Monitoring autostradowych obiektów mostowych położonych na terenach .pdf

Andrzej RADZIECKI 1

Adam SILARSKI 2

Jerzy WESELI 3

W referacie przedstawiono metodħ oraz niektre wyniki z obserwacji wpþyww grniczych deformacji terenu

na budowane obiekty mostowe ĻlĢskiego odcinka autostrady A-4 z Rudy ĺlĢskiej do Katowic. Monitoring, ktry

przede wszystkim byþ prowadzony dla potrzeb budowy, pozwoliþ na bieŇĢco oceniaę zmiany w poþoŇeniu

powstajĢcych konstrukcji i w Ļlad za tym wprowadzaę odpowiednie korekty. Ten etap prac zakoıczyþ siħ

stworzeniem peþnej bazy punktw obserwacyjnych obiektw i rejestracjĢ ich stanu wyjĻciowego w chwili oddania

autostrady do eksploatacji. Kontynuacja rozpoczħtego monitoringu jest jednym z warunkw bezpiecznego

uŇytkowania autostrady na tym terenie.

Mosty autostradowe, a wþaĻciwie ámosty w horyzoncie autostradyÑ (jak to nazwano w [3])

podlegajĢ wymogom bĢdŅ to niespotykanym, bĢdŅ þagodniejszym w innych obiektach mostowych.

W szczeglnoĻci, jako odrħbna klasa tych obiektw wedþug [3] jest wyrŇniona przez dwa rozmyte

pojħcia: ábardzo gþadka niweletaÑ i áwystarczajĢca prħdkoĻę uciekania przeszkdÑ. Warunki

uŇytkowania wyznaczone przez te dwa pojħcia nieuchronnie prowadzĢ do koniecznoĻci bieŇĢcej

kontroli stanu, to jest monitoringu. Choę monitoring jest wþaĻciwy okresowi uŇytkowania obiektu,

zdarza siħ, Ňe musi on byę prowadzony wczeĻniej. Przy budowie ĻlĢskiego odcinka autostrady A-4

zaistniaþa sytuacja, ktra w [4] zostaþa zdefiniowana jako áwzajemnie czynna budowa i eksploatacja

grniczaÑ. Monitoring jawi siħ w niej jako element formalnych procedur planowania inwestycji

i wydobycia, a takŇe jako element bieŇĢcej kontroli kolejnoĻci i jakoĻci budowy z jednej strony oraz

kolejnoĻci i zgodnoĻci z prognozami grniczych deformacji terenu z drugiej.

W referacie przedstawiono doĻwiadczenia z obserwacji wpþyww grniczych deformacji terenu na

budowane obiekty mostowe autostrady A-4 na odcinku od Rudy ĺlĢskiej do Katowic. Monitoring byþ

prowadzony przede wszystkim dla potrzeb budowy, koıczyþ siħ jednak stworzeniem peþnej bazy

punktw obserwacyjnych obiektw i rejestracjĢ ich stanu wyjĻciowego w chwili oddania autostrady do

eksploatacji.

Budowa omawianego odcinka autostrady wykonywana byþa w dwch etapach. W latach 2000 Î

2001 powstaþo 4,4 km autostrady pomiħdzy wħzþami áBatorego Î MikoþowskaÑ i w latach 2002 Î 2004;

ponad 6,2 km pomiħdzy wħzþami áWirek Î BatoregoÑ. WykonawcĢ pierwszej czħĻci byþo konsorcjum

firm Dromex i PRInŇ Katowice, drugiego tylko PRInŇ S.A. Holding. Teren budowy autostrady

1 Dr inŇ., Zakþad Mostw Politechniki ĺlĢskiej

2 Mgr inŇ., Zakþad Mostw Politechniki ĺlĢskiej

3 Dr hab. inŇ. prof. Pol. ĺl., Zakþad Mostw Politechniki ĺlĢskiej

181

znajdowaþ siħ w zasiħgu oddziaþywaı spowodowanych dokonanĢ i bieŇĢcĢ eksploatacjĢ wħgla

prowadzonĢ przez kilka kopalı. Odcinek áBatorego Î MikoþowskaÑ znajduje siħ na obszarze

wydobywczym KWK Polska Wirek, ĺlĢsk i Wujek, a odcinek áWirek Î BatoregoÑ Î KWK

Bielszowice, Halemba i Polska Wirek.

Na caþym ponad 10-cio kilometrowym, omawianym odcinku autostrady A-4 wybudowano 16

obiektw mostowych. W tym wiaduktw autostradowych 6, wiaduktw nad autostradĢ 4 (3 drogowe

i 1 kolejowy), 2 kþadki dla pieszych, 2 tunele (jeden dla pieszych i jeden dla zwierzĢt) oraz 2 przepusty.

Monitoringiem objħte zostaþy wszystkie obiekty. Na pierwszym odcinku obserwacja byþa prowadzona tylko

przez ostatni rok budowy, natomiast na drugim, od poczĢtku, przez okres dwch lat trwania budowy.

Rys. 1. Wiadukt Kochþowicka WAÎ12

Rys. 2. Wiadukt Bocheıskiego WDÎ21

Zakres obserwacji rozszerzaþ siħ sukcesywnie w miarħ zaawansowania budowy poszczeglnych

obiektw i pojawiania siħ nowych elementw konstrukcyjnych. Pomiary kontrolne byþy prowadzone

cyklicznie; na pierwszym odcinku co dwa miesiĢce, na drugim co trzy. W przypadkach wystħpowania

lokalnie intensywnych ruchw grotworu, czħstotliwoĻę pomiarw byþa zwiħkszana nawet do dwch

tygodni.

Wyniki wykonywanych okresowo pomiarw stanowiþy podstawħ bieŇĢcych analiz stanu

konstrukcji poszczeglnych obiektw i formuþowania wnioskw oraz wydawania ewentualnych zaleceı

wykonawczych. Przedstawiane one byþy w okresowych sprawozdaniach, dokumentujĢcych w sposb

ciĢgþy obraz zmian w usytuowaniu przestrzennym wznoszonych obiektw. Podsumowanie obserwacji

caþego procesu budowy oraz stan koıcowy, ktry stanowi bazħ wyjĻciowĢ monitoringu obiektw

mostowych autostrady w przyszþoĻci, zamieszczono w zbiorczym sprawozdaniu koıcowym.

Monitoring obiektw mostowych byþ prowadzony przez Katedrħ Budowy Mostw, pŅniej Zakþad

Budowy Mostw Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mostw Politechniki ĺlĢskiej w Gliwicach. Wraz

z osobnĢ obserwacjĢ czħĻci drogowej autostrady oraz przylegþej infrastruktury technicznej, prowadzonĢ

przez Katedrħ Komunikacji LĢdowej i Katedrħ Geotechniki, stanowiþ caþoĻę monitoringu

przedmiotowego odcinka autostrady A4.

Zeee

Monitoring realizowany byþ na podstawie wczeĻniej opracowanego áProgramu pomiarwÑ.

W programie, indywidualnie dla kaŇdego obiektu, okreĻlony zostaþ rodzaj pomiarw oraz oznaczenie

i lokalizacja punktw kontrolnych.

W oglnoĻci obserwacjom zostaþy poddane:

- przemieszczenia pionowe punktw na ustrojach noĻnych,

- przemieszczenia poziome punktw naroŇnych obiektw,

- wychylenia podpr z pionu (w dwch prostopadþych pþaszczyznach),

- zmiany rozwartoĻci szczelin dylatacyjnych oraz w razie potrzeby przesuwy na wybranych

þoŇyskach.

Przykþadowe rozmieszczenie wszystkich punktw pomiarowych z ich oznaczeniem i numeracjĢ

w ramach obiektu pokazano na rysunkach 3 i 4:

- punkty pomiaru osiadaı i zmian poþoŇenia w planie (rys. 3),

- punkty pomiaru wychyleı podpr z pionu (rys. 3),

- miejsca pomiaru przesuww na dylatacjach poprzecznych i podþuŇnych (rys. 4).

182

Rys. 3. Rozmieszczenie punktw pomiaru osiadaı ustroju noĻnego i wychyleı podpr na wiadukcie WA-12:

a) widok z boku, b) rzut z gry, c) przekrj poprzeczny

183

Przemieszczenia pionowe charakterystycznych punktw ustrojw noĻnych konstrukcji zaþoŇono na

grnych powierzchniach przħseþ (na chodnikach i pasach rozdziaþu) w osiach wszystkich podpr.

Numery poszczeglnych punktw tych pomiarw poprzedza litera áNÑ. W punktach naroŇnych,

w ktrych dodatkowo okreĻlane sĢ wspþrzħdne w planie, dodane zostaþy litery áxyÑ (áNxyÑ).

Podczas budowy zmiany wysokoĻciowe rejestrowane byþy od chwili powstania fundamentw.

Wyniki pomiarw wykonanych na punktach wysokoĻciowych, zainstalowanych tymczasowo na

elementach podpr, w kolejnych sprawozdaniach byþy specjalnie wyrŇniane. Z chwilĢ wykonania

pomiarw wysokoĻciowych juŇ na reperach docelowych na ustroju noĻnym, poprzednie rzħdne

(punktw przejĻciowych) zostaþy umownie sprowadzone do poziomu punktw koıcowych. Zachowano

w ten sposb obraz obniŇeı podpr od poczĢtku ich budowy.

Numery punktw sþuŇĢcych do pomiaru pionowoĻci podpr sĢ poprzedzone literĢ áTÑ. Przy czym

kaŇdorazowo mierzone byþy wychylenia podpr w dwch prostopadþych pþaszczyznach; rwnolegþej do

osi konstrukcji obiektu, ktre oznaczono literĢ áTuÑ oraz prostopadþej do osi konstrukcji, ktre

oznaczono áTvÑ.

W przypadku pomiarw szczelin dylatacjach Î numery punktw poprzedzajĢ litery:

áDuÑ Î gdy pomiar dotyczy ruchw dylatacji poprzecznych do osi obiektw,

áDvÑ Î gdy pomiar dotyczy rozwartoĻci szczelin dylatacji podþuŇnych.

Pomiary niwelacyjne, usytuowaı obiektw w planie oraz pionowoĻci podpr wykonywane byþyby

przez niezaleŇny zespþ geodetw w uzgodnionych cyklach. Natomiast pomiary przesuww dylatacji

wraz z oglħdzinami konstrukcji wykonywali pracownicy Katedry.

Rys. 4. Pomiar przesuww na dylatacjach poprzecznych i podþuŇnych wiaduktw

eee

Na krtkim odcinku Chorzowsko Î Katowickim wybudowanych zostaþo dziewiħę obiektw

mostowych.

Podstawowe cechy konstrukcyjne i geometryczne monitorowanych obiektw sĢ nastħpujĢce:

1. Wiadukt Batorego WAÎ18 - dwie konstrukcje noĻne, ustrj przħseþ - pþyta Ňelbetowa,

ciĢgþa, trjprzħsþowa, usytuowana w skosie, lt = 10.50 + 16.70 + 10.50 m, szerokoĻę

b = 25.50 Î 29.70 m.

2. Przepust dla zwierzĢt PZÎ5 - konstrukcja Ňelbetowa, ramowa o przekroju 2.0 x 2.0 m,

dþugoĻę caþkowita lc = 59.40 m.

3. Wiadukt Gaþeczki WAÎ19 - cztery konstrukcje noĻne, ustrj przħseþ - pþyta Ňelbetowa

sprħŇona, ciĢgþa, trjprzħsþowa, usytuowana w skosie, lt = 12.00 + 22.70 + 12.00 m,

szerokoĻę b = 9.93 Î 18.45 m.

4. Wiadukt Bocheıskiego WDÎ21 - dwie konstrukcje noĻne, ustrj przħseþ - pþyta Ňelbetowa,

ciĢgþa, czteroprzħsþowa, usytuowana w skosie, lt = 15.00 + 18.25 + 18.25 + 16.00 m,

szerokoĻę b = 15.80 m.

5. Wiadukt kolejowy WKÎ22 - konstrukcja stalowa, þukowa z jazdĢ doþem, jednoprzħsþowa

o rozpiħtoĻci teoretycznej lt = 75.00 m, jednotorowa o szerokoĻci b = 5.50 m.

6. Tunel dla pieszych TPÎ23 - konstrukcja Ňelbetowa, ramowa o przekroju 3.0 x 6.5 m,

dþugoĻę caþkowita lc = 63.00 m.

7. Wiadukt nad kolejĢ WAÎ24 - cztery, dwuprzħsþowe konstrukcje noĻne, o przħsþach

swobodnie podpartych, wykonanych z belek stalowych wspþpracujĢcych z ŇelbetowĢ

pþytĢ pomostowĢ (zespolonych), usytuowany w skosie lt = 2 x 19.01 m, szerokoĻę

b = 14.80 Î 18.15 m.

oraz dwa przepusty o przekroju koþowym ® 100 cm.

184

CharakterystycznĢ cechĢ tych obiektw byþo ich zabezpieczenie na drugĢ kategoriħ szkd

grniczych. W konsekwencji, w trzech przypadkach zaprojektowano konstrukcje ciĢgþe, statycznie

niewyznaczalne, zdolne przejĢę odksztaþcenia wynikajĢce z drugiej kategorii. SĢ to wiadukty WA-18,

WA-19 i WD-21, ktre majĢ konstrukcjħ pþytowĢ ciĢgþĢ, trzy lub cztero przħsþowĢ (rys. 2). Ustroje

noĻne dwch z nich sĢ Ňelbetowe, jeden sprħŇony. Pozostaþe dwa wiadukty majĢ schemat swobodnie

podparty. WK-22 jest stalowym þukiem typu Langera, a WA-24 tworzĢ niezaleŇne przħsþa zespolone.

Od poczĢtku budowy daþo siħ zauwaŇyę tendencjħ kopalı do stopniowego odsuwania frontw

wydobywczych od pasa autostrady. Odnotowywano zatem zanikajĢce wpþywy oddalajĢcej siħ

eksploatacji na budowane obiekty. W przeciĢgu krtkiego, rocznego czasu obserwacji, jakiekolwiek

oddziaþywanie stwierdzono na szeĻciu obiektach. W czterech przypadkach byþy to niewielkie wpþywy,

charakteryzujĢce siħ rocznym przyrostem osiadaı od 10 Î 32 mm, co w wielu przypadkach zawieraþo

rwnieŇ opŅnione osiadania wynikajĢce z procesw budowy. WyraŅne deformacje powierzchni terenu

i ich wpþyw na wznoszone obiekty ujawniþ siħ na przepuĻcie dla zwierzĢt PZ-5 oraz na wiadukcie

WD-21 (wħzeþ áBocheıskiegoÑ).

0,000

30-03-01

-0,050

30-05-01

-0,100

31-07-01

-0,150

25-09-01

-0,200

26-11-01

-0,250

Rys. 5. Osiadania przepustu PZ-5 na dþugoĻci

Przepust dla zwierzĢt obniŇyþ siħ þĢcznie

od marca do listopada 2001 r. o 199 Î 207

mm, przy czym w ostatnim kwartale o 61 Î 65

mm. Osiadania na dþugoĻci przepustu byþy

rwnomierne (rys 5). W stosunku do rzħdnych

projektowych (skorygowanych wczeĻniej ze

wzglħdu na zaistniaþe osiadania), konstrukcja

przepustu i tak znalazþa siħ Ļrednio o okoþo

0,20 m niŇej.

W stosunku do projektu wyjĻciowego

przepust miaþ rzħdne o okoþo 1,75 m mniejsze.

Aktualizacja projektu wymagaþa w tym

przypadku zwiħkszenia gruboĻci nadkþadu

mar kwi maj cze lip sie wrz paŅ lis

0,000

-0,050

-0,100

-0,150

-0,200

Rys. 6. Narastanie osiadaı punktw N1 i N4 w czasie

(wysokoĻci nasypu autostrady), a tym samym wydþuŇenia konstrukcji przepustu. Przebieg osiadaı

w czasie prowadzonych obserwacji pokazano na rys. 6.

Konstrukcja wiaduktu WD-21 obniŇaþa siħ w ciĢgu caþego okresu obserwacji, osiĢgajĢc

w listopadzie 2001 r. poziom od -72 do -40 mm niŇszy niŇ w marcu. Przyrost osiadaı w ostatnim cyklu

pomiarowym wynisþ kilka milimetrw (max. -10 mm) i byþ mniejsze od poprzedniego. Obraz

przyrostu osiadaı w kolejnych cyklach pomiarowych, w punktach nad podporami wzdþuŇ osi podþuŇnej

wiaduktu zachodniego pokazano na rysunku 7. Na kolejnym rysunku (rys. 8) przedstawiono narastanie

osiadaı w czasie, na dwch sĢsiednich podporach, na ktrych rŇnice byþy najwiħksze.

185

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: