1Inynier Budowlany

Dariusz SOBALA, dr in. Politechnika Rzeszowska, Pracownia Projektowa Aarsleff Sp. z o.o. Wojciech TOMAKA, dr in. Piotr MAKSIM, mgr in. Pracownia Projektowa Aarsleff Sp. z o.o.

GRODZICESTALOWEWPODPORACHZINTEGROWANEGO WIADUKTUDROGOWEGO1. WPROWADZENIEPrzedmiotem artykuu jest projekt i budowa zintegrowanego wiaduktu wykonanego w korpusie al. Krakowskiej (miejskiego odcinka drogi krajowej nr 4) w Rzeszowie. Wiadukt umoliwia bezkolizyjne poczenie duych rzeszowskich osiedli mieszkaniowych Baranwka III i Krakowska Poudnie oraz nowego centrum handlowego (rys. 1). Istniejca w Rzeszowie sie ulic pomidzy osiedlami Baranwka III i Krakowska Poudnie ju w czasie ich powstania bya niekompletna. Na etapie projektowania ukadu komunikacyjnego w tym rejonie miasta przewidywano konieczno budowy wiaduktu w cigu al. Krakowskiej wraz z cznikiem pomidzy ulicami Kotuli i Ofiar Katynia. Tymczasowo problem rozwizano budujc cznice przyszego skrzyowania bezkolizyjnego i dodajc moliwo przejazdu w poprzek al. Krakowskiej. W miejscu tym dochodzio do wielu wypadkw. Administrator podejmowa prby poprawienia ukadu komunikacyjnego poprzez likwidacj niektrych kierunkw przejazdu, dobudow lewoskrtw oraz budow sygnalizacji wietlnej (krtko przed rozpoczciem budowy wiaduktu). Ostateczne rozwizanie problemu przypieszya budowa centrum handlowego w bezporednim ssiedztwie planowanego od dawna wiaduktu. Prywatny inwestor zobowiza si wobec miasta do wybudowania wiaduktu, ktry umoliwia bezkolizyjne skomunikowanie obiektu handlowego z ssiadujcymi osiedlami mieszkaniowymi. Ze wzgldw formalnych (protesty mieszkacw budynkw mieszkalnych zlokalizowanych w ssiedztwie) inwestorowi centrum handlowego nie udao si doprowadzi procedury projektowania do koca. Ostatecznie, korzystniejsze okazao si zrealizowanie inwestycji przez miasto Rzeszw przy refundacji kosztw budowy przez waciciela centrum handlowego. Jako sposb realizacji przyjto, coraz czciej wykorzystywan w budownictwie komunikacyjnym, formu projektuj i buduj. Jest ona bardzo korzystna dla Inwestora, poniewa przerzuca wszelk odpowiedzialno i obowizki na Wykonawc robt, ale jednoczenie pozwala Wykonawcy wpywa bezporednio na proces projektowania, co nie jest bez znaczenia dla parametrw ekonomicznych i technologicznych realizowanego zadania. Omawiana inwestycja jest przykadem efektywnego wykorzystania procedury projektuj i buduj oraz uzasadnionego technicznie, ekonomicznie i organizacyjnie wykorzystania grodzic stalowych jako fundamentw obiektu mostowego.

2D. Sobala, W. Tomaka, P. Maksim Grodzice stalowe w podporach zintegrowanego wiaduktu.

W AK KR DK4

O. Baranwka Skrzyowanie w poziomie jezdni ul. Krakowskiej

Brakujcy odcinek ulic Ofiar Katynia i Franciszka Kotuli

um tr en we c e dlo ow n N ha

Lokalizacja wiaduktu

O. Krakowska - Poudnie

RZ CE ES NT Z RU W M

Rys. 1. Lokalizacja obiektu Mosty zintegrowane s popularnym na wiecie rozwizaniem technicznym zapewniajcym zwikszenie trwaoci obiektw mostowych poprzez likwidacj oysk i dylatacji nad podporami skrajnymi. Obiekty tego typu nazywa si rwnie obiektami z przyczkami zintegrowanymi ze wzgldu na fakt, e rnice w projektowaniu i budowie tego typu obiektw dotycz przede wszystkim rozwizania konstrukcyjnego przyczkw i waciwego etapowania robt. W zalenoci od dugoci obiektu, jago lokalizacji i funkcji dobiera si odpowiednie rozwizanie przyczka zintegrowanego. Najczciej podpory skrajne wtapia si w korpusy i opiera na elbetowych palach maych rednic lub dwuteowych palach stalowych. W przypadku wiaduktw budowanych w istniejcych korpusach drogowych przyczki mona wykona z grodzic stalowych penicych jednoczenie funkcje obudowy wykopu, korpusu podpory, a po przedueniu na boki, rwnie skrzyde obiektu. Aktualne normy, dostpne metody projektowania i programy do analizy konstrukcji pozwalaj na efektywne projektowanie i bezpieczne budowanie tego typu obiektw.

2. WYTYCZNE DO PROJEKTUDokumentem stanowicym podstaw organizacji przetargu by program funkcjonalno-uytkowy (PFU), ktry z jednej strony by opisem oczekiwa Inwestora, a z drugiej stanowi koncepcj obiektu (rys. 2) do realizacji ktrego przygotowywa si Wykonawca i jego Projektant. By to zasadniczy dokument, na ktrego podstawie przygotowywana bya oferta przetargowa.

3Inynier Budowlany

Rys. 2. Koncepcja wiaduktu - wycig z programu funkcjonalno-uytkowego z elementami rozwiza konstrukcyjnych poddanych weryfikacji w trakcie projektowania budowlanego i wykonawczego W ramach planowanej inwestycji do wykonania byy wiadukt w cigu istniejcej al. Krakowskiej wraz z niezbdn korekt jej niwelety, cznik drogowy z rondem na wczeniu do istniejcych ulic, przekadki sieci oraz zabezpieczenia rodowiskowe (ekrany akustyczne). W PFU opisane zostay wymagane szerokoci uytkowe, skrajnie projektowanych budowli i rozwizania materiaowe poszczeglnych gwnych elementw konstrukcji oraz oczekiwany sposb skomunikowania obiektu z istniejcymi cigami drogowymi i pieszymi. Program z jednej strony zabezpiecza interesy Inwestora, a z drugiej pozostawia Wykonawcy moliwo wykorzystania wiedzy i dowiadczenia w realizacji zadania. Czstym bdem jest traktowanie przez Inwestorw PFU jako zamknitej koncepcji projektowej, ktr Wykonawca ma zrealizowa. Rozwizania projektowe powstajce na tym etapie przygotowania inwestycji nie s gruntownie analizowane pod wzgldem statyczno-wytrzymaociowym, a formua projektuj i buduj musi wiza si z pewna swobod Wykonawcy w doborze rozwiza technicznych i technologicznych w ramach obowizujcych przepisw prawa. Zawarte w programie funkcjonalno-uytkowym propozycje s oglnym opisem moliwych i akceptowanych przez Inwestora rozwiza, ktre naley dostosowa do wymaga lokalizacji obiektu, projektu szczegowego, moliwoci technologicznych wykonawcy oraz zakadanego czasu realizacji robt. Zgodnie z obowizujcym prawem, po ogoszeniu przetargu, zebraniu i sprawdzeniu piciu ofert, na Wykonawc obiektu wybrana zostaa firma Skanska, ktra zobowizaa si zaprojektowa i wybudowa wiadukt za najnisz cen w cigu zaledwie 11 miesicy. Warto podkreli, e oferowana cena znaczco odbiegaa w d od redniej z przetargu. rednia oferowana warto robt przewyszaa zwycisk ofert o ok. 50%, a najwysza ponad 2.5-krotnie. Realizacja kontraktu o takich parametrach ekonomicznych w formule projektuj i buduj bya niewtpliwie wyzwaniem. Wykonawca opracowa napity harmonogram, ktrego dokadna realizacja staa si podstaw dziaania wszystkich uczestnikw procesu inwestycyjnego. Harmonogram zakada bardzo wskie marginesy czasowe na ewentualne odstpstwa na poszczeglnych etapach przygotowania (projektowania) i realizacji inwestycji.

3. PROJEKT OBIEKTUW opracowaniu projektu wykonawczego czynny udzia bra Wykonawca robt, korygujc i dostosowujc do swoich moliwoci technicznych i technologicznych proponowane przez Projektanta szczegowe rozwizania konstrukcyjno-technologiczne. W proces projektowania wykonawczego zaangaowano rwnie projektantw podwykonawcy odpowiedzialnego za pogrenie grodzic stalowych (fundamentw i korpusw przyczkw oraz skrzydeek), ktry dysponowa niezbdn wiedz i dowiadczeniem w projektowaniu i realizacji tego typu robt. W efekcie powsta projekt, ktry na etapie wykonania nie podlega praktycznie adnym zmianom. W projekcie budowlanym i wykonawczym gwne rozwizania materiaowe przyjto zgodne z programem funkcjonalno-uytkowym. Zmieniono jednak schemat statyczny na bardziej efektywn statycznie i ekonomicznie

4D. Sobala, W. Tomaka, P. Maksim Grodzice stalowe w podporach zintegrowanego wiaduktu.

ram jednonawow na podatnych podporach z grodzic stalowych z ryglem w postaci betonowego przsa wiaduktu. Zmiana schematu statycznego (rys. 4) umoliwia rezygnacj z wykonania kotew gruntowych, oysk, dylatacji, urzdze lub przekry dylatacyjnych oraz zmniejszenie wymaganego minimalnego wskanika wytrzymaoci grodzic stalowych w korpusach przyczkw. Dla podtrzymania wysokich, nierozpartych przsem skrzydeek z grodzic stalowych zaprojektowano wykonanie cigw stalowych. Na odcinkach mniejszej wysokoci skrzydeka z grodzic maj schemat wspornika. Dla przeniesienia obliczonych pionowych reakcji z przsa wiaduktu zaprojektowano zagbione grodzic poniej dna wykopu docelowego na min. 11.6m. Przeniesienie si poziomych zapewniaa grna cze cianki stalowej zamocowana doem sprycie w gruncie i gr rozparta przsem wiaduktu. Wyliczone dugoci grodzic wymagane dla przeniesienia si poziomych i pionowych po odpowiednim zsumowaniu okreliy ich cakowit dugo przyjt w projekcie. Zaprojektowano przso pytowe o rozpitoci teoretycznej Lt=17.5m z belek strunobetonowych typu Kujan NG 18 umonolitycznionych betonem wylewanym na mokro. Przso poczono ze ciank z grodzic stalowych oczepem elbetowym wykonywanym etapami na budowie. Siy wewntrzne w elementach nonych wiaduktu wyznaczono wykorzystujc zoony model numeryczny konstrukcji wiaduktu (przsa, podpr z grodzic stalowych i cigw), ktry dokadnie odwzorowywa projektowane etapowanie robt. Przyjty schemat statyczny i szczegowe obliczenia metod MES pozwoliy wykona ciany korpusw z grodzic o wskaniku wytrzymaoci Wx=2006 cm3/m zamiast przewidywanego w programie funkcjonalno-uytkowym Wx=4800 cm3/m. Pozwolio to zredukowa ciar grodzic o okoo 34% w stosunku do zaoe wstpnych.

PAS WCZENIA

CIG PIESZOROWEROWY

Rys. 4. Projekt obiektu widok z boku/przekrj poduny W wyniku przeprowadzonej analizy statyczno-wytrzymaociowej okrelono maksymalne pionowe obcienie pojedynczej grodzicy rwne Qr=320kN. Ze wzgldu na lokalizacj obiektu w pobliu istniejcej zabudowy miejskiej przewidziano pogranie grodzic bezwibracyjn metod wciskania hydraulicznego (rys. 5).

CIG PIESZOROWEROWY

JEZDNIA

JEZDNIA

5Inynier Budowlany

Rys. 5. Wciskarka hydrauliczna pograjca grodzice. Zastosowanie tej technologii pozwolio unikn drga i nadmiernych poziomw haasu w trakcie budowy wiaduktu. W projekcie wykonawczym przewidziano wykorzystanie grodzic o profilu typu U. Przyjty rodzaj grodzic i technologia zagbiania pozwoliy wykorzysta do przeniesienia obcie na grunt zarwno pobocznice, jak i podstawy grodzic, poprzez wykorzystanie uksztatowanego w trakcie pogrania korka gruntowego (rys. 6).

Rys. 6. Powierzchnia podstawy i obrys pobocznicy grodzicy uwzgldnione w obliczeniach nonoci pionowej grodzicy typu U Nono pionow grodzic wyznaczono na podstawie wynikw dodatkowo wykonanych sondowa CPT (rys. 7) zgodnie z zaleceniami francuskiego Centralnego Laboratorium Drg i Mostw w Paryu (LCPC) opublikowanymi m.in. w broszurze Arcelor Mittal Fascicule 62 titre V. Nono pionow pojedynczej grodzicy oszacowano na poziomie 0.9Nt=430kN. Dla sprawdzenia modelu obliczeniowego przewidziano wykonanie prbnego obcienia statycznego pojedynczej grodzicy, wykonanej dodatkowo poza cian przyczka pod konstrukcj wiaduktu (rys. 8). Wykonanie prbnego obcienia metod statyczn przewidziano po minimum 30 dniach od pogrenia badanej grodzicy. Badania przeprowadzono po wykonaniu wykopu docelowego pod wiaduktem tak, aby poziom trenu w trakcie bada odpowiada poziomowi przyjtemu w obliczeniach. Wynik badania wykaza nono mniejsz ni obliczona, ale wystarczajc do przeniesienia przewidywanych obcie pionowych. Prawdopodobn przyczyn takiego stanu rzeczy byo zastosowane podpukiwania wspomagajcego pogranie grodzicy w grnych warstwach gruntu.

6D. Sobala, W. Tomaka, P. Maksim Grodzice stalowe w podporach zintegrowanego wiaduktu.

WARUNKI GRUNTOWECPT-1 Opr qc stoka sondy CPT w MPa CPT-1

wg dokumentacji GEOTEKOOW-1 Humus Gliny pylaste lub pyy IL=0,00-0,10 CPT-2

CPT-2 Opr qc stoka sondy CPT w MPa

G , IL=0,25-0,30 Gliny pylaste lub pyy IL=0,10-0,15

G , IL=0,00-0,10

Gliny pylaste lub pyy IL=0,00-0,10

Gliny pylaste lub pyy IL=0,1-0,15 Gliny pylaste lub pyy w stanie pzwartym 25m 25m 25m

Rys. 7. Wyniki sondowania CPT w rejonie budowanego wiaduktu.

Rys. 8. Lokalizacja badanej grodzicy i rury inklinometrycznej

W obliczeniach statyczno-wytrzymaociowych grodzic przyjto parcia i odpory o wartociach dostosowanych do spodziewanych przemieszcze ciany oraz pochodzce od oddziaywania taboru

7Inynier Budowlany

samochodowego znajdujcego si na naziomie. Sprawdzenie napre w grodzicach wykonano z uwzgldnieniem ubytkw korozyjnych, ktre mog wystpi w przyjtym 100-letnim okresie uytkowania konstrukcji. Zgodnie z PN-EN 1993-5 Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych. Cz 5 Palowanie i grodzice. dla nienaruszonych gruntw rodzimych przyjto dwustronny ubytek korozyjny rwny 2.4mm. Uwzgldniajc obliczone siy wewntrzne i ubytki korozyjne zaprojektowano grodzice ze stali S355 z profili VL606 (Wx=2006 cm3) w cianach gwnych pod przsami wiaduktu oraz VL606, VL605A (Wx=1808 cm3), VL604 (Wx=1620 cm3) w skrzydach. W przekroju zamocowania grodzic w elbetowym oczepie, celem ograniczenia wpywu korozji, przyjto wykonanie dodatkowego obustronnego zabezpieczenia antykorozyjnego grodzic na wysokoci 1.5m poniej oczepu. W projekcie przewidziano rwnie kontrol przemieszcze poziomych cianki z grodzic stalowych. Przewidziano zainstalowanie rur inklinometrycznych i wykonanie pomiarw kontrolnych. Celem zaplanowanych dugookresowych bada jest obserwacja i kontrola zachowania si podpr wiaduktu oraz ewentualna, przysza weryfikacja zaoe przyjmowanych do projektowania tego typu konstrukcji. Obliczone maksymalne przemieszczenia poziome grodzic wynosz okoo 23mm. W czasie budowy, na etapie wykonywania drugiej nitki wiaduktu, zmierzone przemieszczenia poziome przy czciowym odsoniciu ciany wyniosy okoo 2mm. Kolejny pomiar inklinometryczny wykonano podczas budowy drugiej nitki wiaduktu, po wykonaniu wykopu do maksymalnej zakadanej gbokoci. Maksymalne poziome przemieszczenie cianki o wartoci ok. 6mm pomierzono w poziomie dna wykopu (rys. 9). Kolejne pomiary bd wykonywane po oddaniu obiektu do eksploatacji i okresowo w trakcie jego uytkowania.

Rys. 9. Wykres pomierzonych przemieszcze poziomych ciany stalowej przyczka

4. REALIZACJA ROBTRoboty budowlane podzielono na dwie fazy w celu zapewnienia cigoci ruchu na al. Krakowskiej. W pierwszej kolejnoci zbudowano wiadukt poudniowy. Cay ruch drogowy odbywa si po istniejcej jezdni pnocnej. Po zakoczeniu budowy przsa i uzyskaniu pozwolenia na jego uytkowanie, ruch samochodowy

8D. Sobala, W. Tomaka, P. Maksim Grodzice stalowe w podporach zintegrowanego wiaduktu.

przeniesiono na oddan cz obiektu i przystpiono do budowy wiaduktu pnocnego. Roboty na obu nitkach wiaduktu realizowano w ten sam sposb, stosujc etapowanie (rys. 10) zgodnie z wytycznymi projektu.

ETAP INiweleta istniejcej jezdni

Wykop wstpny (1)Schemat statyczny ciany

Grodzice stalowe (2): typu U wciskane lub wbijane;

9Inynier Budowlany

Rys. 10. Etapy budowy wiaduktu Realizacja robt cile wedug zaoe projektowych miaa za celu odcienie wza ramy w fazie technologicznej (Etap I i Etap II). Newralgiczny element konstrukcji zintegrowanej wze podporowy zacz pracowa na zginanie/obrt praktycznie dopiero w fazie uytkowej. Due obcienia zwizane z ciarem masywnego przsa (belki + beton wypeniajcy) zostay przekazane jako pionowe w schemacie przsa swobodnie podpartego. Zamykajcy wze podporowy zosta wykonany jako ostatni element ramy.

5. WNIOSKI KOCOWEProjekty infrastrukturalne realizowane w formule projektuj i buduj to skuteczna metoda realizacji inwestycji. W przypadku opisanej inwestycji wymagay one bardzo dobrego przygotowania merytorycznego i efektywnej, zespoowej wsppracy pomidzy Inwestorem, Wykonawc i Projektantem dla zrealizowania wsplnego celu, jakim bya budowa wiaduktu wraz ukadem drogowym.

a)

10D. Sobala, W. Tomaka, P. Maksim Grodzice stalowe w podporach zintegrowanego wiaduktu.

b) Rys. 11. Wiadukt Krakowska a) po zakoczeniu budowy nitki poudniowej, b) po zakoczeniu budowy robt budowlanych Grodzice stalowe, a szerzej konstrukcje stalowe w gruncie, s uzasadnionym technicznie, ekonomicznie i organizacyjnie rozwizaniem dla obiektw mostowych realizowanych w warunkach silnych obostrze czasowych i koniecznoci ograniczenia negatywnego oddziaywania robt budowlanych na otoczenie. Dostpne w Polsce technologie pogrania grodzic i pali stalowych pozwalaj na dopasowanie rozwiza projektowych do lokalizacji obiektu i przenoszonych obcie. Przyjte przez Projektanta i Wykonawc obiektu prawidowe rozwizania konstrukcyjno-technologiczne pozwoliy w krtkim czasie zaprojektowa i zbudowa w peni funkcjonalny, trway i jednoczenie stosunkowo tani (ok. 7 000z/m2) obiekt bez przerywania cigoci ruchu na drodze krajowej. Omawianej inwestycji nie udao by si zrealizowa bez dobrej woli i wsppracy zdeterminowanego Inwestora, dowiadczonego i dobrze zorganizowanego Wykonawcy, wspieranego przez zesp dowiadczonych projektantw oraz waciwej interpretacji obowizujcego prawa. W budownictwie, jak w yciu, bardzo duo zaley od dobrej woli i zaangaowania konkretnych ludzi, a ta inwestycja miaa do nich szczcie.