Nepál, exotická země s krásnou přírodou a úžasnou historií, má velký problém v oblasti dopravy. Řešit jej pomáhali i Češi pod vedením našeho seniorního experta v oblasti mostního inženýrství Milana Komínka. Jde o zavádění nové technologie pro navrhování a stavbu mostů, která by řešila zásadní nedostatek těchto umělých staveb v Nepálu, a vedla tak ke zlepšení dostupnosti značné části země.                                                                                                           

Od roku 2008 je Nepál samostatnou federativní republikou s demokratickým systémem a s 30 miliony obyvatel. Jde o historické území mnoha malých středověkých království mezi Indií a Čínou, na úpatí hlavního pásma Himálajských velehor zahrnující i nejvyšší horu Nepálu a světa Mount Everest.

Země má v současnosti kardinální problém daný aktuálním překotným rozvojem v této části světa a tím je doprava. Jednak je to obrovské znečištění ovzduší, především od dopravní zátěže ve velkých městech, jako je čtyřmilionové hlavní město Kathmandu a celé území Kathmandu Valley. To je relativně malý prostor, ve kterém se nacházejí centra všech tří historických névarských království s hlavními nepálskými památkovými zónami UNESCO – Kathmandu, Pátan a Bháktápur. Celé toto území je propojeno řídkou sítí silnic a ulic navíc jen částečně se zpevněným povrchem. Venkov pak je závislý na zcela nedostatečné síti úzkých komunikací, velmi často pouze s prašným povrchem (obr. 1). Přitom cca 30 % obývaného území Nepálu je dopravně z dnešního pohledu takřka nedostupné, s kritickým nedostatkem především mostů. V suchém období jsou, většinou strmá koryta řek a potoků téměř vyschlá, ale mění se v hluboké prakticky nepřekonatelné překážky v období monzunů (obr. 2).

Nepálská vláda proto v roce 2015 vyhlásila program rozvoje, v němž zásadní roli hraje právě výstavba nových mostů a Nepál jich potřebuje cca 2 000. Stejně, jako v nápravě škod po devastujícím zemětřesení, tak také v tomto případě byla velmi potřebná mezinárodní pomoc.

Research for Community Acssess Partnership (ReCAP) je výzkumný program financovaný britským fondem UK Aid a řízený společností Cardno Emerging Markets (UK) Ltd. s cílem podporovat bezpečnou a udržitelnou dopravu v Africe (AfCAP) a Asii (AsCAP). Tato partnerství se soustřeďují na sdílení znalostí a zkušeností mezi zúčastněnými zeměmi za účelem lepšího využívání vhodných, levných a dostupných řešení, která maximalizují využití místních lidských a materiálních zdrojů. A právě asijská větev AsCAP se zapojila do pomoci výstavby mostů v Nepálu vyhlášením mezinárodního tendru pod názvem „Investigation of the Suitability of Pre-castst/Pre-Fabricated Modular Bridges for Rural Roads in Nepal“, ve kterém zvítězilo konsorcium složené z expertů z Velké Británie, Švýcarska a České republiky doplněné místním nepálským partnerem. Vedení týmu, administrativní a ekonomickou část dostala na starost britská strana (team leader R. Workman) a veškerá odborná, technická část od návrhu po realizaci byla svěřena české straně (cheef bridge engineer M. Komínek).

Koncepce řešení

Projekt byl definován v rámci programu aplikovaného výzkumu velmi obecně, takže nebylo jednoduché splnit jeho podmínky a promítnout je do konkrétního fyzického výstupu. Měla být navržena a realizována technologie modulárních mostů pro venkovské a místní pozemní komunikace vhodná pro všechna prostředí, tedy jak do nepálských nížin na jihu země, tak do specifických podmínek často obtížně dostupné kopcovité až horské krajiny, která tvoří převážnou část Nepálu (obr. 1).

Obr. 1: Typická obtížně dostupná nepálská krajina

Obr. 2: Koryto řek v kopcích Nepálu v období monzunů

Projekt byl zahájen v listopadu 2016 rozsáhlou rešerší dostupné světové literatury v oblasti aplikovaného výzkumu a známých realizací, a výsledky pak byly představeny na prvním workshopu v Kathmandu na jaře 2017 za přítomnosti nepálských partnerů, nepálské vlády, ministerstva místní infrastruktury Department of Local Infrastructure (DoLI), zástupců investorů, projektantů a zhotovitelů z jednotlivých regionů země. Na základě této přípravné fáze a několikadenní diskuze s místními partnery byly dodefinovány okrajové podmínky a zásady možného technického řešení, vhodného a realizovatelného ve složitých a specifických podmínkách Nepálu pro rozpětí jednoho pole mostu 20 – 40 m, při základním šířkovém uspořádání místních komunikací 5,45 m, s možností jejich rozšíření.

Nepálská vláda jednoznačně preferovala řešení s využitím dostupných místních surovin, tedy betonu oproti oceli, která se musí dovážet z Indie nebo z Číny, čímž byl definován materiál. Dále pak technologie musela respektovat složitou dopravní dostupnost, z čehož vyplývalo, že jednotlivé mostní prvky budou mít omezené rozměry (max. 2 x 2,5 m) a omezenou váhu (max. 3 t). Prvky tedy musely splňovat podmínku snadné výroby, dopravy a montáže s využitím dostupných dopravních a montážních prostředků a využitím domácí pracovní síly. Důležitým požadavkem bylo rovněž zajištění a kontrola kvality výroby a ekonomická náročnost.

Z uvedených okrajových podmínek vycházelo řešení, které vedlo k systému předpjatých nosníků složených z prefabrikovaných betonových prvků - modulů , což ale byla pro Nepál technologie zcela nová, neboť prefabrikace v mostním stavitelství nebyla nikdy v zemi realizována i když monolitické mosty z předpjatého betonu ano. To bylo právě velmi důležité při rozhodování, neboť jsme se při námi vyžádané návštěvě místních výroben a stavenišť přesvědčili, že předpjatý monolitický beton je již v Nepálu používán, takže prefabrikace dostala reálný předpoklad. Prefabrikace zaručovala lepší kontrolu kvality výroby modulárních prvků a hlavně umožňovala celoroční výrobní cyklus, tedy v monzunovém období výrobu modulů a v období sucha pak montáž a tak možnost výstavby celého mostu během jednoho roku.

Zbývalo definovat tvar nosníků. Ve světě je samozřejmě známá a běžně realizovaná celá řada tvarů příčného řezu, které ovšem všechny vycházejí ze staticky nejúčinnějšího tvaru písmene I, tedy stojiny s horní a dolní přírubou v nejrůznějších variantách. Komorový průřez (průřez I se zdvojenou stojinou) ani dvoutrám s horní deskou nebyly vzhledem k rozpětí, požadovanému šířkovému uspořádání a striktnímu omezení rozměrů a váhy vhodnou volbou. Přednost dostal tvar obráceného písmene T s malou horní přírubou doplněnou do účinného statického systému až dodatečně na stavbě dobetonovanou spřaženou deskou. Jeho velká výhoda oproti tvaru písmene T s malou spodní přírubou spočívá v tom, že pro výrobu, dopravu i montáž se manipulace s moduly odehrává bez horní příruby, tedy s minimalizovanými rozměry i váhou.

Obr. 3:   Základní geometrie modulů, nosníku a předpětí

Byla tak určena výsledná koncepce technického řešení vodorovné nosné konstrukce. Základním konstrukčním prvkem je nosník rozdělený na jednotlivé moduly podle základních typů - podporových (modul A), přechodových (modul B) a běžných (moduly C,D,E), kvůli váze s délkou 1,55 m - 2,0 m a výškou 1,5 m - 2,0 m pro rozpětí mostů 20 m - 40 m. (obr. 3). Kontaktní spára mezi moduly je opatřena ozuby. Předpětí je vedeno přímými kabely v dolní přírubě a zvedanými kabely ve stojině nosníku. S rostoucí délkou nosníků se zvyšuje výška průřezu a počet zvedaných kabelů ve stojině (obr. 3). Na horní úzké přírubě jsou umístěny trny pro následné spřažení s monolitickou deskou. Byla uvažována i varianta plně prefabrikované spřažené desky, ale vzhledem k náročnosti tohoto řešení v současnosti i ve vyspělých zemích bylo konstatováno, že na prvních pilotních mostech se ověří především prefabrikace nosníků a možnost prefabrikované desky se ponechá jako výzva pro další následné aplikace.

Volba staveniště, projektová příprava a tendr na zhotovitele

Ministerstvo místní infrastruktury DoLI rozhodlo o lokalitách prvních dvou pilotních mostů. První most Baughi v chudé oblasti složitě dostupné nížiny na jihu Nepálu u indických hranic v oblasti Parsa cca 80 km vzdušnou čarou od hlavního města, ale 8 hodin jízdy terénním automobilem (obr. 4). Druhá lokalita most Golmagad byla zvolena zcela na západě Nepálu, cca 500 km od Kathmandu, asi 5 dní jízdy autem, ale dostupná letecky a posledních 30 km několikahodinovou jízdou terénním autem v kopcích oblasti Doti (obr. 5). Toto konstatování pouze dokresluje složitost dopravní dostupnosti některých oblastí země a stavu pozemních komunikací, což jsme si mohli ověřit sami při návštěvách venkova a stavenišť, jak dokumentují naše fotografie.

Obr. 4: Původní přechod/brod přes řeku-most Baughi

Obr. 5: Stavba pilotního mostu Golmagad v nepřístupném terénu

Oba mosty na rozpětí 20,0 m a 25,0 m byly navrženy na základní šířkové uspořádání místních venkovských komunikací (obr. 6).

Zpracování vlastní projektové dokumentace bylo další důležitou etapou projektu, na níž se kromě českého týmu podílela domácí skupina Lokal Roads Bridge Support Unit (LRBSU), jako partner DoLI, financovaná švýcarskou agenturou Swiss Agency for Development and Cooperation. Česká strana plnila funkci odborného konzultanta a technické kooperace na pracovišti v Kathmandu a v Praze a celkové supervize projektové dokumentace, včetně zadávací tendrové dokumentace. Dále pak v průběhu tendru na zhotovitele a během celého procesu vlastní realizace obou mostů přímo na staveništi při rozhodujících fázích výstavby, hlavně při výrobě ocelových forem pro prefabrikované moduly, při montáži na stavbě, předpínání a při závěrečné přejímce mostu. Veškeré procesy projekční a realizační probíhaly podle IRC (Indian Road Congress) Specification, Standards a Design Codes.

Obr. 6: Šířkové uspořádání pilotních mostů

Soutěž na zhotovitele obou mostů se ukázala být složitým procesem podobně jako u nás i v Nepálu a nakonec zdržela projekt o více než rok. Na základě ministerského tendru bylo posléze vybráno konsorcium tří nepálských firem.

Most Baughi Khola v regionu Parsa

Stavba prvního mostu byla zahájena výrobou forem pro betonáž modulů tří základních příčných průřezů (podporového, přechodového a běžného v poli o proměnných délkách). Doporučovali jsme přenechat formu specializované zahraniční firmě v zájmu univerzálnosti řešení a mnohanásobné obratovosti výroby. Kvůli omezeným finančním prostředkům zůstala výrobní linka v rukou hlavního zhotovitele stavby, který se nakonec tohoto úkolu za naší osobní asistence přiměřeně zhostil. Po zvážení místních možností byla navržena výroba na dlouhé dráze. Prefa byla zřízena ve vzdálenosti cca 20 km od staveniště se zajištěnou kontrolou kvality výroby včetně certifikované státní laboratoře a moduly byly dopravovány po relativně přístupné trase k mostu. Montáž pak probíhala na ocelové skruži uložené na mělkém umělém násypu z místního štěrkového materiálu založeného v korytě řeky, v období sucha prakticky vyschlé (obr. 7).

Obr. 7:  Montáž pilotního mostu Baughi na dočasném násypu a skruži

Obr. 8:  Předpínání nosníků na mostě Baughi

Jednou z rozhodujících fází stavby bylo předpínání nosníků (obr. 7 a 8). To, že jsme v jiné zemi s jinou kulturou a zvyky, se projevovalo i na přístupu ke stavbě a víře v novou technologii. Když místní pracovníci před zahájením předpínání zapálili na každém konci mostu svazky posvátných vonných indických tyčinek, celý most jimi provoněli a pod naším dohledem a na základě našich pokynů, za přihlížení domorodých obyvatel a velkého stáda koz a možná s pomocí boží se začalo předpínat, působilo to až mysticky. Předpínací systém Freyssinet byl v tu chvíli sice také důležitý, ale kdo ví.

Obr. 9:   Dokončený první most Baughi

Po dobetonování spřažené desky byl most dokončen (obr. 9), aby mohl sloužit po dobudování navazující silnice k napojení venkovských oblastí na regionální silniční síť, a nahradit tak brod (obr. 4), který v období monzunů velmi komplikoval propojení území na obou březích řeky.

Most Golmagad Khola v regionu Doti

Druhý pilotní most měl navazovat včetně některých poučení na stavbu prvního mostního objektu v Baughi, a proto byla ministerstvem vybrána lokalita dopravně obtížná, tedy varianta horská. Ukázalo se však, že podmínky budou ještě obtížnější, než se čekalo, poněvadž po realizaci spodní stavby mostu byla mohutným sesuvem svahu, což je mimochodem běžná událost v Nepálu, přerušena jediná slušná přístupová cesta ještě vhodná pro dopravu, byť lehkých modulů z připravené, vybavené výrobny, a my jsme byli nuceni dát pokyn ke zřízení mobilní ambulantní výroby prefabrikovaných modulů na dlouhé dráze přímo na stavbě (obr. 10).

Obr. 10: Výroba modulů na dlouhé dráze u mostu Golmagad

Lokální vláda nebyla schopna zával odstranit a celá stavba byla ohrožena. Možnost, že zůstane v kopcích pouze spodní stavba mostu nebyla vyloučena. Další změna pak byla náhrada původně navržené ocelové skruže pro montáž modulů dočasným násypem z okolního vhodného kamenitého materiálu, na jehož upraveném povrchu byla zřízena montážní plošina a na ní se následně montáž realizovala (obr. 5). Rovněž meziskládka vyrobených modulů byla improvizovaná. Nakonec se stavbu podařilo úspěšně dokončit těsně před monzunovými přívalovými dešti, které by v daném terénu byly pro nedokončenou stavby na umělém násypu v korytu řeky devastující. Stavba těmito vynucenými změnami prokázala životaschopnost a univerzálnost technologie právě pro specifické podmínky různých prostředí Nepálu a to i v situacích velmi komplikovaných.

Manuál

Manuál byl významnou částí projektu odpovídající našemu typovému podkladu, který zpracoval výhradně český tým (L. Dvořák a M. Komínek) a byl tvořen průběžně po dobu prací na projektové dokumentaci a během realizace obou pilotních mostů. Je určen pro investory, správce, projektanty a dodavatele jako návod a vodítko při koncepčních úvahách a výběru vhodné technologie v prvních fázích projektu. Umožňuje rychlé a jednoduché posouzení a stanovení základních rozměrů. Dále geometrii prvků mostu, včetně spotřeby hmot (betonu, betonářské a předpínací výztuže), a tedy i předběžného odhadu nákladů. Kromě postupu pro základní konstrukční návrh a statické posouzení Manuál popisuje rovněž zásady pro výrobu modulů s definicí výroby na dlouhé a krátké výrobní dráze, zásady pro zřízení meziskládky modulů se zásadami manipulace, dopravy a montáže na stavbě, včetně předpínání (obr. 11), což jsou vždy pro projektanta důležité základní i doplňující informace při jeho práci na projektové dokumentaci.

Závěrečné školení, workshop a budoucí výzvy

Obr. 11: Montáž a předpínání nosníků podle Manuálu

Součástí kontraktu bylo vyškolení a seznámení dostatečného okruhu místních mostních odborníků se zásadami návrhu mostů podle nové technologie na základě zpracovaného Manuálu a statických výpočtů z realizované projektové dokumentace prvních dvou postavených mostů a připravit tak skupinu místních inženýrů na následnou realizaci dalších mostních konstrukcí. Epidemie Covid-19 zkomplikovala a doslova ohrozila závěrečnou část celého projektu. Po složité dohodě byla nakonec tato akce místo jednání na místě v Nepálu realizovaná několikadenní videokonferencí na lince Londýn – Praha – Kathmandu. Stejným způsobem proběhl i závěrečný workshop, který úspěšně splnil cíl zásadní osvěty pro vlivné vládní, ministerské a finanční složky země, které rozhodují o zavádění a uplatňování nových metod v reálném ekonomickém prostředí Nepálu.

V závěrečné zprávě byly uvedeny kromě shrnutí celého projektu rovněž některá doporučení a výzvy pro zdokonalení této technologie v Nepálu do budoucna:

• uvažovat o zřízení sítě střediskových výroben modulů s přiměřenou dovozní vzdáleností na staveniště v daném regionu,
• dokončit započatý vývoj prefabrikované spřažené desky, případně s využitím spojů z betonů vysoké kvality HPC, resp. UHPC, neboť pro první pilotní mosty se tato technologie jevila jako příliš náročná pro nepálskou praxi, když i ve vyspělých zemích to není běžné z mnoha důvodů a v Nepálu bylo důležité nejdříve prokázat reálnost výroby předpjatých nosníků sestavených z modulů s omezenou váhou a rozměry,
• uvažovat v budoucnu o využití betonů vyšší kvality přímo pro moduly a tím s redukcí jejich váhy,
• vzhledem k navrženému příčnému řezu ve tvaru obráceného T rozvinout možnost výroby nosníků na menší rozpětí 10 - 20 m bez horní úzké příruby s další možností aplikace celých nosníků s technologií předem předpjaté konstrukce pro lépe dostupná staveniště např. v obcích a městech,
• návrh typizované skruže a typizovaných zavážecích vozíků nebo jiné technologie montáže například uvedené v Manuálu (obr. 11), rozpracovat metodiku pro různá šířková uspořádání a mosty o více polích, jejichž princip je popsán v Manuálu.

Shrnutí projektu

Projekt probíhající v letech 2016 až 2020, byl sice náročný, ale nakonec úspěšný. Nepálské ministerstvo infrastruktury na závěr uvedlo, že tento ambiciózní projekt s velmi slibnými výstupy prokázal, že v Nepálu existuje kapacita pro navrhování i realizaci modulárních mostů touto technologií v prostředí nížin Terai i v kopcích. Technologii označilo za velmi vhodnou, protože ji je možné využít pro širokou škálu mostů malých a středních rozpětí od 10 do 40 m nebo i více v různých šířkových uspořádáních, případně pro mosty o více polích. Byla rovněž prokázána finanční konkurenceschopnost, zvláště při zavedení hromadné výroby modulů s výhodou možnosti celoroční stavební sezony díky předvýrobě segmentů v období monzunů a samozřejmě s vyšší mírou dodržení kvality a rychlosti výstavby.

Autor: Milan Komínek
Článek vyšel v publikaci ČKAIT Inženýrská komora 2021.