Árvízvédelmi védvonal áthelyezésének lehetőségei az új Mosoni-Duna hídnál

Kovács Gábor diplomamunkájában a győri Jedlik Ányos-híd környezetében megvalósult új árvízvédelmi vonalak elemzésével, a lehetséges más szerkezeti alternatívák bemutatásával és azok összehasonlításával foglalkozik.

A Jedlik Ányos-híd Győr város új hídja a Mosoni-Dunán. Az új létesítmény része az állami úthálózat városon belüli fejlesztésének, mely a 14. sz. főút és az 1. sz. főút összekötését hivatott megoldani. A híd a Széchenyi István Egyetem közelében, a Vásárhelyi Pál gyalogoshíd helyén épült. A Mosoni-Duna városi szakaszai mentén a várost védő elsőrendű árvédelmi gátak helyezkednek el, az új híd csak ezek keresztezésével valósulhatott meg. Az út hossz- és magassági vonalvezetéséből adódóan a Duna jobb partján - azaz a város felőli oldalán - a védvonal koronaszintje alatt, míg a Duna bal partján a koronaszint felett halad el. A jobb parti kereszteződés azért jelent különleges problémát, mert az út nyomvonala sem magassági, sem hosszúsági értelemben nem módosítható. Ezért ezen a szakaszon új, áthelyezett árvízvédelmi rendszert kellett tervezni és építeni. A tervezett új védvonal egy, a felhajtó út mentén haladó résfallal fogja közre az árvízvédelmi szempontból magassági értelemben elégtelen területeket. A védvonal nyomvonala a meglévő töltésből a felhajtóút mentén addig halad, míg a felhajtóút magassága a biztosítandó 116,10 mBf magasságig ér, itt az úttest alatt halad keresztül, majd az út másik oldalán visszacsatlakozva a meglévő töltésbe fut. A védvonalban azért volt szükség e védfalas megoldásra, mert a híd és az út kisajátítási területein nem volt elegendő hely földtöltés kialakítására.

A szakdolgozat e problémakörnek a kivitelezett résfaltól (2. kép) eltérő, ugyanakkor azzal egyenértékű megoldásait keresi. Megfelelve elsősorban annak a követelménynek, hogy az eredeti töltés biztonsági szintjét fenn kell tartani mind az általános állékonyság, mind a hidraulikus talajtöréssel szemben. Ezért a feladatban a meglévő állapot biztonságát ugyanazokkal módszerekkel határoztam meg, mint amivel az alternatívákat és kivitelezett résfalat is vizsgáltam. Ehhez elkészítettem a meglévő töltés végeselemes modelljét, majd kimutattam annak biztonságát egyrészt általános állékonyságra, másrészt hidraulikus talajtöréssel szemben, harmadrészt az átszivárgó vízmennyiség kritériumait is vizsgáltam. Az alternatíva keresés e három tervezési problémára igazolta az egyes megoldásokat. A lehetőségeknél figyelembe vettem még megvalósíthatósági, esztétikai és gazdaságossági szempontokat is. Az esztétikai szempontok a városképbe illeszthetőséget, a felszín felett látszó szerkezeti elemekre és azok adott városrészi övezethez és a város más árvíz védekezési létesítményű területeihez viszonyított küllemére vonatkoztak.

A feladatot a kérdéses terület háromdimenziós ábrázolásával kezdtem, melyhez az Autodesk Civil 3D 2009-es szoftverét használtam. A kialakított térbeli terepen megadtam a védvonalat, mint nyomvonalas létesítmény nyomvonalát. A nyomvonalon felvettem minden 5 m-ben keresztmetszeteket és ezek elemzésével kiválasztottam a legkritikusabb szelvényeket. E szelvények vizsgálatához szükséges talajadatokat a hídalapozás geotechnikai szakvéleményéből, illetve az árvédelmi töltés nyilvántartási terveiből és dokumentációiból deklaráltam. A töltéstest anyaga agyagos iszap k=10^-8 m/s-os, míg az altalaj átmeneti szemcsés talajrétegét vettem figyelembe 2,3*10^-8 m/s-os áteresztőképességgel. Végül két elkülönülő szelvényt vizsgáltam, az egyik állékonysági szempontból, míg a másik szivárgási szempontból volt legveszélyesebb. E szelvényekre igazoltam a fent említett három tervezési feladatot. Az állékonysági számításoknál két hidraulikai esettel is számoltam, melyek az árvízi és a hirtelen levonuló árvíz utáni állapotok voltak. A vizsgálatok véges elemes modelljeit a Geodelft Plaxis 8.2 és PlaxFlow 1.5 szoftverekkel segítségével oldottam meg. Az előbbit az általános állékonyság vizsgálatához, az utóbbit az áramlások és szivárgások vizsgálatához használtam. A modellezésnél figyelembe vettem építési fázisokat is, illetve modelleztem azokat. A meglévő töltés biztonsági szintje általános állékonyságra 2,0. Az átszivárgó vízmennyiség 10^-6 m³/s/m, a megengedhető hidraulikus gradiens 0,5. Az átszivárgó víz mennyiségének kritériumára minden megoldás megfelelt, így azt külön nem részletezem a továbbiakban.

A kidolgozott alternatívák alapvetően két elkülönülő csoportra oszthatók. Az első az a csoport, mely nem tartalmaz betonszerkezeti elemet, a második csoportban pedig betonszerkezeti elemmel megvalósuló árvédelmi rendszerek vannak. Először egy a biztosítandó árvédelmi szintig (116,1 mBf) magasított lapos rézsűs töltést alakítottam ki és azt vizsgáltam. E töltés rézsűhajlásával követte a meglévő állapotokat. Ezt a kijelölt nyomvonal mentén, azaz a felhajtó utat körülölelően képzeltem el. Az így kialakított töltés az általános állékonyságra 4,1, illetve 3,2 biztonsággal felelt meg az árvízi és levonuló árvízi állapotban, de az út felőli oldalon értékes gyalogos járda és kerékpársávot magába foglaló területeket vett el a kiváltási szakasz egyes részein. Ezért ez a megoldás önállóan nem alkalmazható. A második földtöltéses alternatíva (1.ábra) az előzőt módosítva georáccsal erősített töltéstest kialakítását valósította meg. A megerősítés következtében a rézsűk meredekebben is kialakíthatók lettek és megoldódott a korábbi helyhiány problémája. A georácsokat 70 cm-ként, 50 cm-es takarással terveztem meg. Az általános állékonysági biztonság 2,25 és 2,43 volt ebben az esetben. Kimutattam még a georácsokra ható igénybevételeket is, elősegítve ezek alapján az alkalmazandó megerősítés típusának megválasztását.

A betonszerkezeti elemet tartalmazó alternatíváknál abból indultam ki, hogy Győr azon árvédelmi rendszerű részein, ahol szintén kis hely állt rendelkezésre az árvízi védekezéshez, ott milyen megoldást alkalmaztak. Ennek az elgondolásnak a hátterében a városképbe illeszthetőség kérdése is húzódott, mivel egy már alkalmazott, korábban bevált, megszokott megoldás elősegítheti a jelen esetben is fontos esztétikai szempontok kielégítését. A város fent említett részein, többnyire védfalak épültek, melyek jó része monolit helyszíni szögtámfal. Ezek alapján egy olyan módosított szögtámfalat (2. ábra), ún. helyszínspecifikus szögtámfalat terveztem, amely a klasszikus egyirányú talpelem („L" alakú) helyett két irányba kiterjedő vízszintes elemmel rendelkezett (fordított T). Ez a kialakítás leginkább a stabilitás előnyére vált, ugyanakkor a vízrészecske útvonalának növelésével a szivárgási útvonalat is kedvezően befolyásolta. A szögtámfal talaj feletti részének kialakítását a város más területeihez illeszkedően gyöngykavicsos felületképzéssel képzeltem el, de bármely felületképzés alkalmazása lehetséges. A szerkezeti elem (szögtámfal) magassága 3 m, míg talphossza 2,4 m, vastagsága 30 cm. A szögtámfalra igénybevételeket is számítottam, alapadatokat szolgáltatva a vasbetonszerkezet tervezéshez. A szögtámfalas változat állékonysági biztonsága 2,87 és 2,93. A továbbiakban ezt a szögtámfalas változatot dolgoztam át úgy, hogy szerkezeti magasságát csökkentettem és az ebből adódó kritikusabb szivárgási problémát Bentonit-cement fallal javítottam (3. ábra). E fal egy réselési technológiával előállított talajsáv, amely az agyagtalajokra jellemző paraméterekkel rendelkezik. A szögtámfal módosított méretei 2 m-es magasság, 1,6 m-es talphossz és 30 cm szerkezeti vastagság. A bentonit-cement fal 40 cm vastagságú és 5 m mélységű. A BC fal áteresztőképessége k=10^-8 m/s. Az állékonysági biztonság 2,88 és 3,07.

Az alternatívák értékeléséhez egy ún. összehasonlító mátrix elemzést használtam, amellyel különböző kritériumokat lehet figyelembe venni és azokat 1-5-ös osztályzatokkal súlyozni. Az általam fontosnak ítélt kritériumok voltak a hidraulikai és stabilitási állékonyság, a kivitelezhetőség, az esztétikai érték és a kivitelezési költség. E kritériumok súlyozásából és összesítéséből a legelőnyösebb megoldásnak a BC szögtámfallal kialakított védvonal adódott (1 .táblázat). Az értékelésből az is kiderült, hogy az önálló szögtámfal szintén előnyös lehet, de hidraulikai szempontból a BC fal alkalmazása javítja a helyzetet. A dolgozat alapján megállapítható, hogy léteznek a megépült megoldásnak egyenértékű vagy előnyösebb alternatívái is.

Kovács Gábor