať so stavebnými realizáciami na Slovensku a v Česku.

Napriek tomu, že išlo len o druhú stavebnú multikriteriálnu súťaž (prvou bola súťaž na zhotoviteľa úseku rýchlostnej cesty R2 Kriváň – Mýtna), stala sa dôkazom, že precízne zadefinované kritériá povzbudia skúsených zhotoviteľov k účasti v súťaži a že hodnotenie presnosti ponuky (čo do rozsahu aj obsahu) môže byť kľúčom k zefektívneniu procesu verejného obstarávania, o ktorom sa v súčasnosti toľko diskutuje.

Víťazné technické riešenie

Keďže spoločnosť Doprastav možno považovať za priekopníka vo výstavbe vysúvaných mostoch na Slovensku (v roku 2005 v Štrbe postavila 1. vysúvaný železobetónový predpätý most na Slovensku) s dobrou základňou technologického vybavenia (klzné ložiská, hydraulické valce rôznej kapacity, samotný výsuvný nos), myšlienka vybudovať most v inej ako finálnej polohe a potom ho vysunúť do jeho projektovej polohy bola na začiatku úplne prirodzená.

No ak pri vysúvaní predpätých mostov je jasná výsuvná dráha (tvoria ju piliere s klznými ložiskami) a je potrebné zvoliť len správne vysúvacie zariadenie (krokovacie – sústava horizontálnych a vertikálnych hydraulických valcov, ktoré konštrukciu najskôr nadvihnú a potom posunú, alebo ťažné s využitím predpínacích lán) a zároveň uspôsobiť konštrukciu opory a pilierov podľa vopred známych detailov, pri úvahe, ako presunúť rámovú konštrukciu, je potrebné všetky tieto veci riešiť odznova a bez zásadného stupňa skúseností.

Je preto potrebné pozrieť sa na samotné princípy „heavy liftingu“, čím sa vo svete označuje premiestňovanie veľkých bremien, ktoré nemusia byť primárne stavebnými konštrukciami, a materiál ako taký sa berie do úvahy len pri posudzovaní odolnosti podperných bodov. Podľa pôvodného návrhu dokumentácie pre stavebné povolenie bol SO 232-05 štvorpoľový most z predpätého betónu s rozpätiami polí 15,00 + 2 × 20,00 + 15,00 m budovaný na pevnej skruži.

Toto technické riešenie nebolo možné s ohľadom na požadovaný čas obmedzenia premávky diaľnice D1 realizovať. Na zachovanie prejazdného gabaritu diaľnice D4 bola zvolená dvojpoľová rámová konštrukcia s rozpätiami 16,412 a 16,211 m. Most bol teda oproti dokumentácii DSP skrátený o 37,377 m.

Opis konštrukcie

Návrh technického riešenia mosta vychádzal z požiadaviek vyplývajúcich z technológie výstavby aj z aktuálneho premostenia diaľnice D4 a výhľadového rozšírenia diaľnice D1 Bratislava – Trnava na kategóriu R 33,5/120 a s tým spojenú výškovú zmenu nivelety D1 spôsobenú výstavbou vetiev križovatky Ivanka sever.

Tieto aspekty nás viedli k návrhu mosta tvoreného rámovou betónovou monolitickou konštrukciou s rozpätím polí 16,412 a 16,211 m. Rámová konštrukcia je s ohľadom na tuhosť počas výstavby navrhnutá ako uzatvorená so spodnou doskou, ktorá pôsobí v okamihu výstavby ako tiahlo.

Horná aj spodná doska sú navrhnuté ako predpäté, steny sú navrhnuté ako železobetónové. Rámová konštrukcia je po šírke rozdelená na dva dilatačné celky s dĺžkami 17,6 a 20,3 m.

Hrúbka spodnej a hornej dosky je 500 mm, dosky majú 1,5 m dlhé lineárne nábehy s výškou 0,3 m. Horná aj spodná doska sú predpäté deviatimi lanovými káblami, ktoré sú osadené vo vzdialenosti 0,45, resp. 0,90 m. Napínanie prebiehalo jednostranne striedavo od OP1 a OP3. Použil sa predpínací systém DYWIDAG.

Vzhľadom na technológiu výstavby vysúvaním bolo nutné pri návrhu konštrukcie zohľadniť jednotlivé stavebné fázy pôsobenia mosta a s tým spojené uloženie technologických prvkov pre výstavbu. Išlo najmä o dočasné vzpery a kotvenie vonkajších konzol, ktoré prenášali zvislú reakciu z podperných lisov do konštrukcie. Kotvenie a vnesenie síl od týchto prvkov ovplyvňovali dimenziu a vystuženie stien a rámových rohov.

Tieto detaily boli podrobne analyzované metódou Strut and Tie. Globálne statické pôsobenie bolo analyzované pomocou doskostenových modelov v programe MIDAS Civil.

Typ navrhnutej konštrukcie a geologické podmienky v mieste mosta umožnili plošné zakladanie s výmenou podložia v hrúbke 1,5 m a so šírkou 4,8 m pod stenami mosta a s výsuvnými dráhami. Aby bol zaistený kontakt medzi spodnou doskou a podložím, boli mimo týchto pásov navrhnuté v spodnej doske kruhové otvory s priemerom 100 mm, ktoré slúžili na vyplnenie voľného priestoru medzi terénom a spodnou doskou po zasunutí konštrukcie do definitívnej polohy.

Na zaistenie výkopu pre ľavý most sa použili štetovnice VL 604 ocele S355 v osi diaľnice D1 s dĺžkou 13,0 m – z toho 12,7 m bolo v zemi a 0,3 m bolo z manipulačných dôvodov nad terénom. Z dôvodu zaistenia štetovníc sa vo fáze prípravy (pred pozastavením dopravy v smere do Bratislavy) inštalovali tiahla v smere od výrobne pre pravý most k osi komunikácie, ktoré sa aktivovali až pri samotnom odťažovaní pri výkope pre ľavý most.

Tiahla boli v dvoch radoch. Výška ich ukotvenia bola v čele pravého mosta jednoznačne daná, v mieste osi diaľnice D1 však bola ich pozícia variabilná v závislosti od odchýlky vŕtania, ktorú zadal zhotoviteľ na ± 2°.

Súčasťou stavby mosta bolo aj osadenie rúr s priemerom 1 200 mm, ktoré zaistia prepojenie priekop diaľnice D4 a zaústenie do retenčnej nádrže na južnej strane križovatky. V rámci dočasného stavu pred rozšírením D1 sú navrhnuté šikmé krídla tvorené prefabrikátmi Grefa s premennou výškou, ktorá kopíruje tvar jestvujúceho násypového telesa D1.

Technológia vysúvania

Samotná technológia vysúvania musela byť teda kombináciou dvoch základných typov valcov. V prvom rade išlo o 16 valcov s kapacitou 3 850 kN, ktoré tvorili základ tzv. APS systému (APS = Air Pad Sliding) – spodná časť piestu je v tomto systéme rozšírená do štvorcovej oceľovej podložky. Podložka má na okrajoch elastomérovú manžetu, ktorá zabezpečuje tesnosť.

Do priestoru ohraničeného manžetou a oceľovými časťami sa počas samotného pohybu konštrukcie vháňa stlačený vzduch, ktorý znižuje trenie, a tým aj nároky na druhú časť systému, tzv. push and pull jednotky. Ide o menšie valce s kapacitou 320 kN, ktoré zabezpečujú horizontálny posun konštrukcie rýchlosťou až 100 m/hod.

Špecifikom celého systému je, že hlavné zdvihové jednotky sa nenachádzajú pod konštrukciou, takže sa nedá ideálne zabezpečiť roznos zdvihových síl (napríklad v prípade mosta SO 232-05 nebolo možné pre zdvih využiť strednú stenu), a jednotky boli umiestnené mimo pôdorysu mosta.

Z toho vyplývala úloha pre projektantov a dodávateľa technológie vyriešiť spojenie a roznos síl v rámci rámovej konštrukcie. Spojenie hydraulických jednotiek so železobetónovou konštrukciou je možné urobiť dvomi spôsobmi. Prvým je vytvorenie krátkych železobetónových konzol, ktoré slúžia na vzopretie vertikálnych hydraulických lisov.

Druhým (zvoleným pri SO 232-05) je pripraviť stykové oceľové platne do debnenia betónovej konštrukcie a následne oceľové konzoly upevniť na zabetónovanú nosnú konštrukciu skrutkovými spojmi. Špeciálny prístup sa musel rovnako zvoliť pri zriadení vysúvacej dráhy.

Keďže počas realizácie nebol časový priestor na vybudovanie monolitických konštrukcií, ktoré by slúžili ako vysúvacia dráha, museli sa použiť vopred pripravené klzné nosníky, ktoré slúžili na zníženie trenia a zároveň na rovnomerný prenos zaťaženia z hydraulických jednotiek do podložia. V závislosti od únosnosti podložia sa použili dva typy týchto dráh – ťažké klzné dráhy (tzv. skidway heavy) a ľahké klzné dráhy (tzv. skidway light).

Oba typy klzných dráh majú bočnicu, ktorá slúži ako bočné vedenie a usmernenie pri vysunutí. Zároveň sa bočnice využívajú na uchytenie výsuvných jednotiek. Na vystuženie pozdĺžneho rezu sa použili oceľové prvky typu MT s maximálnou kapacitou 7 000 kN, ktorá však bola redukovaná excentricitou zaťaženia a celkovou dĺžkou vzpery (15 m).

Vlastná realizácia

Oproti pôvodnému zadaniu prešiel projekt niekoľkými zmenami, s ktorými sa realizačný tím spoločnosti Doprastav, a. s., v spolupráci s projektantom SHP-SK a investorom Národnou diaľničnou spoločnosťou musel vyrovnať. Asi najvýznamnejším zásahom do projektovaného riešenia bola zmena postupu výstavby spôsobená zmenou technického riešenia preloženia kábla VN objektu 605-00, ktorý kolidoval s výrobňou pravého mosta, čím došlo k zmene poradia postupu výstavby jednotlivých mostov.

S tým súvisela aj zmena šírky jednej z konštrukcií na úkor druhej. V smere staničenia sa ľavý most vysúval ako prvý, pričom mal celkovú hmotnosť 2 400 t, pravý most mal celkovú hmotnosť 2 700 t. Keďže musel byť jeden jazdný pás diaľnice prejazdný, zároveň navrhol projektant stabilizáciu násypu dvojicou radov štetovnicových stien prepojených vodorovnými tiahlami v dvoch etážach (21 kusov v hornej etáži a 18 v dolnej).

Zároveň na zabezpečenie stability násypu počas výstavby pravého mosta bola „larsenova“ stena v svahu diaľnice kotvená zemnými kotvami v dvoch radoch v počte 36 kusov. Výstavba samotnej nosnej konštrukcie prebiehala štandardným spôsobom v následnosti spodná doska, steny, strop so zabudovaním potrebných kotviacich platní a prípravkov pre technológiu. Takto pripravené dve polovice mosta čakali na samotné zasunutie do definitívnej polohy.

Zasunutiu predchádzala náročná operácia presmerovania dopravy na živej D1 spolu s objemnými zemnými prácami na odkope pôvodného telesa diaľnice. Celá operácia od presmerovania po opätovné spustenie dopravy už po novom moste trvala 6 dní. To isté sa opakovalo aj v druhom smere, pričom vplyvom februárového nepriaznivého počasia sa muselo druhé zasunutie o pár dní odložiť.

Samotné zasunutie mosta na pripravené podložie potom predstavovalo už len časovo krátku záležitosť – podobne pri oboch mostoch prešlo od začatia zasunutia po presné spustenie do projektovanej polohy menej ako tri hodiny. Celkovo prebiehali práce nonstop 24 hodín počas 6 dní výluky na diaľnici D1.

Záver

Projekt D1/D4 je dôkazom toho, že keď sa spoja skúsený zhotoviteľ so silným zázemím a invenčný projektant, dokážu priniesť na Slovensko inovatívnu technológiu, ktorá naplní aj nesmierne náročné podmienky a požiadavky investora.

TEXT: Ing. Martin Chrappa, Ing. Peter Kulla,
Ing. Pavel Svoboda, PhD., Ing. Leonard Šopík, PhD.
FOTO a OBRÁZKY: Doprastav, a. s., SHP SK, s. r. o.

Martin Chrappa a Peter Kulla pôsobia v spoločnosti Doprastav, a. s. Pavel Svoboda a Leonard Šopík pôsobia v spoločnosti SHP SK, s. r. o.