PRZEBUDOWA MOSTÓW NAD RZEKĄ ŚW. WAWRZYŃCA

(The Thousand Island Bridge-Canadian Crossing)

(pozwalam sobie używać nazw własnych w ich oryginalnym brzmieniu angielskojęzycznym, z przybliżonym tylko polskim tłumaczeniem)

Rzeka Św. Wawrzyńca (The Saint Lawrence River) jest jedną z najważniejszych rzek Północnej Ameryki. Początki rzeki znajdują się w okolicy miasta Kingston, a kończy ona swój 1287 km bieg w Zatoce Świętego Wawrzyńca. Zlewnia rzeki obejmuje obszar około 1 292 100 kilometrów kwadratowych. W okolicy miasta Kingston, na długości 64 kilometrów, znajduje się prawie 1700 wysp, stąd też nazwa tej okolicy The Thousand Islands.

Kanały, śluzy i mosty nad tą rzeką są zarządzane przez The St. Lawrence Seaway Authority po stronie kanadyjskiej, a po stronie amerykańskiej przez The St. Lawrence Seaway Development Corporation.

Zbieraniem myta (tolls) za przejazd i bieżącą konserwacją "naszego" mostu zajmuje się wydzielona z obu tych agencji, osobna organizacja Thousand Island Bridge Authority z siedzibą w Aleksandrii w USA.

Most, o którym mowa, jest właściwie kombinacją wielu mostów o łącznej długości 1015 metrów, między brzegiem kanadyjskim a dużą wyspą (Hill Island) będącą strefą graniczną. Między wyspą a amerykańskim brzegiem jest podobny system mostów. Stąd też podziały na "Canadian Crossing" oraz "US Crossing". Mosty te są bardzo złożoną konstrukcją inżynierską składającą się z mostów wiszących kablowych (suspension spans), kratowych, łuków i estakad. Została ona oddana do użytku w 1938 roku.

Na jesieni 1996 ogłoszono przetarg na całkowitą wymianę jezdni i nieznaczne poszerzenie mostów stanowiących Canadian Crossing, o łącznej długości 1015 metrów. Kontrakt o wartości prawie 14 mln dolarów wygrała firma Peter Kiewit Sons Co. Ltd., znana w skrócie jako KIEWIT, która jest obecnie największym tego typu wykonawcą w USA o przerobie ponad 6 miliardów $US i przeszło stuletniej tradycji.

Z kanadyjskim oddziałem tej firmy współpracowałem już kilka lat temu w budowie 11 mostów na zachodzie Ottawy, znanych jako 416/417 Interchange. I tym razem REMISZ & ASSOCIATES ENGINEERING Ltd. został wyłącznym projektantem dla KIEWIT'a do opracowania całego construction engineering.

Konstrukcja jezdni wszystkich mostów oparta jest na ruszcie stalowych płaskowników o kwadratowych oczkach, dodatkowo zbrojoną stalowymi prętami i wypełniona betonem. Ruszt ten jest prefabrykowany w dużych polach i opiera się na belkach i poprzecznicach mostowych. Od sześćdziesięciu lat nie wymieniany, miał masę ubytków betonowych, co prowadziło do jazdy po praktycznie stalowej pralce.

Stąd definicja zadania, którą można określić w kilku punktach:

  • wymienić całą konstrukcję jezdni, tj. praktycznie zerwać wszystkie płyty i zainstalować nowe,
  • odsłonić główne elementy mostowe,
  • wymienić cztery stare belki podłużne na pięć nowych we wszystkich przęsłach mostu wiszącego i kratowego,
  • dołożyć wsporniki dla poszerzenia mostów,
  • zawęzić (i tak nie używane) chodniki do minimum operacyjnego,
  • wymienić poręcze i odbojnice na całej długości przejścia,
  • przebudować stężenia wiatrowe,
  • pomalować elementy po montażu.

Warunki pracy były sprecyzowane następująco:

  • praca na powierzchni jezdni tylko w nocy, pod mostem praktycznie bez ograniczeń,
  • dwupasmowy most może być zredukowany do jednego pasa ruchu o godz. 18.00 ze sterowaniem kierunku przejazdu samochodów przez punkty kontroli na obu jego końcach,
  • zatrzymanie ruchu dla jakiejkolwiek operacji nie może przekroczyć 3 minut,
  • ma być oddany do pełnego ruchu dwukierunkowego codziennie punktualnie o godz. 6:30,
  • za każdą minutę spóźnienia w tym harmonogramie kara $2000.

Związki zawodowe zawarły z KIEWIT'em umowę, że podczas robót nie przystąpią do strajku i ustalono 55 roboczo-godzin na tydzień liczone jako normalny czas pracy, bez nadgodzin.

Powiązane z powyższymi założeniami były niezliczone problemy logistyczne i techniczne oraz narzucone przez wykonawcę kryterium: oddać most do użytku w ciągu jednego sezonu budowlanego, zamiast dwóch dozwolonych przez zleceniodawcę. Nasza współpraca z KIEWIT'em zaczęła się od prania mózgów. Na dwudniowe spotkanie organizacyjne przylecieli z kwatery głównej w Omaha (stan Nebraska) v-prezydent, główny kosztorysant, paru inżynierów. Zebrali się v-prezydenci kilku oddziałów kanadyjskich, dołączyli główni brygadziści i inżynierowie budowy. Opracowany został katalog procedur (planning book) i został on przedstawiony zebranym. My przedstawiliśmy swój koncept, uprzednio uzgadniany z kierownikiem budowy (project manager) Kiewit'a: zbudujemy szereg platform podwieszonych pod mostem, stanowiących niemal jego drugi pokład, a po moście będzie posuwać się duża suwnica bramowa. W ciągu dnia będą nadcinane belki, wiercone otwory i instalowane nowe elementy pod mostem. Wieczorem instalowane będą bariery stalowe oddzielające ruch od wyciętej części jezdni, suwnica najedzie na swoje stanowisko pracy i wyrwie z mostu połowę szerokości jezdni aby po nadjechaniu następnej ciężarówki z elementem prefabrykowanym wstawić go w to samo pole. Styki płyt z elementami nośnymi mostu będą natychmiast spawane, zalewane zaprawą osiągająca min. 24 MPa po 3 godzinach. No i jeszcze trzeba rozmontować tymczasowe odbojnice, odjechać z suwnicą do najbliższej podpory. Codziennie, o 6:31 rano nie będzie śladu po budowie.

Nikt przed nami nie robił ekspertyzy (structural evaluation) zachowania się tych mostów pod obciążeniami ruchomymi (live loads) i konstrukcyjnymi (construction dead and live loads) jednocześnie. Aby uzasadnić rozmieszczenie platform podwieszonych i ustalić ruchy suwnicy wykonaliśmy pełne 3-wymiarowe modelowanie mostów, używając znakomitego programu do obliczeń statycznych ROBOT V.6 (n.b. polskiego pochodzenia, z Krakowa). Ontario Ministry of Labour bardzo blisko śledziło nasz projekt dyskutując jak w ogóle zakwalifikować nasz układ: nie jest to rusztowanie (scaffolding) bo nie stoi na ziemi, nie jest to platforma ruchoma jak do mycia okien na wieżowcach (swing stage platform) ani też most jako taki - a do każdego przypadku stosuje się odrębne przepisy bezpieczeństwa pracy. Tu musieliśmy nadstawiać gołego karku i podejmować decyzje oparte na zdrowym rozsądku, zgodne z dobrą praktyką inżynierską (common sens and a good engineering judgement).

Platformy robocze były montowane na brzegu i przewożone barkami pod most. Tam były wciągane wprost do góry i kotwiczone na czterech rogach do uprzednio zamontowanych wieszaków. Cała operacja podnoszenia z barki i montażu na wysokości mostu (35 metrów nad wodą) jednej platformy zajmowała kilkanaście minut. Początkowo, platformy były rozmieszczane symetrycznie po obu stronach podpory stałej (towers), aż osiągnęliśmy niemal balans: całe przęsło w stronę brzegu i pół przęsła głównego. W następnych etapach budowy, demontowana platforma końcowa przemieszczana była na czoło. Każda platforma wykonana z belek stalowych i pokryta sklejką, miała otwory wentylacyjne pokryte stalową siatką. Miało to łagodzić turbulencje, ssania wiatru w przestrzeni między jezdnią mostu a 1.8 m niżej zawieszoną platformą.

Zaprojektowana przez nas suwnica bramowa była konstrukcją o łącznej długości 36 m, co umożliwiało pracę nad wymianą czterech płyt jezdni z jednego ustawienia. Musiała mieć możliwość podnoszenia się i opuszczania aby przejechać pod stężeniami wiatrowymi głównymi przy podporach. Nie mogła być na gumach, bo skrajnia użytkowa jezdni na to nie pozwalała, więc zaprojektowaliśmy ją na stalowych kółkach i w ceownikach prowadnicach. Miała jedną stronę niższą od drugiej, ze względu na konfigurację chodników, oraz wymienne "nogi" z pionowej pozycji do pracy pod kątem, aby zmieścić się

w skrajni każdego mostu. Była ona sterowana hydraulicznie i miała swoje własne podnośniki linowe, które po zakończonej pracy zjeżdżały do pozycji parkującej nad chodnikiem, poza skrajnią ruchu. Wzdłuż jezdni zaprojektowaliśmy 4 belki suwnicowe, tak że z jednego ustawienia wykonawca mógł obsługiwać dowolny pas ruchu. Podwykonawcą części tego projektu była firma Applied Fluid Mechanics Inc. z Toronto.

Elementy jezdni były robione na odległym o 4.5 km polu prefabrykacyjnym. Tu stalowe kraty jezdni (orthotropic steel grid deck) były montowane razem z nowymi belkami stalowymi i zalewane betonem. Po kilku tygodniach prób i błędów, wymieniano trzy lub cztery płyty jezdni, tj. 22.5 lub 30 metrów bieżących jednego pasa ruchu w ciągu nocy, tak że co dwa dni cały front robot przesuwał się o te 22.5 metra. Praktycznie wymiana całej jezdni, chodników i poręczy na długości ponad kilometra trwała od maja do połowy października 1997, skracając dozwolony cykl budowy o niemal rok. Było to niezwykłe osiągnięcie, które się spotkało z bardzo dużym zainteresowaniem ludzi fachowych. The St. Lawrence Seaway Authority organizowało wyjazdy pokazowe, a inni generalni wykonawcy fotografowali i śledzili każdy ruch KIEWIT'a. Podsumowanie tego projektu zostało przedstawione w Toronto Construction Association i ma być przedmiotem kilku artykułów technicznych.

Dane Techniczne rozpiętości mostów:

  • wiszącego 411 m
  • wiaduktów 238 m
  • łukowego 118 m
  • kratowego 183 m
  • wiadukt najazdowy do mostu wiszącego 65 m
  • wymiana jezdni 12 100 m2
  • tymczasowe platformy robocze podwieszone pod mostami:
  • wiszącym 4 880 m2
  • wiaduktem i łukiem 2 550 m2
  • kratowym 2 170 m2
  • projektowane obciążenie użytkowe platform 2.40 kN/m2 (240 kg/m2)
  • zainstalowano nowej stali konstrukcyjnej 745 ton
  • szerokość mostu wiszącego między kablami głównymi 9 300 mm
  • stal na kable, E=24 000 000 psi
  • kable główne zrobione z 37 lin, każda lina spleciona z 7 drutów, o łącznym przekroju poprzecznym 36:1 in2
  • wieszaki między kablem głównym a dźwigarem mostu co 25 ft=7.5 metra w miejscu belek poprzecznych
  • rozpiętość przęsła głównego 750 ft (228.75 m)
  • różnica poziomów (zwis) kabla 75 ft
  • dopuszczalne obciążenie pociągiem drogowym 90.000 lbs (41 ton) przy odstępie 150 m między kolejnymi ciężarówkami do maksimum 130.000 1bs (59 ton) przy przejeździe pod eskortą.

Wojciech Remisz, M.Sc., P.Eng.

Remisz & Associates Engineering Ltd.
Remisz Consulting Engineers Ltd.
Tel.(613) 225-1162 Fax.(613) 225-4529
e-mail: remisz@remisz.com

Początek strony