Datum zveřejnění: 
4. 4. 2019

Rekonstrukce Libeňského mostu ocelovou příhradovou mostní konstrukcí vestavěnou do stávající betonové obloukové konstrukce mostu představuje řešení, které umožňuje dosažení požadované zatížitelnosti a plné zachování historické mostní konstrukce. Navržené řešení je příspěvkem do současné diskuze o budoucnosti Libeňské mostu.
HISTORICKÝ ÚVOD

Autorem myšlenky sjednocení výrazu mostních konstrukcí přes Vltavu realizovaných před 2. světovou válkou, která ovlivnila novodobý výraz hlavního města Prahy, byl Ing. František Mencl (1]. Nově navrhované mosty měly respektovat obloukové tvarosloví historického Karlova mostu a zároveň používat moderní stavební materiály a konstrukce. Tak vznikla v 1. polovině 20. století unikátní skupina klenutých betonových a železobetonových mostních konstrukcí.
Výstavba Libeňského mostu probíhala v letech 1924 až 1928. Nový most se segmentovými eliptickými klenbami byl otevřen při příležitosti 10. výročí vzniku samostatné Československé republiky za účasti prezidenta republiky T. G. Masaryka a prvního primátora Velké Prahy JUDr. K. Baxy.
Most je tvořen souborem šesti mostních těles o celkové délce 780 m, jejichž nejvýraznější část o pěti obloukových polích přemosťuje nové řečiště Vltavy. Obloukový most sestává z pěti klenbových mostních polí šířky 21 m provedených z prostého betonu o světlém rozponu 28 m, 38,5 m, 42,8 m, 42,8 m a 38,5 m a navazujících železobetonových rámových konstrukcí ze strany Holešovic a Libně. Autorem konstrukce betonového klenbového mostu je Ing. Fr. Mencl a autorem železobetonové rámové konstrukce je Ing. V. Dašek.
Architektonické řešení Libeňského mostu vychází z návrhu arch. Pavla Janáka, autora řady významných realizací. Pavel Janák monumentální horizontální hmotu mostu rozčlenil a odlehčil pomocí osmi konzolovitě vyložených železobetonových schodišť, výraznými mostními pilíři s ostrými břity a vyloženými chodníky s masivním zábradlím (obr. 1). Podle uměleckohistorického hodnocení Ústavem dějin umění AV ČR je most postaven v robustním puristickém slohu s kubistickými prvky, které, podle vyjádření ČKA, jsou ryze české a ve světě unikátní. Stavbu nejprve realizovalo Dělnické podnikatelství staveb (základy pilířů, 1924–25), dále na její realizaci pokračovaly firmy Ing. B. Hlavy a A. Kratochvíla (pilíře s patečními konzolami a klenby, 1925) a dr. K. Skorkovského (poprsní zdi, náspy, římsy, zábradlí a osm železobetonových schodišť, spojujících vyložené chodníky mostu s pobřežními komunikacemi, 1926–28). Celkový stavební náklad činil přibližně 20 mil. Kč.
Potřeba propojení Holešovic a Libně vyplývala mimo jiné z prudkého rozvoje těchto pražských průmyslových předměstí v závěru 19. století. První spojení holešovického a libeňského břehu zajišťoval provizorní most postavený v roce 1903 (2].
Libeňský most je významnou součástí nejen dopravního systému zajišťujícího spojení Holešovic a Libně, ale také regulace a protipovodňových opatření. Výstavba Libeňského mostu navazovala na projekt regulace Manin z počátku 20. let min. století. Jeho součástí bylo přeložení vltavského meandru západním směrem, modernizace libeňského přístavu, úprava vltavských břehů a starého řečiště v Karlíně a Libni, zasypání slepých ramen a zrušení několika karlínských ostrůvků. V rámci návaznosti na projekt regulace Manin byla jako součást protipovodňových opatření řešena nábřežní dvoupolová rámová železobetonová konstrukce z holešovické strany, která plní funkci inundačního mostu (4]. Řada úprav a nová výstavba v této oblasti částečně znehodnotily původní regulační opatření a zhoršily intenzitu povodňového průtoku.
Dlouhodobě odkládané opravy a nedostatečná údržba jsou příčinou dílčího narušování a degradačních procesů betonových obloukových a železobetonových rámových mostních konstrukcí Libeňského mostu. Na stav betonových a zejména železobetonových konstrukcí a neodkladnou potřebu provádění oprav a sanačních opatření upozornil již stavebnětechnický průzkum provedený firmou Pontex, s. r. o., v roce 1992. V roce 2003 zadala TSK hl. m. Prahy firmě Pragoprojekt, a. s., řešení rekonstrukce ulice Libeňský most včetně mostních objektů, a následně v roce 2006 zpracování dokumentace pro stavební povolení. V roce 2009 byla na základě statického posouzení zatížitelnosti mostu přijata omezující opatření z hlediska provozu kolové i kolejové dopravy.
Technický stav a nedostatečná zatížitelnost mostu vyvolaly potřebu neodkladného rozhodnutí, zda přistoupit k rekonstrukci a obnově Libeňského mostu, popř. zda stávající unikátní historickou mostní konstrukci nahradit zcela novým mostem.
Základem argumentace pro novou mostní konstrukci jsou, podle ne zcela jednoznačných výsledků dosud provedených diagnostických průzkumů (5, 6], především nevyhovující zatížitelnost a nevyhovující kvalita betonových konstrukcí Libeňského mostu.
Požadavek na rekonstrukci, obnovu a zachování stávající betonové konstrukce Libeňského mostu se opírá především o jedinečnost jeho architektonického řešení, které vychází z návrhu arch. Pavla Janáka.
Rozhodnutí o zachování, popř. demolici stávajícího Libeňského mostu zahrnuje celý komplex dalších otázek od regulačních a protipovodňových opatření až po vedení dopravy a návaznosti na stávající, popř. plánovaný komunikační systém.

HISTORICKÁ BETONOVÁ OBLOUKOVÁ MOSTNÍ KONSTRUKCE A PILÍŘE

Obloukové mostní konstrukce jsou řešené jako segmentové eliptické klenby sestávající ze čtyř souběžných trojkloubových klenbových pásů – dva střední a dva krajní (průčelní) – provedených z prostého betonu (tzv. dusaného betonu), oddělené průběžnými dilatačními spárami, které eliminují vzájemnou interakci a spolupůsobení mostních obloukových pásů v příčném směru. Tloušťka kleneb je proměnná, ve vrcholu je u nejmenší klenby 670 mm, u největší 830 mm a v patních kloubech 800 mm, resp. 950 mm, přibližně ve čtvrtině rozpětí je tloušťka kleneb 830 mm, resp. 1070 mm. Vyložení konzolových klenbových patek je 3 až 4,5 m. Klouby ve vrcholu a ve visutých klenbových patkách jsou vytvořeny pomocí prefabrikovaných betonových kvádrů a speciálně tvarovaných olověných desek (5,6].
Masivní mostní pilíře jsou provedeny z prostého betonu a na povrchu obloženy žulovými kvádry. Pilíře jsou založeny na skalním podloží z břidlic, v úrovni základové spáry mají šířku 7 m a v místě paty kleneb 4 m. Pilíře jsou zakončeny širokými balkóny na mohutných konzolách s vyložením až 2 m. Na úrovni vrcholu mostních oblouků probíhá 1 m široká římsa konzolově vyložená z čelních stěn, na které je uloženo plné masivní zábradlí sestavené z prefabrikovaných tvarovek (5, 6].
Základy pro mostní pilíře byly vybudovány dříve, než byla řeka převedena do nového řečiště. Hloubení základů na holešovické straně se provádělo v otevřeném výkopu, přímo až na skalní podloží. Podloží pilířů na libeňské straně tvoří ulehlé písky.
Na rubu obloukové mostní konstrukce je proveden zarovnávací násyp z výkopových prací až na úroveň mostovky, na které je ve středním pruhu umístěna tramvajová trať a po obou stranách jízdní pruhy v celkové šíři 14,5 m. Oboustranné chodníky mají šířku 3,25 m. Povrch vozovky je z asfaltového betonu, tramvajové těleso je provedeno z betonových panelů a povrch chodníků je z litého asfaltu (5, 6].
Současné hodnocení stavebnětechnického stavu Libeňského mostu se opírá především o výsledky diagnostického průzkumu provedeného na základě požadavku TSK hl. m. Praha v letech 2015 a 2018 Kloknerovým Ústavem ČVUT v Praze uvedené v souhrnném dokumentu (5, 6], který poukázal na některé závažné nedostatky stavebnětechnického stavu betonových mostních konstrukcí: a) Nábřežní rámové železobetonové konstrukce vykazují rozsáhlé narušení betonu, jehož příčinou je karbonatace betonu (2. až 3. stupeň karbonatace), koroze výztuže, chemická a fyzikální degradace – odpadlé krycí vrstvy výztuže, silně korodovaná výztuž, výkvěty solí. Podle ČSN ISO 2394 (8] lze stav železobetonových rámových konstrukcí hodnotit jako mezní stav použitelnosti, jenž odpovídá podmínkám, za kterých již není možné splnit požadavky na použitelnost konstrukce. Mezní stav použitelnosti železobetonové konstrukce je dán stupněm depasivace výztuže provázané progresivním průběhem koroze výztuže spolu se ztrátou soudržnosti výztuže a betonu. S uvážením této skutečnosti spolu s vysokou ekonomickou náročností případných sanačních opatření zajišťujících požadovanou spolehlivost, trvanlivost a užitné vlastnosti, lze jednoznačně doporučit demolici nábřežních železobetonových rámových konstrukcí a jejich nahrazení novými konstrukcemi (5, 6].
b) Dosažení zatížitelnosti stávající obloukové mostní konstrukce Libeňského mostu dle současně platné ČSN 736222 (7] vyžaduje, podle hodnocení výsledků provedeného v rámci stavebnětechnického průzkumu (5, 6], rozsáhlou rekonstrukci mostu zaměřenou na statiku mostní konstrukce.
Mezi hlavní nedostatky obloukové mostní konstrukce patří podle (5, 6] nedostatečná kvalita betonu mostních oblouků a pilířů, která nesplňuje v požadovaném rozsahu požadavky současně platných předpisů na konstrukce pozemních komunikací. Beton je pórovitý až mezerovitý, v důsledku nedostatečného zhutnění a obsahu velkých zrn kameniva jsou mechanické a fyzikální vlastnosti betonu velmi variabilní. Povrch betonu kleneb je na 20 až 25 % celkových ploch obloukové mostní konstrukce degradovaný zpravidla do hloubky 10 až 30 mm, tj. cca 1,5 až 2,5 % tloušťky klenbových pásů.
Podle (5, 6] jsou základy klenbového mostu, pilíře a opěry zasaženy vnitřní síranovou korozí (blíže nespecifikovanou). Podle (5, 6] k degradaci mikrostruktury betonu, která by měla negativní dopad na jeho pevnost, nedošlo. Průběh síranové koroze je velmi pomalý a nepředstavuje bezprostřední ohrožení, tj. snížení únosnosti v důsledku poklesu mechanických vlastností.
Endoskopickou prohlídkou vybraných olověných desek v kloubech kleneb nebylo dle (5, 6] zjištěno jejich viditelné "vymačkání" či jiné viditelné poškození, otlačení a deformace. Podle (4] je funkce kloubů ovlivněna vysunutím, popř. absencí olověných desek. V oblasti vrcholových, popř. patních kloubů tvořených prefabrikovanými betonovými kvádry jsou patrná dílčí narušení klenbových pásů.

VÝSLEDKY DIAGNOSTICKÝCH PRŮZKUMŮ OBLOUKOVÉ KONSTRUKCE

Jak bylo zmíněno v úvodu, názor na demolici stávající obloukové konstrukce se mj. opírá o nevyhovující zatížitelnost mostu a nevyhovující kvalitu betonu mostní konstrukce: – na základě výsledků statického posouzení, zatěžovací zkoušky mostu a následného monitoringu provedených v roce 2001 a 2005 byla mostní konstrukce z hlediska zatížitelnosti hodnocena jako vyhovující s omezením zatížení (třída B); – třída betonu mostních kleneb podle Tab. 2 zprávy (6] byla v roce 2001 a 2010 hodnocena jako C16/20, v roce 1992 a 2013 nebyla zjišťována. Podle vyhodnocení zkoušek vývrtů odebraných v rámci předchozích diagnostických prací (Pontex, s. r. o.) a vyhodnocených dle aktuálně platné ČSN EN 13791 (9] (Tab. 1 zprávy (6]) je průměrná krychelná pevnost betonu mostních kleneb fc,cub = 25,4 MPa (směrodatná odchylka 7,1 a variační koef. 28%, celkem vyhodnoceno 29 vývrtů). Podle Tab. 1 zprávy (5] je pevnost betonu v tlaku stanovená z destrukčních zkoušek klenbové konstrukce 31,3 MPa (var. koef. 22%), tj. doporučená pevnostní třída podle ČSN EN 13791 (9] C20/25, pevnost betonu v tlaku pilířů, opěr a základů 25,8 MPa až 17 MPa, tj doporučená pevnostní třída podle ČSN EN 13791 (9] C12/15, pevnostní třída odvozená z archivní dokumentace C10/13,5 (Tab. 1).

DISKUZE VÝSLEDKŮ DIAGNOSTICKÝCH PRŮZKUMŮ

Stavba Libeňského mostu probíhala v letech 1924 až 1928 a lze tudíž předpokládat, že byla prováděna v souladu s tehdy platnými předpisy. Na základě porovnání fyzikálních a mechanických vlastností mostních oblouků, pilířů, opěr a základů stanovených v rámci jednotlivých diagnostických analýz (5, 6], dochovaných údajů a požadavků tehdy platných ustanovení z roku 1922 (Tab. 1 zprávy (5]) a jejich přiměřené shody (viz text výše a Tab. 1), lze konstatovat, že kvalita betonu mostních oblouků zjištěná z odebraných vývrtů odpovídá původní, tj. realizované kvalitě betonu, kterou měl beton v době výstavby. Lze tedy oprávněně předpokládat, že v průběhu životnosti betonové obloukové mostní konstrukce Libeňského mostu nedošlo působením degradačních účinků a vlivů k prokazatelnému, popř. závažnějšímu poklesu fyzikálně mechanických vlastností betonu obloukové mostní konstrukce s výjimkou dílčích lokálních míst (degradovaný povrch mostních obloukových pásů v rozsahu 20 až 25 % celkové plochy obloukové konstrukce do hloubky 10 až 30 mm) (5, 6]. Z uvedených skutečností vyplývá, že v případě provedení účinných sanačních opatření spolu s dalšími konsolidačními zásahy budou vytvořeny reálné předpoklady pro zajištění požadované trvanlivosti a životnosti betonové obloukové mostní konstrukce.

ZATÍŽITELNOST OBLOUKOVÉ MOSTNÍ KONSTRUKCE

Zatížitelnost lze řešit dvěma způsoby: 1) Rekonstrukcí stávajícího řešení mostu. Po realizaci sanačních a konsolidačních opatření v souladu se závěry celkového zhodnocení stavebnětechnického stavu mostní obloukové konstrukce zahrnujícího výsledky provedených průzkumů a doplňkového průzkumu po odtěžení stávajícího násypu, provést nové statické posouzení zatížitelnosti mostu (včetně zohlednění zpevňujících a sanačních opatření). Uvedené řešení bude vyžadovat přijetí odpovídajících opatření k omezení provozu v souladu s přípustnou zatížitelností mostu. Součástí tohoto řešení je také obnova hydroizolačních pásů, dilatací, provedení nových odlehčených násypů a nové mostovky; 2) Rekonstrukcí pomocí "vložené" ocelové mostní konstrukce. Vestavěním nové ocelové mostní konstrukce do prostoru původního zarovnávacího násypu betonové obloukové mostní konstrukce, uložené na stávajících pilířích, budou vytvořeny podmínky pro splnění požadavků zatížitelnosti v souladu se současnou ČSN 736222 (7]. "Vložená" ocelová mostní konstrukce je důsledně oddilatována od stávající betonové obloukové mostní konstrukce průběžnou dilatační spárou a přebírá celkové zatížení od mostovky.
Po provedení rekonstrukce Libeňského mostu vloženou ocelovou mostní konstrukcí dojde k výraznému poklesu namáhání stávající betonové mostní konstrukce a mostních pilířů.

"VLOŽENÁ" OCELOVÁ MOSTNÍ PŘÍHRADOVÁ KONSTRUKCE

Vestavěná mostní ocelová příhradová prostorová konstrukce uložená na sanovaných mostních pilířích (obr. 2) prostřednictvím ložisek s vyztuženou elastomerovou vrstvou a železobetonových podložiskových prahů je vytvořena z podélně uspořádaných příhradových nosníků s obloukovým spodním tlačeným pásem a příčných příhradových nosníků (obr. 3). Prostorovou tuhost příhradové konstrukce zajišťují vodorovná příhradová ztužidla vytvořená v úrovni horních a spodních pásů příhradových nosníků. K tuhosti vestavěné ocelové mostní konstrukce také přispívá mostovka z ocelových ortogonálních plechů, popř. mostovka vybetonovaná do ocelových profilovaných plechů se spřahovacími trny.
Ocelová prostorová příhradová konstrukce vyrobená s montážním nadvýšením (odpovídajícímu průhybu od zatížení stálého, nahodilého dlouhodobého a 25% nahodilého krátkodobého zatížení) je od horního povrchu (rubu) mostních betonových kleneb oddělena průběžnou dilatační spárou min. o výšce cca 80–100 mm, tak aby byla eliminována interakce vestavěné ocelové mostní konstrukce a betonové obloukové mostní konstrukce a zamezen přenos nejen statických zatížení, ale i přenos "dynamických" zatížení z ocelové mostní příhradové konstrukce do betonových klenbových pásů. Aby byl umožněn vodorovný posun vestavěné ocelové mostní konstrukce v krajních mostních polích od účinků teploty, jsou ložiska krajních obloukových polí s vyztuženou elastomerovou vrstvou doplněná kluznou vrstvou (nalepená PTFE vrstva – posuvná ložiska, viz obr. 3).
V úrovni horních rohových styčníků obloukových příhradových nosníků jsou prostorové příhradové konstrukce sousedních klenbových polí vzájemně kloubově spojeny.
Provedená statická analýza na úrovni předběžného statického posouzení ověřila reálnost a návrhové dimenze hlavních prvků vestavěné ocelové mostní konstrukce pro předpokládané zatížení a účinky.
Příhradové nosníky s obloukovým tlačeným pásem jsou navrženy jako svařované z oceli S355, příp. S460 pro exponované části (podle předběžného statického posouzení trubky průměr 197,3/6–323,9/20 mm). Příčné příhradové nosníky vytvořené dodatečným vložením diagonál a pásů mají styčníky navržené jako svařované (popř. šroubované s VP šrouby). Výška ocelové příhradové konstrukce ve střední vrcholové části, stanovená na základě předběžného statického posouzení, činí cca 340–380 mm.
Skladba mostovky je řešena v celkové výšce 200–300 mm (min. vozovkové a izolační souvrství 80 až 100 mm, obrusná vrstva asfaltobeton 15 až 40 mm, litý asfalt 30 až 50 mm, ochranná vrstva litý asfalt 20 až 30 mm, svařovaná hydroizolace, ocelobetonová deska), tak aby prostřednictvím podélné dilatační spáry navazovala na stávající železobetonové chodníkové konstrukce.
V rámci navrhované rekonstrukce se předpokládá zajištění přístupu do prostoru vestavěné ocelové konstrukce pro provádění pravidelné kontroly, monitoringu a údržby ocelové příhradové konstrukce, betonových trojkloubových oblouků a mostních ložisek (obr. 4). Zvláštní pozornost z tohoto hlediska bude vyžadovat řešení konstrukce ve vrcholu mostu. Nedílnou součástí navržené rekonstrukce musí být zajištění účinného provětrávání prostoru s vloženou ocelovou příhradovou konstrukcí, tak aby byly vytvořeny optimální podmínky pro zajištění trvanlivosti betonových obloukových mostních konstrukcí (suché, provětrávané prostředí).
Navržené řešení umožňuje dosáhnout výrazného snížení finančních nákladů a snížení časové náročnosti včetně omezení řady provozních a dopravních opatření v průběhu provádění navržené rekonstrukce mostu v porovnání s řešením, které předpokládá úplnou demolici stávajícího betonového mostu a realizaci nového mostu (5].

STATICKÉ POSOUZENÍ BETONOVÉ KLENBOVÉ MOSTNÍ KONSTRUKCE

Numerické analýzy a výsledky předběžného statického posouzení betonové klenbové konstrukce Libeňského mostu, jejímž předmětem bylo posouzení celkové stability, stavu napětí a deformací obloukové betonové mostní konstrukce v jednotlivých etapách realizace rekonstrukce Libeňského mostu, tj. posouzení stávajícího stavu betonové mostní konstrukce před odstraněním mostovky a násypu, po odstranění mostovky a násypu a po montáži ocelové prostorové příhradové konstrukce a provedení nové mostovky, prokázaly reálnost navrženého řešení.
Bylo prokázáno, že po provedení komplexní rekonstrukce vestavěnou ocelovou prostorovou příhradovou konstrukcí se významně sníží normálové napětí v betonu mostních obloukových pásů o 16–83 %, pilířů o 60–68 % a namáhání základové spáry o 37–47 % v porovnání se stávajícím stavem. Hodnoty normálových napětí v tlaku v betonu klenbových oblouků a pilířů od svislého statického zatížení nepřesahují pevnost betonu v tlaku (viz. Tab. 1). Současně dojde ke snížení deformací mostních obloukových pásů o 20–71 % (v případě mostního pole o rozpětí 42,8 m). Maximální hodnota namáhání v základové spáře po provedení navrhované rekonstrukce bude dosahovat hodnoty 0,41–0,54 MPa, na rozdíl od stávajícího stavu, kdy dochází k namáhání základové spáry středního pilíře, které přesahuje únosnost základové spáry, stanovené dle (5] na 0,8 MPa. Jak prokázalo předběžné statické posouzení obloukové mostní konstrukce, mostní pilíře i základová spára vykazují dostatečnou únosnost. V případě potřeby, zejména zvýšení únosnosti mostních pilířů ve smyku, popř. i v tlaku, s přihlédnutím k vodorovnému účinku brzdných sil, lze provést sanaci pilířů a základového podloží.

Celkové snížení namáhání betonové mostní konstrukce po vestavbě ocelové příhradové konstrukce, spolu se zjištěnými mechanickými vlastnostmi betonu (viz. Tab. 1) a provedení sanačních opatření, umožňuje zajištění funkčnosti a životnosti Libeňského mostu pro další životní cyklus. POSTUP PROVÁDĚNÍ REKONSTRUKCE LIBEŇSKÉHO MOSTU VESTAVĚNOU OCELOVOU KONSTRUKCÍ

Navržené řešení komplexní rekonstrukce Libeňského mostu vestavěnou ocelovou příhradovou mostní konstrukcí lze realizovat postupně, tak aby po celou dobu provádění rekonstrukce byl na mostní konstrukci umožněn omezený pohyb dopravních prostředků i osob a nebylo nutné budovat provizorní most. Navržený postup provádění rekonstrukce při plném zachování historické betonové klenbové mostní konstrukce předpokládá realizaci rekonstrukce (sanace stávajících betonových konstrukcí, montáž vestavěné mostní ocelové příhradové konstrukce a provedení nové mostovky) ve dvou etapách, z nichž každá obsahuje odstranění mostovky, odstranění násypu, provedení sanace betonových mostních obloukových pásů (zejména na rubové straně) a provedení montáže ocelové příhradové konstrukce z jednotlivých částí nejprve v cca jedné třetině mostu při dodržení přísných technologických podmínek (včetně dočasné stabilizace ponechané části násypu) a po jejím dokončení shodný postup cca ve zbývajících dvou třetinách (2. etapa rekonstrukce) mostu (obr. 5).
Poznámka 2: Hmotnost vestavěné ocelové příhradové mostní konstrukce pro případ středního pole je přibližně 200 tun, tj. při ceně takto zpracované oceli 100 až 120 Kč/kg (bez povrchové úpravy) bude cena vestavěné ocelové příhradové mostní konstrukce pro případ středního pole činit cca 20 až 24 mil. korun.      

Autor: 
JIŘÍ WITZANY, RADEK ZIGLER, TOMÁŠ ČEJKA, KLÁRA KROFTOVÁ
Zdroj: 
Stavba