Čínsky most Donghai – Najdlhšie premostenie mora na svete

Chinese bridge Donghai – the longest sea bridge in the world
The amount of transported goods in the Shanghai harbor has increased by ten times between 1990 and 1999. This phenomenal increase has accelerated in the past few years to such an extent that the average annual increase of transported merchandise is 29%. The depth of river Jang-c’-t’iang at its entry is only 7 m, so container ships of 3^rd and 4^th generation can only enter and leave the docks during high tide.

Most Donghai vo Východočínskom mori je dlhý 32 km

Rieka Huangpu, ktorá sa do Jang-c’-ťiang v Šanghaji vlieva, hlboká 7–8 m a široká 400 m, je úzka pre veľké námorné lode a kontajnerové lode v nej nemôžu voľne manévrovať. Vláda mestskej oblasti Šanghaj preto rozhodla, že vybuduje veľký kontajnerový prístav na neďalekých pahorkatých neobývaných ostrovoch Yangshan, kde je more hlboké 15 m.

Tam môžu voľne priplávať a odtiaľ odplávať aj kontajnerové lode 5. a 6. generácie, ktoré sú schopné prevážať 8 500 kontajnerov, čo je dvojnásobok doterajšieho stavu. Tento obrovský projekt dostal názov Projekt Yangshan – prístav v hlbokej vode (Yangshan Deep Water Port; shan znamená v čínštine pohorie). Súčasťou tohto projektu je vybudovanie 52 prístavísk – kontajnerových terminálov a 32km premostnenia Donghai, ktoré predstavuje spojnicu najbližšieho bodu pobrežia (leží juhovýchodne od Šanghaja) s ostrovmi.

Most Donghai je dôležitou súčasťou prvej etapy Projektu Yangshan. Má slúžiť nielen pre vozidlá, ale aj pre zabezpečenie všetkého, čo nemôže byť na malých ostrovoch situované, pre zásobovanie vodou, elektrinou, nesie komunikačné káble a umožňuje zber a dopravu kontajnerov. Most Donghai začína v obvode Nanhui, na pobreží severne od prístavu Luchao, smeruje na Malý a Veľký Yangshan, pokračuje smerom na východ k okresu Šeng-s‘ (Shengsi County) v provincii Če-ťiang (Zhejiang) na ostrovoch Šeng-s‘ (Shengsi). Most je pôdorysne zakrivený (obr. 1). Jeho celková dĺžka 32 km pozostáva:

• z úseku na pevnine s dĺžkou približne 2,3 km,
• z úseku v mori od pobrežia po Veľký korytnačkový ostrov (Big-Turtle Island) s dĺžkou okolo 25,5 km,
• z úseku, ktorý tvorí spojnica mosta s prístavom – medzi Veľkým korytnačkovým ostrovom a ostrovom Malý Yangshan (Little Yangshan) s dĺžkou asi 3,5 km.

V začiatočnej etape projektu navrhovali v mieste hlavného navigačného otvoru spojitý nosník s rozpätiami polí 140 + 200 + 200 + 140 m. Neskôr návrh zmenili na zavesený most s dvoma pylónmi, rozpätím hlavného poľa 420 m, výškou pylónu 150 m a šírkou mosta 31,5 m (obr. 2). Hlavný navigačný otvor je navrhnutý pre lode s kapacitou do 5.000 dwt (1 deadweight ton = 2.240 pounds = 1,016 t), má svetlú výšku 40 m a svetlú šírku 400 m. Odolnosť voči nárazu lodí do pilierov je 10.000 t.

Z troch vedľajších navigačných otvorov je jeden určený pre lode s kapacitou do 1.000 dwt, má svetlú výšku 25 m a svetlú šírku 140 m. Dva ďalšie vedľajšie navigačné otvory majú svetlú výšku 17,5 m a svetlé šírky 120 a 160 m.

Na 1,66 km dlhom úseku medzi Veľkým korytnačkovým ostrovom a ostrovom Kezhushan je ďalší zavesený most. Má dva pylóny s dvoma rovinami závesov. Pylóny H-tvaru majú výšku 100 m, rozpätie hlavného poľa je 332 m (obr. 3). Dĺžky rozpätí jednotlivých polí tohto mosta sú 50 + 139 + 332 + 139 + 50 m. Mosty, preklenujúce ďalšie vedľajšie navigačné otvory, sú spojité nosníky so štyrmi poľami z predpätého betónu. Komorový prierez nosníkov má premennú výšku, nosníky sú zhotovené betónovaním na stavenisku s použitím pohyblivého debnenia.

V mori je celkom 814 pilierov. Nenavigačných mostných polí je 333, s dĺžkami rozpätí od 60 do 70 m a s hmotnosťou prefabrikovaných komorových nosníkov od 1.800 do 2.000 t. T-nosníky s dĺžkou 50 m boli betónové na stavenisku s použitím pohyblivého debnenia. Bolo potrebné zhotoviť pilóty vŕtané do skaly (ø 2,5 m), oceľové rúrové pilóty pre pylóny (ø 1,5 m) a pilóty pre základy z vystuženého betónu (ø 0,6 m). V súvislosti s mostom Donghai bolo potrebné zhotoviť tiež množstvo rôznych inžinierskych diel, akými sú napríklad platformy na mori s veľkou plochou (do 5.000 m²), prístaviská, nástupištia, priľahlé prístavné oblasti, spevňovanie základov, tunely atď. Ide o stavbu obrovských rozmerov.

Zavesený most s rozpätím 420 m cez hlavný navigačný otvor
Technické parametre ovplyvňujúce návrh zaveseného mosta:

• návrh je prispôsobený normám pre navrhovanie diaľnice s obojstrannou premávkou so šiestimi jazdnými pruhmi;
• návrhová rýchlosť vozidiel je 80 km/h;
• trieda návrhového zaťaženia vozidlami: super autá 20, trailery 120, kontajnerové vozidlá so spojitým zaťažením, vzdialenosť osí medzi vozidlami 10 m;
• návrh na seizmické účinky: základná hodnota je šesť stupňov; most má návrhovú hodnotu zaťaženia, ktorá zodpovedá zemetraseniu so siedmimi stupňami Richterovej škály; faktor dôležitosti sa uvážil hodnotou 1,7;
• navigačné parametre: hlavný navigačný otvor pre lode s 5.000 dwt; odolnosť pilierov proti nárazu lodí pri hlavnom navigačnom otvore 10.000 t, pri vedľajších navigačných otvoroch 1.000 t a pri koncových pilieroch 500 t;
• pravdepodobnosť výskytu maximálnej úrovne hladiny vody raz za 100 rokov, s uvážením vplyvu prídavného účinku vĺn H1%;
• návrhová hodnota rýchlosti vetra 42 m/s vo výške 10 m s pravdepodobnosťou výskytu raz za 100 rokov;
• návrhová životnosť mosta je 100 rokov.

Požiadavky na hlavný navigačný otvor
Hlavný navigačný otvor má umožniť obojstrannú premávku námorných lodí s požadovanou minimálnou svetlosťou 321 m. Pri uvážení vplyvu konštrukcie základov a zariadení, ktoré majú zabrániť kolízii lode s piliermi, vychádza požadovaná šírka navigačného otvoru 400 m. S ohľadom na rozumný pomer dĺžok hlavného poľa a krajných polí mosta sa v tomto prípade ukázal ako najvýhodnejší variant zaveseného mosta s rozpätím hlavného poľa 420 m.

KONŠTRUKCIA ZAVESENÉHO MOSTA S ROZPÄTÍM 420 m

Základná statická schéma
V dôsledku ťažších kontajnerových vozidiel sa stala kľúčovým faktorom pri návrhu usporiadania hlavného a krajných polí zaveseného mosta tuhosť konštrukcie mosta. Parametrické štúdie ukázali, že typická spojitá konštrukcia s tromi poľami pri pôsobení kontajnerových vozidiel nespĺňa prevádzkové požiadavky a nevedie k ekonomickému návrhu. Optimálnou sa ukázala spojitá konštrukcia s piatimi poľami. Pri uvážení statického pôsobenia a vplyvu okolitého prostredia sa nakoniec zvolilo iešenie s rozpätiami 73 + 132 + 420 + 173 + 73 m a s celkovou dĺžkou 830 m.

Podperný systém
Zvislé a vodorovné podpery zaveseného mosta sú umiestnené pri pylónoch, medziľahlých a krajných podperách tvorených piliermi. V mieste podpier na pylónoch sú umiestnené hydraulické tlmiče, ktoré obmedzujú posunutie trámu mosta v pozdĺžnom smere a ktorých úlohou je zlepšiť komfort jazdy vozidiel. Pre zachytenie negatívnych (ťahových) reakcií v miestach podpier na krajných a medziľahlých pilieroch spôsobených stálym a úžitkovým zaťažením sa použila nasledovná kombinácia dvoch spôsobov: ťahové reakcie od vlastnej tiaže mosta eliminujú priťaženia trámu vo forme liatinových blokov pri koncových pilieroch zaveseného mosta. Ťahové reakcie od úžitkového zaťaženia mosta zachytávajú vonkajšie predpäté ťahadlá v podperách na krajných pilieroch (4 × 19 mm, ø 15 mm) a v podperách na medziľahlých pilieroch (4 × 61 mm, ø 15 mm).

Hlavná nosná konštrukcia
Tvorí ju spriahnutý oceľobetónový trám. Ide o betónovú mostovku širokú 33 m vrátane dvoch konzolových dosiek širokých po 4,5 m, uloženú na jeden trojkomorový oceľový hlavný nosník so šírkou spodného pásu 24 m a s výškou prierezu 4 m (obr. 4). Použité sú betón C 60 a oceľ Q345qD. Väčšia výška prierezu trámu (4 m) je preto, aby sa dosiahla väčšia krutová tuhosť a vyhovelo sa požiadavkám pre odolnosť trámu zaveseného v strednej rovine proti účinkom vetra. Súčasne sa tým dosiahla zhoda s výškou prierezu betónového hlavného nosníka uloženého na pilieroch priľahlých nenavigačných mostných polí.

Po zvážení viacerých faktorov sa pre štandardné segmenty trámu zvolila dĺžka 8 m. Pri pylónoch sa použilo celkove osem menších segmentov s dĺžkou 5 m, aby sa znížilo zaťaženie závesov. V krajných poliach sa použili segmenty trámu s dĺžkou 6,58 m. S výnimkou betónových spojov s dĺžkou 2 × 0,5 m, ktoré sa dobetónovali na stavenisku, sa segment trámu zhotovil kompletne v továrni na prefabrikáty. Po tom, ako segmenty trámu dopravili na miesto a zavesili ich, zhotovili spoje oceľovej časti prierezu trámu a dobetónovali betónovú dosku. Tá je vo všeobecnosti hrubá 280 mm, v miestach jej uloženia na oceľové steny prierezu je hrubšia – 550 mm. Spodný pás a šikmé krajné steny oceľového prierezu majú hrúbku 16 mm. Zvislé steny a horné pásnice stien oceľového prierezu majú hrúbku 24 mm. V miestach podpier pri pylónoch, medziľahlých a krajných pilieroch sú oceľové steny hrubšie. Spolupôsobenie betónovej dosky a oceľovej časti prierezu zabezpečujú tŕne (shearing nails).

Aby sa zabezpečila odolnosť mosta proti účinkom vetra počas výstavby aj počas prevádzky, vykonali sa skúšky na modeloch častí, ako aj na modeli dohotoveného mosta. Výsledky ukázali, že kritická rýchlosť vetra zodpovedajúca kmitaniu (flutter) môže dosiahnuť hodnotu 80 m/s, ak sa nevykonajú, a hodnotu 100 m/s, ak sa vykonajú špeciálne opatrenia. Rozhodlo sa vykonať špeciálne opatrenia, použijúc pneumatické zariadenie umiestnené pod šikmými krajnými stenami prierezu trámu, aby sa garantovala stabilita pri pôsobení vetra v štádiu montáže i počas prevádzky.

Celý nezkrácený článek, vč. všech fotografií, si můžete přečíst v čísle 2/2006 časopisu KONSTRUKCE, které vyjde již 17. 4. 2006. Nemáte-li předplatné tak neváhejte.

Autor

• Prof. Ing. Baláž Ivan Ph. D.