PREFABRYKACJA BETONOWA W BUDOWNICTWIE INFRASTRUKTURALNYM

Trzeci artykuł z cyklu prefabrykacji poświęcony jest jej zastosowaniu w szeroko pojętym budownictwie infrastrukturalnym. To niezwykle obszerne i mocno zróżnicowane zagadnienie, zwłaszcza pod względem kształtów, wagi i rozpiętości.

Elementy prefabrykowane stosowane w budownictwie infrastrukturalnym klasyfikuje się zwykle według kilku kryteriów:

ze względu na masę i gabaryty wyróżnia się elementy drobnowymiarowe (o masie do ok. 200 kg), średniowymiarowe
oraz wielkowymiarowe, których masa jednostkowa przekracza
3–5 t, a w przypadku segmentów mostowych czy fundamentów turbin
wiatrowych sięga nawet kilkudziesięciu ton;
pod względem kształtu można mówić o elementach prętowych, płytowych, blokowych, rurowych i przestrzennych;
ze względu na rozwiązania konstrukcyjne elementy dzielimy na niezbrojone, zbrojone zwykłym zbrojeniem oraz sprężone (strunobetonowe i kablobetonowe), które dzięki wstępnemu naprężeniu zbrojenia pozwalają uzyskiwać smuklejsze przekroje i większe rozpiętości przy mniejszym zużyciu materiału.
W artykule zaprezentowano zastosowanie prefabrykacji betonowej w czterech głównych obszarach budownictwa infrastrukturalnego: w obiektach drogowo-mostowych, w infrastrukturze kolejowej, w sieciach wodno-kanalizacyjnych oraz w budownictwie energetycznym. Skoncentrowano się w nim przede wszystkim na elementach średnio i
wielkowymirowych.

INFRASTRUKTURA DROGOWO-MOSTOWA
Belki i przykrycia mostowe
Najbardziej rozpoznawalnym zastosowaniem prefabrykacji w mostownictwie jest produkcja sprężonych belek typu T (Mosty Łódź), Kujan NG, MGT czy belki Trio do budowy przęseł mostów, wiaduktów i estakad o rozpiętościach od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów.

Belki te wytwarza się na stanowiskach sprężania w zakładach prefabrykacji, w których struny sprężające naciągane są przed betonowaniem, a po osiągnięciu wymaganej wytrzymałości betonu siła przekazywana jest na element. Takie rozwiązanie pozwala uzyskać znaczną nośność przy relatywnie niewielkim przekroju konstrukcyjnym. Zakres zastosowań prefabrykacji w mostownictwie systematycznie się poszerza wraz z rozwojem sprzętu transportowego i montażowego – wzrost udźwigu żurawi umożliwił prefabrykację elementów nawet o rozpiętości 50 m i wadze ponad 100 t.
Dużą grupę rozwiązań – coraz częściej stosowaną szczególnie przy budowie dróg ekspresowych i autostrad – stanowią systemy prefabrykowanych ram i łuków do przejść dla zwierząt. Obecnie realizowane są projekty wg systemów ABM, Optem, Viacon czy Freysinnet.

W przypadku mniejszych rozpiętości, aby zapewnić przejście pod pasem drogowym lub kolejowym zwierzętom albo przepływ cieków wodnych, stosowane są przepusty skrzynkowe. Zastosowanie gotowych segmentów przepustów pozwala skrócić czas zamknięcia ruchu na skrzyżowaniu drogi z ciekiem wodnym czy linią kolejową do niezbędnego minimum. Ściany oporowe należą do podstawowych konstrukcji inżynierskich. Ich główną funkcją jest zabezpieczenie przed przemieszczeniem gruntu, dzięki czemu możliwości zagospodarowania terenu są znacznie większe niż w przypadku stosowania skarp. Wykorzystuje się ściany o wysokości od 1 m do nawet 4 m, które projektowane są dla 6 wariantów obciążenia.

Elementy uzupełniające i wyposażenie techniczne
Do grupy prefabrykatów drogowo–mostowych zalicza się również elementy o mniejszym stopniu skomplikowania konstrukcyjnego, leczkluczowym znaczeniu funkcjonalnym: krawężniki, obrzeża, korytkaściekowe, elementy odwodnienialiniowego, bariery ochronne, ekranyakustyczne oraz prefabrykowaneskrzydła i płyty przejściowe przyczółków mostowych.

INFRASTRUKTURA KOLEJOWA I TRAMWAJOWA
Podkłady i podrozjazdnice strunobetonowe
Podstawowym i najbardziej masowym zastosowaniem prefabrykacji betonowej w budownictwie kolejowym jest produkcja podkładów strunobetonowych, które w Polsce niemal całkowicie wyparły tradycyjne podkłady drewniane na liniach o większym natężeniu ruchu. Podkłady te wytwarza się jako elementy sprężone. Produkcja podkładów i podrozjazdnic betonowych podlega w Polsce wymaganiom normy europejskiej PN-EN 13230.

Elementy peronowe, konstrukcje wsporcze i infrastruktura trakcyjna
Prefabrykacja betonowa obejmuje w kolejnictwie znacznie szerszy zakres niż same podkłady. Do grupy tej należą prefabrykowane płyty i krawędzie peronowe, elementy ścian oporowych wzdłuż torowisk, fundamenty i konstrukcje wsporcze słupów trakcyjnych, a także przepusty kolejowe wykonywane z segmentów żelbetowych analogicznie jak w budownictwie drogowym. Aktualne przepisy Id-22 kierują nowe inwestycje peronowe w stronę systemu S+K.

Interesującym kierunkiem rozwoju są rozwiązania łączące prefabrykację z modernizacją węzłów o dużym natężeniu ruchu. W ostatnich latach zrealizowano w Polsce projekty modernizacji skomplikowanych rozjazdów tramwajowych na bazie prefabrykowanych elementów torowych, co pozwoliło radykalnie skrócić czas zamknięcia newralgicznych skrzyżowań komunikacyjnych, obsługujących setki tysięcy pasażerów dziennie. Precyzyjne wykonanie elementów w warunkach fabrycznych oraz ograniczenie zakresu prac wykonywanych bezpośrednio w torowisku przekłada się na mniejszą uciążliwość inwestycji dla mieszkańców i niższe koszty utrzymania ruchu zastępczego w trakcie realizacji.

INFRASTRUKTURA WODNO-KANALIZACYJNA
Sektor wodociągowo-kanalizacyjny należy do obszarów, w których udział prefabrykacji betonowej jest szczególnie wysoki, co wynika ze specyfiki tych obiektów – liniowego charakteru sieci, powtarzalności elementów oraz konieczności prowadzenia robót ziemnych w trudnych warunkach gruntowo-wodnych, w przypadku których skrócenie czasu otwartego wykopu ma bezpośrednie znaczenie dla bezpieczeństwa i kosztów realizacji.

Do podstawowych prefabrykatów stosowanych w budowie sieci kanalizacyjnych i wodociągowych należą:
• kręgi betonowe i żelbetowe wykorzystywane do budowy studni rewizyjnych, wpustów kanalizacyjnych,wodomierzowych i chłonnych, montowane jako zestawy elementóworóżnej wysokości, uzupełnione prefabrykowanymi płytami pokrywowymi i włazowymi;
• rury betonowe i żelbetowe o przekroju kołowym oraz jajowym, stosowane w kanalizacji grawitacyjnej,w tym rury WIPRO i inne konstrukcje wzmacniane zbrojeniem obwodowym dostosowanym do głębokościposadowienia i obciążeń naziomu;
• prefabrykowane komory – rozprężne, zasuw, pomiarowe orazkomory na sieciach tłocznych,wykonywane jako gotowe modułydostarczane na plac budowy i montowane bez konieczności wykonywania szalunków na miejscu;
• zbiorniki żelbetowe – retencyjne, przeciwpożarowe oraz technologiczne, budowane z prefabrykowanych elementów ściennych i płytowych łączonych na miejscu w konstrukcję szczelną;
• przepusty i separatory wykonywanejako elementy monolityczne prefabrykowane, montowane w gotowejformie w wykopie;
• odwodnienia liniowe dla dużychparkingów i placów manewrowych.

Zastosowanie prefabrykatów w tym segmencie budownictwa istotnie usprawnia organizację robótliniowych. Produkcja elementówodbywa się równolegle do prac ziemnych, co pozwala skrócić czas trwaniainwestycji i ograniczyć okres, w którym wykop pozostaje otwarty, co maznaczenie zarówno dla bezpieczeństwapracy, jak i dla minimalizacji utrudnień komunikacyjnych na terenach zabudowanych. Jakość elementówwodno-kanalizacyjnych, w szczególności szczelność połączeń kielichowychi uszczelek, podlega rygorystycznymwymaganiom norm zharmonizowanych, których niespełnienie może prowadzić do infiltracji wód gruntowych do sieci kanalizacyjnej lub odwrotnie – eksfiltracji ścieków do gruntu.

ELEMENTY PREFABRYKOWANE DLA BUDOWNICTWA ENERGETYCZNEGO
Elementy elektrowni wiatrowych
Polscy producenci konstrukcji żelbetowych realizowali już projekty, w ramach których w warunkach fabrycznych, w specjalistycznych formach, wytwarzano segmenty wieżowe oraz elementy fundamentowe dla farm wiatrowych, co pozwoliło utrzymać rytm produkcji na poziomie jednej wieży tygodniowo, przy zachowaniu pełnej kontroli parametrów wytrzymałościowych betonu na kolejnych etapach dojrzewania – od wytrzymałości wczesnej, warunkującej rozformowanie elementu po kilkunastu godzinach, po wytrzymałość 28-dniową.

Słupy i fundamenty liniielektroenergetycznych
Drugim filarem prefabrykacji betonowej w energetyce są elementy napowietrznych linii elektroenergetycznych. Żelbetowe słupy energetyczne, produkowane najczęściej metodą wirowania, zapewniającą wysoką jednorodność betonu i gładką powierzchnię zewnętrzną, wykonuje się w typowych długościach 10 m i 12 m w wariantach: słup pojedynczy, bliźniaczy, słup w układzie A oraz słup z podporą – w zależności od konfiguracji linii i występujących obciążeń. Analogiczną technologię stosuje się do produkcji słupów oświetleniowych oraz słupów teletechnicznych. Niemniej istotną grupą prefabrykatów energetycznych są fundamenty słupów linii napowietrznych, w tym typizowane fundamenty płytowe oraz tzw. ustoje, złożone z płyt górnych, dolnych i bocznych, przenoszące na grunt siły wywołane parciem wiatru na przewody i konstrukcję słupa.

Prefabrykacja obejmuje również elementy stacji transformatorowych: prefabrykowane kontenerowe stacje SN/nn, fundamenty pod aparaturę rozdzielczą oraz płyty i ściany oporowe terenów ogrodzonych obiektów energetycznych, w przypadku których powtarzalność rozwiązań typowych sprzyja pełnej industrializacji procesu produkcyjnego.

Podsumowanie
Prefabrykacja betonowa stanowi dziś trwały i wciąż rozwijający się element krajobrazu polskiego budownictwa infrastrukturalnego. W obiektach drogowo-mostowych pozwala skracać czas budowy przęseł i eliminować uciążliwe roboty, jak deskowanie na wysokości. W kolejnictwie zapewnia jednorodną, sprawdzoną jakość podkładów i elementów torowych na tysiącach kilometrów sieci. W infrastrukturze wodno-kanalizacyjnej umożliwia sprawną, powtarzalną budowę sieci liniowych w trudnych warunkach gruntowych. Natomiast w energetyce – od fundamentów turbin wiatrowych po słupy linii napowietrznych – odpowiada na rosnące zapotrzebowanie na szybkie, przewidywalne i częściowo odwracalne rozwiązania konstrukcyjne. Wspólnym mianownikiem wszystkich tych zastosowań pozostaje przeniesienie ciężaru procesu wytwórczego z placu budowy do kontrolowanych warunków zakładu produkcyjnego, przy zachowaniu szczególnej staranności na etapie projektowania i wykonania połączeń montażowych, które decydują o trwałości całej konstrukcji.

Archiwum: Betard