NADZÓR NAUKOWY NAD PROCESEM PROJETOWANIA
I BUDOWY OBIEKTÓW MOSTOWYCH.
WYBRANE ZAGADNIENIA I WNIOSKI
Krzysztof ŻÓŁTOWSKI*,
*)
dr hab. inż., prof. nadzw. PG, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki
Gdańskiej
1. WSTĘP
W ostatnich latach nastąpiło znaczne nasilenie inwestycyjnych i remontowych
prac budowlanych związanych z infrastrukturą komunikacyjną kraju. Skutkiem
bezpośrednim tej bezprecedensowej sytuacji stało się duże zapotrzebowanie na
prace projektowe. Niestety, proces inwestycyjny w fazie przygotowania uwikłał
projektantów w skomplikowane i często niespójne procedury administracyjne,
kładąc w ten sposób główny nacisk na stronę formalno-prawną projektu.
W rezultacie zdarza się, że Projektant zaangażowany w przezwyciężanie
kolejnych progów machiny biurokratycznej nie ma dość czasu na dopracowanie
merytoryczne dokumentacji.
Potknięcia Projektanta są utrapieniem dla służb Inwestora gdy na etapie
realizacji trzeba weryfikować rodzaj i zakres prac budowlanych. Jest to
oczywiście związane z dodatkowymi wydatkami, na które inwestor publiczny
z definicji nie chce się godzić. W niekorzystnej sytuacji jest także Wykonawca.
Musi on wykazać, że usterki projektowe były niemożliwe do wykrycia na etapie
przygotowania oferty i stara się przekonać Inwestora do swoich kosztów
związanych ze zwiększonymi lub dodatkowymi pracami. Projektant jest
w sytuacji najgorszej, ponieważ Inwestor dąży do przerzucenia dodatkowych
kosztów na jego barki.
Opisany mechanizm jest wielkim uproszczeniem złożonego procesu, ale
pomimo to pokazuje niedoskonałości mechanizmu inwestycyjnego w tym
zakresie.
Kluczem do rozwiązania problemów jest bezbłędna dokumentacja,
zawierająca bezpieczne i optymalne rozwiązania konstrukcyjne, prawidłowe i
szczegółowe przedmiary oraz wyczerpujące specyfikacje. Niestety,
dokumentacja jest wytworem ludzkim i jak każde dzieło człowieka z natury
rzeczy jest obarczona mniejszymi lub większymi błędami. Szkoda tylko, że ten
powszechnie znany fakt nie ma odzwierciedlenia w procedurach prawnych,
które regulują pracę Projektanta i działania Inwestora. Ponadto znamienne jest,
że błędy w pracy zawodowej Projektanta są traktowane wysoce
nieproporcjonalnie ostro w stosunku do błędów innych grup zawodowych.
2. NADZÓR NAUKOWY
W świetle opisanych zdarzeń inwestorzy publiczni, chcąc ograniczyć kłopoty,
coraz częściej posiłkują się dodatkowym konsultantem zwanym potocznie
Nadzorem Naukowym. Rolą Nadzoru Naukowego jest na ogół merytoryczna
ocena dokumentacji projektowej, na którą składa się:
• Ogólna ocena przyjętych założeń i rozwiązań projektowych.
• Niezależne przeliczenie statyczne i wytrzymałościowe struktury.
• Weryfikacja przyjętych przekrojów, zbrojenia, sprężenia i ocena
kluczowych detali konstrukcyjnych.
• Ocena faz budowy, stanów montażowych i zastosowanych do
wbudowania produktów.
• Doradztwo i rozwiązywanie bieżących problemów na etapie
projektowania technologicznego i wykonawstwa obiektu.
• Rzadko Nadzór Naukowy prowadzi weryfikację procesu projektowania
mostu w biurze projektowym.
Można zatem powiedzieć, że Nadzór Naukowy dokonuje dodatkowej
merytorycznej weryfikacji dokumentacji i wspomaga swoją wiedzą teoretyczną
Inwestora w procesie budowy. Nadzór Naukowy jest prowadzony przez osoby
ze środowiska akademickiego posiadające równocześnie stosowne uprawnienia
do sprawowania samodzielnych funkcji w budownictwie.
Celem podstawowym pracy Nadzoru Naukowego jest podniesienie jakości
wykonywanych konstrukcji polegające na dopracowaniu dokumentacji
technicznych i procesów technologicznych w drodze konsensusu z Inwestorem,
Projektantem i Wykonawcą.
3. PRZYKŁADY
Wiadukt nad drogą krajową nr 7 w Nowym Dworze Gdańskim
Ustrój nośny stanowi łuki stalowe, do których podwieszono przy pomocy
skośnych wieszaków sprężony żelbetowy pomost. Łuki odchylone są od pionu o
kąt 120 (rys.1). Nadzór Naukowy z Politechniki Gdańskiej został zaangażowany
przez GDDKiA w Gdańsku w momencie wystąpienia istotnych problemów w
czasie sprężania przęsła (rys.2). W ramach
przeprowadzonych prac wykonano
złożoną analizę statyczno-wytrzymałościową przęsła i strefy zakotwień kabli
sprężających.
Rys. 1. Przęsło wiaduktu. Struktura i sprężenie – model MES SOFiSTiK
Rys.2 Uszkodzony fragment sprężanej poprzecznicy, wycinkowy model MES
i symulacja zarysowania
Przeprowadzone analizy i badania pomogły w podjęciu decyzji o naprawie
uszkodzonych fragmentów i stały się wskazówką przy projektowaniu
podobnych obiektów w ciągu Obwodnicy Południowej Gdańska.
Most przez Wisłę w Sandomierzu.
Jest to most sprężony budowany techniką betonowania nawisowego (rys.3).
Nadzór Naukowy z Politechniki Warszawskiej i Politechniki Gdańskiej został
zaangażowany do pracy przy projektowaniu i budowie mostu. Przeprowadzono
weryfikację statyczno-wytrzymałościową konstrukcji przęseł w fazach
montażowych i w stanie docelowym. Po uwagach Nadzoru Naukowego
Projektant wprowadził istotne korekty przekrojów poprzecznych, ilości kabli
sprężających i miejsc usytuowania
głowic kotwiących. Ponadto Nadzór
Naukowy uczestniczy jako doradca w procesie budowy mostu
.
Rys.3 Gotowe przęsła (fot. Echodnia.eu). Fragment struktury przęsła i trasy kabli -
model MES SOFiSTiK
Most przez Wisłę pod Grudziądzem
Rys. 4. Wizualizacja przęseł (źródło: www.autostradaa1.pl). Modele numeryczne przęseł
i podpory nurtowej w środowisku MES SOFiSTiK
Jest to most sprężony budowany techniką betonowania nawisowego (rys.4) w
ciągu autostrady A1. Nadzór Naukowy z Politechniki Gdańskiej
został
zaangażowany przez Inwestora – Gdańsk Transport Company SA w celu
przeanalizowania zagadnień nośności podpór nurtowych. W ramach prac
przeprowadzono kompleksowe obliczenia z wykorzystaniem zaawansowanych
technik modelowania numerycznego (rys.4) i wskazano kierunki projektowania.
Nadzór Naukowy wprowadził także modyfikacje do projektu, wykonał jego
weryfikację i uczestniczył jako konsultant w procesie budowy.
Most Rędziński we Wrocławiu
W ramach projektowania i budowy Mostu Rędzińskiego przez rzekę Odrę w
ciągu Obwodnicy Wrocławia (rys.5), zaprojektowanego przez zespół pod
kierownictwem prof. Jana Biliszczuka. Inwestor (Generalna Dyrekcja Dróg
Krajowych i Autostrad, Oddział we Wrocławiu) powołał grupę doradców z
Politechniki Warszawskiej i Politechniki Gdańskiej. Zadaniem zespołu jest
pomoc w rozwiązywaniu bieżących problemów projektowych i wykonawczych
oraz innych zagadnień związanych z
późniejszą eksploatacją obiektu.
Dotychczas w ramach swoich prac Nadzór Naukowy przeanalizował globalny
układ konstrukcyjny i wybrane zagadnienia lokalne oraz doradzał Inwestorowi
w problematyce budowy. Działania Wykonane prace pomogły Projektantowi w
przyjęciu ostatecznych rozwiązań dotyczących konstrukcji pylonu i przęseł.
Obecnie Nadzór Naukowy prowadzi prace analityczne dotyczące napięcia
układu podwieszenia i uczestniczy aktywnie w rozwiązywaniu bieżących
problemów.
Rys.5. Most Rędziński. Wizualizacja(Mosty Wrocław) i modele numeryczne
MES SOFiSTiK
Obwodnica Południowa Trójmiasta.
Nadzór Naukowy z Politechniki Gdańskiej został zaangażowany przez GDDKiA
w Gdańsku do dokonania oceny rozwiązań projektowych obiektów mostowych
Obwodnicy Południowej zaprojektowanych przez Transprojekt Gdański. W
skład obiektów mostowych Obwodnicy wchodzą między innymi (rys.6):
•
Estakada sprężona, nasuwana podłużnie o długości niespełna 2400m,
podzielona na 8 oddylatowanych segmentów.
•
Most sprężony nad Motławą, typu Extradosed o rozpiętości przęsła
głównego 135 m
•
Dwa wiadukty łukowe (stalowe łuki i sprężony pomost)
•
Wiadukt łukowy (stalowe łuki i zespolony pomost)
•
Wiadukty sprężone o konstrukcji płytowo-belkowej
Rys. 6. Modele numeryczne wybranych obiektów Obwodnicy Południowej Gdańska
W ramach prac Nadzoru Naukowego przeanalizowano statykę
i wymiarowanie wszystkich obiektów oraz oceniono rozwiązania szczegółowe
istotnych detali. W wyniku zaproponowano następujące zalecenia:
• Modyfikacje konstrukcji poprzecznic mostu przez Motławę.
• Przesunięcia miejsc zakotwień i tras kabli sprężających.
• Zmiany w detalach konstrukcyjnych.
Większość uwag Nadzoru Naukowego została uwzględniona przez
Projektanta w kolejnej edycji dokumentacji. Obecnie Nadzór Naukowy pełni
funkcję doradczą dla Inwestora w procesie budowy.
Wiadukt nad torami PKP w ciągu ul. Uczniowskiej w Gdańsku
Obiekt znajduje się w dzielnicy Letnica w Gdańsku i obecnie stanowi
kluczowy element układu komunikacyjnego w sąsiedztwie stadionu PGE Arena.
Z uwagi na wymóg zapewnienia drogi ewakuacji ze stadionu w kierunku
szpitala „Zaspa”. Wiadukt został poddany przebudowie polegającej na wymianie
skrajnych podpór, dobudowie dwóch przęseł od strony południowej i
modernizacji dźwigarów kratownicowych. Inwestorem obiektu jest Zarząd Dróg
i Zieleni w Gdańsku. Modernizację zaprojektowało Biuro Projektowo Badawcze
Promost z Wrocławia. Inwestor mając na uwadze pozytywne doświadczenia
przy remontach innych historycznych obiektów w Gdańsku zlecił zespołowi
Politechniki Gdańskiej prowadzenie Nadzoru Naukowego.
Rys. 7. Wiadukt nad torami PKP w ciągu ul. Uczniowskiej w Gdańsku przed
przebudową
W ramach swoich prac Nadzór Naukowy przeprowadził złożone analizy
statyczno-wytrzymałościowe historycznych przęseł i wskazał poważne
zastrzeżenia do rozwiązań projektowych. Najważniejsze z nich to:
• Zbyt uproszczony model statyczny konstrukcji, adekwatny dla
nowoprojektowanych struktur, nie zaś dla przebudowy.
• Przyjęcie spawania jako jedynej metody wzmacniania konstrukcji przy
całkowitym braku parametrów udarnościowych stali wymaganych dla
konstrukcji obciążonej dynamicznie (obiekt został wybudowany w 1907
roku).
• Ukształtowanie wzmocnień jezdni z niepotrzebnymi karbami
geometrycznymi w problematycznych połączeniach spawanych (rys.8).
• Naprawa ubytków korozyjnych w krzyżulcach (rozciąganych)
kratownicy przez napawanie nowego materiału.
• Wprowadzenie połączeń mieszanych, spawano-nitowanych w węzłach
wieszaków.
• Zaprojektowanie dylatacji o przesuwie 0,24m i płyty żelbetowej
uciągającej przęsła o grubości 0,10 m.
•
Rys.8 Spawane wzmocnienie styku nitowanego i poniżej wzmocnienie
poprzecznicy przez przyspawanie nakładki i podłużnicy przez przyspawanie
nowego profilu.
Projektant w tym wypadku uznał wszystkie uwagi Nadzoru Naukowego za
bezzasadne rozważania akademickie i przypomniał Inwestorowi o swoich
prawach wynikających z przepisów ustawy Prawo Budowlane. Inwestor
przymuszony sytuacją związaną z inauguracją działalności PGE Areny
postanowił realizować budowę zgodnie z projektem. Rezultatem końcowym
takiego działania są między innymi rozwiązania pokazane na rys.8. Ich jakości
nie trzeba komentować.
4. ZEBRANE WNIOSKI Z OCENY PROJEKTÓW
Przeważająca większość realizowanych obecnie obiektów mostowych to
konstrukcje sprężone. Zasadnicze uwagi Nadzoru Naukowego do opracowań
projektowych dla tych obiektów dotyczyły następujących zagadnień:
• Przeszacowanie sprężenia.
•
Niedoszacowanie sił przekrojo
wych w fazach montażowych.
•
Niedoszacowanie sprężenia w strefach przejściowych belek
ciągłych między obszarem podporowym i przęsłowym.
• Korekty tras kabli sprężających (korekta mimośrodów).
• Niedoszacowanie zbrojenia w miejscach występowania dużych sił
skupionych (głowice kabli, bosaże, zakotwienia want w pomoście,
betonowe wezgłowia dźwigarów łukowych).
• Kształtowania konstrukcji w miejscach zaczepienia want lub innych
elementów generujących duże siły rozciągające lub ścinające.
Rola Nadzoru Naukowego ma charakter doradczy, a mino to większość
zgłoszonych uwag została uwzględniona przez Projektantów w kolejnych
edycjach dokumentacji. Jedynie w przypadku modernizacji historycznego
wiaduktu drogowego w Gdańsku Projektant pozostał przy swoich oryginalnych
rozwiązaniach, uznając uwagi za dywagacje natury zbyt teoretycznej. Zdarzenie
to paradoksalnie obnaża słabość Nadzoru Naukowego wobec umocowanego w
Prawie Budowlanym Projektanta nawet w sytuacji, gdy zastrzeżenia są bardzo
poważne i dotyczą bezpieczeństwa konstrukcji.
5. PODSUMOWANIE
Nadzór Naukowy jest funkcją formalnie nie występującą w procesie
budowlanym, może jednak spełniać istotną rolę na etapie projektowania
i budowy nietypowych obiektów mostowych. Głównym zadaniem Nadzoru
Naukowego powinno być poszukiwanie słabych punktów projektu i możliwości
wprowadzenia lepszych rozwiązań w drodze partnerskiej dyskusji z
Projektantem i Inwestorem. Trzeba w tym miejscu podkreślić ważną różnicę
między polowaniem na czyjeś błędy
a konstruktywną, twórczą dyskusją służącą
postępowi i dbałości o bezpieczeństwo i jakość rozwiązań projektowych. Poza
tym, każda niezależna weryfikacja jest dla odpowiedzialnego projektanta rzeczą
bezcenną. Zdumiewające jest natomiast ignorowanie konstruktywnych uwag
dotyczących poważnego zagrożenia bezpieczeństwa projektowanej konstrukcji.
Należy pamiętać iż błędy w zawodzie mostowca mają duży ciężar gatunkowy i
zdecydowanie różnią się w skutkach od tych, popełnianych przez inne grupy
zawodowe.
W pracy Nadzoru Naukowego starano się rozstrzygać problemy
z dziedziny teorii konstrukcji, projektowania i wykonawstwa. Jednak istotną
przyczynę niedoskonałości procesu zauważono w
niedostosowanych
procedurach administracyjnych, regulujących proces projektowania, zamówień
publicznych i wykonawstwa. Doświadczenie w tym zakresie zdobyte w ramach
nadzoru naukowego pozwala na sprecyzowanie kilku istotnych uwag
dotyczących tej problematyki:
• Nie jest możliwe wykonanie dokumentacji projektowej nietypowego
obiektu mostowego bez poprawek i modyfikacji wprowadzanych w
stadium realizacji. Pomyłki lub błędy są nieodłącznym elementem
codziennego życia i dlatego powinien być wypracowany mechanizm
uwzględniania ich w procesie budowlanym.
• Projektant powinien mieć szansę wprowadzania zmian i poprawek w
każdym technicznie możliwym momencie budowy. Niestety, na etapie
realizacji inwestycji Projektant broni się przed zmianami z uwagi na
widmo kar ze strony Inwestora. Jest to istotny element blokujący
możliwości modyfikacji pierwotnych rozwiązań i w konsekwencji może
skutkować powstaniem konstrukcji obarczonych wadami.
• Projektant nie powinien być obciążany dodatkowymi kosztami budowy
wynikającymi ze zmian w projekcie, jeżeli zmiany te zostaną
wprowadzone w dowolnym stadium przed realizacją. Inwestor powinien
wypracować mechanizm pozwalający na automatyczną korektę zakresu
i ceny zakontraktowanych prac i w ten sposób umożliwić sprawne
wprowadzanie poprawek w każdym technicznie realnym momencie
procesu budowlanego.
• Dodatkowe kwoty w kontrakcie przeznaczone na wykonawstwo
i wynikające z wprowadzonych zmian projektowych nie mogą być
traktowane przez Inwestora jako straty, jeżeli zmiany te są uzasadnione i
nie skutkują marnotrawstwem.
• W przypadku inwestycji publicznych Inwestor powinien zapewnić
niezależną weryfikację projektów technicznych (w Prawie Budowlanym
ten obowiązek spoczywa na Projektancie). Sprawdzenie projektu w
ramach biura autorskiego powinno być elementem wewnętrznym firmy i
wynikać z potrzeby utrzymania jakości.
Opisane w referacie projekty i budowy obiektów mostowych były
konsultowane w ramach nadzoru naukowego przez zespoły naukowo-techniczne
Politechniki Warszawskiej i Politechniki Gdańskiej pod kierunkiem:
Prof. dr hab. inż. Wojciecha Radomskiego,
Prof. dr hab. inż. Henryka Zobla,
dr hab. inż. Krzysztofa Żółtowskiego prof. PG
RESEARCH CONSULTING DURING DESIGNING AND
CONSTRUCTING OF BRIDGES.
SELECTED PROBLEMS AND CONCLUSIONS
Summary
The paper presents remarks regarding consulting work of academic
group in supervision of designing and constructing process of selected bridge
structures. Research Consultants are recently often engaged by public investors
to lift up quality of design and support them during constructing stage. Several
examples of consulting work done by resurges are presented and representative
list of typical problems solved
by consultants is included. Finally, general
remarks concerning basic low and administration regulations in building process
are formulated.