Příčiny poškození malých mostů povodněmi – ochranná opatření

• Foto

Povodně na území Čech v srpnu roku 2002 způsobily značné škody na mostních objektech. Zvláště v oblasti jižních Čech, kde je mírně kopcovitý terén a velké množství malých mostů, došlo k rozsáhlým narušením silniční sítě. Na důležitých tazích byla neprodleně instalována mostní provizoria a postupně byly mosty sanovány, nebo zcela nahrazeny novými konstrukcemi. Při povodních v minulých letech nastávaly obdobné poruchy mostů, ale problematika se obvykle nedotýkala tak velkého regionu.

Srovnání vlivu povodně na velké a malé mosty
Pod pojem velké mosty jsou zde zahrnuty mosty většího rozpětí, případně mosty o větším počtu polí. U velkých mostů se do jednotlivých pilířů soustřeďuje velké zatížení, což vyžaduje kvalitní zakládání dimenzované na značné síly. V současnosti se velmi často využívá zakládání hlubinné. Tento fakt sám o sobě již znamená, že zakládání je věnována značná pozornost.

V případě, že pod velkým mostem protéká povodeň, vzhledem k dostatečnému volnému prostoru pod mostem, obvykle nedochází k přílišnému zvýšení rychlosti proudící vody v profilu pod mostem. Navíc se v současnosti často během povodně velkým mostům věnuje  náležitá péče například tím, že jsou odstraňovány naplaveniny uvízlé pod mostními poli.

Uvedené důvody snižují rizika poškození, či zničení mostu při povodni, proto k poškození velkých mostů dochází v relativně malé míře.  Například v nedávné minulosti byl závažně poškozen dálniční most u Kufsteinu na hranicích Rakouska a Německa, kdy rozvodněná řeka Inn podemlela základ mostního pilíře. Za zajímavou zmínku stojí i narušení Karlova mostu v Praze v roce 1890. V té době byly mostní pilíře založeny jen plošně na dřevěných roštech vyplněných kamennou rovnaninou. Při povodni se před mostem nahromadilo velké množství dřeva odplaveného z horního toku a oblasti Výtoně (kde byly rozebírány vory). Následně došlo ke vzdutí vody a k velmi rychlému proudění pod zatarasenými klenbami, čímž se podemlely a naklonily 2 pilíře a zřítily 3 klenby. Zakládání mostu bylo postupně upraveno prakticky u všech pilířů a při povodni v roce 2002, kdy byly mostní otvory čištěny od plavenin, k poškození mostu již nedošlo.

U malých mostů – mosty malých rozpětí často jednopolové, je situace odlišná. Zatížení na základy od vlastní tíhy a provozu je relativně malé, což samo o sobě často umožňuje návrh mělkých plošných základů, nebo subtilního hlubinného zakládání. Malé mosty umístěné v násypech vedených napříč údolní nivou překlenují často potok nebo říčku bystřinného typu, kdy značně osciluje minimální a maximální průtok.

Během velké povodně pak může nastat vzdutí vody a následné rychlé proudění v relativně malém mostním otvoru. Řada malých mostů v jižních Čechách v roce 2002 byla zničena vlivem povodňové vlny ještě zesílené protržením hrází rybníků. V tomto případě hodně závisí na vzdálenosti a charakteru terénu mezi protrženou hrází rybníka a mostem. V případě malé vzdálenosti je vliv vlny zničující.

Typické povodňové proudění pod malými mosty
Typickým případem je komunikace na násypu s malým mostem vedená napříč údolní nivou. Rozvodněný tok nestačí protékat mostním otvorem a dochází ke vzdutí vody. V mostním otvoru nastává velmi rychlé proudění závislé na výšce vzdutí. Zatímco v případě pomalého proudění je dno namáháno zejména hydrostatickým tlakem, při rychlém proudění nastává opačné namáhání dna a břehů sáním. Se vzrůstem rychlosti proudění roste sací podtlak (obr. 1). Největší rychlost proudění vody bývá na povodní straně mostu. Dále po směru toku rychlost klesá vzhledem k možnosti rozlití vody do stran.

Důsledky proudění závisejí na okolnostech. Pokud není dno dostatečně opevněno, může nastat vymletí hluboké jámy na povodní straně mostu (obr. 2). Jelikož je dno jámy mnohdy pod základovou spárou plošných základů opěr mostu, může dojít k naklonění opěr a k znehodnocení celé konstrukce, případně i k její destrukci.

OCHRANA PŘED ÚČINKY POVODNÍ
Jak vyplývá z charakteristik poškození malých mostů, nabízí se několik postupů jak čelit poškození konstrukce při povodni.

• Dostatečně velký mostní otvor nebo otvory. Tento přístup vede k mostu většího rozpětí (což obvykle znamená jen malé navýšení ceny díla), nebo k návrhu vícepolového mostu. Pokud je niveleta mostu nízko nad terénem a při povodni dojde k zahlcení prostoru
  pod mostem, je řešením i zvýšení nivelety.
• Alternativou uvedenému řešení v plochých územích je realizace inundačních mostů, pak se průtok vody nesoustřeďuje do jednoho místa. Inundační mosty jsou sice typické pro velké mosty (např. dálniční most přes Labe u Poděbrad), u malých mostů a toků lze navrhnout inundační propustky rovnoměrně rozdělené po šířce údolní nivy.
• Pokud je most na silniční komunikaci místního charakteru, kde je možné počítat s přerušením provozu po dobu povodně, lze navrhovat přelivné mosty. To se týká zejména případů, kdy je niveleta komunikace nízko nad terénem. V takových situacích je však výhodné přelivný úsek umístit na komunikaci mimo most. Jelikož most musí být vybaven zábradlím, případně svodidlem, hrozí zachycování plavenin a následné poškození mostního vybavení. Pokud je přelivný úsek mimo most, kde postačují směrové sloupky, je žádoucí násypové těleso v úseku nejnižší nivelety pečlivě opevnit (obr. 4). Dostatečně robustní opevnění koryta lomovým kamenem uloženým do betonu se doporučuje zakončit mohutnými prahy, které zabrání degradaci opevnění při vymílání zeminy od krajů.
• Základové konstrukce se rovněž doporučuje chránit hlubinnou stěnou vytvořenou např. ze štětovnic zaberaněných dostatečně hluboko, případně až na skalní podloží. U krátkých mostů je vhodné štětovnicovou stěnu vést kolmo korytem na povodní straně mostu a hlavy štětovnic zakotvit v příčném prahu opevnění dna (obr. 3).
• Kromě vlastní konstrukce mostu je zapotřebí chránit i přilehlé násypy, což lze realizovat vhodným opevněním svahů napojeným na mostní křídla.
• V závislosti na místních podmínkách lze nalézt různá další řešení zohledňující místní odlišnosti a rizika.

PŘÍKLADY SANACE MOSTŮ ZNIČENÝCH POVODNÍ
Železniční most v Pohoří u Dobrušky
Původní klenbový cihelný most byl zničen povodní v roce 1998. Most převádí železnici přes polní cestu, nikoliv vodoteč. Při povodni se zatopilo rozsáhlé území, voda se vzdula za železničním náspem a následně proudila pod mostem velkou rychlostí, vyplavila za mostem velkou prohlubeň, a poté se naklonily základy mostu a prolomila klenba.

Sanace mostu byla vzhledem k rozsahu poškození zcela vyloučena. Požadavkem na nový most byla výměnná prostě uložená nosná konstrukce. Hlubinné zakládání nebylo výhodné, proto byly navrženy rámové opěry tvary písmene U s vodorovnou základovou deskou pod úrovní polní cesty. I v tomto případě byla na povodní straně na kraji spodní desky zhotovena štětovnicová stěna zabraňující vyplavování zeminy z prostoru pod deskou. Rámová opěra dobře přenáší vodorovné tlaky přilehlého násypu a odpadají tak problémy se stabilitou opěr. Toto řešení bylo rovněž relativně snadno realizovatelné pod provozovaným mostním provizoriem. Nový most byl dokončen v roce 1999. Následující rok byl most znovu zaplaven povodní přibližně stejného rozsahu. Za mostem vznikla jen malá prohlubeň na polní cestě, most ani násypy však povodní dotčeny nebyly. Oprava štěrkové cesty byla jen drobnou investicí nerozhodujícího významu.

Silniční most v Předmíři u Blanska
Dvoupolový klenbový most na místní komunikaci byl zcela zničen povodňovou vlnou v roce 2002 vzniklou náhlým protržením hráze vzdálené jen 1,5 km. Vlivem zanesení celého koryta potoka vznikl problém malé volné výšky pod novým mostem. Proto byl navržen jednopolový deskový rámový most zakládaný hlubinně na velkoprofilových pilotách opřených o žulové skalní podloží.

Je na místě podotknout, že navrhovat most na účinky takto mohutné povodňové vlny je neefektivní. V tomto území bylo zničeno všechno v trase vody včetně mnoha obytných domů. Efektivní cestou není investovat do mostu, který „vydrží všechno“, ale investovat do kvalitní hráze. Nový most je chráněn proti vodě ve smyslu výše uvedených zásad.

Silniční most u Strunkovic nad Blanicí u Prachatic
Most na silnici 141 přes Dubský potok zhotovený z prefabrikovaných nosníků uložených na opěrách založených na betonových beraněných pilotách byl postaven v roce 1956, rekonstruován v roce 2001 a závažně poškozen při povodni v roce 2002. K poškození povodní došlo zcela v souladu s výše uvedeným schématem, kdy voda vytvořila za mostem hlubokou jámu, odkryly se piloty a následně se naklonila a poklesla jedna opěra.

S ohledem na fakt, že sanace mostu by byla velmi nákladná, obtížně realizovatelná (zvláště za provozu) a nosníky nevyhovují současným požadavkům na dlouhodobou spolehlivost a údržbu, bylo přistoupeno k návrhu nové konstrukce založené hlubinně na velkoprofilových pilotách. Nosná konstrukce je navržena z moderních prefabrikovaných nosníků.

ZÁVĚR
Veškerá návrhová kritéria pro mosty ve vztahu k vodě vycházejí z hladiny stoleté vody. Povodně v nedávné minulosti, které postihly velká území v celém Česku, ukazují, že je zřejmě nutné počítat s většími průtoky, neboť za posledních 50 let se významně změnil charakter území z hlediska schopnosti zadržování vody. K tomu přibývají ještě mimořádné vlivy jako např. poškození hrází rybníků. Proto je vhodné podle místních podmínek zohlednit možnosti efektivního návrhu a opatření. Ukazuje se, že je správné vycházet z návrhu na stoleté průtoky pro hlavní návrhové prvky mostu a zároveň počítat s možností průtoků vyšších návrhem dalších opatření.

S cílem minimalizovat poškození hrází rybníků a snížit riziko náhlého protržení, se doporučuje hráze vybavit řádně opevněnými přelivy, čímž lze předejít velkým škodám na rozsáhlých územích. S ohledem na důležitost komunikace je na místě uvážit možnost přerušení provozu po dobu povodně. Hlavním cílem je tedy návrh konstrukce, která nebude ani při vyšších průtocích závažně poškozena a opravy drobných závad nebudou příliš nákladné. Se závažnými poruchami případně s totální destrukcí mostu je výhodné počítat jen v případě zcela mimořádných účinků povodní na velmi malých územích.

Uvedeným přístupem k návrhu mostů lze za přijatelných investičních nákladů eliminovat značné náklady na opravu malých mostů poškozených povodněmi a zároveň obtížné a zdlouhavé zprovoznění dopravní sítě s nutností širokého využívání mostních provizorií. Pro malé mosty se pak mnohdy stává odolnost proti účinkům povodně rozhodujícím návrhovým parametrem.

Causes of small bridge damages during flooding, protective measures
Reconstruction of small bridges damaged by floods requires large expenses to be provided by Czech economy. An appropriate design and simple system of arrangements can considerably increase the resistance of the bridges to eliminate or minimize the damage during future floods.

Autor

• Dr. Ing. Vítek Petr