Pont de Normandie

Pont de Normandie

Ponad 15 lat temu, M. Virlogeux pisał o postępie w realizacji największego ówcześnie podwieszonego mostu na Ziemi – Pont de Normandie. Dziś przedstawię technologię budowy
i poszczególne elementy tego fascynującego obiektu mostowego.

Wielu wątpiło w ogóle w to, że most powstanie. Poddawano w wątpliwość celowość budowy, miejsce, a także uważano, że trudno będzie sprostać wiatrom panującym w planowanej lokalizacji. Zdecydowano się jednak na miejsce odległe o 20km od słynnego mostu wiszącego Tancarville. Decyzja zapadła. Odtąd Normandię mieliśmy kojarzyć nie tylko z plażami pełnymi lądujących wojsk alanckich podczas II Wojny Światowej, ale z największym podwieszonym mostem na świecie. Jego 856 metrowe przęsło miało stać się o aż 62% dłuższe niż poprzedni rekordzista – Norweski 530 metrowy Skarnsund Bridge.

Most Normandzki rozciąga się na długości 2141 metrów pomiędzy przyczółkami z głównym przęsłem przekraczającym Sekwanę. Pomost w części dojazdowej wykonany został jako betonowy, zakończony 116 metrowymi wspornikami, a stalowy tylko w głównym przęśle. Z obu stron do pylonów dojedziemy estakadami o równych w zasadzie przęsłach długości 43,5m, z wyjątkiem jednego (w północnej części) i dwóch (w południowej), które są innej długości. Ostatnia podpora oddalona jest od pylonu o 96 metrów z każdej strony. Przęsła dojazdowe przechodzą w przęsło główne wspornikami o długości 116 metrów. W związku z tym stalowa część ma ‘tylko’ 624 m.

Zasada pracy

Pomost jest sztywno połączony z pylonem, w związku z czym pracują jako rama. Istotny wpływ w tym wypadku mają wahania temperatury, ale naprężenia nią wywołane są małe w porównaniu do wywoływanych obciążeniem wiatrem. Projekt został tak rozwiązany aby ciężar betonowego wspornika równoważył się z ciężarem przęseł dojazdowych, a lekka (13t/m) stalowa część głównego przęsła nie powodowała reakcji wypiętrzających w podporach przęseł dojazdowych będąc obciążoną pojazdami czy wiatrem.

Obecność wielu podpór pośrednich znacznie zwiększyła sztywność kabli powrotnych. Mała podatność strefy kotwienia ogranicza w dużej mierze przemieszczenia przęsła głównego oraz pylonu. Zmniejsza ona także różnice w maksymalnych i minimalnych siłach występujących w wantach powrotnych. Powstają jednak nad podporami reakcje odwrotne, które muszą być przenoszone przez specjalne łożyska.

Konstrukcja

Pomost

Kształt pomostu dyktowany był koniecznością minimalizowania wpływu wiatru, a także uzyskania dużej sztywności na skręcanie. Należało także zaprojektować go w taki sposób aby współgrać mogły ze sobą beton oraz stal. Uzyskał bardzo opływowy kształt. Zdecydowano się na dźwigar skrzynkowy podwieszony na brzegach, ze względu na długość przęsła.

Potrzeba dwóch pionowych środników w betonowej części przęsła, podwieszenie po obu stronach dźwigara, a także doświadczenie z wzbudzeniem wirowym spowodowały, że wysokość została zminimalizowana do 3m. Finalizacja kształtu spowodowana była sposobem zakotwienia want. Zostały one zakotwione na obu krawędziach dźwigara, które muszą być specjalnie wzmocnione celem lepszego rozprowadzenia sił pochodzących z kabli w przekroju przęsła. Zakotwienie kabli w stalowej części pomostu wykonano bardzo prosto. Z zewnętrznych środników dźwigarów zostały wyprowadzone uchwyty w postaci grubych, użebrowanych blach z widelcowym uchwytem na końcu.

Do tego uchwytu dospawane są rury obsadowe, jednak nie zajmują całego wycięcia uchwytu bo w tej wolnej przestrzeni mieści się blok kotwiący kabel. Stalowy dźwigar w formie skrzynki, wzmocniony jest poprzecznymi ‘przeponami’ co 3,93m, a podłużnie trapezoidalnymi elementami. Wzmocnione w ten sposób są górna płyta, dolna płyta, a tylko wystarczająco grupa płyta środnika kotwiącego nie wymagała takiego wzmocnienia. Wzmocnienia mają różne grubości w zależności od miejsca utwierdzenia. Pod środkowym pasem ruchu mają 7mm grubości, płyta 12mm. Pod zewnętrznym pasem 8mm, a płyta 14. Odstępy są jednakowe i wynoszą 60cm. Inaczej jest w dolnej płycie, gdzie wzmocnienia są 8 milimetrowe w odstępach 1m, a płyta na całej szerokości 12mm. Tylko dwa segmenty stalowej części przęsła różnią się od pozostałych. Są to elementy bezpośrednio przylegające do części betonowej.

Pylony

Pylon w kształcie odwróconej litery Y jest bardzo korzystny pod względem statycznym i wytrzymałościowym. Cechuje go dobra stateczność przy obciążeniu wiatrem co tłumaczy to rozwiązanie w przypadku mostu Normandzkiego. Ze względu na dużą rozpiętość przęsła centralnego kąt pochylenia kabli jest niewielki, a schodzące się w górnej części pylonu zakotwienia wywołują przyjemne wrażenia estetyczne.

Kable

Firma Freyssinet dostarczyła kable podwieszające. Składają się one z 15mm splotów, każda indywidualnie chroniona przeciw korozji. Druty są galwanizowane, a przestrzeń między nimi wypełniona została woskiem. Następnie każdy splot jest zabezpieczony powłoką z polietylenu wysokiej wytrzymałości (HDPE). Celem zwiększenia opływowości kabli są one umieszczone w osłonie także z HDPE, składającej się z dwóch połówek, nałożonych po naciągnięciu kabli.

Odległości zakotwień na całej długości pomostu są różne. W przęsłach dojazdowych wynoszą 14,5m do ostatniej podpory pośredniej, następnie do końca wspornika 16m, a w stalowej części 19,65m. Pokrywa się to z rozmieszczeniem przepon w dźwigarze stalowym.

Ilość splotów w kablach w zależności od miejsca zakotwienia także jest różna. Licząc od pylonu, kolejne siedem kabli w stronę przęsła dojazdowego oraz te podtrzymujące wspornik składają się z 51 splotów. Następne pięć ma po 30 splotów, kolejne 44, a ostatnie 6 po obu stronach liczą 53 sploty.

Zakotwienia w pylonie mieszczą się w jego stalowej części na długości ok. 60m. Pierwsze dwa kable zakotwione są bezpośrednio w betonowej ‘podłodze’ co dobrze wzmacnia stalową skrzynie mieszczącą zakotwienia. Wszystkie kolejne, oprócz dwóch pierwszych, zamocowane zostały w elementach tej samej wysokości - 2,7m. Stalową skrzynie z boku otacza betonowa konstrukcja pylonu. Jest ona z nią połączona, a elementy betonowe dodatkowo sprężone między sobą siedmioma 15 mm splotami o sile ściskającej ok. 4,5MN.

Technologia budowy

W dużej mierze projekt mostu o takich wymiarach uzależniony jest od technologii budowy. W Moście Normandzkim wykorzystano trzy główne metody bydowy. Przęsła dojazdowe zostały wykonane metodą nasuwania podłużnego – aż do ostatniej podpory. Podczas gdy pylon był prawie skończony, rozpoczęto betonowanie wspornikowe ostatniego przęsła dojazdowego i wspornika betonowego równocześnie, aby równoważyły własne ciężary. Najpierw ukończono ostatnie przęsło przed głównym, a nastepnie betonowano wspornik aż do uzyskania 116m. Stalowa część pomostu została montowana wspornikowo, kolejno podnosząc segmenty długości 19,65m. Wiele pytań konstruktorom nasuwało się odnośnie zachowania się wsporników podczas budowy. Obawy były przede wszystkim co do wielkości odkształceń wspornika poddawanego wpływowi wiatru.

Przęsła dojazdowe

Konstrukcja przęseł dojazdowych metodą nasuwania podłużnego nie była tak prosta jak mogło by się wydawać, a to ze względu na pochylenie niwelety mostu wynoszące 6%. Wykonawcy opracowali system oparty na trapezoidalnych łożyskach i poziomych oraz pionowych podnośnikach. Poziome podnośniki na podporach przesuwały pomost razem z łożyskami o 15cm. Żeby zminimalizować tarcie w łożyskach zastosowano niewielkie wałki. Po poziomym przesunięciu, podnośniki unosiły pomost na wszystkich podporach o ok. 9mm. Wtedy poziome sprężyny przesuwały łożyska do poprzedniej pozycji, podnośniki opuszczane, a pomost ponownie wspierał się na łożyskach gotowych na kolejny etap.

Pomost składał się z segmentów długości 7,25m. Każdy był prefabrykowany niedaleko każdego z przyczółków, sprężany cięgnami i instalowany. Typowe przęsło składało się z sześciu segmentów.

Każdy z nowych segmentów, oprócz tego na podporze, otrzymywał po sześć cięgien sprężających, po jednym w każdym ‘węźle’. Są one długości jednego przęsła tak aby każdy segment był wyposażony pięcioma cięgnami. Po ukończeniu przęsła, środkowe dwa cięgna, składające się z 27 splotów 15mm, były naprężane od jednej podpory do drugiej.

Betonowe wsporniki

Metoda wspornikowa wydaje się być łatwiejszą, ale ze względu na wysokość pomostu wcale tak nie było. Nie było możliwe od razu podwieszanie wspornika na docelowych kablach, wykorzystano więc tymczasowy system podwieszenia. Ze względu jednak na konflikt w geometrii płaszczyzn podwieszeń, tymczasowe kable musiały być mocowane w środkowej części pomostu.

Stalowa część głównego przęsła

Montaż wspornikowy części stalowej był bardzo standardowy, jedyną różnicą była jej długość. Każdy segment był dostarczany barką, a stamtąd podnoszony za pomocą przesuwnego urządzenia zamocowanego na ostatnim segmencie. Segment był spawany do wspornika będąc jeszcze podwieszonym do samojezdnego żurawia. W tym czasie montowano i naciągano odciągi które przenosiły jego ciężar. Kiedy etap spawania na to pozwalał, mocowano kable podwieszające, naciągano splot za splotem i zwalniano żuraw.

Liny tłumiące i spiralny kształt osłon

Ze względu na możliwość występowania dużych amplitud drgań podwieszeń wynikających ze wzbudzenia wiatrowo-deszczowego, na osłonach kabli umieszczono półokrągłą spiralę. Zastosowano także liny tłumiące. Składały się one z czterech splotów 15mm. Zapewniają stabilizację każdej liny. Wykorzystano także tłumiki hydrauliczne umieszczone przy dolnym zakotwieniu want, ok. 4m nad poziomem pomostu. Każdy z tłumików był regulowany po uwzględnieniu rzeczywistej charakterystyki drgań lin.

Spiralny kształt osłon z polietylenu testowano w tunelu wiatrowym CSTB w Nantes. Sprawdzano najpierw drgania okrągłej osłony, następnie z nałożoną spiralą, a wyniki potwierdziły efektywność w niwelowaniu wibracji.

Fundamenty

Most Normandzki usytuowany jest, z geologicznego punktu widzenia, w zachodniej części rejonu Paryża. W tym miejscu przeważają grunty z pokładami piasku, żwiru, iłów oraz wapieni.

Warstwy układają się następująco. Pierwsza warstwa, grubości ok. 20m, to piaski bardzo niskiej jakości, głównie z domieszkami mułów. Następnie występuje warstwa żwiru,
z ziarnami średnicy dochodzącej do 30cm, z wyjątkami nawet 70cm. Kolejna warstwa to iły. Wszystko to ‘przykrywa’ pierwszą warstwę wapieni. Podpory przęsła dojazdowego a także przyczółki posadowione są na tych wapieniach, czyli na głębokości ok. 40m. Poniżej znajduje się 4m iłu przykrywającego drugą warstwę wapieni na których opierają się pale obu pylonów. W tym miejscu głębokość posadowienia dochodzi nawet do 54m.

Każda z podpór przęseł dojazdowego jest posadowiona na czterech palach średnicy 1,5m. Przyczółki z kolei na ośmiu tego samego typu, a pylony na 14 palach średnicy 2,1m.

Pale pod podporami pośrednimi południowego przęsła były wiercone w pomocniczej rurze i bentonitowej zawiesinie w warstwie piasków do głębokości ok. 18m. Podpory północnego przęsła dojazdowego, posadowione zostały na palach wierconych w stalowych rurach, przechodząc przez całą grubość warstwy piasku. Aby uzyskać dostęp do każdej podpory potrzebne było wykonanie 1,2km nasypu na tkaninie, a także 750m tymczasowego stalowego mostu. Wykonawcy zamienili grodze powstałe z stalowych rur, dookoła każdej podpory, na betonowe grodze wykonane z czterech prefabrykowanych elementów. Każdy z czterech elementów został ‘zainstalowany’ na czterech mniejszych stalowych palach wkoło wwierconych już palach fundamentowych i połączony celem powstania okrągłej grodzy betonowej.

Stopy fundamentowe każdej nogi pylonu są połączone sprężonym ściągiem aby zminimalizować ilość potrzebnego zbrojenia.

Pomimo znacznego wydłużenia procesu powstawania Mostu Normandzkiego, główny projektant M. Virlogeux wyjaśnia, że budowa tak dużego mostu, a zwłaszcza wykorzystującego najnowsze technologie budowy, zawsze jest trudna. Jest sporo problemów które należy rozwiązać i nie zawsze najtrudniejsze są te natury technicznej.