Wojciech Kwinta.: Jakie rozwiązania obejmuje prefabrykacja w mostownictwie?

Prof. dr hab. inż. Wojciech Radomski: Generalnie można je podzielić na trzy grupy. Jeżeli przęsło mostu w widoku z góry przedstawić w postaci prostokąta, to jego podział na elementy prefabrykowane może być wzdłużny lub poprzeczny. W pierwszym przypadku elementami prefabrykowanymi są zawsze belki (żelbetowe, struno- lub kablobetonowe). W grupie drugiej, biorąc pod uwagę podział poprzeczny przęsła, znajdują się prefabrykowane segmenty. Grupa trzecia to przęsła mostowe prefabrykowane w całości, które nieco żartobliwie można nazwać „prefabrykowanym monolitem”. Są one montowane na podporach jako całkowicie gotowe pod względem konstrukcyjnym przęsła. Nie jest to u nas częste rozwiązanie. Kiedyś dotyczyło na przykład jednotorowych i jednoprzęsłowych obiektów kolejowych o rozpiętościach przęseł do kilkunastu metrów. Odpowiednikiem tego rodzaju rozwiązania na świecie jest prefabrykacja wielkowymiarowa.

W.K.: Do jakich przęseł stosowane są belki?

W.R.: Mogą być z nich formowane przęsła o płytowym lub belkowym przekroju poprzecznym, niemniej podstawowymi elementami są belki, przeważnie wykonywane w wytwórniach stacjonarnych. A to ze względu na tzw. daleki transport ogranicza ich długości i ciężary – górną granicę stanowi tu 25–30 m. Dlatego z ich użyciem budowane są obiekty o małych rozpiętościach przęsłowych. W niektórych sytuacjach (np. długich estakad dojazdowych do głównej przeprawy mostowej) instalowane są wytwórnie poligonowe, zlokalizowane w bezpośrednim sąsiedztwie budowy obiektu. Wtedy odpada problem dalekiego transportu i długości belek mogą być dłuższe od tych dowożonych z wytwórni stacjonarnych. Znane są obiekty o rozpiętościach przęseł nawet do 70 m.

W.K.: W jaki sposób są wykorzystywane prefabrykowane segmenty?

W.R.: Służą one do budowy mostów o dużych rozpiętościach przęsłowych (na ogół od 70 m do 200 m) z użyciem metody montażu wspornikowego. Same segmenty są w znakomitej większości przypadków żelbetowe i wytwarzane zazwyczaj w wytwórniach poligonowych, natomiast technologia montażu polega na doprężaniu kolejnych segmentów do już wykonanych odcinków przęseł za pomocą kabli. Przęsła są zatem zawsze z betonu sprężonego i wykazują cechy przęseł monolitycznych.

W.K.: Wspornikową metodę montażu wprowadził do polskiego mostownictwa inż. Maksymilian Wolff. Jak się przyjęła?

W.R.: Została zastosowana do budowy dwóch tylko mostów: Pomorskiego przez Brdę w Bydgoszczy (1969 r.) z głównym przęsłem o długości 43 m oraz mostu Przemysława przez Wartę w Poznaniu (1973 r.), gdzie długość głównego przęsła wynosiła 75 m. Metoda ta nie odrodziła się w nowych warunkach ustrojowych po 1989 r., w odróżnieniu od metody betonowania nawisowego, która po 35 latach przerwy przeżywa w Polsce od 1998 r. swój renesans. Nie oceniam tego, stwierdzam jedynie fakt.

W.K.: W Polsce najczęściej stosuje się rozwiązania grupy pierwszej, czyli prefabrykowanych belek. Jaki tu jest podział?

W.R.: To dwie podgrupy. Pierwszą stanowią rozwiązania całkowicie prefabrykowane z bardzo małym udziałem technologii „na mokro”, która ograniczona jest na dobrą sprawę do wykonania połączeń oraz – nie we wszystkich rozwiązaniach – poprzecznic. Co ważne, o trwałości przęseł mostowych z prefabrykatów nie decyduje na ogół jakość samych elementów belkowych (choć i to się u nas zdarzało), ale połączeń między nimi. W konstrukcjach mostowych jest to szczególnie ważne z dwóch powodów. Po pierwsze, przęsła podlegają obciążeniom dynamicznym, a nie statycznym. Konsekwencją tego mogą być efekty zmęczeniowe w połączniach między prefabrykatami lub inne uszkodzenia, spowodowane drganiami. Po drugie, podstawowe znaczenie ma współpraca poprzeczna belek. Przęsła są z reguły obciążane mimośrodowo i w związku z tym, poza sztywnością giętną duże znaczenie ma także sztywność skrętna. Obie te sztywności zależą od stopnia współpracy belek w kierunkach wzdłużnym i poprzecznym. Nie wdając się w szczegółowe analizy można stwierdzić, że rozwiązania całkowicie prefabrykowane nie sprawdziły się w polskim mostownictwie i to głównie z powodu niedostatecznej sztywności poprzecznej przęseł.

W.K.: Próbowano sobie z tymi problemami poradzić?

W.R.: Kilka systemów przęseł prefabrykowanych modyfikowano z różnym skutkiem. Niektóre wyeliminowano z zastosowań (np. pierwsze wersje przęseł typu „Płońsk”, rozwiązania z belek korytkowych typu π). Dodatkowo rozwiązania całkowicie prefabrykowane tworzyły zwykle zestaw przęseł swobodnie podpartych. Nie ma on ciągłej linii ugięcia (przy przejazdach z przęsła na przęsło występują progi zwiększające oddziaływania dynamiczne taboru). Poza tym, takie rozwiązanie wymaga dużej liczby łożysk i urządzeń dylatacyjnych, co zwiększa koszty i w przypadku niepełnej szczelności tych urządzeń prowadzi do destrukcji przydylatacyjnych fragmentów konstrukcji i w konsekwencji do utraty wymaganej trwałości obiektu. Niewiele systemów całkowitej prefabrykacji przęseł pozwalało na ich uciąglanie, zapewniające ciągłą linię ugięcia i redukcję liczby urządzeń dylatacyjnych. W podsumowaniu można wyrazić opinię, że w świetle dotychczasowych doświadczeń, rozwiązania z pierwszej podgrupy nie powinny być, według mnie, stosowane w mostownictwie.

W.K.: Jakie rozwiązania charakteryzują drugą podgrupę?

W.R.: Stanowią ją konstrukcje zespolone, w skrócie – typu „beton-beton”. Można je najbardziej zwięźle scharakteryzować tak, że prefabrykowane belki żelbetowe, struno- lub kablobetonowe współpracują za pomocą łączników zespolenia z żelbetową płytą jezdni, jak to jest w przęsłach ukształtowanych jako belkowe, bądź też przestrzenie między belkami wypełniane są betonem, jak to jest w przęsłach ukształtowanych jako płytowe. Udział technologii betonowania „na mokro” jest w tego rodzaju rozwiązaniach dość znaczny i dotyczy płyty pomostu oraz poprzecznic. Te dwa elementy konstrukcji, wykonywane na miejscu budowy, zapewniają należytą współpracę poprzeczną belek i w związku z tym odpowiednią sztywność giętną i skrętną przęsła. Ponadto obiekty zespolone „beton-beton” można wykonywać jako konstrukcje ciągłe, co zapewnia im większą trwałość – linia ugięcia ciągła, bez wspomnianych poprzednio progów między przęsłami. Osobiście uważam, że ten rodzaj prefabrykacji powinien być stosowany w mostownictwie, co zresztą jest w ostatnich dekadach szeroko w Polsce praktykowane.

W.K.: Jakie są różnice między konstrukcjami monolitycznymi i prefabrykowanymi?

W.R.: Te różnice mają związek ze współpracą między belkami. W przęsłach ukształtowanych jako wielobelkowe, belki przenoszą inne obciążenia – zwykle zewnętrzne są bardziej obciążone od wewnętrznych. W związku z tym zbrojenie miękkie czy sprężanie może być w konstrukcjach monolitycznych zróżnicowane. Natomiast, gdy stosujemy belki prefabrykowane, to nie wiemy, gdzie każda z nich będzie usytuowana w przekroju poprzecznym przęsła i dlatego każda z nich musi być wymiarowana na potencjalnie największe spodziewane obciążenia. To nie pozwala na racjonalny dobór zbrojenia, czy to biernego czy czynnego (tj. sprężenia) w konstrukcji jako całości. Inne jednak zalety, na przykład szybkość budowy, niwelują tę wadę.

Przeczytaj także: W budowie kładek kluczowa jest trwałość. Zmiany klimatu niosą zagrożenie