Salamak, M.; Radziecki, A., Przebudowa nietypowego mostu nad elektrownią wodną i jazem. Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej, nr 8/2010, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2010, str. 259-270

PRZEBUDOWA NIETYPOWEGO MOSTU NAD ELEKTROWNI Ą WODNĄ I JAZEM

Marek SALAMAK*, Andrzej RADZIECKI* *) Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

1. WPROWADZENIE

Zapory i jazy wodne są na tyle stabilnymi budowlami, że często wykorzy-stywane są również do przeprowadzenia ruchu komunikacyjnego na drugi brzeg rzeki. Znajdująca się na szczycie zapory korona, pełniąca funkcję służbowej drogi transportowej jest niekiedy dopuszczana do ruchu publicznego. W refera-cie przedstawiono przypadek mostu nad jazem na Narwi w miejscowości Dębe, który jest eksploatowany w ramach drogi wojewódzkiej. Jego zły stan technicz-ny, wynikający między innymi z pełnienia różnych funkcji (np. zadaszenia czę-ści budynku elektrowni) wymagał przeprowadzenia wszechstronnego remontu. W ramach remontu konieczna okazała się modernizacja wielu pierwotnych roz-wiązań, zwłaszcza systemu odwodnienia mostu czy bezpieczeństwa ruchu.

2. OBIEKTY MOSTOWE TOWARZYSZ ĄCE BUDOWLOM WODNYM

Najczęściej stosowana klasyfikacja budowli wodnych wynika z ich funkcji. Zalicza się do nich takie obiekty jak: budowle piętrzące (zapory wodne), bu-dowle dla celów energetycznych (elektrownie wodne), budowle dla melioracji (rowy, przepusty), budowle służące do celów ochrony przed zalewem (wały, zapory boczne, pompownie) oraz budowle będące elementem systemu transpor-tu rzecznego (śluzy, kanały).

Dwie pierwsze funkcje często łączone są w tej samej lokalizacji. Elek-trownie wodne budowane są zwykle przy zaporach, które spiętrzają wodę w celu zwiększenia ich energii uzyskiwanej ze spadku wody. Znajdująca się na samym szczycie korona wykorzystywana jest przeważnie jako droga transpor-towa lub pomost służbowy, ale w niektórych przypadkach traktowana może być nawet jako most.

Znane są na świecie i w Polsce przykłady zapór, których zintegrowane korony pełnią jednocześnie funkcję mostu. Jednym z najbardziej rozpoznawal-nych obiektów tego typu jest zbudowana na granicy stanów Arizona i Nevada, w roku 1936, zapora Hoovera na rzece Kolorado (Rys. 1). Na szczycie wysokiej na 224 m betonowej tamy umieszczona jest jezdnia o całkowitej szerokości blisko 15 m. Stanowi ona element drogi międzystanowej nr 93 łączącej Phoenix i Las Vegas. Choć wolny przejazd ponad urwistymi zboczami kanionu rzeki Kolorado dla turystów może być atrakcyjny, to transport na pokręconej i zatło-czonej drodze jest uciążliwy i niebezpieczny. Dochodzi do tego jeszcze obo-wiązkowa kontrola antyterrorystyczna większych pojazdów. Zmusiło to władze do budowy obejścia zapory z niezależnym mostem położonym w dole rzeki, ale zdecydowanie powyżej tamy. Zespolona konstrukcja tego łukowego mostu z jazdą górą ma rozpiętość teoretyczną 329 m, a pomost znajduje się 260 m ponad poziomem wody (Rys. 1).

Rys. 1. Zapora Hoovera. Z lewej ruch samochodowy, z prawej nowy most

Rys. 2. The Big Dam Bridge na rzece Arkansas w hrabstwie Pulaski

W przypadku zapory na rzece Arkansas w hrabstwie Pulaski, w 2006 roku ponad koroną, dobudowano pomost, który opiera się na ścianie tamy za pośred-nictwem słupów (Rys. 2). Długi na prawie 1,3 km most przeprowadza tylko ruch pieszo-rowerowy i jest jedną z głównych atrakcji turystycznych regionu.

W Polsce użytkowane są 42 zapory (Rys. 3). Większość z nich zlokalizo-wana jest w południowej części kraju na rzekach górskich lub podgórskich. Uboga infrastruktura drogowa Polski wymuszała konieczność wykorzystywania ich również jako przeprawy przez większe rzeki. Tak zaprojektowane zostały między innymi tamy: na Wiśle we Włocławku i Narwi w Dębe (Rys. 4), na Wi-słoku w Rzeszowie i na Dunajcu w Sromowcach (Rys. 5). W przypadku Rze-szowa i Sromowiec służą one tylko lokalnemu ruchowi. Natomiast po tamie we Włocławku przebiega droga krajowa nr 67, a w Dębe droga wojewódzka nr 632. Na obu występuje intensywny ruch zarówno osobowy jak i towarowy.

Rys. 3. Lokalizacja najważniejszych zapór na polskich rzekach

Rys. 4. Z lewej zapora na Wiśle we Włocławku, z prawej na Narwi w Dębe

Podobne rozwiązanie stopnia wodnego na Wiśle w okolicy elektrocie-płowni Siekierki w Warszawie planowane było w latach 80-tych ubiegłego wie-ku, [1]. Po tamie miała przebiegać droga łącząca Wawer z Wilanowem i Moko-towem. Koncepcja ta nie doczekała się realizacji. Projekt trasy powrócił co prawda w ostatnim czasie, ale już w zupełnie innej wersji. Po pomyśle ze stop-

niem wodnym została jedynie nazwa, która brzmi dziś most Na Zaporze. We-dług wstępnych założeń ma to być konstrukcja podwieszona z jednym pylonem i rozpiętościami przęseł dwa razy po 270 m.

Rys. 5. Z lewej zapora na Wisłoku w Rzeszowie, z prawej na Dunajcu w Sromowcach

Różne podejście administracji do udostępniania korony zapory widoczne jest z kolei na dwóch innych obiektach. Zapora w Solinie od wielu lat jest miej-scem spacerów tysięcy turystów. Zwłaszcza w sezonie letnim. Zupełnie inaczej jest w Dobczycach, gdzie przez ostatnie dziewięć lat na koronę mogły wejść jedynie zorganizowane grupy zwiedzające i to po uzyskaniu zezwolenia dyrek-tora RZGW oraz wcześniejszym sporządzeniu listy zawierającej oprócz na-zwisk, adresy zameldowania, numery PESEL i nazwy zakładu pracy. Sytuacja ma zmienić dopiero w tym roku i zapora będzie udostępniona dla wszystkich spacerowiczów.

Problemy z zarządzaniem tego typu obiektami mają również duże admini-stracje drogowe. W przypadku zapory w Dębe (Rys. 6), ustrój nośny podlega co prawda Mazowieckiemu Zarządowi Dróg Wojewódzkich [2], ale odpowiedzial-ność za podpory już nie. Za jedną część odpowiada Elektrownia Wodna Dębe, za drugą – Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej, a za trzecią, najmniejszą w postaci przepławki – Polski Związek Wędkarski. Komplikuje to znacznie admi-nistrowanie obiektem, powodując konieczność uzgadniania wszelkich napraw i remontów pomiędzy czterema zarządami.

3. OPIS OBIEKTU

3.1. Jaz i elektrownia wodna na Zalewie Zegrzyńskim

Zalew Zegrzyński jako zbiornik retencyjny utworzony został w 1963 r. Wykorzystywany jest do celów żeglugowych, energetycznych, rolniczych, re-kreacyjnych i przeciwpowodziowych. Jest również zbiornikiem wody pitnej dla

mieszkańców stolicy. Powstał on po przegrodzeniu koryta Narwi zaporą w Dę-be. Oprócz ruchomego jazu wyposażonego w odpowiednie zamknięcia, zbudo-wana została elektrownia wodna o mocy 20 MW. Szkieletowy budynek elek-trowni składa się z hali maszyn, z pomieszczeniami technologicznymi i admini-stracyjno-socjalnymi, nastawnią, rozdzielnią oraz halą montażową. Dwie ostat-nie przykryte są żelbetowym stropem pełniącym rolę pomostu mostu drogowe-go.

3.2. Części składowe obiektu Cały obiekt (Rys. 7) podzielony jest na kilka części, różniących się od siebie konstrukcją: jaz z betonowymi filarami i urządzeniami do sterowania, szkiele-towy budynek elektrowni wodnej, most nad jazem długości 121,0 m oraz most nad elektrownią długości 98,0 m. W planie oś drogi jest prosta i krzyżuje się pod kątem 90o z przeszkodą, którą stanowi rzeka Narew. Zgodnie z zachowa-nymi fragmentami dokumentacji archiwalnej [3][4], most zaprojektowany został na I klasę obciążenia oraz ciągnik T-80 zgodnie z normatywem [5].

Rys. 6. Stopnień wodny Dębe widziany od strony dolnej wody

Rys. 7. Rzut i widok z boku mostu na stopniu wodnym Dębe

3.3. Konstrukcja mostu Most nad jazem składa się z pięciu przęseł o rozpiętościach teoretycznych w osiach podpór 23,60+24,40+24,45+24,45+24,10 m. Konstrukcję nośną sta-nowią prefabrykowane, kablobetonowe, swobodnie podparte dźwigary, stężone monolitycznymi poprzecznicami oraz płytą pomostową. W przekroju poprzecz-nym znajduje się siedem belek (Rys. 8). Każda z nich oparta jest na masywnych filarach za pośrednictwem stalowych łożysk stycznych i wałkowych. Rozpiętość belek w osiach łożysk wynosi 22,0 m. Na filarach, pomiędzy czołami belek za-stosowano, tak zwany, betonowy element kompensacyjny, mający za zadanie niwelować wpływy nierównomiernego osiadania podpór oraz odkształceń ter-micznych.

Rys. 8. Przekrój poprzeczny mostu przed remontem. Z lewej w części nad jazem, z pra-

wej - nad elektrownią

Most nad elektrownią wykonany został jako monolityczna konstrukcja żelbetowa. Głównym elementem nośnym są gęsto rozmieszczone poprzecznice, oparte na dwóch ciągłych, żelbetowych podciągach, będących częścią konstruk-cji budynku elektrowni (Rys. 8). Podciągi z kolei, w odstępie co druga po-przecznica, oparte są bezpośrednio na żelbetowych słupach, stanowiących szkie-let budynku. Poprzecznice od strony dolnej wody wysunięte są wspornikowo poza ścianę siłowni. Na poprzecznicach wykształcona została żelbetowa płyta pomostowa.

Konstrukcja tej części mostu i znajdującego się pod nim budynku podzie-lona została na trzy oddylatowane części. Pierwsza, od strony Legionowa, sta-nowi bezpośrednie przekrycie wnętrza warsztatu mechanicznego elektrowni. Przęsło od spodu przysłonięte jest podwieszonym sufitem, utrudniającym dostęp do konstrukcji. Druga i trzecia część znajduje się nad sterownią elektrowni. Odległość między dolną krawędzią poprzecznic, a stropem sterowni wynosi około 70 cm. Cały spód konstrukcji pomostu w tej przestrzeni obłożony jest płytami ze szkła piankowego, które prawdopodobnie wykorzystano jako desko-wanie. W ścianie od strony górnej wody znajdują się wloty powietrza do gene-

ratorów. Trzy skrajne poprzecznice od strony Nasielska stanowią przekrycie przepławki, przy której stoi pierwszy filar jazu. W tym miejscu most nad elek-trownią styka się z mostem nad jazem.

3.4. Odwodnienie i inne elementy wyposażenia

System odwodnienie części mostu nad jazem, pomimo minimalnego na-

chylenia niwelety, składał się tylko z 20 niezależnych wpustów mostowych od-prowadzających wodę opadową bezpośrednio do rzeki. Wpusty zlokalizowane były wzdłuż obu krawężników.

Rys. 9. Szczegóły odwodnienia mostu nad elektrownią

Odwodnienie drugiej części mostu powiązane zostało z odwodnieniem budynku elektrowni (Rys. 9). Woda opadowa z górnego dachu wprowadzana była przy słupach, ukrytymi za elewacją rynnami, na nawierzchnię jezdni po-przez przykryte kratką korytka, umieszczone pod chodnikiem. Stamtąd wzdłuż krawężnika, razem z wodą z mostu, dostawała się do wpustów umieszczonych w jezdni. Pod konstrukcją, rurami przez okna budynku, przechodziła na stronę dolnej wody i po połączeniu z rurami spustowymi z przeciwległego pasa ruchu, schodziła w dół wzdłuż ściany dolnego budynku. Na wspornikach od strony dolnej wody, dodatkowo zastosowano odwodnienie izolacji w postaci sączków rozmieszczonych w polach pomiędzy każdą poprzecznicą.

Na podporach z ruchomymi łożyskami wałkowymi oraz nad dylatacjami części nad elektrownią zastosowane były stalowe, modułowe urządzenia dylata-cyjne typu PRI-PW Katowice, natomiast na podporach z łożyskami stałymi – uciąglenie nawierzchni. Na obiekcie wydzielona była jezdnia z nawierzchnią bitumiczną o szerokości 6,90 m oraz dwa chodniki o nienormatywnych szeroko-ściach około 1,17 m. Po obydwu stronach zastosowane były wzmacniane stalo-we balustrady z płaskowników, do których dodatkowo przymocowano taśmy prowadzące.

4. HISTORIA OBIEKTU Projekt mostu opracowywany był w latach 1959-62 przez Centralne Biuro Stu-diów i Projektów Budownictwa Wodnego Hydroprojekt z Warszawy [3][4]. Budowa trwała od 1961 do 1963 r. Zgodnie z projektem technologicznym, na wcześniej wykonanym moście nad elektrownią, zbudowano stendy do produkcji belek prefabrykowanych. Betonowanie i sprężanie odbywało się od lipca do września 1963 r. Montaż zrealizowano przy użyciu suwnicy opartej na filarach jazu.

Pierwotnie nawierzchnię jezdni stanowiła kostka granitowa, ułożona na podsypce piaskowo-cementowej. Warstwa podsypki położona była na betonie ochronnym przykrywającym izolację z dwóch warstw papy na lepiku. W wyni-ku pogorszenia się stanu technicznego mostu na początku lat osiemdziesiątych, zlecono Politechnice Warszawskiej opracowanie opinii o stanie technicznym oraz programu badań mostu [6]. Obie prace z 1984 r. dotyczyły tylko części nad jazem. Zaproponowany program badań został później (lata 1989-90) częściowo wykorzystany w ekspertyzie [7], obejmującej już cały most, jak również szeroko zakrojone badania sklerometryczne i chemiczne betonu oraz badania potencja-łowe zagrożenia zbrojenia i kabli przez korozję. Eksperci zalecili przeprowa-dzenie kapitalnego remontu, który zrealizowano w latach 1990-93, ale tylko częściowo.

Rys. 10. Widoczna korozja cięgien w dźwigarach i zbrojenia w płycie mostu nad jazem

Ciągle pogarszający się stan techniczny obiektu, przecieki przez płytę pomostu do wnętrza budynku elektrowni oraz uciążliwy dla pracowników hałas od przejeżdżających przez uszkodzone urządzenia dylatacyjne pojazdów, stały się powodem do wydania przez Mazowieckiego Inspektora Nadzoru Budowla-nego, nakazu wykonania nowej ekspertyzy i kompleksowego remontu mostu [2].

5. STAN TECHNICZNY PRZED PRZEBUDOW Ą

Opracowana w 2008 roku szczegółowa ekspertyza potwierdziła zły stan techniczny obiektu, na który zwracała uwagę dyrekcja elektrowni oraz nadzór budowlany. Wynikał on głównie z częściowej utraty skuteczności hydroizolacji oraz uszkodzeń systemu odwodnienia (Rys. 10) i dylatacji. W szczególności spowodowało to liczne ubytki otuliny zbrojenia płyty i dźwigarów (w tym miej-scowe odsłonięcia cięgien sprężających) oraz korozję stali zbrojeniowej i sprę-żającej. Uszkodzenia te nie zagrażały jeszcze bezpieczeństwu ruchu, ale miały bezpośredni wpływ na obniżenie trwałość konstrukcji.

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń stwierdzono, że aktualna no-śność mostu odpowiada obciążeniu normowemu klasy C, zgodnie z normą [8], chociaż nie wszystkie, obowiązujące wymagania są spełnione (np. klasa i wła-ściwości betonu, czy ilość zbrojenia na ścinanie w dźwigarach głównych). Zda-niem ekspertów nie występowała konieczność wprowadzenia ograniczeń w użytkowaniu.

Rys. 11. Odpadające pustaki szkła piankowego odsłaniają korodujące zbrojenie oraz

wilgotne zacieki na ścianach pod mostem nad elektrownią

W przypadku mostu nad elektrownią występowały duże utrudnienia przy

ocenie stanu technicznego konstrukcji. Spód pomostu nad siłownią był bowiem obłożony pustakami ze szkła piankowego, a nad warsztatem, przesłonięty pod-wieszonym na dużej wysokości sufitem (Rys. 11). Pustaki były wykorzystywane jako deskowanie płyty pomostowej, na którym, bez stosowania podkładek dy-stansowych, układano zbrojenie. W miejscach, gdzie pustaki odpadły, widoczne było odkryte, korodujące zbrojenie bez żadnej otuliny. Bezpośredni dostęp do betonu konstrukcji możliwy był jedynie po odkuciu pustaków lub w miejscach, gdzie szkło piankowe odpadło samoistnie.

Rys. 12. Przekrój poprzeczny mostu po remoncie

Osobnym problemem była zbyt mała szerokość chodników, stwarzająca zagrożenie dla pieszych. Zapewnienie bezpieczeństwa ruchu pojazdów było również niewystarczające. Balustrady wzmocnione taśmą prowadzącą nie są skuteczną ochroną przed uderzeniem pojazdu i spadnięciem z mostu. Dlatego, dla zapewnienia trwałości istniejącej konstrukcji oraz bezpieczeństwa użytko-wania zalecono przeprowadzenie kompleksowego remontu. 6. ZAKRES PRAC REMONTOWYCH Zakres przeprowadzonych prac remontowych [2] obejmował między innymi:

• poszerzenie chodnika od strony dolnej wody, • wykonanie dodatkowych wpustów, zwiększających skuteczność systemu

odwodnienia, • wymianę wszystkich istniejących warstw nawierzchni i izolacji, • wymianę balustrad i wprowadzenie barier energochłonnych, • wymianę płyt chodnikowych, gzymsów i krawężników, • wymianę urządzeń dylatacyjnych, • usunięcie szkła piankowego z konstrukcji mostu nad elektrownią i wyko-

nanie nowej otuliny, • uzupełnienie ubytków betonu oraz iniekcję rys, • rekonstrukcję zabezpieczenia antykorozyjnego i otuliny cięgien, • zabezpieczenie antykorozyjne dźwigarów kablobetonowych powłokami

ochronnymi, • odbudowę płyt przejściowych, • przebudowę osłon transformatorów.

Na pomoście wykształcono nowe składniki przekroju ruchowego z jezd-nią o szerokości 6,0 m, z obustronnymi opaskami ze ściekami przykrawężniko-wymi oraz jednostronnym chodnikiem normatywnym o szerokości 1,5 m. Nowe przekroje poprzeczne pokazano na Rys. 13. Prace remontowe na podporach ograniczały się jedynie do skucia i odtworzenia skorodowanych fragmentów

konstrukcji przyczółków oraz filara przy przepławce. Korzystając z okazji pro-wadzonych przez elektrownię napraw transformatorów, dostosowano harmono-gramy prac remontowych, unikając w ten sposób kosztownych wyłączeń genera-torów.

Rys. 13. Widoki mostu po remoncie

Dużą trudność stanowiło wykonanie skutecznego odwodnienia. Pomiary inwentaryzacyjne odsłoniętej konstrukcji płyty pomostowej wykazały zbyt małe i niekorzystnie ukierunkowane spadki podłużne jak i poprzeczne. Dlatego przed ułożeniem izolacji wykonano warstwę wyrównująco-spadkową, bazującą na zaprawach żywicznych. W okresie zimowym pozwoliła ona na tymczasowe przełożenie ruchu i kontynuowanie prac na sąsiednim pasie. Zwiększenie liczby wpustów oraz ułożenie specjalnych, obustronnych ścieków przykrawężniko-wych, poprawiło warunki szybkiego odprowadzenia wody.

Jednak pomimo tych zabiegów, problem sprawnego odwodnienia ujawnił się już w pierwszym roku eksploatacji po remoncie. Silne mrozy w czasie ostat-niej zimy spowodowały zamarznięcie wody w rynnach prowadzących wodę opadową z dachu elektrowni do kolektorów znajdujących się pod płytą pomo-stową. W konsekwencji doszło do zalania pomieszczeń sterowni. Rozwiązaniem ma być zastosowanie w rynnach spiral grzejnych, które nie dopuszczą w przy-szłości do zamarznięcia rur. 7. PODSUMOWANIE

Opisany remont wyraźnie pokazał, że w przypadku pełnienia przez most dodatkowych funkcji (np. stanowiąc zadaszenie części budynku elektrowni), ważne jest bezwzględne stosowanie standardów projektowych i wykonawczych, ustalonych dla obiektów inżynierskich. Nie przestrzeganie wymagań wynikają-cych z tych standardów, zwłaszcza w zakresie zastosowanych materiałów, reguł

konstruowania czy systemu odwodnienia – prowadzi do przyspieszonej degra-dacji konstrukcji nośnej mostu, a tym samym skrócenia okresu jego trwałości.

Ekspertyza i projekt remontu opracowany został w kwietniu 2008 roku przez firmę International Business Consulting Group z Warszawy przy współ-pracy spółki CADmost Projekt z Gliwic. Prace przy częściowych ogranicze-niach Ruchu rozpoczęte zostały jesienią 2008 r., a zakończone w maju 2009. Wykonawcą było konsorcjum firm APRIVIA S.A. (lider), HB9, Interbud West oraz Dromost. LITERATURA 1. http://siskom.waw.pl/trasa-na-zaporze.htm 2. Ekspertyza mostu na stopniu wodnym Dębe w ciągu DW632, International Business

Consulting Group, Warszawa, 2008 3. Projekt Stopień Wodny Dębe. Most przez siłownię, CBSiPBW Hydroprojekt War-

szawa, maj 1958 r. 4. Projekt Stopień Wodny Dębe. Jaz. Most drogowy (kablobetonowy). Część konstruk-

cyjna i architektoniczno-budowlana, CBSiPBW Hydroprojekt Warszawa, grudzień 1958 r.

5. Normatyw techniczny projektowania mostów na drogach samochodowych. Obciąże-nia ruchome, Ministerstwo Transportu Drogowego i Lotniczego z 6 czerwca 1956 r.

6. Projekt programu badań mostu na Stopniu Wodnym Dębe, Zakład Mostów Politech-niki Warszawskiej, Warszawa maj 1984 r.

7. Ekspertyza stanu technicznego belek kablobetonowych mostu na jazie i konstrukcji nośnej mostu przy elektrowni na Stopniu Wodnym w Dębem na Narwi, PUI-T Hy-droekspert Sp. z o.o., Warszawa, luty 1990 r.

8. PN-85/S-10030 Obiekty mostowe. Obciążenia.

RECONSTRUCTION OF NON-STANDARD BRIDGE OVER THE HYDRAULIC PLANT AND THE DAM

Summary

The paper presents problems related to reconstruction of non-standard bridge over the hydraulic plant and the dam in the area of Zegrzynski Reservoir. First part shows bridge technical condition noted before reconstructive works with taking into special consideration non-typical solutions related to additional func-tion of the bridge being a cover of the plant and the dam. In the second part de-scribed range of the reconstruction, current design corrections to reduce obstruc-tions in the traffic as well as in the plant operation.