Provedení diagnostiky, sanace a efektivní zesílení mostu předpětím na zatížitelnost tř. B.

Anotace:

Popis výsledků diagnostiky a navržené metody dodatečného předpínání konstrukce volnými kabely typu Monostrand. Metoda, která svou statickou účinností výrazně převyšuje ostatní metody dodatečného statického zajišťování a zesilování stavebních konstrukcí.

1. Úvod

V roce 1998 byla provedena diagnostika mostu ev.č. 2992 – 2 v Třebechovicích pod Orebem firmou Beton – diagnostik Ing. Pavel Hrůza. V roce 2002 před započetím projekčních prací na opravě byla provedena dodatečná diagnostika za účelem zjištění možnosti zvýšení zatížitelnosti mostu na třídu B dle ČSN 73 6203.

2. Diagnostický průzkum

2.1. Popis konstrukce

Silnice III/2992 v průtahu Třebechovicemi překračuje v km 0.208 řeku Dědinu. Mostní objekt byl vybudován v roce 1932.

Nosnou konstrukci mostu tvoří dva železobetonové parapetní nosníky o rozpětí 16.00 m. Jejich celková délka je 17.30 m. Výška nosníků je 2.40 m, tloušťka, vlivem profilovaného líce, je proměnná od 0.60 m v dolní části, po 0.75 m v horní části. Mostovka sestává s kolmých příčníků rozměru 0.65/0.30 m, osově vzdálených po 1.60 m. Železobetonová deska je 0.16 m tlustá. Uprostřed, mezi hlavními nosníky, je ztužující podélník rozměru 0.45/0.25 m.

Most je šikmý s úhlem křížení 78.0 g. V příčném směru je volná šířka mezi hlavními nosníky 7.95 m, z čehož je šířka zvýšených chodníků 2 x 1.25 m a šířka vozovky 5.45 m. Vozovka na mostě je dlážděná z drobných žulových kostek, na chodnících je mozaiková dlažba. Obrubníky jsou kamenné 250/200 mm. Nosníky mají ocelová ložiska a jsou uloženy na úložných prazích betonových opěr.

Hlavní nosníky jsou opatřeny omítkou – na vnitřní straně se jedná o vymývanou (pemrlovanou) omítku - umělý kámen, na vnější straně je vápenocementová omítka. Podhledová část hlavních nosníků a celého mostu není opatřena žádnými dalšími vrstvami.

Princip této metody je všeobecně znám a je založen na principu fungování konstrukcí zpřepjatého betonu. Dodatečnými vyvrtanými kabelovými kanálky protahujeme lana a tyto poté napínáme a zakotvíme. Vneseme do konstrukce požadované síly, které výrazným způsobem působí proti silám vyvozených stálým a nahodilým zatížením, případně zajišťují stabilitu konstrukcí.

2.2 Stavební stav

Způsob navržené rekonstrukce nemění prostorové uspořádání mostního objektu. Účelem rekonstrukce je provést opravu poškozených částí konstrukce a zajistit, aby nedocházelo k její další devastaci atmosférickými vlivy a dále zvýšení zatížitelnosti na třídu A.

Zesílení desky je navrženo předpětím volnými předpínacími kabely na zatěžovací třídu A. K zesílení byly použity třílanové kabely složené z monostrendů, které jsou trasovány v polygonální dráze a jsou napínány z jednoho konce. Betonem desky procházejí kabely náhradními kabelovými kanálky zhotovenými diamantovou vrtací technologií v mezerách mezi původní výztuží. Kabely jsou kotveny v kotevních oblastech sdruženými kotvami pomocí jednolanových kotevních objímek. Prostory pod a nad kotvami jsou zality vysokopevnostním cementovým mikrobetonem. Na spodním líci desky jsou kabely vedeny v drážce v původním betonu a následně ochráněny vysokopevnostní cementovou plastmaltou.

Vlivem povětrnosti a stáří jsou omítky porušeny četnými trhlinami a odpadávají.

Nosníky a deskou proniká srážková voda a na spodním líci se vytvořily četné krápníky z vyluhovaného materiálu. To je dáno poškozenou, a již z větší části nefunkční izolací mostovky, zvláště pak v detailu spojení hlavní nosník - deska.

Krycí vrstva betonu na podhledové části je z větší části porušena a dochází ke korozi výztuže.

Diagnostickým průzkumem byly zjištěny fyzikální vlastnosti betonové konstrukce. Kvalita betonu je v celé konstrukci homogenní a lze ji zařadit do betonu třídy B170 .

Hloubka karbonatace betonu desky a příčníků je 8 mm, parapetních nosníků 8 -12 mm. Obsah chloridových iontů se pohybuje od 0.02 do 0.38 % cementu v betonu a nepřesahuje maximální povolené množství 0.4 %.

Celkově je mostní konstrukce ve velmi špatném stavu. Koeficient stavebního stavu byl určen 0,6.

3. Návrh rekonstrukce

Způsob navržené rekonstrukce nemění prostorové uspořádání mostního objektu. Účelem rekonstrukce je provést opravu poškozených částí konstrukce a zajistit, aby nedocházelo k její další devastaci atmosférickými vlivy a dále zvýšení zatížitelnosti na třídu B.

Byl proveden přepočet zatížitelnosti mostu. Hodnoty zatížitelnosti pro

Stávající stav:
Normální 6t
Výhradní 12t
Vyjímečné 38t
Po provedení opravy:
Normální 22t
Výhradní 40t
Vyjímečné 113t
Po zesílení převede most zatěžovací třídu B podle ČSN 73 6203.
Rekonstrukce bude probíhat ve dvou etapách. V první etapě bude provedeno dodatečné předpjetí volnými kabely, v druhé etapě práce související s obnovením celkového stavebního stavu – provedení nové vozovky včetně ŽB spřažující desky, reprofilace všech částí NK, oprava spodní stavby mostu.

4. Zvyšování zatížitelnosti dodatečným předpětím

Princip této metody je všeobecně znám a je založen na principu fungování konstrukcí z přepjatého betonu. Dodatečnými vyvrtanými kabelovými kanálky protahujeme lana a tyto poté napínáme a zakotvíme. Vneseme do konstrukce požadované síly, které výrazným způsobem působí proti silám vyvozených stálým a nahodilým zatížením, případně zajišťují stabilitu konstrukcí.

Touto metodou jsme schopni zvýšit zatížitelnost o 200 – 300 % oproti jiným metodám, kde se pohybujeme v rozmezí 20 – 30%.

Tato technologie má své opodstatnění u objektů:

  • které nevyhovují dalšímu provozu z hlediska požadované zatížitelnosti
  • které ztratily svou únosnost, bezpečnost, tvarovou stálost, a to přetížením, povětrnostními a provozními vlivy, nebo ztrátou stability
  • betonových, železobetonových, kamenných a cihelných.

Zvolení opravy konstrukce touto metodou přináší spoustu výhod:

  • na rozdíl od lepené výztuže na povrchu konstrukce, která se aktivuje až po zatížení a tudíž se nespolupodílí na přenosu sil od stálého zatížení, vnesením předpětí do konstrukce se toto okamžitě spolupodílí na přenosu sil vzniklých od stálého zatížení a výrazně již zlepšuje stav, kdy konstrukce ještě není namáhána od nahodilého zatížení.
  • Trhliny vzniklé statickým nebo dynamickým zatížením v tahových částech železobetonových konstrukcí výrazně urychlují proces koroze železobetonu. Vnesení tlakových sil předpětím dochází k uzavření těchto trhlin nebo nedochází již k jejím otevírání a tím pádem odolnost betonové konstrukce proti korozi je výrazně prodloužena.
  • Většinu prací spojených s touto technologii lze provést bez přerušení provozu na objektu nebo jen s částečným omezením.
  • Předpínáním stávajících mostů využíváme celou šířku intervalu stupně předpětí, při zesilování trámových mostů dosahujeme zpravidla stupně předpětí l = 0,3 až 0,5.
  • Ekonomické výhody. U objektů, které se zdají po statické stránce neopravitelné, nebo nelze jinými metodami dosáhnout požadované zatížitelnosti a tudíž se přistupuje k demolici a výstavby nového objektu, lze k opravě objektu použít tuto velmi efektivní metodu zvyšování zatížitelnosti.

5. Stručný popis provádění

Vlastnímu provedení prací předchází odborná diagnostika objektu, poté přepočet zatížitelnosti a následný návrh dodatečného předpětí za účelem zvýšení zatížitelnosti.

Práce na provedení dodatečného předpětí zahrnují zejména tyto činnosti:

  1. Navrtání kabelových kanálků dle návrhu v přesných trajektoriích. Pro umístění jednoho lana se vrtá kabelový kanálek průměru 35 mm, pro umístění tří lan 52 mm. Vrty se provádí pomocí vrtacích souprav a to jak na vrtání tvrdokovem, tak na vrtání diamantovou korunkou. Vlastní vrtací zařízení je umístěno na naváděcím zařízení specielně vyvinutém a vyrobeném pro tento druh prací. Přesnost vrtů je velmi důležitá pro správné vnesení požadovaných sil do konstrukce.
  2. Provedení a osazení dodatečných deviátorů. Tam kde dochází k ostré změně směru trajektorie lana se umísťují na do konstrukci speciální ocelové prvky - deviátory, které zakružují tyto lomy a vnášejí síly do konstrukce rovnoměrně. Tvar a velkost deviátorů se navrhují individuálně dle velikosti úhlu změny trajektorie, požadovaného poloměru zakřivení a počtu lan v kabelu. Deviátory se ke konstrukci kotví a prostor mezi odsekaným nerovným povrchem a deviátorem se vyplňuje vysokopevnostní reprofilační maltou.
  3. Vytvoření dodatečných kotevních oblastí. Pro zakotvení lan je nutno vytvořit plochu a prostor pro umístění kotevní desky a vlastní kotvy. Tuto plochu (prostor) lze provést vysekáním, vyřezáním, vyfrézováním nebo přibetonávkou. S ohledem na konečný vzhled konstrukce, kdy je žádoucí, aby zásah byl co nejmenší a tak ukotvení nemělo vliv na konečný vzhled, volíme častěji vysekání, vyřezání nebo vyfrézování této plochy do stávající konstrukce. Takto provedená plocha je zapuštěna a poté zapravena do tvaru líce konstrukce. Pokud zapuštění nelze provést, nebo lze ho provést jen částečně, s ohledem na přítomnost výztuže je nutné obetonování kotev. Dosedací plocha pod kotevní desku musí být provedena s vysokou přesností.
  4. Protažení lan a předepnutí. Používají se lana typu Monostrand a to L s 15,2 až 15,7 mm. Lano typu Monostrand je potaženo PE folii. Uvnitř této folie je lano natřeno mazacím tukem. Toto opatření zaručuje antikorozní ochranu lana z patentovaných drátů a tím pádem tyto lana mohou být vedena volně na styku se vzduchem aniž by podléhala korozi. Dále nám toto opatření umožňuje volný pohyb lana uvnitř tohoto pláště a mazací tuk nám minimalizuje tření při napínání tohoto lana. Ztráty způsobené napínáním se minimalizují.

Zainjektování kabelových kanálků a zapravení kotevních oblastí a deviátorů. Kanálky jsou zainjektovány nízkotlakou cementovou injektáži. I když lana jsou chráněny PE folii proti korozi, je potřeba volný prostor vyplnit z důvodů koroze obnažené konstrukce. Zapravení kotevních oblastí a deviátorů provádíme obetonováním, reprofilačními maltami nebo stříkaným betonem.