Nový most Monoštor cez Dunaj v Komárne

Dňa 17. septembra 2020 premiéri dvoch susedných krajín – za Slovenskú republiku Igor Matovič a za Maďarsko Viktor Orbán – slávnostne prestrihli pásku na novovybudovanom cestnom moste cez Dunaj v Komárne.

Vzhľadom na jeho 118 m vysoký pylón, nakláňajúci sa z jednej strany ponad vozovku, ide o unikátny mostný objekt. Jeho realizáciou sa na jednej strane uzavrela snaha samosprávy spojiť oba brehy Dunaja novým mostom s unikátnym vzhľadom, na druhej strane sa ukončilo 16 rokov práce projektantov, zhotoviteľov, investorov a ďalších zúčastnených na tomto cezhraničnom projekte.

Most je napojený na existujúcu cestnú sieť na oboch stranách Dunaja, spolu s mostom tak bola spustená do prevádzky aj cestná a cyklistická infraštruktúra. Na slovenskej strane je cyklistický chodník napojený pomocou zjazdu z mosta na cyklotrasu EuroVelo 6.

O projektovaní a výstavbe tohto mosta už bolo publikovaných niekoľko článkov, a to aj v časopise Inžinierske stavby. Ako je odbornej verejnosti známe, ide o 5-poľový jednopylónový zavesený most s rozpätiami 66,0 + 252,0 + 120,0 + 96,0 + 66,0 m. Jeho celková dĺžka je 600 m.

Most je umiestnený v tesnej blízkosti mesta Komárno, približne 170 m pred existujúcim železničným mostom. Na moste vedie komunikácia C11,5/80 so samostatnými chodníkmi pre chodcov a cyklistov. Dominantou mosta je pylón v tvare písmena L, ktorý je najvyšší na celom toku Dunaja.

Hlavným faktorom začatia výstavby mosta bolo získanie rozhodujúcej časti finančných zdrojov z Nástrojov na prepojenie Európy (CEF). Víťazom medzinárodného výberového konania na zhotoviteľa stavby sa stalo konzorcium H-M Duna-híd, ktorého podzhotoviteľmi boli aj firmy z ďalších krajín V4, a to z Českej republiky a z Poľska.

Projektové firmy DOPRAVOPROJEKT, a. s., a Pont-TERV, Zrt., spolupracovali na vypracovaní všetkých stupňov projektových dokumentácií od úplného začiatku prípravy projektu, t. j. od roku 2006. Počas výstavby vypracovali ďalšie realizačné dokumentácie, akými boli dokumentácia na vykonanie prác a výrobno-technická dokumentácia, a vykonali autorský dozor. S výstavbou mosta sa začalo v auguste 2017.

V tomto období bolo potrebné úzko spolupracovať so zhotoviteľmi mosta, lebo vyššie spomenuté realizačné dokumentácie museli zohľadňovať technické možnosti zhotoviteľských firiem, pochádzajúcich zo všetkých krajín V4. Špecifikom projektu bola aj potreba vyhovieť zákonom a technickým predpisom platným v oboch krajinách, čo niekedy prinášalo nemalé komplikácie.

Zakladanie mosta a umelé ostrovy

Všetky tri podpery umiestnené v toku (piliere č. 2, 3 a 4) boli postavené pomocou umelých ostrovov. Pri podpere č. 4 môžeme hovoriť o polostrove, keďže je situovaný v blízkosti brehu. Najväčším umelým ostrovom bol ostrov pre pilier č. 3, teda pylón so závesmi. Pôdorysné rozmery základu tohto piliera sú 41,0 × 17,0 m. Hrúbka základu je 4,0 m. Pre tento pilier je navrhnutých 38 pilót s priemerom 1,5 m a dĺžkou 15,0 m.

Podmienkou bezpečnej plavby na danom úseku je umiestnenie celého základu pod dno toku, z toho dôvodu musela byť celá základová doska zapustená pod dno. Táto požiadavka spôsobovala projektantom nemalé ťažkosti, lebo voda v tejto časti toku Dunaja mohla vystúpiť až na 13,0 m nad jeho dno.

V takomto prípade by bolo nutné navrhnúť štetovnicovú ohrádzku na 17 m vysoký vodný stĺpec, čo by bolo technicky veľmi ťažko realizovateľné a ekonomicky neefektívne. Zhotoviteľ sa preto rozhodol prijať určité riziko, že v prípade 9,3 m vysokej hladiny vody, čo zodpovedá približne vysokej plavebnej hladine na vodnej ceste, umožní zatopenie stavebnej jamy.

Štetovnicová ohrádzka umelého ostrova pozostávala z dvojice rovnobežných štetovnicových stien v osovej vzdialenosti 600 mm, ktoré boli v hornej úrovni prepojené ťahadlom. Priestor medzi nimi bol vyplnený betónom. Celková dĺžka vonkajšej štetovnice bola 19,3 m (10 m pod dnom a 9,3 m nad dnom toku), použili sa štetovnice typu VL606. Usmerňujúce štetovnice zarazené v tvare písmena V pred umelým ostrovom a za ním boli typu VL605A.

Na dne umelého ostrova sa na zabezpečenie stability ohrádzky a vodotesnosti, resp. minimalizovanie prítokov, zrealizovala trysková injektáž s hrúbkou približne 2 m. Pilotážne práce a trysková injektáž sa realizovali z dočasného zasypania štrkopieskom priestoru od dna umelého ostrova nad hladinu Dunaja.

Po zrealizovaní pilót sa pristúpilo k postupnému odkopávaniu dočasného zasypania. Po odkopaní zasypania štetovnicovej ohrádzky bolo treba ohrádzku postupne rozoprieť (obr. 2). Na rozopretie slúžili oceľové rozperné rámy, ktoré boli rozopreté v dvoch úrovniach.

Oceľové rozperné rámy tvorili dvojice profilov HEB500 rozopreté v polovici rozpätia priečľou a podopreté v každom rámovom rohu profilmi HEB400. Rámy boli v zvislom smere ukotvené na ohrádzku konzolovými nosníkmi, navarenými na štetovnice. Hmotnosť rozperných rámov na najväčšom umelom ostrove dosahovala spolu takmer 148 t.

Po osadení z lode v jednom celku a aktivizovaní rozopretia horného aj spodného rámu sa pristúpilo k výkopu stavebnej jamy, armovaniu základu a betonáži základovej dosky pylónu.

Betonáž dosky (pri celkovom objeme betónu skoro 2 800 m³) prebehla celkovo v piatich kontinuálnych, za sebou idúcich etapách. Množstvo spotrebovanej betonárskej výstuže v základovej doske bolo spolu 2 48,5 t. Po zatvrdnutí betónu základovej dosky sa demontoval staticky už nepotrebný spodný rozperný rám.

Ohrádzka umelého ostrova piliera plnila svoj účel počas výstavby spodnej stavby, počas výstavby nosnej konštrukcie slúžila ako ochrana žeriava. Z dôvodu zabezpečenia ochrany proti podmývaniu základu sa všetky vnútorné štetovnice odrezali na úrovni dna rieky.

Počas celého času prevádzky umelého ostrova bola jeho dopravná obsluha zabezpečená pomocou pojazdných plavidiel prikotvených k brehu.

Spodná stavba pylónu

Zavesená nosná konštrukcia s jedným pylónom predstavuje unikát nielen svojím tvarom nad úrovňou vozovky, ale možno ešte zaujímavejšou časťou, ktorá sa dnes už nachádza skrytá v mase betónu a ocele.
Výstavba základovej dosky a celkovo spodnej stavby pylónu priniesla mnoho komplikácií z dôvodu prác v koryte Dunaja ako jednej z najšpecifickejších riek v Európe.

Výstavba ochranných umelých ostrovov sa musela niekoľkokrát prerušiť z dôvodu vysokej hladiny toku, ktorá ohrozovala bezpečnosť pracovníkov. Na druhej strane, pri veľmi nízkej hladine vodnej cesty, rozhodol správca o prerušení plavby, čo zase ovplyvnilo použitie lodného žeriava.

Konštrukcia pylónu v špecifickom tvare písmena L je doplnená rozperou v mieste kotvenia do spodnej stavby. Tento inovatívny tvar konštrukcie si však vyžiadal technologické opatrenia armovacích prác a aj samotného osadenia dielcov pylónu.

Betonáž drieku podpery č. 3 prebehla vo viacerých fázach. V prvej etape sa vytvorili samostatné armokoše, zhotovené priamo na pontóne pri budúcej podpere č. 3, zabezpečujúce vystuženie pod vzperou. Manipuláciu s jednotlivými dielcami a armokošmi zabezpečil lodný žeriav Clark Ádám.

Kontinuálna výstavba 24/7 drieku piliera si vyžiadala uloženie vyše 7 000 m³ betónu a zabudovanie 700 t betonárskej výstuže pri náročnej logistike dodávky betónovej zmesi dovážanej z Nových Zámkov.

Nosná konštrukcia a jej výstavba

Horná a spodná stavba mosta Monoštor sú výnimočné aj tým, že sa vyrábali vo všetkých krajinách V4. Jednotlivé diely nosnej konštrukcie sa vyrábali v mostárni BANIMEX, Sp. Z. o. o., v Poľsku a v SAM, a. s. (Komárňanské lodenice), na Slovensku.

Následne sa celý priečny rez skompletizoval a zvaril na ostrove Csepel v Budapešti, odkiaľ sa prepravil pomocou lodí na Dunaji až do Komárna. Pylón sa vyrábal v mostárni MCE Slaný, s. r. o., v Českej republike, odkiaľ sa jednotlivé dielce prepravovali na miesto zabudovania podvalníkmi.

Výstavba nosnej konštrukcie sa dá rozdeliť na tri časti. V prvej etape prebiehala výstavba vysúvaním z lešenia umiestneného v toku hneď za pylónom (podpera č. 3). Dielce nosnej konštrukcie dopravené loďou vyložil lodný žeriav na lešenie medzi podperami č. 3 a 4, následne sa vysúvali smerom na slovenskú stranu k opore č. 6.

Druhá časť výstavby nosnej konštrukcie medzi oporou č. 1 a pilierom č. 2 prebiehala takisto vysúvaním z lešenia postavenom na brehu a v Dunaji. Vysúvalo sa tiež smerom z Dunaja na breh. Toto vysúvanie z Dunaja smerom k brehom malo opodstatnenie preto, lebo dielce nosnej konštrukcie sa dopravovali po vodnej ceste.

Tretia časť výstavby nosnej konštrukcie medzi piliermi č. 2 a 3 (hlavné pole s rozpätím 252 m) sa realizovala letmou montážou pomocou lodného žeriava. V hlavnom poli mosta sa takto osadilo spolu 15 montážnych dielcov.

Dĺžka jedného dielca bola približne 18 m. Pri letmej montáži bola najväčšia dĺžka konzoly až 224,4 m. Uložením posledného dielca nosnej konštrukcie lodným žeriavom v decembri 2019 došlo k spojeniu hornej stavby mosta budovanej z oboch brehov Dunaja (obr. 5).

Pylón a jeho výstavba

Pylón mosta tvorí oceľový uzavretý prierez s premennou výškou. Šírka prierezu je 4,0 m. Tlačená časť oceľového pylónu sa do výšky 90 m vyplnila betónom C50/60, čím sa využili prednosti oboch materiálov. Najviac namáhané časti pylónu s hrúbkou 30 až 80 mm boli navrhnuté z ocelí S355 NL a S460 NL.

Oceľová časť pylónu je v dolnej časti votknutá do betónového drieku, v ktorom je zabetónovaná aj oceľová vzpera pylónu. Na spriahnutie s betónom sú navarené na oceľovej časti tŕne, konkrétne 30 000 ks s priemerom 25 mm a dĺžkou 225 mm. V ťahanej časti prierezu pylónu je navrhnutých 8 ks 19-lanových káblov na možnú drobnú kompenzáciu priehybov pylónu vzniknutých zmrašťovaním.

Pri výstavbe bolo treba rátať s viacerými stavmi a všetky ich precízne zosynchronizovať. Išlo o tieto stavy:

1. osadenie dielca pylónu a zároveň osadenie dielca nosnej konštrukcie,
2. zváranie nosnej konštrukcie aj pylónu,
3. napnutie jedného páru závesov zo strany konzoly hlavného poľa na 70 %,
4. napnutie jedného páru závesov z druhej strany na 70 % a následné dopnutie na 100 %.

Po napnutí káblov v prvej úrovni prebiehali ešte aj armovanie a betonáž vo vnútri pylónu o jednu etáž nižšie. V čase, keď mal pylón výšku približne 90 m, sa museli vo veľmi krátkom časovom úseku vymeniť až tri čaty robotníkov, a to betonári, montéri oceľovej časti a zhotovitelia závesov.

Montáž oceľovej konštrukcie pylónu prebiehala pomocou vežového žeriava (obr. 6) s výložníkom vo výške zhruba 135 m, ktorý bol zakotvený do základového bloku pylónu a pripevnený k pylónu v dvoch úrovniach. Montáž a súvisiace práce na jednotlivých dielcoch prebiehali z trojpodlažného posuvného lešenia pripevneného na vonkajšie výstuhy pylónu.

Výstavba pylónu bola asi najťažšou a logisticky najnáročnejšou časťou stavby celého mosta, keďže išlo o prácu vo výške, v sťažených podmienkach, pričom sa na nej podieľalo viacero profesií.

Príslušenstvo mosta

Na moste boli osadené zábradlia v celkovej dĺžke takmer 2 500 m s hmotnosťou blízkou 100 t. Zábradlia pre chodcov vysoké 1,2 m a pre cyklistov 1,4 m museli spĺňať, pokiaľ ide o ich výšku, prísnejšie požiadavky, ktoré boli platné v Maďarsku.

Lamelové mostné závery osadené po celej šírke nosnej konštrukcie umožňujú veľké dilatačné pohyby oceľovej nosnej konštrukcie rozdelenej pevným ložiskom v mieste podpery č. 3 na dve dilatačné dĺžky – 318 m, resp. 282 m.

Týmto hodnotám zodpovedajú rozsahy pohybu navrhnutých mostných záverov – na opore č. 1 (maďarský breh Dunaja) s celkovým rozsahom pohybu 640 mm a na opore č. 6 (slovenský breh Dunaja) s celkovým rozsahom pohybu 560 mm.

Na moste sú osadené jednostranné oceľové zábradľové zvodidlá s úrovňou zadržania H3. Pri návrhu a výbere zvodidla bolo dôležité, aby vybrané zvodidlo spĺňalo všetky predpisy oboch štátov. Vybralo sa maďarské zvodidlo typu DAK, ktoré bolo na slovenskej strane osadené v súlade s technickým podmienkami výrobcu odporúčanými Ministerstvom dopravy a výstavby SR.

Most je uložený na každej zo šiestich podpôr na dvoch kalotových ložiskách od firmy FREYSSINET. Nachádza sa v jednej z najviac seizmicky ohrozených oblastí na Slovensku (agR = 1,10 m/s²). Na dolnom páse hlavných nosníkov boli navrhnuté seizmické zarážky.

Dynamické účinky

Na základe analýz dynamických účinkov vetra a dopravy boli navrhnuté konštrukčné opatrenia na zabezpečenie dostatočnej bezpečnosti a stability mostnej konštrukcie.

Za účelom zníženia zvislého kmitania nosnej konštrukcie boli v troch prierezoch (139,5; 163,5 a 187,5 m od pylónu) hlavného mostného poľa zabudované dva kusy tlmiaceho zariadenia TMD (obr. 8) pre frekvencie kmitania nosnej konštrukcie 0,42 – 0,48 Hz. Každý kus TMD mal hmotnosť 5 t a pozostával zo štyroch tlmičov s koeficientom tlmenia 850 Ns/m.

Účinky TMD sa využili už počas výstavby hlavného poľa, aby zamedzili rozkmitanie 224,40 m dlhej, mimoriadnej štíhlej letmo montovanej konzolovej časti nosnej konštrukcie. Počas montáže sa tlmiace účinky týchto zariadení odskúšali a aj využili.

Letmo montovaná konzola nosnej konštrukcie hlavného poľa dosiahla pred vložením 15,0 m dlhého spojovacieho dielca až 224,40 m. Aktiváciou TMD tlmičov sa zamedzilo rozkmitanie tejto mimoriadne štíhlej konzoly. Účinnosť nosnej sústavy s tlmičmi bola, samozrejme, preukázaná aj zaťažovacou skúškou.

Pri tejto skúške skákala skupina dvadsiatich piatich dobrovoľníkov z prekážky vysokej 0,45 m v rytme vypočítanej vlastnej frekvencie 0,45 Hz. Najprv pri zablokovanom stave tlmičov a následne po aktivácii TMD tlmičov.

Pri zablokovanom stave tlmiča TMD konštrukciu postupne rozkmitali až do zvislej výchylky 5 cm, keď prerušili vyvolávanie účinkov. Pri aktivovanom tlmiči nedokázali účastníci skúšky rozkmitať konštrukciu vyššie uvedeným spôsobom. Aktivované tlmiče garantovali stabilitu nosnej konštrukcie (konzoly) už aj počas montáže.

Aerodynamickú stabilitu závesov zabezpečujú (zamedzujú vyplývajúce vibrácie a únavové poškodenia) tlmiče kmitania typu IRD (Internal Radial Damper), resp. IHD (Internal Hydraulic Damper) a ochranné HDPE rúry káblov so všeobecne známou špirálovou úpravou povrchu zabraňujúcou stekaniu dažďovej vody pozdĺž šikmého závesu.

Tlmiče kmitania sú umiestnené pri dolnom (pasívnom) zakotvení závesov pri mostovke. Druh použitých tlmičov sa určil podľa logaritmického dekrementu daného závesu, ktoré boli v rozmedzí d = 0,03 až 0,08 rozsahu účinnosti týchto tlmičov. Pri dvanástich (3 × 4) najdlhších závesoch (185 až 232 m) sú zabudované IRD tlmiče, kratšie závesy (86 až 164 m) majú zabudované IHD tlmiče.

Zaťažovacia skúška

Statickú a dynamickú zaťažovaciu skúšku vykonala Katedra mostov a konštrukcií Technickej a ekonomickej univerzity v Budapešti 16. 5. 2020. Zaťažovacia skúška (obr. 9) sa uskutočnila podľa príslušných národných predpisov oboch štátov (e-UT 08.01.25; e-UT 07.01.12; STN EN 1991-2; STN 73 6209).

Pri statickej zaťažovacej skúške bola mostná konštrukcia zaťažená 32 ks 5-nápravových nákladných vozidiel s priemernou hmotnosťou 31 t. Pôsobenie a odolnosť mosta boli overené pomocou 16 zaťažovacích stavov, ktorými sa vyvodili maximálne účinky v nadpodporových oblastiach, ako aj v jednotlivých mostných poliach.

Hodnoty zvislých priehybov boli určené s presnosťou ±0,5 mm v 34 bodoch na každej strane mosta. Maximálne namerané priehyby ukázali dobrú zhodu s vypočítanými hodnotami. Nameraný a analýzou stanovený teoretický priehyb v strede 252 m dlhého hlavného poľa mosta boli totožné a mali hodnotu 482 mm.

Namerané priehyby sa pohybovali v rozmedzí od 96 do 100 % ich teoreticky stanovených hodnôt.
Maximálny priehyb pylónu vznikal takisto pri najväčšom zaťažení hlavného mostného poľa.

V smere osi mosta bol priehyb pylónu 132 mm, kolmo na os mosta 136 mm (teoretická hodnota priehybu pylónu kolmo na os mosta bola 142 mm). Skrátenie pylónu od zaťažovacej sústavy bolo 14 mm. Tu však treba uviesť, že počas celodennej skúšky vznikal od pôsobenia zmeny teploty vodorovný priehyb v priečnom smere až na úrovni 100 mm.

Okrem priehybov sa vykonali rozsiahle merania pomerných pretvorení tenzometrami. Na základe výsledkov týchto meraní sa stanovila podrobná napätosť celého prierezu v troch charakteristických miestach nosnej konštrukcie a v jednom priereze pylónu (v blízkosti jeho votknutia do železobetónovej časti podpery).

Okrem toho sa z meraní stanovili normálové napätia v rezoch charakteristických prvkov a detailov mostovky (napr. v pozdĺžnej výstuhe pri nadpodporovom priečniku, v priečniku mostovky a pod.).

Počas skúšky sa sledovala teplota nosnej konštrukcie, ako aj teplota okolia. Z analýzy takto získaných napätí možno konštatovať, že nosná konštrukcia pri symetrickom zaťažení pôsobí prakticky symetricky aj napriek asymetrickej konštrukcii pylónu.

Dynamická zaťažovacia skúška sa uskutočnila po skončení statickej zaťažovacej skúšky. Vykonala sa súbežným prejazdom dvoch nákladných vozidiel postupne s rýchlosťami 5, 20, 40, 60, 80 a 90 km/h. Výsledky sa vyhodnotili pomocou merania pretvorení tenzometrami.

Zhotoviteľ skúšky určil výpočtom dynamický súčiniteľ pre rôzne konštrukčné prvky. Následne sa pre mostný trám určil max. dynamický súčiniteľ 1,14, ktorý vzniká pri rýchlostiach 80 až 90 km/h. Pre pylón určila skúška max. hodnotu 1,10 pri rýchlosti 50 km/h.

Vlastné frekvencie mosta sa určili dvomi meraniami zrýchlenia pomocou troch senzorov typu B3-5, ktoré boli osadené v rôznych miestach medzi podperami 1 až 4. Výsledky ukazujú dobrú zhodu medzi nameranými a teoretickými hodnotami – vlastná frekvencia pri ohybe je 0,439 Hz (teoretická hodnota je 0,485 Hz)
vlastná frekvencia pri krútení je 0,732 (teoretická hodnota je 0,679 až 0,730 Hz).

Literatúra

1. NAGY L.: Komárno-Komárom, Projekt nového cestného mosta cez Dunaj. Pamätný Deň Jána Feketeházy, 2012, Komárno.
2. NAGY, L. – DRDANKO, G.: Projekt nového cestného mosta cez Dunaj medzi mestami Komárom-Komárno. 40. Aktív Pracovníkov oboru oceľových konštrukcií. 2015 Oščadnica.
3. NAGY, L. – DRDANKO, G.: Zavesený most ponad Dunajom v Komárne. In: Inžinierske stavby 4/2016.
4. Brigde DESING & ENGINERING: A bi-directional testing system is being used in the development of foundations for a new cable-stayed bridge between Hungary and Slovakia. ISSUE NO.92; IIIQ 2018.
5. PŠENEK, P.: Nový cestný most cez Dunaj medzi mestami Komárno a Komárom. In: Inžinierske stavby 6/2018.
6. BEDRICH, J.: Nový cestný most cez Dunaj medzi mestami Komárno a Komárom. In: Inžinierske stavby 3/2019.
7. TURČEK, P. – SÚĽOVSKÁ, M.: Založenie pylónu nového cestného mosta v Komárne. In: KONSTRUKCE 1 – 2/2020.
8. DUNAI, L. a kol.: Zaťažovacia skúška mosta cez Dunaj medzi mestami Komárom a Komárno – Odborný posudok (Technická a ekonomická univerzita v Budapešti 05/2020.)
9. GILYÉN E.: Az új komáromi Duna-híd építéstechnológiája. Mérnök újság 06/2020.