Nový železniční most přes vodní nádrž Orlík. Inženýrskogeologický průzkum

Stávající stav

Stávající most je tvořen konstrukcí o pěti otvorech s celkovou délkou mostu 284,20 m. V prvním a pátém mostním otvoru je kamenná klenba z tesaných kamenů a v druhém až čtvrtém otvoru ocelová nýtovaná příhradová konstrukce s rozpětím 3 x 84,40 m. Mostovka je mezilehlá, prvková tvořená podélníky a příčníky. Výška horního pásu nad TK je cca 1,2 m.

Spodní stavba je kamenná. Opěry a krajní pilíře P1 a P4 navazují na klenbové konstrukce krajních otvorů. Pilíře P2 a P3 jsou obdélníkového průřezu celkové výšky 59,5 m. Do poloviny výšky pilířů P2 a P3 byla provedena přizdívka kamenným zdivem jako ochrana před účinky vody z vodní nádrže Orlík. Zdivo pilíře P2 a pilíře P3 je z nepravidelného lomového kamene. Založení spodní stavby je na skalním podloží vltavských břehů.

Z hlediska postupu montáže se jednalo o první letmou montáž ocelové konstrukce v českých zemích. Konstrukce mostu se montovala symetricky od opěr směrem ke středu. Krajní pole se montovala klasicky na dřevěné skruži. Konzoly a vložené pole se montovaly pomocí derikového jeřábu letmo. Most byl dokončen v říjnu 1889 a ve své době se stal druhou nejvyšší mostní stavbou v Rakousku. Jeho výška ode dna Vltavy k úrovni kolejí je cca 69,5 m.

Záměr rekonstrukce

S ohledem na stávající nevyhovující stav mostu (korozní oslabení OK) doporučila odborná komise SŽDC vybudovat nový most v posunuté poloze o několik metrů od mostu stávajícího. Tento záměr schválila Centrální komise ministerstva dopravy. Předpokládaný termín zahájení stavby je v roce 2020. Celkové investiční náklady jsou předpokládány ve výši 471,7 milionů korun. Provoz přes stávající most bude v průběhu výstavby nového mostu zachován. Po zprovoznění nového mostu bude stará konstrukce snesena a pilíře zbourány.

Nový stav

Nový železniční most je projektován jako nepohyblivý jednopodlažní jednokolejný most o pěti mostních otvorech tvořený klenbovou masivní konstrukcí v poli 1 a 5 a trámovou spojitou konstrukcí o třech polích v poli 2, 3 a 4. V poli 1 a 5 je navržena integrovaná klenbová železobetonová konstrukce s přesypávkou. V poli 2, 3 a 4 je navržena spojitá trámová ocelová svařovaná příhradová přímopásová konstrukce bezsvislicové rombické (kosočtvercové) soustavy s horní ocelovou ortotropní mostovkou s průběžným kolejovým ložem. Konstrukce mostu umožňuje výhledové umístění lávky pro pěší v úrovni dolního pásu.

Průzkumné práce

Pro potřeby zpracování projektu novostavby mostu byly prováděny následující typy průzkumných prací:

- jádrové vrty z horní hrany údolí – vrt J101 (pravý břeh – 61 m) a vrt J106 (levý břeh – 70 m, vrtaný z plošinového vozu v ose stávající koleje),

- jádrové vrty v přibližných místech budoucích patek mostního oblouku – vrty J102 (pravý břeh) a J104, J105 (levý břeh),

- podrobná makroskopická geologická dokumentace vrtných jader (popis, RQD, měření sklonu puklin a foliace) spojená s odběrem vzorků hornin na laboratorní zkoušky, fotodokumentace,

- detailní karotážní měření ve vrtech J101 a J106,

- presiometrické zkoušky – vrt J101

- laboratorní zkoušky – zkoušky pevnosti v prostém tlaku, deformační zkoušky, zkoušky abrazivity, petrografické rozbory,

- průzkum pro železniční spodek – kopané sondy, kopané rýhy, dynamické penetrace,

- průzkum kontaminace stávající tratě,

- pedologický průzkum

Geomorfologické poměry

Zájmové území se nachází v Táborské pahorkatině, která je součástí Středočeské pahorkatiny. Ta má jednotvárný reliéf se zbytky staré paroviny a s četnými drobnými selektivně podmíněnými tvary. Reliéf je výsledkem denudační činnosti, probíhající od mladšího paleozoika do staršího terciéru. Vyzdvižením Českého masivu v době saxonské tektoniky došlo k postupnému zařezávání vodních toků do starého reliéfu.

Osou zájmového území je hluboce zaříznutý tok Vltavy s četnými oboustrannými přítoky, vytvářející sevřené údolí se spádovými stupni podmíněnými odlišnými petrografickými poměry podložních hornin a celkovým vývojem reliéfu. Po vybudování vodní nádrže Orlík došlo k částečnému zatopení údolí. Povrch okolní paroviny se pohybuje v rozmezí cca 390–400 m n. m., převýšení paroviny nad údolním dnem je v blízkosti mostu cca 60–70 m.

Geologické poměry

Z regionálně-geologického hlediska je zájmové území součástí Českého masívu budovaného horninami svrchního proterozoika a svrchního paleozoika spadající do moldanubické oblasti.

Katazonálně metamorfované horniny moldanubika jsou plošně nejrozsáhlejší částí Českého masivu. Jedná se o nejednotné těleso tvořené migmatity, ortorulami a žulami. V zájmovém území jsou zastoupeny především biotitické ortoruly. Horniny mají poměrně výraznou paralelní texturu, s kolísající velikostí zrna. V nezvětralém stavu se jedná o velmi pevné, hrubozrnné, masivní horniny, které jsou obtížně rozpojitelné a těžitelné. Horniny jsou převážně všesměrně rozpukané, kamenitě až blokovitě rozpadavé.

Dalším typem jsou horniny středočeského plutonu, které prstovitě pronikají do okolních rul. Jedná se o složité těleso převážně granodioritového složení, tvořeného velkým počtem dílčích těles. Nejrozšířenějším horninovým typem plutonu v zájmovém území je typ červenský. Horniny jsou poměrně tmavé, většinou usměrněné paralelně s foliací pláště. V nezvětralém stavu se jedná rovněž o velmi pevné, masivní, celistvé horniny, zpravidla středně zrnité až hrubozrnné, které jsou obtížně rozpojitelné a těžitelné. Tyto horniny nebyly v průběhu průzkumných prací zastiženy, ale není vyloučen jejich výskyt v průběhu stavebních prací.

Svrchní zvětralinové partie obou typů hornin dosahují pouze malých mocností. Ve strmých svazích údolí Vltavy vystupují na povrch horniny navětralé.

Tektonika

Zájmové území v okolí železničního mostu je postiženo tektonickými procesy. V blízkosti granitoidních průniků středočeského masivu jsou horniny ovlivněny kontaktní přeměnou. Při kontaktní metamorfóze docházelo obecně k nárůstům pevnosti okolních hornin pomocí procesů silicifikace (prokřemenění), parciálního tavení okolních hornin apod. Naopak zchlazené okraje masívů nabývají charakteru stmelených hrubozrnných písků tvořených jednotlivými zrny původní horniny.

Převládající orientace puklin zjištěná karotážním měřením na pravém břehu ve vrtu J101 je celkem ve třech převládajících směrech. Převládající orientace puklin na levém břehu zjištěná ve vrtu J106 je ve dvou směrech.

Tektonické porušení zájmového území bude mít na danou stavbu nepříznivý vliv. Negativní vlivy očekáváme zejména u základových prvků ve vyšších partiích nad hladinou vodní nádrže v polohách mírně až silně zvětralých rul. V těchto polohách je nutné počítat s nadvýlomy, vyloučeno není ani zastižení více zvětralých poloh a nepravidelného průběhu zvětrání, které bude třeba přetěžit a nahradit betonovými plombami. Horniny v základové spáře a pod základovými prvky bude třeba injektovat. Především u základových patek oblouku je nutné uvažovat s výrony silněji mineralizovaných vod. Zde také hrozí riziko vyjíždění horninových bloků ve stěně stavební jámy.

Seismická aktivita

Podle ČSN EN 1998-1 (73 0036) náleží zájmové území do oblastí s velmi malou seizmicitou, hodnoty referenčního zrychlení základové půdy agR nepřesahují v dané oblasti 0,02 g.

Hydrogeologické poměry

Zájmové území se nachází v hydrogeologickém rajónu základní vrstvy – Krystalinikum v povodí Střední Vltavy, který má charakter hornin jen velmi omezeně propustných. Pro horniny krystalinika je typická puklinová porozita a lokální oběh podzemní vody. Ten je možný jen po puklinách.

Vzhledem ke zvolené technologii hloubení vrtů za použití vodného výplachu nebylo možné odebrat vzorek přirozené podzemní vody.

Geotechnické typy hornin

Horniny, které se v zájmovém území vyskytují, byly rozčleněny do geotechnických typů. Pro zařazení do jednotlivých typů byla rozhodující jejich geneze a geomechanické chování, které má zásadní význam pro návrh jak zemních konstrukcí, tak i založení stavebních objektů. Pro založení nové mostní konstrukce jsou rozhodující horninové typy, a proto v dalším textu nejsou uvedeny zeminy zastižené průzkumnými pracemi.

Moldanubikum, metamorfity, proterozoikum-paleozoikum:

- MR1 – zcela zvětralé ortoruly – eluvia nabývají charakteru převážně písčitých až hlinitopísčitých zemin, s hojnými střípky a úlomky matečné horniny. Zeminy jsou středně ulehlé až ulehlé, středně zrnité až hrubozrnné, často se zachovalou strukturou matečné horniny, s převládající hnědou až rezavě hnědou barvou.

- MR2 – horniny níže přecházejí do silně zvětralých pevnostní třídy R6/R5 až R5, s převážně velkou hustotou diskontinuit. Horniny jsou málo pevné, středně zrnité až hrubozrnné, slabě slídnaté, usměrněné, vrstevnaté, úlomkovitě rozpadavé, světle hnědé barvy, na plochách odlučnosti s limonitickými povlaky.

- MR3 – horniny dále nabývají na pevnosti, dosahují třídy R4/R3, s převážně střední hustotou diskontinuit. Horniny jsou středně pevné, úlomkovitě až kusovitě rozpadavé, místy tektonicky podrcené, hrubozrnné, slídnaté, usměrněné, vrstevnaté, šedé až šedohnědé barvy.

- MR4 – horniny přecházejí až do navětralých a zdravých poloh, se střední až vysokou pevností, s pevnostní třídou R3/R2 až R2, s převážně střední hustotou diskontinuit. Horniny jsou celistvé, kusovitě až balvanitě rozpadavé, místy tektonicky podrcené, usměrněné, vrstevnaté, středně zrnité, slídnaté, světle šedé barvy, na plochách odlučnosti s limonitickými povlaky. Tyto horniny jsou obtížně těžitelné.

Moldanubikum, středočeský pluton, karbon-perm:

- MA1 – aplity navětralé až zdravé, o vysoké pevnosti (R2), jemnozrnné, šedobílé barvy, s patrnými vyrostlicemi křemene a živce

Vyhodnocení inženýrskogeologického průzkumu

Společná doporučení

- při hloubení základové spáry prvků spodní stavby budou zastiženy horniny spadající do I. – III. třídy těžitelnosti dle ČSN 73 6133, při těžbě budou muset být využity speciální mechanismy (kladiva apod.) a také trhací práce,

- zjištěné hodnoty abrazivnosti hornin metodou Cerchar odpovídají dle klasifikace CAI vysoké až extrémně vysoké abrazivnosti,

- při použití trhacích prací budou vznikat nadvýlomy, které bude třeba sanovat,

- agresivitu podzemní vody doporučujeme s ohledem na chemismus hornin hodnotit jako střední XA2 dle ČSN EN 206 a to z důvodu očekávaného nižšího pH a zvýšeného obsahu agr. CO2 a případně SO42-,

Pravobřežní opěra OP1 a pilíře

- založení pilířů P1 a P2 je koncipováno jako plošné, základová spára se u pilíře P1 předpokládá v prostředí silně zvětralých hornin skalního podloží geotechnického typu MR2, u pilíře P2 na přechodu silně a mírně zvětralých hornin skalního podloží typu MR2 a MR3,

- horniny v základové spáře jsou celkově silně rozpukané,

Pravobřežní patka oblouku P3

- základová spára patky oblouku P3 se předpokládá v prostředí navětralých až zdravých hornin skalního podloží typu MR4,

- horniny v základové spáře jsou celkově málo rozpukané, s ohledem na vysokou pevnost horniny bude docházet k nadvýlomům,

- z provedených měření vyplývá, že pukliny jsou místy orientovány velmi nepříznivě a při hloubení může docházet k vyjíždění horninových bloků směrem do stavební jámy,

- v blízkosti základové spáry lze očekávat výrony podzemních vod, především pak podél občasných porušených zón a průběžných puklin,

Levobřežní patka oblouku P9

- základová spára patky oblouku P9 se předpokládá v prostředí navětralých až zdravých hornin skalního podloží typu MR4 a gravitačně přemístěných balvanů,

- horniny v základové spáře jsou celkově málo rozpukané (hodnota RQD se pohybovala v rozmezí 45-77 %), s ohledem na vysokou pevnost horniny bude docházet k nadvýlomům,

- po otevření stavební jámy je nutné provést detailní průzkum stavu podložních hornin a určit, zda jsou horniny gravitačně přesunuté nebo se jedná o významnější zvětralou polohu v rámci horninového masivu,

- z provedených měření vyplývá, že pukliny jsou místy orientovány velmi nepříznivě a při hloubení může docházet k vyjíždění horninových bloků směrem do stavební jámy,

Levobřežní opěra OP2 a pilíře

- základová spára opěry se předpokládá v prostředí mírně zvětralých rul typu MR3,

- v základové spáře budou pravděpodobně zastižena poruchová pásma se silně zvětralými a rozpukanými horninami,

- horniny v základové spáře opěry jsou celkově silně rozpukané,

- základová spára pilířů se předpokládá v prostředí navětralých až zdravých rul typu MR4,

- horniny v základové spáře jsou celkově méně rozpukané, nelze však vyloučit zastižení ojedinělých poruchových pásem,

Závěr

Provedený inženýrskogeologický průzkum byl velmi náročný vzhledem k charakteru území, ve kterém byl uskutečňován. V místě pravobřežní opěry byla možnost pro nájezd vrtné soupravy na místo vrtání. V místě levobřežní opěry musel být vrt proveden z plošinového vozu, který byl na místo přesunut za pomocí lokomotivy.

Specifickým problémem bylo provedení vrtů pro založení patek oblouku mostu v úrovni hladiny vody ve vodní nádrži. S ohledem na nepřístupný terén byl původní záměr na přesun klasické vrtné soupravy na pontonu změněn na provedení vrtů pomocí přenosné soupravy, která byla na místo dopravena na člunu.

Výsledky celého komplexu činností prováděných v rámci inženýrskogeologického průzkumu prokázaly, že základové poměry pro založení nově projektovaného mostu jsou vyhovující za dodržení určitých technologických opatření.

Autor: Petr Vitásek, Jakub Hruška, Martin Vlasák

(Archiv SUDOP PRAHA, rok 2019)