PODWIESZONY MOST NA RZECE PILICY W

MALUSZYNIE

Edmund BUDKA*, Wojciech LORENC**, Józef RABIEGA**

*)PROMOST Wrocław

**)Politechnika Wrocławska

1. LOKALIZACJA I OGÓLNY OPIS OBIEKTU

W drugiej połowie 2010 roku oddano do użytkowania most na rzece Pilicy
w miejscowości Maluszyn. Inwestycja ta była częścią przebudowy drogi
wojewódzkiej nr 785 relacji Ciężkowice – Żytno – Maluszyn - Włoszczowa.
Obok starej prowizorycznej przeprawy (która ostatecznie została rozebrana
- rys.1 a) wybudowano nowy obiekt mostowy o konstrukcji podwieszonej
z

jednym pylonem (rys. 1b). Przęsło stanowi konstrukcja zespolona

stalowo-betonowa.

Rys. 1. Widok ogólny mostu: a)most dotychczasowy, b)obiekt nowy

Most zaprojektowano na obciążenie użytkowe klasy A wg PN-85/S-10030

(+ Stanag) oraz na przenoszenie, w sytuacji wyjątkowej, obciążenia klasy C bez
jednej pary lin podwieszających. Samo wymiarowanie konstrukcji przęsła
zespolonego przeprowadzono zgodnie z Eurokodem 4. Przęsło jest sztywno
zamocowane od strony pylonu i swobodnie podparte na przyczółku
prawobrzeżnym. Pylon jest stalowy a do podwieszenia przęsła zastosowano liny
złożone z równoległych drutów, dostarczone na obiekt w całości jako
prefabrykowane. Podpory są posadowione na palach o średnicy 1,5 m i długości
10 m z podstawą w warstwie skały wapiennej. Na podstawie wierceń
stwierdzono, że występująca skała jest spękana, możliwe jest istnienie
płaszczyzny poślizgowej, po której mogłoby nastąpić osuwisko. Analizowano
także zagrożenie krasem (pustkami w skałach wapiennych po wypłukaniu
wodą).

2. PROJEKT KONSTRUKCJI MOSTU

Na etapie projektowania koncepcyjnego, ze względów finansowych oraz

utrzymaniowych, przyjęto następujące założenia co do konstrukcji mostu:

- przęsło o konstrukcji zespolonej podwieszone do stalowego pylonu,
- w konstrukcji stalowej stosowane będą jedynie przekroje otwarte,
- nie stosuje się sprężenia podłużnego płyty pomostu,
- poprzecznice dwuteowe ze wspornikami dla zakotwienia lin, doprężane

prętami o wysokiej wytrzymałości,

- przeciwwagę stanowić będzie skrzynia balastowa wypełniona gruntem.

Typ konstrukcji (podwieszona) został wybrany przez Zamawiającego

spośród pięciu propozycji koncepcyjnych jako rozsądny ekonomicznie oraz
korzystnie wpisujący się w otoczenie, gdzie na lewym brzegu występuje duże
wyniesienie terenu, a na prawym brzegu teren jest równinny. Most i dojazd
na lewym brzegu znajdują się na terenie parku wpisanego do rejestru zabytków
co nakładało konieczność wpisania się trasą pomiędzy zabytkowymi drzewami
oraz zachowania pod mostem odpowiedniego wolnego terenu dla
spacerowiczów. Układ konstrukcyjny w postaci przęsła podwieszonego
do dwóch pylonów na jednym brzegu skutkował rozbudowanym układem
skrzyniowym na brzegu lewym. Rozwiązanie takie uzasadniały „asymetryczne”
warunki gruntowe na obu brzegach rzeki. Obszar Maluszyna budują piaszczyste
wapienie jurajskie, margle, opoki i piaskowce kredowe a na podstawie
wykonanych wierceń stwierdzono, że podłoże gruntowe przy rzece Pilicy budują
jurajskie morskie wapienie piaszczysto-margliste o barwie jasno-sino-szarej.
W obrębie wapieni wydzielono dwie warstwy (słabszą i mocniejszą) i możliwe
było posadowienie skrzyni na palach w obrębie warstwy mocniejszej.

Konstrukcję zespoloną (jako w miarę lekką) przyjęto mając na uwadze

posadowienie skrzyni na brzegu lewym. Zastosowane przekroje otwarte
podyktowane są względami użytkowymi –w przeciwieństwie do przekrojów
skrzynkowych są łatwe w inspekcji. Sprężanie podłużne płyty betonowej przęseł
zespolonych w strefach ujemnych momentów zginających jest dyskusyjne
(aspekty ekonomiczne takie dyskusje na ogół ucinają) i nie zostało zastosowane
w konstrukcji. Zastosowano natomiast doprężenie poprzecznic poniżej pasa
dolnego prętami o wysokiej wytrzymałości, eliminujące skutki skręcania
dźwigarów głównych w postaci poziomego zginania pasa dolnego przy
zakotwieniach lin podwieszających. Takie rozwiązanie umożliwiło jednocześnie
redukcję przekroju pasa dolnego poprzecznicy gdyż powstaje tutaj układ
konstrukcyjny w postaci sprężonej belki zespolonej. Skrzynię balastową
wypełniono gruntem gdyż nie ma technicznego uzasadnienia dla stosowania
innego materiału.

Podstawowe parametry mostu pokazano na rysunku 2.

Rys. 2. Szczegółowa konstrukcja i gabaryty mostu

a) przekrój podłużny

b) widok z boku od strony wody górnej

c) przekrój poprzeczny przęsła mostu

3. ZAŁOŻENIA DO ANALIZY OBLICZENIOWEJ
3.1. Przyjęte schematy statyczne konstrukcji nośnej

Ogólną koncepcję przyjętą do obliczenia konstrukcji ilustruje rys. 3.

Zakładając dobre warunki gruntowe przyjęto schemat w postaci belki
utwierdzonej na brzegu lewym i swobodnie podpartej na brzegu prawym
(schemat 1), gdzie moment utwierdzenia będzie zrealizowany za pomocą
przeciwwagi w postaci skrzyni wypełnionej balastem (2). Przyjęty schemat przy
obciążeniu użytkowym przęsła skutkuje w zasadzie zamkniętym układem sił
w konstrukcji (3) i dużą reakcją pionową, która jest przenoszona na podłoże
gruntowe za pomocą układu pali (4).

Rys. 3. Założenia do obliczeń – przyjęte schematy statyczne od 1 do 4

W dźwigarach głównych zastosowano spawane blachownice dwuteowe

o zmiennym przekroju w strefie zamocowania w skrzyni (zarówno wysokość
środnika jak i szerokości pasów) zespolone z płytą pomostu za pomocą sworzni
o średnicy 22 mm. Podstawowy przekrój dźwigara w strefie przęsłowej
pokazano na rys. 2, grubość środnika wynosi 24 mm a w strefie największych
momentów zginających przekrój jest wzmocniony nakładkami o grubości
30 mm. Pylon jest elementem stalowym o zmiennym skokowo przekroju
poprzecznym; w części dolnej dwuteowym wzmocnionym dospawanymi

na krawędziach pasów blachami a w części górnej złożonym z dwóch
przekrojów ceowych. Grubość blach wynosi 30 mm w części dolnej oraz 30 mm
(środniki) i 50 mm (pasy) w części górnej.

3.2. Wybrane zagadnienia dotyczące modelowania konstrukcji mostu

Podstawowym modelem do obliczeń konstrukcji był model klasy e

1

+e

2

, p

3

z zastępczymi charakterystykami przekrojów zespolonych w osi płyty,
wykorzystany do wymiarowania konstrukcji dźwigarów i poprzecznic w fazie
eksploatacji. W płytę wplecione są osiowo elementy belkowe modelujące ruszt.
Aby suma sztywności układu była odpowiednia, elementy belkowe mają
moment bezwładności zmniejszony o moment bezwładności (sprowadzony)
współpracującej szerokości płyty względem jej środka ciężkości oraz pole
przekroju zmniejszone o pole (sprowadzone) współpracującej szerokości płyty.
W ten sposób suma sztywności giętnych i osiowych jest zachowana, model
zapewnia odpowiedni rozdział poprzeczny obciążenia i nie ma konieczności
ingerencji w sztywność płyty w modelu tam, gdzie jest zarysowana. Idea
podejścia polega na tym, aby operować siłami wewnętrznymi (siła osiowa,
moment zginający) dla elementów belkowych i nie całkować naprężeń z płyty.
Dodatkowo analizowano model klasy e

1

+e

2

, p

3

z tzw. offsetami, wykorzystany

do sprawdzenia konstrukcji w fazie montażu (część stalowa), sprawdzenia
wyników uzyskanych z modelu podstawowego oraz wyznaczenia efektów
pełzania i skurczu betonu a także do zwymiarowania systemu podwieszenia.
Przy analizie konstrukcji odnoszono się zatem do wyników uzyskanych dla
dwóch modeli, w zależności od potrzeb. Ponadto wykonano dodatkowe modele
dla analizy efektów lokalnych zarówno dla konstrukcji przęsła jak i skrzyni
fundamentowej. Odpowiedni model wycinkowy (rys. 4) wykorzystano
do wyznaczenia naprężeń w złożonej strefie połączenia dźwigara głównego
z poprzecznicą i wspornikiem (rys. 5).

Rys. 4. Model dyskretny strefy połączenia wspornika z dźwigarem głównym i

poprzecznicą

Rys. 5. Strefy połączenia wspornika z dźwigarem głównym i poprzecznicą

4. ETAPY REALIZACJI KONSTRUKCJI MOSTU

Fazy realizacji konstrukcji pokazano schematycznie na rys. 6.

Po wykonaniu pali w gruncie i potwierdzeniu za pomocą obciążenia próbnego
ich nośności (pale o średnicy 1,5 m i długości 10 m o nośności 7MN) wykonano
przyczółek prawobrzeżny i skrzynię na lewym brzegu (rys. 6 i rys. 7). Grubość
ścian bocznych i podstawy skrzyni wynosi 80cm natomiast grubość ściany
czołowej skrzyni wynosi 200cm. Skrzynia jest posadowiona na 18 palach
z czego 12 pali znajduje się w strefie ściany czołowej i są one wytężone
maksymalnie w fazie eksploatacji obiektu. Pozostałe 6 pali znajduje się pod

skrzynią od strony nasypu i są one najbardziej wytężone na ściskanie w fazie
budowy (gdy nie ma jeszcze przęsła a skrzynia jest zasypana) natomiast w fazie
eksploatacji pod obciążeniem ruchomym siły w tych palach w założeniu mają
zbliżać się do zera.

Rys. 6. Schemat realizacji konstrukcji ustroju nośnego mostu – fazy od 1 do 4

Rys. 7. Realizacja skrzyni – podstawa

Rys. 8. Realizacja skrzyni– widok ogólny

W nurcie wykonano podpory tymczasowe (rys. 9) a na brzegu lewym

scalano elementy wysyłkowe dźwigarów głównych w segmenty montażowe
(rys. 10). Elementy konstrukcji stalowej po ustawieniu na podporach
tymczasowych połączono za pomocą spoin montażowych (rys. 11 i rys. 12).

Rys. 9. Podpory tymczasowe pod przęsłem

Rys. 10. Element stalowego dźwigara

głównego – strefa podporowa

Wykonano na mokro płytę pomostu i zamocowano stalowe słupy pylonu

w skrzyni żelbetowej doprężając je do betonu za pomocą prętów Macalloy.
Podwieszono konstrukcję do pylonów na etapie przed wykonaniem wyposażenia
i potem nie dokonywano już regulacji sił w linach nośnych. Zakotwienia czynne
znajdowały się przy wspornikach na przęśle i z tyłu ścian skrzyni
fundamentowej, a w pylonie występowały zakotwienia bierne. Konstrukcja
przez cały czas zachowywała się zgodnie z projektem, tj. uzyskano podniesienie
konstrukcji przęsła z podpór montażowych (maksymalnie około 1cm)
i „wyzerowanie” reakcji na przyczółku prawobrzeżnym (podniesienie o około
1mm) – w tej fazie wznoszenia obiektu konstrukcja była wspornikiem
zamocowanym na lewym brzegu rzeki (rys. 6, etap 3). Następnie zrealizowano
łożyska na przyczółku prawobrzeżnym i wykonano nawierzchnię i elementy
wyposażenia obiektu. Uzyskano przewidziane projektem przemieszczenia
konstrukcji tj. maksymalne wyniesienie w stosunku do linii prostej (w spadku

Rys. 11. Dźwigary stalowe na podporach

montażowych

Rys. 12. Ruszt stalowy przęsła – widok

na

strefę zamocowania w skrzyni

4.6%) wynoszące około 1.6 cm przewidziane projektem jako przemieszczenie,
które zostanie zredukowane do zera w czasie eksploatacji konstrukcji na skutek
zjawisk reologicznych. Wykonane obciążenie próbne (statyczne i dynamiczne)
potwierdziło pracę konstrukcji zgodnie z założeniami przyjętymi w projekcie;
maksymalne ugięcie statyczne policzone (spodziewane) wynosiło 76mm,
a pomierzone 75mm.

Do wykonania konstrukcji obiektu zastosowano następujące materiały:

− beton C30/37 dla przyczółka, płyty fundamentowej skrzyni oraz kap,

− beton C40/50 dla konstrukcji przęsła i ścian skrzyni fundamentowej,

− stal zbrojeniowa BSt500S,
− stal konstrukcyjna S355J2N,

− podwieszenie: system drutowy DINA (f

y

= 1670MPa),

− sprężenie poprzeczne: pręty MACALLOY (f

u

= 1030MPa),

− doprężenie podstawy pylonu: pręty MACALLOY (f

u

= 1030MPa),

Rys. 13. Dojazd do Maluszyna od strony

Włoszczowej

Rys. 14. Widok ogólny obiektu z prawego

brzegu Pilicy

5. PODSUMOWANIE

Przeprowadzona rozbiórka istniejącego zbyt wąskiego starego mostu

na rzece Pilicy w Maluszynie i wybudowanie obiektu nowego o konstrukcji
podwieszonej spowodowała znaczne polepszenie się warunków użytkowych
całej przeprawy.
Przyjęta i zrealizowana technologia przebudowy całego obiektu umożliwiła
bardzo szybką jego realizację przy niedługim czasie zamknięcia drogi dla ruchu.

Uczestnicy procesu inwestycyjnego:

Inwestor:

Zarząd Dróg Wojewódzkich w Łodzi,

Koncepcja i projekt mostu:

Promost Wrocław,

Realizacja:

Skanska

SA,

System podwieszenia:

BBR Polska Sp. z o.o.

SUSPENSION BRIDGE OVER PILICA RIVER IN MALUSZYN

Summary

This paper describes construction of new bridge over Pilica river, which

was built at the end of year 2010 in Maluszyn. Bridge is located nearby the old
construction. It is a single-span suspension bridge with one steel pylon over the
deck. Span is a composite steel – concrete structure rigidly attached from pylons
side and freely supported on the other. Bridges abutments are supported with φ
1,5m, 10m long piles. Steel poles of pylon are attached to a concrete box by
prestressed Macalloy bars. Construction was designed for A+ Stanag load class
according to Eurocode 4.Paper also contains description of static schemes,
selected model issues, stages of construction and phases of assembly.