CABLE-STAYED BRIDGE OVER THE LABE AT NYMBURK ZAVĚŠENÝ MOST PŘES LABE U NYMBURKA

Transkript

1 BRIDGES MOSTY CABLE-STAYED BRIDGE OVER THE LABE AT NYMBURK ZAVĚŠENÝ MOST PŘES LABE U NYMBURKA 03 Milan KALNÝ kalny@pontex.cz Václav KVASNIČKA kvasnicka@pontex.cz Pavel NĚMEC nemec@pontex.cz INTRODUCTION Fig. 1 Longitudinal section Obr. 1 Podélný řez Fig. 2 Cross sections Obr. 2 Příčné řezy Fig. 3 Assembly of stay anchors before casting Obr. 3 Montáž kotev závěsů před betonáží BASIC PROJECT DATA TYPE OF STRUCTURE Extradosed stay cable bridge TOTAL LENGTH 532 m SPANS x x m WIDTH m CLIENT Road and Motorway Directorate of the Czech Republic, Branch Prague BRIDGE DESIGNER CONTRACTOR Joint Venture: SMP CZ, a.s. + Metrostav a.s., Division 4 + PSVS, a.s. CONSTRUCTION TIME The bridge is located on the new by-pass of the I/38 road north-east to the historical Nymburk city centre. The route is situated in the flat plain of the Labe lowlands. Due to the traffic conditions, as well as the requirements of the Labe Basin Authority, a main span of 132 m together with a very shallow structural depth for the bridge superstructure was required. Total length of the bridge is 530 m. The cable-stayed bridge over the Labe River at Nymburk is the first bridge in the Czech Republic of the extra-dosed type, with low slender pylons and two lateral suspension planes of stays. This type of bridge structure represents a transition between the traditional cable-stayed bridge and a bridge with external prestressing tendons. The main span of 132 m has a 52 m long composite steel-concrete part in the middle, which was floated on barges and then lifted into final position. The technology of construction was very straightforward, however, from the beginning, great attention was given to the appearance and harmony between the bridge and its location. DESCRIPTION OF THE STRUCTURE Foundation The geological conditions are quite convenient for the foundations of the bridge as at a depth of approximately 4.5 to 6.2 m underground is a layer of sound marlstone. Both the abutments and piers are founded on deep foundations using large diameter bored piles (Ø 1.22 m) up to 8.0 m long. All the bored piles and foundation blocks are made of C25/30 concrete. The heads of the piles are connected by foundation blocks with the shape of two octagons 6.8 x 7.8 m joined by cross beam under the main piers or the letter H in plan with dimensions of 6.5 x 10.0 m under other piers, or the rectangles 6.5 x 10.0 m under the rocking struts, where possible tensile forces due to the live load in the bridge main span could occur. 018 I 019 Substructure The approach bridges are supported by two separate slender columns of concrete class C30/37 with an octagonal cross section of the external dimensions 2.2 x 1.4 m. The height of the piers varies from 5.6 to 10.3 m depending on the ground level under the bridge and the vertical alignment of the road. On all piers, neopot bridge bearings NGe 11 MN are placed longitudinally aligned. The piers under the pylons of concrete class C35/45 are designed as columns with a square cross section, 3.5 x 3.5 m in size. The appearance of the pier side surfaces is improved by lateral grooves over the whole height and up to the level of the flood-waters they are clad with stone blocks. The height of the

2 STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE Ivan BATAL SMP CZ, a.s. batal@smp.cz Jiří CHMELÍK SMP CZ, a.s. chmelik@smp.cz Petr ŠTĚDRONSKÝ Metrostav a.s., Division 4 stedronsky@metrostav.cz ZÁKLADNÍ DATA PROJEKTU TYP KONSTRUKCE Zavěšený most extradosed CELKOVÁ DÉLKA 532 m ROZPĚTÍ x x m ŠÍŘKA 14,1 až 15,6 m INVESTOR Ředitelství silnic a dálnic ČR, správa Praha PROJEKTANT MOSTU Pontex, spol s r.o. DODAVATEL STAVBY Sdružení: SMP CZ, a.s. + Metrostav a.s., divize 4 + PSVS, a.s. DOBA VÝSTAVBY 2004 až 2007 ÚVOD Most je umístěn na novém obchvatu silnice I/38 severovýchodně od historického centra města Nymburk. Trasa je vedena v plochém území Polabí, dopravní řešení a požadavky správy Povodí Labe zde vyžadovaly most s rozpětím hlavního pole 132 m a s malou konstrukční výškou. Celková délka mostu je 530 m. Zavěšený most přes Labe u Nymburka je prvním mostem typu extradosed v ČR, má nízké štíhlé pylony a dvě roviny závěsů. Tento typ mostu představuje přechod mezi klasickým zavěšeným mostem a mostem s volně vedenými předpínacími kabely. Hlavní pole délky 132 m má střední spřaženou ocelo-betonovou část, která byla připlavena na místo na říčních člunech a pak vyzvednuta přímo do definitivní polohy. Technologie výstavby byl od počátku velmi přímočará, přitom byla současně věnována značná pozornost vzhledu mostu a jeho začlenění do okolního prostředí. dvou osmiúhelníků s rozměry 6,8 x 7,8 m spojených příčlí nebo ve tvaru písmene H s vnějšími rozměry 6,5 x 10,0 m pod ostatními pilíři nebo ve tvaru obdélníka s rozměry 6,5 x 10,0 m pod kyvnými stojkami, kde se mohou vyskytnout tahové síly od nahodilého zatížení v hlavním poli. Spodní stavba Pilíře estakád z betonu C30/37 konstrukčně navazují na dvoutrámovou nosnou konstrukci. Každý trám nosné konstrukce je podporován samostatným štíhlým sloupem osmiúhelníkového příčného řezu s vnějšími rozměry 2,2 x 1,4 m. Výška pilířů je proměnná v rozsahu 5,6 m až 10,3 m v závislosti na úrovni terénu pod mostem a navrhované niveletě mostu. Na všech pilířích jsou osazena podélně vedená hrncová ložiska NGe 11 MN. Pilíře pod pylony z betonu C35/45 jsou navrženy s obdélníkovými sloupy o rozměrech 3,5 x 3,5 m. Pohledově jsou boční plochy pilířů upraveny po celé výšce bočními vlysy a do výšky návrhové Fig. 4 Fitting of the bridge into landscape Obr. 4 Začlenění mostu do krajiny Fig. 5 Embedded steel element Obr. 5 Vložený ocelový zárodek POPIS KONSTRUKCE Zakládání Podmínky pro zakládání mostu jsou poměrně příznivé, protože v hloubce přibližně 4,5 až 6,2 m pod terénem se nacházejí zdravé slínovce. Opěry a pilíře jsou založeny hlubinně na vrtaných velkoprůměrových pilotách Ø 1,22 m délky až 8,0 m. Všechny piloty a základové bloky jsou navrženy z betonu C25/30. Hlavy pilot pod hlavními pilíři jsou spojeny základovými bloky ve tvaru

3 BRIDGES MOSTY CABLE-STAYED BRIDGE OVER THE LABE AT NYMBURK ZAVĚŠENÝ MOST PŘES LABE U NYMBURKA Fig. 6 Erection of the steel girders Obr. 6 Montáž ocelové části hlavního pole Fig. 7 View under the approach bridge Obr. 7 Pohled pod estakádu piers varies from 5.50 m to 6.64 m. The neopot bearings have been designed for a maximum reaction of 40 MN. Piers No. 5 and 8, that are located where the back hangers of the bridge are anchored, are designed as steel tube rocking struts of 610 mm diameter in order to be able to resist both tensile and compressive forces and to allow for expansion of the structure. At both ends of the strut, an accurate four-shear pin joint is formed. The abutments are in the form of cross beams with suspended wing walls conforming to the shape of the double-girder superstructure. Superstructure of the approach bridges The superstructure of the approach bridges consists of a continuous girder with a TT cross section, a typical span length is 41 m. It is a conventional symmetrical double-girder cross section with a depth of 2.3 m. There are no intermediate cross beams, only end cross beams at both abutments. The concrete class for the designed superstructure elements is C30/37. The bridge superstructure is longitudinally prestressed by the DSI prestressing tendons of 19 No mm dia strands 1570/1770 MPa. Main bridge superstructure concrete section The main bridge superstructure consists of a span over the Labe River and two adjacent spans that are directly connected to the approach bridges. The lengths of these spans are m. The internal part of the main span, a section of length 52.3 m, is a composite steel-concrete structure built-into the ends of the concrete structure. The main span is supported in 1/3 of its length at the end of the concrete section by 3 parallel stays anchored on the pylons. The superstructure depth is mostly of 2.3 m with increasing depth towards the main piers. The cross section is of a symmetrical double-girder shape with variable depth and width. The bridge deck has massive cross beams, which help to distribute the loading from the longitudinal girders and pylons to the bridge bearings. Where the stays are anchored to the bridge superstructure, anchor cross beams are designed. The bridge deck itself is made of C35/45 concrete. Above the river at both ends of the concrete structure, steel embedded members are placed, which enables the steel part of the composite section to be welded to the main span. The bridge superstructure is longitudinally prestressed using the bonded prestressing tendons DSI 19 x 15.7 mm dia. strands 1570/1770 MPa. The anchoring cross beams are highly strained at their anchor points and they are also prestressed. Pylons and cable stays Pairs of separate pylons, 15.8 m high, are erected above the main piers. The pylons have a rectangular cross section, 1.1 x 2.0 m, with vertical grooves over their height. The pylons are heavily reinforced with two rows of 40mm dia. reinforcing bars. To the upper part of the pylons, steel chambers are fixed for the anchoring of the cable stays. These accessible elements are hollow steel boxes, with six thick, steel tubes welded into the front faces through which the stays are passed and then anchored. Dampers to minimise the vibration of the stays are placed within the tube sections. The box chamber at the head of the pylon is covered on the sides and upper surface with self-compacting concrete. The connection of these materials is provided by means of uniformly distributed steel studs. For the stays, the DSI DynaGrip system is used. The anchors are of the DynaGrip C55 type. The anchors are provided with 48 stands of 15.7 mm dia. St 1670/1860. The stays are jacked and adjusted at their bottom ends. Dropped-in span The middle section of the main span was designed as a composite steel-concrete structure. The steel structure of the dropped-in span, with a length of 52.3 m, is composed of 020 I 021

4 STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE Fig. 8 Pylon with stays and the staircase Obr. 8 Pylon se závěsy a schodištěm hladiny při povodni jsou obloženy kamenným obkladem. Výška pilířů je proměnná od 5,5 m do 6,64 m. Hrncová ložiska jsou navržena pro maximální reakci 40 MN. Pilíře č. 5 a 8, které jsou umístěny pod zpětnými závěsy mostu, jsou navrženy ve tvaru kyvných stojek z ocelových bezešvých trub vnějšího průměru 610 mm tak, aby mohly přenášet střídavé tlakové i tahové síly a umožnily dilataci konstrukce. V patě a hlavě stojky je vytvořen přesný čtyřstřižný čepový spoj. Opěry ve tvaru úložného prahu se zavěšenými křídly jsou přizpůsobeny tvaru betonové dvoutrámové konstrukce. Nosná konstrukce estakád Nosnou konstrukci estakád tvoří spojitý nosník typického rozpětí 41 m s příčným řezem ve tvaru TT. Příčný řez je symetrický s klasickou dvoutrámovou konstrukcí výšky 2,3 m. Nosná konstrukce nemá mezilehlé příčníky, pouze koncové příčníky na obou opěrách. Konstrukce je navržena z betonu C30/37. Nosná konstrukce estakád je podélně předepnuta předpínacím systémem DSI s devatenácti lany Ø15,7 mm 1570/1770 MPa. Nosná konstrukce hlavního mostu betonová část Nosnou konstrukci hlavního mostu tvoří pole přemosťující Labe a dvě sousední pole, která navazují na estakády. Rozpětí polí této části je m. Vnitřní část hlavního pole délky 52,3 m je spřažená, ocelobetonová, vetknutá do čel betonové konstrukce. Hlavní pole je v 1/3 délky na konci betonové části podporováno 3 paralelními závěsy vedenými od pylonů. Konstrukční výška ve střední části je 2,3 m a zvyšuje se náběhy u hlavních pilířů. Příčný řez je symetrický dvoutrám s proměnnou výškou a šířkou. Nosná konstrukce má masivní příčníky, které roznášejí namáhání z podélných trámů a pylonů do ložisek. V místech kotvení závěsů do nosné konstrukce jsou navrženy kotevní příčníky. Nosná konstrukce je navržena z betonu C35/45. Nad řekou na obou koncích betonové konstrukce jsou osazeny ocelové zárodky, které umožnily přivaření ocelové konstrukce spřažené části hlavního mostního pole. Nosná konstrukce hlavního mostu je podélně předepnuta předpínacím systémem DSI s devatenácti lany Ø15,7 mm 1570/1770 MPa. V místech kotvení závěsů jsou 3 extrémně namáhané příčníky, které jsou rovněž předpjaté. Pylony a závěsy Nad hlavními pilíři jsou postaveny dvojice samostatných štíhlých pylonů výšky 15,8 m. Pylony mají obdélníkový příčný řez 1,1 x 2,0 m s bočními vlysy. Jsou velmi silně vyztuženy až dvěma řadami výztuže Ø40 mm. V horní části pylonů jsou zabetonovány komorové ocelové přípravky s kotvami závěsů. Tyto přístupné duté skříňové nosníky mají na čelních plochách přivařeny šest tlustostěnných ocelových trubek, kterými závěsy procházejí a uvnitř komory jsou zakotveny. V těchto trubkách jsou umístěny i tlumiče, které minimalizují příčné kmitání závěsů. Skříňový nosník v hlavě pylonu je z bočních a z vrchní strany obetonován samozhutnitelným betonem. Spřažení je zajištěno pomocí rovnoměrně rozmístěných spřahujících trnů. Závěsy jsou vyměnitelné od firmy DSI. Jsou použity kotvy DynaGrip C55 osazené čtyřiceti osmi lany Ø15,7 mm St 1670/1860. Všechny závěsy byly napínány a rektifikovány na dolním konci. Vložené pole Střední část hlavního pole byla navržena jako spřažená ocelobetonová konstrukce. Ocelová konstrukce vloženého pole délky 52,3 m je tvořena dvěma hlavními ocelovými uzavřenými nosníky v osové vzdálenosti 8 m, které jsou spojeny ve vzdálenostech po 3 m ocelovými příčníky tvořenými svařovanými nosníky tvaru I. Spřažení ocelové konstrukce s železobetonovou deskou tloušťky 245 mm je zajištěno pomocí spřahovacích trnů 19/125 navařených na horních pásnicích ocelové konstrukce. Vybavení mostu Na mostě jsou navrženy mostní závěry MAURER pro celkový pohyb 320 mm, resp. 480 mm nad opěrami mostu. Monolitické mostní římsy z betonu C30/37 mají proměnnou šířku. V estakádních částech mostu je revizní chodník, v oblasti hlavního pole je veřejný chodník šířky 1,5 m s rozšířením kolem pylonu a s nástupní plošinou u schodiště. Na římsách jsou osazena certifikovaná zábradelní svodidla. V místech kotvení mostních závěsů je svodidlo na délku 19 m zesíleno vložením sloupků po 1 m. Na vnějších stranách mostu je navrženo ocelové zábradlí s výplní ze sítí Tahokov. U každého pylonového pilíře jsou navržena ocelová přístupová schodiště, která umožňují přístup z pobřežních stezek na veřejný chodník. Schodiště jsou navržena v souladu s architektonickým návrhem konstrukce, pylonem a mostními závěsy. Na mostě je asfaltová vozovka v celkové tloušťce 90 mm s celoplošnou izolací tloušťky 5 mm z natavovaných pásů. Odvodnění mostu zajišťují litinové odvodňovače firmy Vlček ve vzdálenosti 11 až 25 m.

5 BRIDGES MOSTY CABLE-STAYED BRIDGE OVER THE LABE AT NYMBURK ZAVĚŠENÝ MOST PŘES LABE U NYMBURKA Fig. 9 Detail of the deck and the anchorages Obr. 9 Detail mostovky a kotvení závěsů two main steel box girders that are tied by steel I section cross beams at 3.0 m centres. Coupling of the steel structure to the reinforced concrete slab, 245 thick, is provided by steel studs 19/125 welded on to the upper flange. Bridge accessories Bridge expansion joints of the MAURER type were designed for the bridge overall movement of 320 or 480 mm at abutments. The edge reinforced concrete cornices of concrete class C30/37 have a variable width and are cast in- situ. On the approach bridges there is an inspection footpath only, on the main span there is a 1.5 m wide footpath, which is wider near the pylons and has a platform at the staircase. On the cornices, certified crash barriers with handrail are erected. In the areas where the stays are anchored the crash barrier with handrail is strengthened over a length of 19 m by inserting additional vertical posts with a spacing of 1.0 m. A steel parapet with steel mesh infill is designed on both external sides of the bridge. Near each of the pylon piers there are designed steel approach staircases, which enable access for pedestrians from the riverbank footpaths on to the bridge. The staircases are designed so that they are in compliance with the architectural design of the overall bridge structure, pylon and bridge stays. The bridge deck carries a carriageway with a bituminous wearing course, 90 mm thick, and a waterproofing layer 5 mm thick, made of adhesive sheets. Drainage of the bridge is provided by means of cast iron drainers installed at a spacing of 11 to 25 m. ERECTION OF THE BRIDGE Alternative tender proposal was successfully submitted by the Contractor and his Designer and, therefore, preparation of the Detail Design drawings was only slightly ahead of the construction works on the site. The works on the pile foundations commenced at the end of Due to the high level of the groundwater, which was dependent on the water level in the Labe, the majority of the foundation pits had to be supported with sheet pile walls and the ingress water pumped out all the time. The construction of the superstructure of the approach bridges, as well as the concrete part of the main bridge, was carried out on a supporting structure spatial falsework system. Each part of main span superstructure was cast as one concrete unit, with a quantity of 1360 m 3 of concrete poured. The concreting procedure lasted 24 hours. The concrete mixture was manufactured in three separate mixing plants, with an inhibitor used to retard the concrete setting. Following this, the concrete shaft of the pylons was erected in two stages. Then, the steel heads for anchoring the stay cables were fixed onto the pylons. Once the lateral surfaces of the steel heads were concreted with self-compacting concrete, the cable-stays were installed and activated. The main girders and cross beams of the steel structure were fabricated, in sections, at the workshop in MCE Slaný and transported to the river port in Mělník, where both main girders, including the cross beams were assembled and delivered to the site by boat. Each of the girders was then lifted directly from the boat and placed into the bridge structure by means of a system of prestressing strands and lifting devices anchored to the ends of the concrete sections. After that, the first adjustment of the cable stays was performed, eliminating a deformation from the dead load of the inserted steel structure. After welding the steel girders to the steel elements anchored to the ends of the concrete sections, the temporary fixation of the bearings was released and all the cross beam construction joints were welded. The bridge deck was cast on a conventional scaffolding system. The scaffolding was assembled and dismantled from a suspended portable working platform. This platform was also used for the application of the top corrosion protection layer to the steel structure. Once the required concrete strength was achieved, the final adjustment of the cable stays was carried out by a special hydraulic Gradient Jack. After the bridge completion, both static and dynamic load tests were successfully executed. CONCLUSION Because of its location and technical parameters, the newly designed bridge over the Labe River has become one of the most outstanding bridge structures in the Czech Republic. The span of 132 m is the longest for cable-stayed bridges in the Czech Republic. The bridge designers ambition was to contribute to the further use of modern light cable-stayed structures in the given local context by introducing and using a number of original structural elements and technologies. The bridge including the first section of the by-pass was opened to traffic in May CONSUMPTION OF MATERIALS AND COST TOTAL PER 1 M 2 APPROACH BRIDGES CONCRETE C30/37 3,160 m m 3 REINFORCING STEEL 314 t 70 kg PRESTRESSING STEEL 108 t 24 kg COST 129,800,000 CZK 28,950 CZK MAIN BRIDGE CONCRETE C35/45 2,756 m m 3 COMPOSITE DECK C30/ m m 3 REINFORCING STEEL 538 t 162 kg PRESTRESSING STEEL 105 t 32 kg STAYS 56 t 17 kg STEEL (DROP-IN SPAN) 233 t 70 kg COST 248,100,000 CZK 74,530 CZK TOTAL COST 377,900,000 CZK 48,370 CZK 13,377,000 EUR 1,710 EUR 022 I 023

6 STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE VÝSTAVBA MOSTU Zhotovitel stavby spolu s projektantem předložili úspěšně návrh na změnu konstrukce během výstavby, proto práce na realizační dokumentaci probíhaly jen s velmi malým předstihem před vlastní výstavbou. Pilotové zakládání bylo zahájeno na konci roku Vzhledem k vysoké úrovni podzemní vody musela být většina základových jam pažena štětovými stěnami a trvale z nich odčerpávána voda. Výstavba nosné konstrukce estakád i betonové části hlavního mostu probíhala na pevné prostorové skruži tvořené bárkami a nosníky. Každé z obou zavěšených vahadel bylo betonováno jako jeden betonážní celek o objemu 1360 m 3 betonu. Betonáž probíhala 24 hodin, betonová směs byla vyráběna ve třech výrobnách betonu, byl použit zpožďovač tuhnutí. Následně se ve dvou etapách vybudovaly betonové dříky pylonů, na které se osadily ocelové hlavy pro kotvení závěsů. Po obetonování bočních ploch ocelových hlav samozhutnitelným betonem proběhla instalace a aktivace závěsů. Hlavní nosníky a příčníky ocelové konstrukce byly po částech vyrobeny v mostárně MCE ve Slaném, transportovány do přístavu v Mělníku, kde byly oba nosníky včetně příčníků zkompletovány a na říčním člunu převezeny na staveniště. Každý z nosníků byl montován vyzvednutím z lodi přímo do mostní konstrukce pomocí lan a zvedacích přípravků ukotvených na koncích betonových vahadel. Poté proběhla první rektifikace mostních závěsů, která eliminovala průhyb od vlastní tíhy vložené ocelové konstrukce. Po zavaření nosníků do ocelových zárodků zabetonovaných v čelech vahadel byla uvolněna provizorní fixace ložisek a poté byly postupně svařeny všechny montážní styky příčníků. Mostovka byla betonována běžným způsobem na systémovém bednění. Bednění bylo montováno a demontováno z podvěsné pojízdné pracovní lávky, která byla využita i pro finální protikorozní ochranu ocelové konstrukce. Po dosažení požadované pevnosti betonu se provedla závěrečná rektifikace mostních závěsů speciálním hydraulickým lisem Gradient Jack. Po dokončení mostu byly úspěšně provedeny statické a dynamické zatěžovací zkoušky. ZÁVĚR Nově navržený most přes Labe patří svým umístěním a technickými parametry mezi nejvýznamnější mostní objekty v České republice. Hlavní pole o rozpětí 132 m je největší mezi zavěšený- mi mosty v České republice. Autoři mostu chtěli zavedením řady nových konstrukčních prvků a technologií přispět k dalšímu uplatnění moderních lehkých zavěšených konstrukcí v našich podmínkách. Most včetně první části obchvatu byl uveden do provozu v květnu SPOTŘEBA MATERIÁLŮ A CENA CELKEM NA 1 M 2 ESTAKÁDY BETON C30/ m 3 0,71 m 3 BETONÁŘSKÁ VÝZTUŽ 314 t 70,0 kg PŘEDPÍNACÍ VÝZTUŽ 108 t 24,0 kg CENA CZK CZK HLAVNÍ MOST BETON C35/ m 3 0,83 m 3 SPŘAŽENÁ DESKA C30/ m 3 0,06 m 3 BETONÁŘSKÁ VÝZTUŽ 538 t 162 kg PŘEDPÍNACÍ VÝZTUŽ 105 t 32 kg ZÁVĚSY 56 t 17 kg OCEL (VLOŽENÉ POLE) 233 t 70 kg CENA CZK CZK CENA CELKEM CZK CZK EUR 1710 EUR Fig. 10 Crossing from the driver s viewpoint Obr. 10 Přemostění řeky z pohledu řidiče Fig. 11 Bridge main span of 132 m Obr. 11 Hlavní pole mostu o rozpětí 132 m