Budapesti Déli összekötő Duna-híd, 2012–2013

Előzmények

Az 1873 és 1877  között épített budapesti Déli összekötő Duna-híd Magyarország első vasúti Duna-hídja volt. A hidat különböző okok miatt az elmúlt 140 évben többször át-, illetve újjáépítették. Jelenleg már az ötödik itt épített Duna-hídon bonyolódik az egyre nagyobb vasúti forgalom (11. ábra).

Már az első, 1877-ben forgalomba helyezett hídnak négy medernyílása volt, két, egyenként háromtámaszú, kétvágányú, négyszeres rácsozású vasszerkezetből. A medernyílások mérete egységesen 94,0 m volt (a híd építésekor kiforrott statikai eljárás és hídszabályzat nem volt, az első hídszabályzatot a híd megépítése után két évvel, 1879-ben adták ki). Az alulméretezett, valamint nagymértékű korróziós kárt szenvedett áthidaló szerkezet miatt a hidat először 1913-ban építették át. Ehhez a régi, jó állapotú falazatokat 1909 és 1911 között északi irányba meghosszabbították. A három mederpillér és a két parti pillér alapozása vasszerkezetű keszonnal, pneumatikus eljárással készült. Az új híd áthidaló szerkezeteit a régi híddal pár­huzamosan, attól északi irányba 12,0 m-rel eltolva helyezték el. Értelemszerűen a kéttámaszú, kétvágányú, vonóvasas, rácsos ívszerkezetek nyílása megegyezett az első hídéval.
A II. világháború alatt, 1944. december 31-én felrobbantott állandó híd helyett 1945 elején egy ideiglenes jellegű, fa és vascső cölöpjármokon nyugvó szükség­hidat építettek (12. ábra). A végleges helyreállítás gazdasági okokból és a komoly anyaghiány miatt nem volt reális cél, így 1946-ban egy félállandó jellegű hidat építettek a falazatok északi részének helyreállításával (13. ábra). A háromszintes, K rácsozású, alsópályás hadihíd kéttámaszú tartók sorozatából épült fel, támaszközönként 94,0 m nyílással (érdekességként megjegyzendő, hogy a végleges áthidaló szerkezetek 1953. évi megépítése után ezt a K rácsozású szerkezetet építették a budapesti Északi Duna-hídra – lásd 1. ábra.

A K rácsozású híd az egyre növekvő vasúti forgalom követelményeinek csak korlátozott mértékben tudott megfelelni, ezért a falazatok újjáépített déli részén először a jobb, majd a bal vágányba egy-egy egyvágányú, négynyílású, folytatólagos többtámaszú, szimmetrikus rácsozású alsópályás acélszerkezetet építettek (14. ábra). A jobb vágány hídját 1948. október 8-án, a bal vágányét pedig 1953. június 22-én helyezték forgalomba.

A forgalomba helyezés óta eltelt időben az áthidaló felszerkezeteken csak kisebb beavatkozások történtek (pl. részleges kor­ró­zi­óvédelem, vasúti pálya átépítése), de több alkalommal az alépítményeket is munkába vették:

• 1993-ban átépültek a meder- és a parti pillérek északi falazatrészei, hogy a pilléreket alkalmassá tegyék a meglévő hídszerkezetektől északra tervezett harmadik vasúti hídszerkezet alátámasztására (a harmadik szerkezet megépítésére a mai napig nem került sor, bár az továbbra is tervbe van véve).
• 1996–1997-ben elvégezték a VII. számú mederpillér keszonalapjának injektálással történő homogenizálását (nagy mélységű betonfúrási és tömegbeton-injektálási technikával, összesen 23+7 függőleges furaton keresztül).
• 2007-ben az V. számú mederpillér állagmegóvó jellegű beavatkozására került sor a megnyílt fugák lezárásával és a kimosódott üreg kiinjektálásával (lásd az 1. részben).
• Napjainkban a Déli Duna-híd két szerkezete a magyarországi vasúthálózat leg­jelentősebb hídja, messze a legnagyobb éves elegytonna-forgalommal.

Az alépítmények állapota

A mederpilléreken 2007-ben elvégzett diagnosztikai vizsgálatokat, illetve azok megállapításait az 1. részben már ismertettük, itt nem ismételjük meg. A vizsgálati jelentésben az alábbi feladatokat javasolták a mederpillérekre vonatkozóan.

• A szerkezet repedéseinek, kitöltetlen fugáinak tömítése.
• A pillérek kitöltő anyagának injektálással történő homogenizálása az alapok szintjétől a felsőbb tartományig (kb. a felső síktól számított 3 m-ig).
• A pillérek megerősítése a pillértesteken átfúrt kb. 200 mm átmérőjű függőleges irányú nagy szilárdságú vasbeton cölöpökkel (a cölöpök darabszámát, hosszát és kiosztását statikai számítás és talaj­mechanikai vizsgálatok alapján lehet meghatározni).
• A mederpillérek védelme érdekében a pillérek körüli őrfal és kőszórás helyreállítása.
• A mederpillérek tartósságának növelése céljából a pillérek átázásának mérséklése, például a legfelső részek vízzáróvá tételével.

Alépítményi beavatkozások

Első ütemben (2012-ben) a felmenőfalak és pilléralapok injektálása, valamint a kőburkolat, a beton falfelületek és a pillér­fejek vasbeton szerkezeti gerendáinak javítása valósult meg az MSc Kft. tervei alapján, a Közgép Zrt. kivitelezésében.
Az alkalmazott nyomás alatti injektálással elsősorban nem a szilárdság növelésére törekedtek, hanem egyrészt a pillértestben lévő víz kiszorítására és a kötetlen kavics és kődarabok összekapcsolására (szilárd vázba történő összefogás erőátadó módon), másrészt a hézagok lezárására (ami az újabb vízbehatolást gátolja meg). A megfelelően elvégzett injektálás eredményeként megkívánt C10 szilárdsági osztálynak megfelelő, homogenizált belső betonszerkezet elérésével a mederpillérek teherbírása a tervezett harmadik szerkezet függőleges terheinek viselésére is kellő biztonsággal alkalmassá vált. Az injektálást normál portlandce­ment vizes keverékével (cementtej­jel) végezték, melyhez a konkrét viszonyokhoz igazodó mennyiségű kötés­gyorsító és kimosódásgátló adalékszert adtak (15. ábra). Az injektálás nyomástar­to­mánya a 4–5 bar kezdeti értéktől 10–20 ba­r­ig terjedt. A falazatok ezután egy második ütemű, mikrocementes injektálást is kaptak, melyet a felületi repedé­sek erőzáró injektálással történő lezárása követett.

Az injektáláshoz szükséges fúrólyukakat a 16. ábra szerint osztották ki, 41–45 mm lyukátmérővel. Az 5,00 m magasság feletti vízszintes furatokat kézi módszerrel fúrták ki, 29–43 mm átmérővel.

A pillérek lábazati kőburkolatának sérülései az elfogadható mértéknél nagyobbak voltak, egyes lábazati kövek a dinamikus (hajó, uszadék és jég) ütközések és kimosások következtében meglazultak, kimozdultak. Mivel a kőburkolat a felmenőfal betonmagjának készítésekor zsaluzatként is szolgált, ezért a meglazult köveket az eredeti helyükre vissza kellett tenni, és az injektálás előtt rögzíteni kellett.
Az egész kőfalat a növényzettől, szennyeződéstől (fizikai sérülések nyomaitól, időjárás és városi szmog okozta mállott felületektől, acélrozsda elszíneződésektől) magasnyomású mosással gondosan megtisztították. A nagyobb kőhiányosságokat a fal betonrészének javításakor, falhoz rögzített acélhálóval megfogott lőttbetonnal kellett pótolni (17. ábra). Végül a fugák alapos kitisztítása, a mozgó, laza fugakitöltések eltávolítása után az egész kőburkolatot jó minőségű víz- és fagyálló mélyfugázó anyaggal, valamint kiegészítő utóinjektálással újrafugázták.
A felmenőfalazat betonfelületeit leg­alább 5 cm mélységig magasnyomású mosással és betonvéséssel visszabontották, majd a megbontott falra felerősített betonvas hálóra víz- és fagyálló lőttbeton került.
A pillérfej vasbeton szerkezeti gerendáján a felületi repedéseket lezárták, utána az egész betonfelületet olyan rugalmas impregnáló bevonattal látták el, amely páraáteresztő, de CO₂ behatolásgátló és megfelelően vízálló tulajdonságú.
Második ütemben (2013-ban) készült el a pilléralapok felső részének vasbeton köpenyezéssel történő helyreállítása, amely egyben a hajó- és uszadékütközésekkel szembeni védelem növelését is biztosítja. Ezt követte a pillér körüli medervédelem helyreállítása:
A pilléralap felső szakaszát a legkisebb vízszint alá 50 cm-rel levezetett vasbeton táblákkal köpenyezték körbe (18. ábra). A vasbeton táblák a pillérfalra rögzített acél tartószerkezetekre támaszkodnak fel. A betontábla alsó részébe csak nyomásra dolgozó menetes szárat építettek be.

Az 1,00 m széles, 2,00 m magas és 15 cm vastagságú, kb. 740-760 kg tömegű előregyártott vasbeton táblákból (19. ábra) a déli pillérrészen 48 db, az északi pillérrészen 28 db épült be. Az északi pillérrész déli sarkaiban speciális sarokelemek készültek. A vasbeton táblák 2 db U 120 acélkonzollal készültek, melyek a betontáblába betonozott U 100 acéltartókra vannak sarokmereven bekötve. A vasbeton táblák acél tartószerkezethez rögzítése a konzoltartó végek M16-os csavarokkal való lekötésével történt.

A vasbeton táblák a felmenőfal gránit­bur­ko­latára rögzített homloklemezes, kon­­zolos acél tartószerkezetekre támasz­kod­nak fel. A homloklemez függőlegesbe állításához min. 20 mm vastag Pägel-ha­barcs­ot, míg a rögzítéshez M16-os ragasztott tőcsavarokat használtak.
A vasbeton táblák függőlegesbe állítását és a pilléralaptól való eltartását (a 10 cm-es hátűr biztosítását) a vasbeton tábla alján elhelyezett 2 db M20-as menetes szárral biztosították. A vasbeton tábla belső alsó élébe bebetonozott L30.30.3 szögacélra 1 mm vastag felhajlított acéllemezt hegesztettek (alapesetben 15 cm-es eltartással), mely a vasbeton tábla beállítása után lezárja a betonnal kitöltendő hátűrt.
A vasbeton táblák függőleges, egymáshoz csatlakozó éleibe Ø6 cm-es hornyok készültek, ezekbe a hézagzárás érdekében műgumi tömítő szalagok kerültek.
A pilléralaptól 10 cm-es eltartásba be­épített előregyártott vasbeton táblák mögötti rést a betontáblák közötti hézagok lezárása után kibetonozták. A hát­űr­kitöltés és az előregyártott vasbeton tábla együtt dolgozását a betontáblából túlnyújtott és a hátűr vasalásához kötött acélkampók, illetve a monolit vasbetonba bekötött konzoltartók biztosítják.
A helyszíni munkálatok első lépéseként a vasbeton táblák sávjában visszabontották a pilléralapok korrodált, rongálódott acélkeszonjait (20. ábra). Az így szabaddá vált pilléralap éleit a teljes hosszon gondosan feltárva végig kellett vizsgálni, és a sérült, laza, megbomlott felületeket el kellett távolítani. A következő lépésben a fel­menőfalra (ragasztott tőcsavarokkal a grá­nitburkolatra rögzítve) felhelyezték a betontáblákat fogadó acél tartószerkezeteket (21. ábra), melyekre úszóműről daruval emelték be az előregyártott vasbeton táblákat (22. ábra). A betontáblák beszabályozása (a pilléralaptól 10 cm-es távolságra függőlegesbe állítása) után a hátűr vasszerelése és kibetonozása következett (23., 24. ábra).

Megjegyzendő, hogy az elvégzett beavatkozásokkal a híd pilléreivel kapcsolatban részletezett hiányok közül egyet csak részben oldottak meg. A pillértest-alapozás környezetének homogenizáló injektálása egyértelműen javított a középső, fix sarut alátámasztó pillér vízszintes fékezőerővel szembeni ellenállásán, de az a jelenleg hatályos előírások szerinti fékezőerőre még így sem felel meg. A 2007. évi diagnosztikai vizsgálatok alapján megfogalmazott javaslatok közül a függőleges irányú, nagy szilárdságú vasbeton cölöpökkel történő megerősítésre nem került sor.

Ezért a tervezett harmadik vágány szerkezetének, valamint a meglévő két szerkezet átépítésének tervezésekor javasolt a budapesti Északi Duna-hídnál alkalmazott speciális sarurendszert adaptálni. Ebben az esetben az új hidakról származó fékezőerőt teljes egészében a könnyebben megerősíthető hídfőkre lehet hárítani hidraulikus féktámaszok és műgumi ütközők közvetítésével (lásd 4., 5. ábra). A megoldás további előnye, hogy így a pillérek a hídtengely irányú vízszintes terhektől (beleértve a földrengést is) gyakorlatilag teljesen mentesíthetők.