Történeti áttekintés

Magyarország első nagyfolyami vasúti hídját 1857-ben helyezték forgalomba a Tisza felett (szolnoki Tisza-híd). A teljes egészében fából épített híd 512 m-es hosszával a kor leghosszabb vasúti hídja volt. A fajármokon nyugvó szerkezet 1888-ig volt forgalomban, amikor is megépült Szolnoknál a vasszerkezetű híd, melynek pillérkiosztása már a mai hídszerkezetével volt azonos.
A Dunán Budapestnél 1877-ben adták át a folyó két partján működő, egymástól független több vasúttársaság hálózatát összekötő  hidat. A két, egyenként háromtámaszú, kétvágányú vasszerkezetből álló híd alapozását pneumatikus úton süllyesztett keszonok alkották.
Hazánk mai területén a XIX. század végén, a XX. század elején további 5 db Duna- és 7 db vasúti Tisza-híd épült. Ezek közül az 1. táblázatban nem szerepeltetjük a dunaföldvári Duna-hidat, mivel az ma már teljes egészében közúti célokat szolgál, továbbá a szegedi Tisza-hidat, amely a háborúban elpusztult, és újjáépítése a mai napig nem történt meg. A hidak történetét áttekintve megállapítható, hogy azok sorsa közel azonos volt: a történelmi események hatására szignifikáns egyezések figyelhetők meg az egy-másfél évszázados hidak életében.

Az első, faanyagból készült hidakat a századfordulón építették át vasszerkezetű hidakká, melyek zöme az I. világháború­ban elpusztult. A II. világháború egy híd­nak sem kegyelmezett, valamennyi nagyfolyami hidunkat lebombázták vagy fel­robbantották. A háború után – a prioritá­si sorrendnek és a gazdasági lehetőségeknek megfelelően – fokozatosan állították helyre a hidakat. Ez kezdetben ideiglenes jelleggel történt, általában fajármok alkalmazásával. A végleges helyreállítás elsőként Budapesten a déli Duna-hídnál (1. ábra) és a szolnoki Tisza-hídnál készült el, ennek eredményeként az ország újra átjárhatóvá vált vasúton.

Az 1950-es évek közepéig a többi híd helyreállítása is megvalósult, a megsérült hídrészek javításával, pótlásával, vagy új acél áthidaló szerkezetek beépítésével. Egyes hidaknál az azóta eltelt időben is komoly beavatkozásokra került sor (pl. Budapesten az északi Duna-híd átépítése 2007–2008-ban vagy a szolnoki Tisza-híd átépítése 2014–2015-ben), azonban ezeknek a beavatkozásoknak általános jellemzője, hogy elsősorban az áthidaló szerkezetekre koncentráltak (kivéve a csongrádi Tisza-híd, mely 1986-ban a régi híd mellett kiszélesített pilléreken épült meg Soil-mec fúrt cölöpalapozással).

Összességében kijelenthető, hogy a XIX. század végén és a XX. század elején épült nagyfolyami hídjaink pillérei, hídfői a mai napig „szolgálatban vannak”. Különösen igaz ez a víz alatti részekre: az át- és újjáépítések során meglévő idő-, anyag- és forráshiány miatt igyekeztek minél jobban felhasználni a meglévő alépítményeket, illetve minimalizálni az azon végrehajtandó beavatkozásokat.

Ennek eredménye egyebek között az, hogy a pillér- és nyíláskiosztások gyakorlatilag a mai napig változatlanok (2. táblázat). A rácsos szerkezetű mederszerkezetek nagyobb támaszközei 100 m körül alakulnak, míg az ártéri szerkezetek helyenként rácsos, máshol gerinclemezes kialakításúak, akár az 50 m támaszközt is meghaladva. A felszerkezetek statikai váza általában változott. A kéttámaszú tartókat az évtizedek során fokozatosan váltották fel a folytatólagos többtámaszú tartók, melyek a felszerkezetre nézve kedvezőbb erőjátékot eredményeztek, azonban az alépítményre legtöbb esetben nagyobb vízszintes erőket adtak át.

Alépítményi kérdések, problémák

Amint az a történeti áttekintésből kiderült, nagyfolyami hídjaink víz alatti részeinek kora jellemzően meghaladja a 100 évet.
Valamennyi ilyen híd esetében a századforduló körül épült keszonok alkotják a mederpillérek alapozását (2. ábra). Az alapozási módszer lényege, hogy a meder­fenékre egy alul nyitott süllyesztőszekrényt helyeznek, melyben egy aknacsövön keresztül túlnyomásos munkakamrát hoznak létre (felül lég- és anyagzsilippel elzárva a külvilágtól). A túlnyomás hatására a víz kiszorul a munkakamrából, ahol így a föld száraz körülmények között kitermelhető és – a zsilipeken át – üríthető. A kitermeléssel párhuzamosan a süllyesztőszekrény tetején fokozatosan építik a kőfalazatot. A föld kitermelésével és az önsúly növekedésével a szekrény fokozatosan süllyed a mederfenék alá. A terv szerinti alapozási szint elérésekor a munkakamrát és az aknacsövet kibetonozták.

A kor műszaki fejlettségének megfelelő módszerrel épült alapozásokat, illetve az arról induló felmenő falakat több behatás érte, illetve éri, és ez a meghibásodásukhoz vezethet:

• A víz alatti részek közvetlenül és folyamatosan a folyami áramok (víz és hordalék) romboló hatásának vannak kitéve, ami a szerkezet kimosódását, üregesedését idézheti elő (fuga, magbeton).
• A pillérek körül kialakuló örvények a mederfenéken kimosást, mederelfajulást okozhatnak, ennek következtében csökkenhet a támaszok befogási hossza.
• A hordalék, a jégzajlás, az esetleges hajó­ütközés a felületi rétegeket (burkolat, őrfal, keszon acélköpenye) károsíthatja.
• A felmenő falak javítása, helyreállítása során beépített anyagok jellege, minősége, valamint a beépítési technológia meglehetősen heterogén, de mindenképpen kontrollálatlan volt. Emiatt az inhomogén pillérek például hajóütközéssel szembeni ellenállása, a nyírási teherbírás, a csorbulással szembeni felületi szilárdság kérdéses.
• A folytatólagos többtámaszú tartók elterjedésével a fix támaszoknál figyelembe veendő fékezőerő jelentősen megnőtt a hatásszakaszok növekedése, valamint a vonatkozó szabványelőírások változása miatt. Az eredetileg kéttámaszú tartók viselésére épített, koros pillérek alapozás-felmenő fal kapcsolata ezen erők (hajlításból eredő húzás) felvételére nem alkalmas.

A Déli összekötő Duna-híd alépítményének állapota

Üzemeltetői szempontból komoly nehéz­séget jelent, hogy a legkorosabb, nem látszó részek nehezen vizsgálhatóak, azaz az esetleges hibák (kimosódás, üregesedés, inhomogenitás) általában csak komolyabb diagnosztikai célvizsgálatok segítségével tárhatók fel, szemrevételezéssel nem. Egyrészt, mert víz alatt vannak, másrészt a pillér nagy tömege miatt a belseje egyszerű eszközökkel nem vizsgálható. 

Jó példa erre Budapesten a déli Duna-híd (3. ábra) V. számú mederpillérénél tapasztalt üregesedés, melyet a rendszeres hídvizsgálat ellenére csak 2006 decemberében, rendkívül kis vízállás mellett észleltünk (4. ábra).

A hiba állagmegóvás jellegű elhárítására már 2007 januárjában sor került a fugák lezárásával és az üreg kiinjektálásával a Betonplasztika Kft. kivitelezésében (5. ábra). Mivel azonban a többi pilléren is hasonló hibákat észleltünk, előirányoztuk az alépítmény teljes diagnosztikai célvizsgálatát, amit 2007 második felére terveztünk a Vertikor-Alpin Kft. vezetésével, a PTE Pollack Mihály Műszaki Kar Anyagtan, Geotechnika és Közlekedésépítési Tanszékének, valamint az Eötvös Loránd Geofizikai Intézet közreműködésével.

Az alkalmazott vizsgálati módszerek, illetve az azok feldolgozásából kapott eredmények az alábbiak voltak:

• szemrevételezés:
   o víz feletti részek szemrevételezése motorcsónakról → hibatérkép;
   o víz alatti részek felületi károsodásainak kézzel történő kitapogatása búvártechnika segítségével → hibatérkép;
• roncsolásmentes geofizikai vizsgálatok:
   o szeizmikus tomográfia → egyirányú nyomószilárdság;
   o georadar (elektromágneses impulzus) → fizikai tulajdonság, rétegződés;
   o lyukradar (meglévő függőleges furatokban) → anomáliák mélysége, távolsága;

• fúrt magmintavétel szúrópróba-szerűen, Ø50 mm átmérővel, 100–120 cm hosszal →anyagminőség, szilárdság;
• videoendoszkóp Ø18 és Ø50 mm átmérőjű lyukakon keresztül → kőburkolat, magbeton állapota (vastagság, repedezettség, inhomogenitás).
• Az eredmények összefoglalása, értékelése során az alábbi megállapításokra jutottunk:
• A mederpillérek teherbírását és állékonyságát veszélyeztető károsodás a szemrevételezéses és búvárokkal történő vizsgálattal nem volt megállapítható. Az észlelt károsodások elsősorban építéskori technológiai hiányosságokra (munkahézagok a felmenő falak betonozásánál, alacsony betonfedés, rossz betonösszetétel stb.), valamint környezeti hatásokra vezethetők vissza.
• A mederpillérek kitöltő anyaga rendkívül inhomogén. Általánosságban mindhárom mederpillérre elmondható, hogy a felső 2-3 m-es tartományon kívül a szerkezeti anomáliák, üregek jelenléte általános.
• A mederpillérek kitöltő anyagában rendkívül sok vízszintes hézag, üreg található. Különösen figyelembe veendő, hogy a pillértest-alap kapcsolata is hézagos. Ezek alapján megállapítható, hogy a pillérek kitöltő anyaga húzófeszültségek felvételére csak igen korlátozott mértékben alkalmas.
• A gyenge, alacsony nyírószilárdságú víz­szintes rétegek miatt a pillérek vízszintes ütközőerővel szembeni ellenálló képessége korlátozott. Nagyobb tömegű uszállyal történő ütközés esetén nincs biztosíték arra, hogy a hídpillérek komoly károsodás nélkül képesek az ütközésnek ellenállni.
• A magbeton szilárdsági osztálya C12/15.
• A gránit burkolókő szilárdsága 53,03 N/mm².

A megállapítások alapján javasolt és el­végzett beavatkozásokat majd a 2. részben ismertetem.
Fontos azt is megemlíteni, hogy az alépítmények állapota már évtizedek óta foglalkoztatja az üzemeltető szervezetet. Több átfogó és jól dokumentált vizsgálat is készült, melyek eredményeként megoldási javaslatokat is tartalmaznak a feltárt hibák javítására (pl. falazatinjektálás szükségessége). A 2007. évi diagnosztikai célvizsgálat programjának meghatározásakor a korábbi vizsgálatok dokumentumait felkutattuk, megállapításait felhasználtuk.

Az algyői Tisza-híd alépítményének statikai hiányossága

A teherbírási kérdések esetében a diag­nosz­tikai vizsgálatokon felül statikai számítások is szükségesek a megfelelőség iga­zo­lására, illetve a nem megfelelőség ki­­mutatására.

Az algyői Tisza-híd (6. ábra) 1900–1901-ben épült alépítményei eredetileg kéttámaszú tartók sorozatát támasztották alá (7. ábra). Az ártéri szerkezet 1976-ban elvégzett átépítése keretében mindkét oldalra folytatólagos többtámaszú rácsos szerkezetek épültek be.

A vízszintes erőket a IV. és a VI. számú pilléren elhelyezett fix saruk vették fel, az ezekhez tartozó hatásszakaszhosszak így 252,30 illetve 209,92 m-re nőttek.

2001-ben az MSc Kft. elvégezte a pillérek statikai felülvizsgálatát. A hatályos előírások szerint számított fékezőerő értékére 4200 kN, illetve 5046 kN adódott. Ezen erők – fix sarukon keresztüli – felvételére a pillérek nem feleltek meg, ezért javaslat született a felmenő fal-alapozás kapcsolat megerősítésére. (Érdekesség, hogy a megerősítés elkészültéig a tehervonatoknál üres vagonok besorolásával oldották meg a fékezőerő csökkentését, ami a vasútüzem szempontjából komoly nehézséget okozott.)
Az elvégzett beavatkozást a cikksorozat 3. részében ismertetem.

A kremsi Duna-híd alépítményének nyírási teherbírási elégtelensége

A koros pillérek nyírási teherbírási elégtelenségére látványos példaként szolgál az Ausztriában, a kremsi Duna-hídnál be­következett hajóütközés (9. ábra).
Az Osztrák–Magyar Monarchia terü­le­tén 1889-ben épült híd (10. ábra) története szinte azonos a magyarorszá­gi nagyfolyami hidak fentiekben ismer­tetett történetével. A szerkezetet 1945-ben fel­robbantották, majd 1948-ban újjáépítették. Az 1986-ban és 1991-ben elvégzett felújításokkal a kéttámaszú áthidaló fel­szer­ke­ze­tek állagjavítására törekedtek.

A ~13,00 m mély keszonalapozású kőpilléreken a többszöri felújítás ellenére sem történt teherbírást növelő beavatkozás.
2005. december 18-án egy uszály ütközött a középső, V. számú mederpillérnek, és ez a szerkezet teljes elnyíródását okozta, ~1,50 m-rel eltolva a felmenő falazatot (9. és 11. ábra). Nyilvánvaló, hogy a felmenő fal-alapozás kapcsolat nyírási teherbírása nem volt megfelelő egy ilyen vis maior jellegű, de életszerű helyzetre.

Következtetések

A kiemelt jelentőségű nagyfolyami hidak koros, részben víz alatt lévő (azaz takart) alépítményi részeit javasolt az üzemeltetési, felügyeleti tevékenység során fokozott figyelemmel kísérni, az esetleges hibákat időben fel kell tárni és meg kell szüntetni. A hazai és a nemzetközi tapasztalatok alapján a tervezett felújítások, átépítések keretében az alábbi szempontokat kell szem előtt tartani, illetve kezelni:
1. Víz alatti részek kimosódás, üregesedés elleni védelme.
2. Mederfenék elfajulás elleni védelme.
3. Hordalék, jégzajlás, ütközések okozta felületi károsodások helyreállítása.
4. Magbeton inhomogenitásának helyreállítása.
5. Hajóütközésekkel szembeni biztonság növelése (nyírási teherbírás biztosítása).
6. Fékezőerő felvétele (pl. pillérek hajlítási-húzási teherbírásának növelése az alapozás-felmenő fal kapcsolatnál, hídfők átalakítása, speciális sarurendszer alkalmazása).