Zkušenosti z provozu mostů z předpjatého betonu na trati Plzeň-Cheb

Použité typy prefabrikovaných nosných konstrukcí
Používání prefabrikovaných nosníků z předpjatého betonu bylo snahou o snížení pracnosti na stavbě a zprůmyslnění výroby. V nosných konstrukcích železničních mostů do 30 m se používal systém podélných prvků, které se ukládaly vedle sebe a navzájem spojovaly do nosného systému. Spáry mezi nosníky přenášejí jen posouvající síly a nikoli ohybové momenty. Někdy bylo používáno i příčné sepnutí nosníků. Konstrukce byly tvořeny z počátku z více nosníků pod jednou kolejí, později dvěma nosníky oddělenými podélnou spárou širokou 40 mm. Jsou navrženy pro přímou trať, při šikmém pojíždění a pod výhybkami musely být individuálně posouzeny. Pro použití v oblouku byly omezeny typovými podklady. Po boku nosníků byly připojeny prefabrikované železobetonové římsy v širé trati (typ KO-1) nebo ve staničním obvodu (typ KO-2). Nezřídka byly prováděny monolitické římsy s kabelovým kanálkem pro vedení SDĚL ZABZAŘ. Nosníky se ukládaly na ocelová nebo hrncová ložiska.

Trať Plzeň – Cheb byla v 50. letech minulého století mimořádně zatížená, hlavně nákladní dopravou a bylo navrženo její zdvoukolejnění v celém úseku. Při výstavbě nových mostních objektů byly uplatněny principy tehdy platné československé typizace.

Typizované nosníky KDP délek 9,0 až 15,0 m i komorového průřezu KT pro délky 18,0 až 24,0 m byly z dodatečně předpjatého betonu zn. 500. Nosníky mohly být pro ulehčení dopravy ve výrobě rozděleny na tři až pět segmentů (korálků), spojovaných na staveništi v kontaktních spárách, vyplněných jemnozrnnými cementy nebo epoxidovým tmelem.

Nově pak byla zavedena řada typizovaných nosníků od skladebné délky 13,5 m až 30 m z předem předpjatého betonu. Pro délky 13,5 a 15,5 m mají nosníky deskový průřez vylehčený kruhovými otvory a jsou označeny PKT. Pro délky 18 až 30 m mají nosníky komorový průřez z korýtkového předpjatého nosníku a monolitickou desku mostovky dobetonovanou ve výrobně a jsou označeny PSKT. Největší hmotnost nosníků je 130 t, tomu odpovídá dnes již neexistující kolejový jeřáb GEPK-130.

Tato typizace byla ukončena začátkem 90.let, výroba a dodávka nosníků PSKT skončila rozdělením ČSFR v roce 1992.

Most v km 362,050 u Bděněvsi
Dvoukolejná betonová spodní stavba z roku 1962, v roce 1963 v jedné koleji osazena nosná konstrukce z nosníků KT - 24 přes tehdejší komunikaci I/5. Rozpětí L = 22,0 m. Šikmost křížení 40°. Z výrobních důvodů byly nosníky rozděleny podélně na 3 segmenty, které byly sepnuty do jediného celku až na stavbě, krajní segmenty jsou sešikmeny a ukončeny monolitickým šikmým příčníkem. Spáry mezi jednotlivými díly nosníků byly tvořeny jemnozrnnou cementovou maltou, ložiska ocelolitinová pod každým nosníkem. Podélná spára byla zakryta pouze ocelovým plechem a utěsněna pomocí asfaltových pásů a zálivek. Horní povrch nosníků byl ve střechovitém spádu a tvořil dno žlabu kolejového lože, boky byly tvořeny monolitickými římsami. Vanovou hydroizolaci zajišťovaly asfaltové pásy s tvrdou ochranou z cementové omítky tl. 50 mm, použité i na bocích kolejového lože.

Most v km 364,984 v Plešnicích
Jednokolejná kamenná spodní stavba z roku 1872. V roce 1985 osazena nosná konstrukce z nosníků komorového průřezu PSKT – 21 na prefabrikované úložné prahy. Vede přes místní komunikaci a vodoteč. Rozpětí L = 21,0 m. Šikmost křížení 90°. Kolmý závěr. Hrncová ložiska byla k nosníkům pouze přilepena plastmaltou, na nosníku vpravo byl nalezen ještě z doby stavby kýbl právě od této zálivky. Podélná spára byla zakryta betonovými destičkami. Pod podélnou spárou mezi nosníky byl zavěšen odvodňovací žlab. Na boky nosníků byly připojeny prefabrikované železobetonové římsy KO-1. Spoj byl vytvořen dvojicí kovaných závěsných čepů o průměru 50 mm. Hydroizolace nosníků byla provedena epoxidovou stěrkou v tloušťce pouze 1-2 mm bez jakékoli další ochrany, v přechodu na konzoly KO-1 byly nataveny asfaltové hydroizolační pásy kryté cementovou omítkou tl. 50 mm.

Most v km 386,918 u Milíkova
Dvoukolejná betonová spodní stavba z roku 1968, v obou kolejích osazena nosná konstrukce z prefabrikovaných nosníků tvaru širokopřírubového I s konstantní výškou. Mostní objekt ve výhybně Milíkov překonává komunikaci II/605. Rozpětí L = 32,0 m, samostatná konstrukce v každé koleji se skládá ze 3 nosníků, které byly po osazení do otvoru příčně spojeny výztuží v úrovni horní desky. Ve spodní části byla zalícována dobetonávka. Samotné nosníky byly dodatečně předpínané. Šikmost křížení 65°. Kolmý závěr v každé koleji, konstrukce vzájemně posunuté, bez koncových příčníků. Ložiska ocelolitinová pod každým nosníkem. Podélná spára mezi konstrukcemi byla překryta betonovými deskami. Nosníky byly podélně rozděleny na 3 části, které byly do jediného celku sepnuty na stavbě. Horní povrch nosníků tvořil dno žlabu kolejového lože, na boky nosníků byly připojeny prefabrikované železobetonové římsy KO-2. Vanovou hydroizolaci zajišťovaly asfaltové pásy s tvrdou ochranou z cementové omítky tl. 50 mm, použité i na bocích kolejového lože. Opěry s rovnoběžnými křídly tvoří krabicovou konstrukci, přechod z mostu do pláně byl řešen přechodovou deskou dle vzorových listů ČSD.

Most v km 450,675 u Všeboře (na Jesenické přehradě)
Dvoukolejná spodní stavba, v obou kolejích osazena nosná konstrukce z prefabrikovaných nosníků průřezu tvaru širokopřírubového I s proměnnou výškou. Mostní objekt byl přestavěn v roce 1963 při zaplavování Jesenické přehrady u Chebu. Rozpětí L = 36,0 m, konstrukce v každé koleji se skládá z 5 nosníků, které byly po osazení na stavbě příčně sepnuty lany. Samotné nosníky byly spojeny ze 3 částí a dodatečně předpínané. Šikmost křížení 90°. Kolmý závěr v každé koleji. Ložiska ocelolitinová, pod každým nosníkem. Podélná spára byla zakryta betonovou deskou. Horní povrch nosníků tvořil dno žlabu kolejového lože, boky byly tvořeny monolitickými římsami. Vanovou hydroizolaci zajišťovaly asfaltové pásy s tvrdou ochranou z cementové omítky tl. 50 mm, použité i na bocích kolejového lože. Původní spodní stavba je masivní z kamenného zdiva, pro použití prefabrikovaných nosníků z předpjatého betonu bylo oproti původní nosné ocelové konstrukci zmenšeno rozpětí. Nové betonové opěry jsou postaveny před kamenné zdivo opěr tehdejšího jednokolejného mostu.

Použitá diagnostika k ověření stavebního stavu nosných konstrukcí
Na základě dohody se správcem mostních objektů SDC Plzeň byl pro diagnostiku vybrán most km 362,050 u Bděněvsi. Financování průzkumu bylo zajištěno sdružením finančních prostředků firem SSŽ, a.s. (v roce 1958 firma tyto nosníky vyrobila), SM7, a.s. (dodavatel předpínacího systému Dywidag) a Pontex s.r.o. jako společnost provádějící diagnostiku. Cílem diagnostiky bylo ověření stavebnětechnického stavu těchto skříňových nosníků KT - 21 včetně předpínací výztuže.

Pro určení stavebního stavu a rozsahu poškození byl navržen trojfázový diagnostický průzkum, jehož cílem bylo zjistit, zda standardně prováděné průzkumy konstrukcí umožní ve své podstatě detailní ověření skutečného stavebního stavu a dají odpověď na otázku, jak při návrhu rekonstrukce postupovat.

V první fázi standardního průzkumu, byly provedeny jádrové vývrty do stěny komorového nosníku a zkoumán stav uvnitř komory. Po odstranění krycí vrstvy betonové konstrukce byly prohlédnuty kabelové kanálky v předem vybraných místech. Ve druhé fázi byl průzkum doplněn o informace, které byly zjištěny po odstranění kolejového lože a hydroizolačních vrstev. Ve třetí fázi, při řízené demolici nosníků na recyklační základně, byly ověřovány závěry ze dvou předchozích stupňů.

Jádrové vývrty ve stěně Koroze předpínací výztuže na styku korálků
V tomto případě bylo na základě první fáze možno konstatovat, že i po 50 letech náročného a téměř bezúdržbového provozu byla nosná konstrukce v překvapivě dobrém stavebním stavu a to včetně předpínací výztuže. To i přes konstrukční a materiálové řešení, které vůbec neodpovídá dnešním standardům. Závěrečná fáze průzkumu při demolici nosníků potvrdila informace z první fáze. Výjimečně byla zjištěna místa s oslabením předpínací výztuže maximálně do 5% plochy. Koroze byla způsobena kondenzací vody v kabelových kanálech při nepřítomnosti injektážní malty sednutím. Na 3 místech byla objevena částečná koroze předpínacích kabelů v monolitických spárách mezi jednotlivými segmenty nosníků. Dále byly lokalizovány závady v nedostatečné tloušťce krycí vrstvy výztuže a hnízda nezvibrovaného betonu. Celkově lze konstatovat, že standardní odborný diagnostický průzkum je schopen umožnit stanovení skutečného stavebního stavu i rozsah případných poruch a závad. Na základě diagnostiky je možné stanovit přesněji zatížitelnost nosné konstrukce, než pouhým odborným odhadem na základě vizuální prohlídky.

Vyhodnocení zkušeností z hlediska provozování, životnosti, ekonomiky
Na základě provedených průzkumů při demolicích výše uvedených mostních objektů z předpjatého betonu bylo hlavní závadou poškození hydroizolace a následné zatékání do nosné konstrukce. Na mostě ve Všeboři dokonce po rozpojení nosníků z dutiny vytékala voda. Další závadou bylo nedodržování technologické kázně při výrobě prefabrikovaných dílců, nedostatečné krytí výztuže nebo závady v proinjektování kabelových kanálků. Kombinace těchto faktorů měla za následek poškození měkké i předpínací výztuže bez možnosti nedestruktivní kontroly a vznik nejistoty provozovatele pro další spolehlivost daných konstrukcí.

Tyto konstrukce, vyráběné na základě tehdejší československé typizace, mají společnou vlastnost. Tou je jedna nebo více podélných spár. Právě tyto spáry se v náročném železničním provozu ukázaly jako hlavní příčina poruch v celistvosti hydroizolace a následnému zatékání. Voda se pak nekontrolovaně šířila i do spár jednotlivých segmentů dělených nosníků. Na základě zjištěných závad se ukázalo, že tehdejší konstrukce z dodatečně předpjatého betonu představují konstrukce s nízkou bezpečností proti korozi předpínací výztuže. U předem předpjatých celistvých nosníků PSKT byla bezpečnost podstatně vyšší.

Z hlediska provozovatele, který požaduje maximální spolehlivost po celou dobu životnosti, která je uvažována 100 let, nelze tyto parametry u stávajících prefabrikovaných konstrukcí splnit bez výrazných stavebnětechnických opatření. Jedná se v první řadě o nové provedení kvalitní hydroizolace, zajištění vodotěsnosti stávající předpínací výztuže, komplexní sanaci povrchu betonových prefabrikátů, provedení vodotěsných mostních závěrů, zejména u starší generace typizovaných prvků KZD, KDP, KT. Vzhledem k finančnímu rozsahu opatření se jeví výhodnější nahradit tyto konstrukce novými nosnými konstrukcemi se spřaženou železobetonovou deskou, u kterých je vyšší bezpečnost v železničním provozu.

Formulace obecných zásad pro další použití nosných konstrukcí z předpjatého betonu
Předpínání jakožto jedna z nejdůležitějších součástí stavebního díla je pokroková technologie, která umožňuje navrhovat mostní konstrukce ekonomicky, navíc technicky i esteticky na výši a je s cílem dosažení maximální spolehlivosti regulována a technologicky ochráněna z několika hledisek: 

• LEGISLATIVA

Používání systémů je upraveno v rámci legislativy trhu Evropského společenství tzv. Směrnicí o stavebních výrobcích a z ní vyplývající Směrnicí pro vydávání Evropských technických osvědčení ETAG 013. Tyto předpisy přesně stanovují, jaké parametry mají předpínací systémy splňovat a rovněž jakými zkouškami a doklady jsou tyto parametry prokazovány. Každý předpínací systém používaný v ČR musí mít Evropské technické osvědčení ( ETA ), které přesně definuje technické parametry systému, udává podmínky pro návrhy předpětí a pro použití systému. Výroba a aplikace takového systému podléhá nezávislé kontrole notifikované osoby, tj. takové instituce, která má kvalifikaci a oprávnění kontroly v rozsahu daném ETAG 013 a ETA provádět. Integrovaný systém jakosti u výrobce i aplikační firmy jsou samozřejmostí. Kromě této dokumentace jsou technické a kvalitativní podmínky použití předpínacích systémů konkretizovány ještě v příslušných kapitolách TKP pro SŽDC a ŘSD.

• TECHNOLOGIE

Každá aplikační firma musí být držitelem ETA prokazatelně školena a podmínky pro aplikaci předpínacího systému jsou přesně stanoveny a kontrolovány. Jsou stanoveny požadavky na kvalifikaci pracovníků, kteří práce provádějí i řídí. Předpínací zařízení jsou v předepsaných intervalech kontrolována a kalibrována, tak, aby síly vnášené do konstrukcí bylo možno přesně měřit a skutečné předpětí konstrukce přesně definovat. Povolené tolerance se pohybují v řádu procent.

Velmi důležitou součástí předpínacího systému je jeho protikorozní ochrana. Injektáž kabelových kanálků se provádí cementovou maltou, jejíž vlastnosti jsou upraveny přísadou tak, aby vyplnění kanálků bylo co nejdokonalejší – tomu přispívá i předepsaný postup injektáže a příslušné kontrolní postupy a prokazování kvality.

V případě nebezpečí vlivu bludných proudů na předpínací výztuž je možno použít některý z celé řady systémů, které předpínací výztuž před účinky bludných proudů chrání, např. elektricky izolované kotvy, kabely či celý systém včetně možnosti permanentního měření elektrického odporu mezi předpínací výztuží a ostatní konstrukcí.

Samozřejmou součástí prováděných prací při aplikaci předpínacího systému je kontrola kvality. Kontrolní plány stanovují kontrolované parametry, četnost zkoušek a kontrolní postupy. Jsou kontrolovány všechny důležité materiály, pracovní postupy i dokončené dílo.

• ÚDRŽBA A OPRAVY

Předpjaté mostní konstrukce v průběhu jejich životnosti lze nejenom kontrolovat již zmíněnými diagnostickými metodami, ale lze je i opravovat případně zesilovat.

Pro případné opravy injektáže existuje metoda dodatečné vakuové reinjektáže, kdy neproinjektované oblasti definované při diagnostice lze dokonale vyplnit injektážní směsí.

Pro zesilování konstrukcí je možno použít systémy externího předpětí, kdy dokonale protikorozně ochráněná předpínací lana či celé kabely jsou vedeny mimo průřez konstrukce.

Nové směry ve vývoji a aplikaci konstrukcí s nosníky z předpjatého betonu, rozdělení dle způsobu předpětí.
Typizace trámových prvků je dnes široce rozvinuta ve většině technicky vyspělých zemích světa. V ČSSR byla typizace prefabrikovaných nosníků z předpjatého betonu řešena již v roce 1951 pro trámové dílce tvaru I a T, následně nosníky typu KZD, KDP, KT, později vystřídané novou generaci PKT a PSKT.

V současné době je v ČR k dispozici několik systémů spřažené nosné konstrukce s nosníky tvaru T, které již byly realizovány. Nejucelenější technický podklad představují nosníky MK-T pro zatížení zatěžovacím schematem T dle ČSN 73 6203. Zásadním konstrukčním prvkem moderních prefabrikovaných konstrukcí železničních mostů je kromě vlastních nosníků, vyrobených v optimálních podmínkách s využitím vysokopevnostních betonů a možností kontroly kvality před montáží, monolitická celistvá spřažená deska a koncové nebo mezilehlé příčníky. Spřažená deska a příčníky zajišťují dokonalý roznos zatížení a vytváří perfektní podklad pro izolaci.

Prefabrikované konstrukce jsou velmi vhodné i pro mosty o více polích. U železničních mostů je návrh spojitých konstrukcí technicky správným řešením. Jedná se o zmonolitnění nosné konstrukce nad vnitřními pilíři ve spojitou konstrukci. Toto spojení je provozně nejvýhodnější a navíc dochází k redukci kladných momentů v poli. Zásadou je vyrábět pouze nosníky, které jsou celistvé na celou svojí délku a pracovní spáry mezi jednotlivými prvky jsou umístěny pouze v místech masivních nadpodporových příčníků. Použití dělených prefabrikátů je nepřípustné.

Pro výstavbu drážních mostů pro rozpětí od 9,0 do 21,0 m je vhodné používat prefabrikované nosníky tvaru T, pro rozpětí od 20,0 do 30,0 m již použití plnostěnných nosníků vede k velkým hmotnostem prefabrikovaných dílců. V tomto případě je vhodnějším řešením používat nosníky s profilovanou nosnou stěnou.

Při předpínání nosníků lze používat dodatečného předpětí, s výhodou lze používat i hybridního předpětí. Nosníky jsou ve výrobně na předpínacích drahách předepnuty pomocí lan, po namontování do konstrukce a vybetonování spřažených částí jsou volnými kabelovými drahami v ose každého nosníku protaženy kabely, které jsou následně napnuty a zainjektovány. Zásady konstrukčního řešení jsou uvedeny v přiložených grafických přílohách.

V ČR se v současné době realizuje převážná část výstavby mostních objektů v rámci železničních koridorů. Mostní objekty musí splňovat parametry požadované pro optimalizaci nebo modernizaci traťových úseků, které jsou stanoveny směrnicí SŽDC č.16/2006. V převážné míře se jedná o výměnu stávajících nosných konstrukcí s cílem zajistit přechodnost traťové třídy D4/120 při využití stávající spodní stavby. Aby bylo možno řešit výměnu lehkých ocelových nosných konstrukcí za konstrukce z předpjatého betonu, je nutné vyřešit únosnost spodní stavby stávajících mostních objektů.

Lze předpokládat, že většího rozsahu uplatnění nosných konstrukcí z předpjatého betonu může být dosaženo v případě zahájení výstavby nových vysokorychlostních tratí, kde jejich aplikace ve větším měřítku může být ekonomicky příznivá. Pro dosažení a naplnění tohoto cíle je potřeba připravit podklady v legislativě, v technické normalizaci a TKP železničních staveb.

Autoři

• Ing. Šťovíček František
• Ing. Šimler Miloš
• Ing. Němec Pavel
• Ing. Žákovec Petr