Mimo niewielkich gabarytów przepustów w stosunku do wielu konstrukcji mostowych rola przepustów jest co najmniej tak samo ważna.
Z uwagi na różnorodność zastosowań przepustów, a także ich konstrukcję trudno jest podać jednoznaczną definicję przepustu, np. inna definicja obowiązuje dla przepustów kolejowych, a inna dla drogowych. Pierwotnym wyróżnieniem w grupie obiektów inżynierskich zajmuje się hydrologia, która w funkcji wielkości przepływu kwalifikuje obiekt do mostów czy przepustów.
W książce „Mosty z betonu zbrojonego i sprzężonego” J. Szczygła możemy przeczytać m.in.:
Przepustami nazywamy najmniejsze obiekty mostowe typu tunelowego, tj. wpuszczone w nasyp drogi. Buduje się je najczęściej w celu przeprowadzenia małych cieków wodnych, rzadziej dróg polnych, rurociągów lub kabli.
Zależnie od materiału, z jakiego są wykonane, dzieli się przepusty, podobnie jak mosty, na kamienne, ceglane, betonowe (z betonu niezbrojonego lub zbrojonego albo też sprężonego), stalowe, drewniane. Rozróżnia się dalej, zależnie od sposobu ukształtowania i wykonania, przepusty płytowe, ramowe, sklepione i rurowe, wykonywane na miejscu przeznaczenia („na mokro”) lub zestawiane z prefabrykatów.
Fot. 1. Sklepiony przepust z ciosów kamiennych w trakcie rewitalizacji (fot. Z. Kubiak)
Definicję tę należałoby dzisiaj rozszerzyć m.in. o nowe typy materiałów – z tworzyw sztucznych, pod względem hydraulicznym zatopione i o swobodnym przepływie itp.
Przepusty były budowane od czasu, gdy zaczęły powstawać pierwsze drogi i linie kolejowe. Powstawały w różnym okresie i z różnych materiałów, dlatego też mamy do czynienia z bardzo dużą różnorodnością konstrukcyjną tych obiektów. Ich forma architektoniczna jest również bardzo urozmaicona. Wiele z tych obiektów to konstrukcje zabytkowe, często o wyjątkowej wartości historycznej i technicznej, chociaż czasami ich walory nie są doceniane.
Fakt, że przepusty stanowią nierozłączny element korpusu drogowego lub linii kolejowej, a większość tras komunikacyjnych powstała w dawnych latach, powoduje, że znaczna liczba konstrukcji to przepusty tradycyjne. Tradycja dotyczy zarówno przekazywanych z pokolenia na pokolenie sposobów konstruowania, używanych materiałów, jak i kształtu oraz architektury. Powstawały one na przestrzeni dziejów, a do ich budowy używano praktycznie wszystkich dostępnych w budownictwie materiałów.
Rys. 1. Przykład tradycyjnego prostokątnego przepustu drewnianego
Rys. 2. Przepust sklepiony z betonu niezbrojonego o dużej wyniosłości i nietypowym kształcie parabolicznym
Rozwiązania konstrukcyjne zmieniały się na przestrzeni lat i dlatego w przepustach, które przetrwały do dzisiejszych czasów, mamy do czynienia z dużą różnorodnością zastosowanych rozwiązań. Materiały i rozwiązania konstrukcyjne były ściśle związane z okresem ich budowy.
W czasach starożytnych powstawały najczęściej przepusty kamienne.
Klasyczną formę przepustu kamiennego stanowi pozorne sklepienie, rzadziej płyta lub blok kamienny, później klasyczne sklepienie. Do tej kategorii można zaliczyć całą grupę przepustów sklepionych i murowanych z bloków kamiennych. W kraju i za granicą, np. we Włoszech, Hiszpanii, Portugalii czy Francji, czyli na terenie dawnego Cesarstwa Rzymskiego, są to do dzisiaj bardzo popularne rodzaje przepustów tradycyjnych z uwagi na ich niezaprzeczalną trwałość (fot. 1).
Rzadziej spotykanym, chociaż także bardzo popularnym typem konstrukcji przepustów kamiennych są przepusty płytowe. W tym przypadku jednak rozpiętości tych konstrukcji są stosunkowo niewielkie.
Innym materiałem stosowanym do budowy przepustów tradycyjnych, który używano głównie w XIX w. i na początku XX w., była cegła. Związane to było z rozwojem budownictwa kolejowego i drogowego. Najpopularniejszą formę konstrukcyjną przepustów ceglanych, podobnie jak przepustów kamiennych, stanowi sklepienie.
Rys.3. Popularny w dawnych latach sposób wykonywania żelbetowych segmentów do budowy przepustów w deskowaniu drewnianym. (wg książki W. Jarocki, Materiały w budownictwie mostowym, WK, Warszawa 1959 r.)
Rys. 4. Typowy tradycyjny przepust z belek walcowanych o przekroju otwartym (XIX w.)
Przepustów drewnianych obecnie się nie buduje. W przeszłości były stosowane zwłaszcza przy obiektach tymczasowych i prowizorycznych. Niemniej jednak znane są również tego typu obiekty stałe. Przepusty te wykonywano najczęściej z odpowiednio trwałych gatunków drewna. Przykład takiej konstrukcji, zaczerpnięty z książki J. Cholewo i M. Sznurowskiego, przepustu wykonanego z drewna o przekroju prostokątnym, pokazano na rys. 1. W praktyce stosowane były również przekroje trapezowe i trójkątne.
Przepusty z betonu niezbrojonego miały najczęściej konstrukcję sklepioną. Ich stosowanie rozwinęło się głównie w XIX w. Sklepienia różniły się wyniosłością. Przykład betonowego przepustu sklepionego o dużej wyniosłości pokazano na rys. 2. Często stosowanym typem przepustów na liniach kolejowych były przepusty betonowe o konstrukcji otwartej (posiadające jedynie ściany pionowe). Były to obiekty „oszczędnościowe”, gdyż głównym elementem nośnym były same szyny kolejowe, po których odbywał się ruch pociągów. Na przełomie XIX i XX w. zyskały one dużą popularność z uwagi na małe zużycie materiału do ich budowy. Jednak ich rozpiętość ograniczała się zasadniczo do osiowego rozstawu podkładów kolejowych.
W XX w., szczególnie w drugiej jego połowie, najpopularniejszą formą przepustów stały się przepusty żelbetowe, które najczęściej przyjmowały postać konstrukcji płytowej, rurowej, ramowej oraz przepustów sklepionych. Najpowszechniejszym typem konstrukcji przepustów żelbetowych są przepusty rurowe (rys. 3), stosowane z powodzeniem do dzisiaj.
Do dziś, zarówno w drogownictwie, jak i kolejnictwie, popularne są żelbetowe przepusty ramowe. W dawnych czasach cechą charakterystyczną ich konstrukcji nośnej było zastosowanie m.in. staroużytecznych szyn kolejowych jako zbrojenia płyty żelbetowej.
Rys. 5. Metoda wzmacniania przepustu tradycyjnego nowoczesną technologią
Rys. 6. Nowoczesny gardzielowy kształt przekroju poprzecznego, zapewniający optymalny przepływ wody
Tradycyjne przepusty stalowe stosowane były stosunkowo rzadko. W pierwszym okresie do ich konstrukcji wykorzystywano głównie gładkie, grubościenne stalowe rury osłonowe. Jednak już w 1896 r. w USA opatentowano nowszą technologię stalowych rur osłonowych w postaci rur karbowanych, uzyskując znacznie większe nośności tak skonstruowanych przepustów. Technologia ta rozpowszechniła się następnie w ZSRR, szczególnie w okresie międzywojennym XX w., m.in. na Syberii, do Polski trafiła w ostatnich latach XX w. i jest obecnie coraz częściej stosowana. Wraz z upowszechnieniem się żelaza i stali w budownictwie komunikacyjnym popularne stało się budowanie krótkich przęseł belkowych właśnie ze stali. Najczęściej były to konstrukcje kolejowe o pomoście otwartym z mostownicami opartymi bezpośrednio na belkach podłużnych. Przykład takiej typowej XIX-wiecznej konstrukcji pokazano na rys. 4.
W przeszłości pod względem konstrukcyjnym przepusty wymiarowano i budowano intuicyjnie (często z dużym zapasem), a następnie w wyniku wieloletnich doświadczeń i obserwacji zaczęto stosować różnego rodzaju wzory empiryczne do określania optymalnych wymiarów poszczególnych elementów konstrukcyjnych.
Przepusty sklepione wykonywane z kamienia lub cegły przy mniejszych rozpiętościach miały sklepienia półkoliste, względnie odcinkowe, natomiast przy większych – kształt łuku koszowego lub zgodny z linią ciśnień.
Na ile doskonałe i niezawodne były te empiryczne wizje, świadczy fakt przetrwania w doskonałym stanie licznych konstrukcji do dzisiaj, mimo zmian obciążeń i znacznego wzrostu nacisków na osie. W miarę rozwoju nauk technicznych, dzięki poznaniu właściwości poszczególnych materiałów oraz doskonaleniu techniki obliczeń statycznych, następowała ewolucja obliczeń i konstrukcji, odzwierciedlająca coraz bardziej modele odpowiadające właściwej pracy materiału i konstrukcji.
Rys. 7.Przykład nowych elementów wyposażenia przepustów w dostosowaniu ich jako przejścia dla zwierząt (rys. z katalogu firmy Hobas)
Metody budowania przepustów w przeszłości różniły się istotnie od metod stosowanych obecnie. Główna różnica polega na praktycznym braku stosowania mechanizacji przy budowie przepustów tradycyjnych. Wznoszono je w większości ręcznie, przy całkowicie ręcznym wykonywaniu szalunków oraz wykopów. Dlatego też ich konstrukcja składała się z małogabarytowych elementów, takich jak kamień, cegła itp. W przypadku przepustów żelbetowych tradycyjnych wyglądało to podobnie. Ponadto stosowano również dostępne materiały do wykonywania niezbędnych izolacji. W pierwszym okresie izolację przepustów wykonywano z gliny, a dużo później z coraz popularniejszego bitumu (asfaltu).
Utrzymanie a tym samym stan techniczny przepustów pozostawia dzisiaj wiele do życzenia. Zdaniem autorów stan ten wynika głównie z faktu niedoceniania przepustów i traktowania ich jako „młodszych braci” mostów m.in. z uwagi na ich małe gabaryty.
Istotny wpływ na stan techniczny ma głównie brak odpowiednich środków finansowych. Potwierdzają to sprawozdania z kontroli NIK w tym zakresie w różnych jednostkach. Przykład uszkodzeń przepustu w wyniku jego złego stanu technicznego i braku właściwego utrzymania pokazano na fot. 2.
Ze sprawami utrzymania wiąże się też odpowiedni sposób ich ewidencjonowania i rejestracji stanu technicznego.
Z uwagi na zły stan techniczny przepustów oraz zwiększanie nacisków na osie często mamy do czynienia z koniecznością ich wzmacniania. Dodatkowo z uwagi na rozbudowę infrastruktury komunikacyjnej występuje konieczność ich wydłużania. Obecnie dopracowano się specjalistycznych metod tych prac przez stosowanie:
– materiałów wysoko modyfikowanych z zakresu chemii budowlanej,
– rękawów wzmacniających (w przypadku mniejszych przepustów),
– metody „rura w rurę” z zastosowaniem nowoczesnych materiałów (rys. 5).
W tym ostatnim przypadku istotne jest odpowiednie przeliczenie światła − gdyby było ono niewystarczające – istnieje konieczność dobudowania obok równoległej konstrukcji bądź też zbudowanie nowego przepustu.
Dzisiaj obserwuje się w dziedzinie budowy przepustów stosowanie nowych technologii i materiałów. Polegają one głównie na: budowie przepustów z rur podatnych współpracujących z gruntem, optymalizacji kształtów przekroju poprzecznego (rys. 6), tradycyjnym wykańczaniu nowoczesnych przepustów (wysoki poziom estetyki – fot. 3), wykorzystywaniu przepustów do budowy przejść dla zwierząt z zastosowaniem nowych elementów ich wyposażania – rys.7 (m.in. półki dla zwierząt).
Fot. 3. Nowoczesny przepust wykonany w sposób nawiązujący do tradycji (źródło WWW)
Przy intensywnym rozwoju infrastruktury komunikacyjnej nowe technologie przy budowie przepustów będą coraz częściej stosowane, co wróży im niechybnie dalszy rozwój. Ważne jest również utrzymanie we właściwym stanie przepustów tradycyjnych, gdyż decydują one o niezawodności układu komunikacyjnego i stanowią niebagatelny majątek narodowy.
dr hab. inż. Adam Wysokowski
prof. Uniwersytetu Zielonogórskiego, kierownik Zakładu Dróg i Mostów
prof. Uniwersytetu Zielonogórskiego, kierownik Zakładu Dróg i Mostów
mgr inż. Jerzy Howis
konstruktor, Infrastruktura Komunikacyjna Sp. z o.o., Żmigród
mgr inż. Zygmunt Kubiak
główny inżynier Zakładu Linii Kolejowych PLK we Wrocławiu
