SANÁCIA VONKAJŠIEHO PREDPÄTIA NA ESTAKÁDE BELÁ Miloš Hruška (1) František Karaba (2) Milan Chandoga (3) Andrej Jaroševič (4) Súhrn Článok opisuje sanáciu vonkajšieho predpätia na estakádnom moste Belá, ktorá sa realizovala na sklonku roku 2001 a začiatkom 2002. Prvýkrát na Slovensku sa uskutočnila demontáž káblov dĺžky 267 m a ich kompletná náhrada iným systémom, ktorý je vymeniteľný a v prípade potreby aj dopínateľný. Zabudovaný monitorovací systém sily pozostávajúci z 13 magnetoelastických snímačov PSS110 okrem kontroly dovoľuje trvale sledovať zmeny napätosti v inštalovaných kábloch. 1. Úvod V novembri 2001 bol vyhlásený havarijný stav na ľavom moste estakády Belá a čiastočne obmedzená doprava na jeden jazdný pruh. Dôvodom tohto opatrenia bolo pretrhnutie dvoch z celkového množstva 8 vonkajších káblov v pravej komore ľavého mosta. Havarijná komisii rozhodla uskutočniť urýchlenú výmenu kompletného vonkajšieho napätia na jednej strane komory. Vzhľadom na zimné obdobie a mrazy, ktoré sa v čase realizácie pohybovali v rozmedzí -7ºC až -20ºC sa celý proces výmeny značne skomplikoval a niektoré operácie (injektáž) sa oddialili až na teplejšie obdobie. V príspevku uvádzame technologické a konštrukčné riešenie vonkajších káblov, niektoré skúsenosti z demontáže starých a montáže nových káblov a výsledky kontroly vnesenia predpínacej sily. 2. Konštrukcia vonkajšieho predpätia Ľavý diaľničný most nad riekou Belá, na ktorom sa vymieňali vonkajšie káble je betónový letmo montovaný päťpoľový dvojkomôrkový trám. Rozpätia polí sú: 39,5+75+75+75+39,5 m. Pôvodné vonkajšie káble boli do mosta vkladané dodatočne, až keď sa výpočtom zistilo, že pri extrémnej kombinácii zaťažení môže dôjsť k roztváraniu škár v dolnej časti styku segmentov, ktoré dovtedy boli vystužené len súdržnými káblami. Vzhľadom na stiesnený priestor na obidvoch stranách medzi koncovým priečnikom a záverným múrikom (cca 700 mm), nebolo možné navrhnúť a realizovať káble priebežné, ale zložené z dvoch kusov. Koncové priečniky sa využili ako pasívne konce a predpínalo sa na priečnikoch na predposlednej podpore. Tieto priečniky boli dodatočne pre tento účel zosilnené dobetonávkou (obr. 1). (1) Ing., IS-MOSTY s.r.o., Bratislava (2) Ing., IS-MOSTY s.r.o., Bratislava (3) Doc., Ing., PhD., PROJSTAR PK s.r.o., Bratislava (4) Doc., RNDr., PhD., PROJSTAR PK s.r.o., Bratislava
Konštrukcia káblov vo voľnej dĺžke pozostáva z 13 nesúdržných lán firmy TRIOSTRAND s.r.o. priemeru Ø 18,7 mm, ktoré sú uložené v ochrannom obale polyetylénovej rúre HDPE Ø 110/5,3 mm. Vnútro rúry je injektované cementovou maltou. Polyetylénový obal káblov bol vyskladaný z 6 m rúr, ktoré sa na stavbe spájali termospojkami VUKI. Súčasťou obalu boli aj magnetoelastické snímače PSS 110 (PROJSTAR SMART SENZOR priemer Ø 110 mm), ktoré boli integrované s polyetylénovou rúrou a dodávali sa na rúre dĺžky 600 mm (pozri obr. 4). Pri zdvíhaných kábloch zmenu smeru kábla zabezpečujú deviátory, ktoré tvorí oceľová rúra Ø 133/5 mm, skružená na polomer R = 3,0 m. Rúra je zabetónovaná v oceľovom zvarenci, ktorý je pripojený o segment mosta skrutkami v mieste styku steny a spodnej dosky (obr. 2). Zmenu smeru nad podperami zabezpečujú ohnuté rúry osadené do otvorov vyvŕtaných v hotových nadpodperových priečnikoch. V priamych prechodoch cez betónové priečniky neboli pôvodne osadené prechodky. Na týchto miestach sa osadili rovné rúry Ø 133/4 dĺžky 1000 mm, pozinkované ponorom na 100 µm. Viaceré deviačné rúry mali nesprávnu polohu, čo sa prejavilo tým, že pôvodné káble na výstupe z rúry boli zarezané do hrany rúry. Konce boli pred odstránením pôvodných káblov označené sprayom, neskôr boli odrezané a všetky prechodky boli na koncoch narezané karbobrúskou na dĺžku 100 mm (obr. 3). Na ukotvenie káblov na aktívnej aj pasívnej strane boli použité delené kotvy PROJSTAR CH-13/VKB so zváranou roznášacou podložkou s úpravou pre vonkajšie predpätie, so separáciou injektáže kábla a kotvy, pozri lit. [3]. Z dôvodu zlých klimatických podmienok nebolo možné priamo po napnutí káblov vykonanie injektáže cementovou injektážnou maltou. Keďže sa jedná o kábel zložený z monostrandov, ktoré sú (s výnimkou oblasti kotiev) po dĺžke dostatočne chránené, vykonala sa zmiešaná injektáž nasledovným spôsobom : Po dokončení montáže obalu s následným overením tesnosti sa zainjektovala oblasť kotvy mazivom. Aby to bolo možné, pod kotevnú 13 lanovú objímku sa vložil separátor injektáží, ktorý súčasne zabezpečil na aktívnej strane nevťahovanie obalu lán do kotevných čeľustí pri napínaní. Ako mazivo sa použila konzervačná vazelína INJEKT HKL (Slovnaft Bratislava), ktorá bola vyvinutá ako ochrana predpínacích káblov. Na jar 2002, keď teplota v komôrke stúpla nad 10 C, sa vykonala injektáž káblov modifikovanou cementovou maltou. 3. Montáž káblov Ľavý diaľničný most cez rieku Belá pri Liptovskom Hrádku je dvojkomôrkový. V každej komôrke sú dve štvorice káblov (každý z dvoch kusov). Predmetom tejto výmeny bola ľavá štvorica káblov v ľavej komôrke mosta. Prvá etapa zahrňovala odstránenie pôvodných káblov. Pôvodné káble sa skladali z 12 neobaľovaných lán zaliatych v malte v polyetylénovej rúrke. Rúrka bola hore rozrezaná, takže tvorila polkruhový žľab. Jeden kábel dĺžky 267 m bol roztrhnutý. Všetkých 12 lán ležalo pokrútených v komôrke v hromade úlomkov malty. V ďalších 2 kábloch boli roztrhnuté 2-3 laná, ktoré vystrelili von z kábla. Niekoľko stabilizátorov káblov bolo zdeformovaných. Demontáž kábla z 12 lán dĺžky 267 m bola zrealizovaná na Slovensku prvý raz [1]. Hlavne bola obava, aby rozrezané laná neohrozili ľudí a nepoškodili káble na druhej strane komôrky. Z toho dôvodu bola popri vymieňaných lanách postavená
bariéra z teleskopických stojok vo vzdialenosti cca 4 m od seba. Rezanie káblov sa realizovalo po dvojiciach v poradí krátky dlhý. Rezacie stanovištia boli v miestach priečnikov, ktoré sú zdvojené, spojené dodatočne zabetónovaným rebrom. Rezacie stanovištia boli chránené plnými stenami z fošien hrúbky 5 cm. Vlastné rezanie prebehlo nad očakávanie jednoducho. Jednotlivé laná po prepálení plynovým horákom vyskakovali z maltového lôžka v priľahlom poli. Celkové roztrhnutie kábla nastalo po prepálení cca 7 lán z dvanástich. V jednom prípade sa kábel roztrhol až po prepálení posledného lana. Zo všetkých teleskopických stojek v počte asi 75 ks boli poškodené len dve. Káble na opačnej strane komôrky a prechody cez priečniky a deviátory neboli poškodené. Asi v polovici prípadov energia kábla uvolnila aj kotvy. Druhá polovica kotiev sa veľmi prácne vytĺkala. V jednom prípade bola priama prechodka cez priečnik celá vyplnená betónom a kábel sa v nej zastavil. Za priečnikom bolo treba kábel prerezať a prechodku z betónu vysekať. Po vyčistení kotevných, deviačných a prechodových rúr a ich zakonzervovaní sa pristúpilo k montáži nových káblov. Materiál obalu káblov sa dovnútra komôrky vťahoval v krajnom poli cez šikmý otvor v stene. Pre zmiernenie previsov obalu bolo zriadené podvesenie obalu každé cca 2 m pomocou drôtu Ø 4 mm. Rúry boli spájané spojkami VUKI dĺžky 300 mm. Pred osadením lán sa do obalu HDPE vyvŕtali diery Ø 24 mm pre injektáž v najnižšom mieste a odvzdušnenie v najvyššom mieste kábla. Vťahovanie lán sa vykonávalo navijákom po jednom lane. Na uchytenie ťažného a pomocného lanka k vťahovanému lanu bola využitá osvedčená spojovacia technika, ktorá sa používa pri spájaní silnoprúdových elektrovodičov. Po napnutí káblov sa dokončila montáž spojok VUKI zahriatim teplovzdušnou pištoľou. Na záver prác v decembri 2001 sa zainjektovali kotvy mazivom INJEKT HKL a skontrolovala sa vzduchotesnosť systému kompresorom pri tlaku 0,4 MPa. Na jar 2002 po zvýšení teploty v komore nad 10 C sa vykonala injektáž káblov cementovou maltou. 4. Napínanie a kontrola napätosti káblov Napínanie a kontrolu napätosti káblov realizovali subdodávatelia STRESSING VUIS s.r.o. a PROJSTAR PK s.r.o. Bratislava. Pomocou napnutia lán na silu cca 500 kn sa stabilizovala dráha kábla a čiastočne uvoľnilo montážne podopretie. Napínanie sa vykonalo postupne po jednom lane v dvoch cykloch, t.j. 50 % a 100 %. Konečné projektové napätie v kábli bolo 1300 MPa. Káble boli napínané z jednej strany predpínacím lisom CCL. Spolu bolo na ôsmich kábloch osadených 13 magnetoelastických snímačov PSS 110. V priebehu napínania bola sila nepretržite monitorovaná s intervalom 20 sec. Umožnilo to zachytiť všetky relevantné zmeny napätosti, aj tie, ktoré spôsobilo napínanie vedľajších káblov [2]. Na obr. 5a, b je vykreslený tvar káblov B2-F. Časový priebeh sily pri ich napínaní je na obr. 5c, d. Vplyv napínania kábla C1 na silu v kábli F snímača SN 7 je na obr.5e, f. Okrem kontroly kvality vykonaných napínacích prác, monitorovací systém snímačov PSS 110 umožňuje nepretržite sledovať pomery napätosti vonkajšieho predpätia v prípade zhoršujúcej sa životnosti ostatného predpätia. Systém zároveň umožnil rozšíriť naše poznanie o stratách z trenia káblov zostavených z lán MONOSTRAND v extrémne zlých klimatických podmienkach.
Záver Napriek veľmi krátkemu času na realizáciu sanácie predpätia a počasiu s extrémne nízkymi teplotami bola celá sanácia hodnotená veľmi pozitívne. Oveľa dôležitejšie je teraz urýchlene nájsť prostriedky pre dokončenie sanácie unikátnej konštrukcie ostatných vonkajších káblov, ktoré nie sú v oveľa lepšom technickom stave ako tie, ktoré sa pretrhli. Obr.1 Pohľad na kotevný priečnik
Obr. 2 Deviátor Obr. 3 Prechod cez priečnik Obr. 4 Magnetoelastický snímač PSS110
Obr.5. Príklad merania predpínacej sily na kábli F 5.a) Schéma umiestnenia snímačov 5.b) Schéma umiestnenia snímačov 1200 1055 1100 1050 SN7 sila / kn 1000 900 800 700 600 500 SN 5 SN 7 sila / kn 1045 1040 1035 1030 1025 1020 1015 1010 Kĺzavý priemer/5 (SN7) 400 18:45 18:55 19:05 19:15 19:25 19:35 19:45 1005 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 5.c) Kábel F časový priebeh sily pri napínaní na 50% 5.e) Kábel F vplyv napínania kábla C1 na snímač SN7 na pasívnom konci sila / kn 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 SN 5 SN 7 17:00 17:20 17:40 18:00 18:20 18:40 19:00 F7 (F PAS) / kn 1055 1050 1045 1040 1035 1030 1025 1020 1015 1010 1005 y = -0,0167x + 1051,2 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 F9 (C1 AKT) / kn 5.d) Kábel F časový priebeh sily pri dopínaní na 100% 5.f) Kábel F vplyv napínania kábla C1 na snímač SN7 na pasívnom konci Literatúra [1] Voľne vedené káble demontáž, Technologický predpis TP 11, IS MOSTY s.r.o., 2001 [2] Monitorovanie predpínacích síl pri sanácii vonkajšieho predpätia ľavého mosta D1-230 Belá, Správa PROJSTAR PK s.r.o., január 2002 [3] Chandoga,M., Čerňanský,L.: Niektoré nové typy kotevných systémov PROJSTAR CH. Zborník z konferencie Betonárske dni 2002