Most Danjiang na Tajwanie

W artykule opisano największy na świecie asymetryczny most podwieszony do pojedynczego pylonu. Przedstawiono jego projekt, budowę oraz innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne, w tym fundamentowanie, budowę pylonu, montaż pomostu i system kabli podwieszenia. Szczególną uwagę poświęcono zabezpieczeniom sejsmicznym i aerodynamicznym dostosowanym do tajfunów oraz trzęsień ziemi, podkreślając wyjątkowy poziom zastosowanych rozwiązań inżynierskich.

W maju 2026 r. oddano do ruchu unikalny most Danjiang [4, 5], największy most o niesymetrycznej konstrukcji podwieszonej do pojedynczego pylonu, z przęsłem głównym o rozpiętości 450 m. Most ten stanowi jedną z najbardziej spektakularnych i skomplikowanych pod względem konstrukcyjnym przepraw mostowych XXI wieku. Obiekt jest zlokalizowany u ujścia rzeki Danshui (Tamsui) w Nowym Tajpej na Tajwanie. Most bezpośrednio łączy dzielnice Bali oraz Tamsui, skracając czas przejazdu o ponad 25 minut, odciążając zlokalizowany 5 km w górę rzeki most Guandu oraz integrując sieć drogową z korytarzem szybkiego ruchu w kierunku portu Tajpej i Międzynarodowego Lotniska Taoyuan.

Całkowita długość mostu wynosi 920 m. Konstrukcja (rys. 1) składa się z dwóch głównych przęseł podwieszonych do pojedynczego pylonu o wysokości 200 m oraz belkowych przęseł dojazdowych, o rozpiętościach 75 m + 75 m + 450 m + 175 m + 75 m + 70 m. Szerokość mostu między poręczami wynosi 44,7 m, a w strefie pylonu jest powiększona do 55,3 m. Most prowadzi w części centralnej przekroju wydzielone torowisko lekkiej kolejki, a dalej po dwa pasy ruchu w każdym kierunku, 2,5 m pasma dla motocykli i skuterów oraz chodniki szerokości 5 m. Pod mostem przewidziano kanał żeglugowy o szerokości 200 m i wysokości 20 m.

Założenia projektowe

Wymagany okres eksploatacji mostu wynosi 120 lat. Projektowano go na podstawie amerykańskich przepisów AASHTO LRFD oraz specjalistycznych wymagań sejsmicznych dla konstrukcji mostowych. Wykonano badania konstrukcji w tunelu aerodynamicznym oraz analizę numeryczną stateczności aerodynamicznej, a konstrukcja pozostaje stabilna nawet przy prędkości wiatru do 100 m/s. Przewidziano specjalne zabezpieczenia sejsmiczne zapewniające odporność konstrukcji na wstrząsy o magnitudzie 7.

Projekt mostu wyłoniono w międzynarodowym konkursie w 2015 roku. Opracowało go konsorcjum Zaha Hadid Architects, Leonhardt, Andrä und Partner oraz Sinotech Engineering Consultants. Podstawowym założeniem architektonicznym projektu było zminimalizowanie wpływu wizualnego na krajobraz ujścia rzeki, słynący z unikalnych zachodów słońca oraz maksymalne ograniczenie ingerencji w ekosystem rzeki. Efektem tych założeń jest konstrukcja, która stała się najdłuższym na świecie asymetrycznym mostem podwieszonym z jednym pylonem. Rozwiązanie komponuje wysokie wymagania konstrukcyjne oraz walory architektoniczne.

Dominantą widoku jest 200-metrowy pylon w kształcie odwróconego Y, od którego biegną promieniście kable podwieszające przęsła. Kable te musiały zapewnić wytrzymałość na ekstremalne oddziaływania atmosferyczne i sejsmiczne. Specyficznym rozwiązaniem jest usytuowanie nóg pylonu wzdłuż mostu, a nie w poprzek, jak bywa powszechnie w mostach podwieszonych. Takie usytuowanie jest korzystniejsze dla przeniesienia ogromnego momentu przekazywanego przez niesymetryczne przęsła. Dążeniem Zaha Hadid Architects było uzyskanie jak najsmuklejszego pylonu, o wręcz wyrzeźbionej sylwetce, aby jak najmniej zakłócał widoki zachodzącego słońca. Położenie pylonu ustalono na podstawie szczegółowego modelowania 3D terenu i rzeki oraz widoku mostu. Przyjęty pojedynczy pylon ograniczał oddziaływanie na bieg rzeki i chronił jej ekosystem.

Fundament pylonu mostu

Wśród wielu innowacji wprowadzonych w projekcie wyróżnia się rozwiązanie posadowienia pylonu [1], a w szczególności konstrukcję grodzy do jego wykonania. Pylon mostu znajduje się przy północnym brzegu rzeki Danshui, która w tym miejscu ma głębokość około 5 m i płaskie dno bez większych rozmyć. Pylon został posadowiony na 58 palach wierconych średnicy 2,5 m o długości 65 m, sięgających do mocnej skały. Owalna płyta zwieńczająca pale ma długość 77 m, szerokość 45 m, a grubość 5 m.

Do wykonania fundamentu zastosowano grodzę stanowiącą obudowę wykopu w kształcie owalu o końcowej głębokości 16 m. We wnętrzu grodzy wykonano pale fundamentu, płytę zwieńczającą oraz dolne części nóg pylonu. Ścianę grodzy tworzą 144 pale z wbitych rur stalowych o długości 45 m i średnicy 1,20 m. W miarę odkopywania do rur spawano blachy uciąglające obudowę.

Oryginalny jest układ ściany palowej w planie, jak też sposób jej wewnętrznego rozparcia (rys. 2). W wyniku analizy i poszukiwania optymalnego rozwiązania wybrano układ pali w postaci dwóch przecinających się okręgów, połączonych odcinkami prostymi. Pale usztywniono od wewnątrz dwoma stalowymi pierścieniami o przekroju skrzynkowym, złożonymi z powtarzalnych odcinków o jednakowej krzywiźnie. Wykonywano je na lądzie i dostarczano po moście roboczym. W miejscach przecięcia pierścieni umieszczono dwie potężne rozpory z wbudowanymi siłownikami hydraulicznymi, umożliwiającymi pomiar sił w rozporach oraz regulowanie ich przemieszczeń. Zaletą takiego pierścieniowego schematu obudowy w planie była jej praca jako samonośnego sklepienia, tylko z centralną rozporą, co zapewniało swobodną przestrzeń dla pracy ciężkiego sprzętu (fot. 1). Pierścienie obudowy montowano w miarę głębienia wykopu wewnątrz grodzy na poziomie jego aktualnego dna, unikając potrzeby rusztowań. Roboty ułatwiała modułowa konstrukcja elementów pierścieni i ich prefabrykacja. Na odcinkach prostych pale obudowy podparto oczepami i układem pomocniczych rozpór.

Istotne znaczenie miało ciągłe monitorowanie konstrukcji podczas budowy, szczególnie w krytycznych fazach. System pomiaru sił i wbudowane siłowniki pozwoliły odciążyć rozpory i ułatwiły ich demontaż.

Racjonalna konstrukcja grodzy umożliwiła wykonanie jej rozparcia dwoma pierścieniami i centralną rozporą, wygłębienie wykopu oraz równoległe formowanie pali, a potem ich zwieńczenia w ciągu jedynie 70 dni roboczych. Rozparcie nie kolidowało także z wykonywaniem dolnych części pylonu. Maksymalne uproszczenie konstrukcji pozwoliło uniknąć dodatkowych prac, rozbiórek, przekładania elementów i ograniczyło roboty spawalnicze. Oceniano, że rozwiązanie to przyniosło znaczne oszczędności materiałowe oraz przyspieszyło budowę.

Dno rzeki w rejonie pylonu umocniono zabezpieczeniem przed rozmywaniem. Wokół fundamentu pylonu ułożono wielowarstwowe materace kamienne oraz betonowe bloki ochronne, które zapobiegają wymywaniu gruntu wokół pali przez silne prądy rzeczne i pływy morskie.

Budowa pylonu

Cechą 200-metrowego pylonu jest jego wystudiowany kształt, zmienny trójwymiarowo niemal na całej jego wysokości [3, 7]. Dolne ukośne części pylonu mają przekrój zaokrąglonego trójkąta równoramiennego, który płynnie zmienia się, przechodząc od miejsca połączenia nóg w kształt krzyża czy kwadratu o wklęsłych bokach i ściętych narożach (fot. 2). Formowanie takiej konstrukcji było prawdziwym wyzwaniem. Szczególnie trudne było uformowanie miejsca przejścia z powierzchni wypukłej we wklęsłą. Przy wierzchołku trzon się zwęża. Do jego wykonania zastosowano systemowe deskowania samowznoszące PERI [7], przy czym na każdym kolejnym segmencie betonowania trzeba było zmieniać kształt deskowania stosownie do zmian przekroju. Wraz z deskowaniem wznosiła się platforma robocza, umożliwiająca bezpieczną pracę monterów.

Deskowania i betonowanie wykonano w 53 odcinkach 4-metrowych. Stosowano beton samozagęszczalny o wytrzymałości 56 MPa. Pręty zbrojenia podłużnego łączono za pomocą łączników. W centrum pylonu umieszczono rdzeń w formie skrzyni stalowej, służący m.in. do komunikacji wzdłuż pylonu.

Równocześnie ze wznoszeniem pylonu dołączano do niego ukośne kable i stopniowo podwieszano odcinki belki pomostu.

Belka główna pomostu

Konstrukcja pomostu została zaprojektowana tak, aby sprostać ogromnym wyzwaniom aerodynamicznym i sejsmicznym (estuarium rzeki Tamsui jest narażone na tajfuny i silne trzęsienia ziemi), a jednocześnie pomieścić niezwykle szeroki przekrój poprzeczny.

Belkę główną stanowi stalowy dźwigar skrzynkowy z płytą ortotropową na długości 660 m w strefach środkowych przęseł, a w częściach przypodporowych wymagających dociążenia dźwigar zespolony (260 m) z płytą żelbetową. W strefie pylonu konstrukcję rozdzielono na dwie omijające go równoległe belki. Z uwagi na ogromną szerokość pomostu (71 m w najszerszym miejscu sekcji podwieszonej), ustrój niosący musiał połączyć lekkość z wysoką sztywnością skrętną. W osi podłużnej mostu przebiega wydzielone torowisko lekkiej kolejki, a obok jezdnie samochodowe. Ta strefa jest najbardziej sztywna. Ciągi pieszo-rowerowe są położone na wspornikach utrzymywanych przez potężne stalowe poprzecznice o zmiennej wysokości, które zwężają się ku zewnętrznym krawędziom. Taki aerodynamiczny kształt, przypominający skrzydło samolotu, zmniejsza opór wiatru i ryzyko powstawania drgań tzw. flatteru podczas tajfunów.

Konstrukcja belki pomostu nie jest jednolita na całej długości. Zastosowano rozwiązanie dostosowane do rozkładu sił w ustroju niesymetrycznym. W sekcjach o maksymalnej rozpiętości (główne przęsło 450 m) oraz w strefach kluczowych dla odciążenia konstrukcji zastosowano lekką, stalową płytę ortotropową pomostu wykonaną z blach stalowych usztywnionych podłużnymi żebrami o przekroju trapezowym (rys. 3), co pozwoliło znacznie ograniczyć ciężar konstrukcji przęsła o długości 450 m. W celu redukcji ciężaru zastosowano też stalowe bariery energochłonne jezdni zamiast betonowych oraz stalowe podkłady toru kolejki.

W innych strefach (bliżej końców i pylonu) zastosowano konstrukcję zespoloną ze stalowych dźwigarów i żelbetowej płyty pomostu o zmiennej grubości (od 30 cm do nawet 65 cm w strefach zakotwień). Stalowe poprzecznice spinające poprzecznie konstrukcję optymalizują sztywność skrętną tak szerokiego pomostu, zapobiegając niebezpiecznym drganiom wzbudzanym przez wiatr.

Elementy konstrukcji stalowej prefabrykowano w miejscowej wytwórni, transportowano je samochodami na budowę i tam scalano całe odcinki przekroju belki. Następnie były one przenoszone żurawiami na barki i spławiane do miejsca wbudowania. Za pomocą żurawi podnoszono je z barek (fot. 3) i łączono wspornikowo do konstrukcji. Jednocześnie instalowano kable Dywidag podwieszające kolejne odcinki przed podnoszeniem następnego odcinka. Oba główne przęsła montowano równolegle, poczynając od pylonu w obie strony, aby równoważyć obciążenia przekazywane na pylon, aż do zmontowania przęsła bocznego i zakotwienia jego końca na podporze. Dalej przęsło główne montowano wspornikowo.

Konstrukcja podwieszenia belki pomostu

Niesymetryczność mostu powodowała, że pojedynczy pylon o wysokości 200 m w kształcie litery „Y” musi równoważyć siły naciągu z dwóch skrajnie różnych rozpiętości przęseł. Układ kabli podwieszenia jest wachlarzowy w dwóch płaszczyznach po bokach konstrukcji [2]. Łącznie 94 kable zbiegają się w górnej części smukłego pylonu i rozchodzą w kierunku pomostu: 27 par kabli po stronie przęsła głównego i 20 par po stronie bocznego.
Kable zaprojektowała i dostarczyła firma Dywidag, ogółem około 2300 ton cięgien. Zastosowano nowoczesny system równoległych cięgien ocynkowanych, pokrytych woskiem, w osłonach polietylenowych, spełniający wymagania międzynarodowych wytycznych. Osłony były wzmocnione podwójnym oplotem, badania wykazały ich prawidłowe zachowanie.

Ze względu na krytyczne znaczenie kabli dla wytrzymałości konstrukcji postawiono im specjalne wymagania oraz poddano je rozlicznym badaniom wstępnym i kontrolnym. Osłony HDPE badano w tunelu aerodynamicznym przy prędkości wiatru 50 m/sek. Zbadano też cztery pełnoskalowe próbki kabli: trzy na rozciąganie aż do zerwania oraz jedną szczelności osłony. Wydłużenie przy zerwaniu 2,74% było znacznie większe od wymaganego co najmniej 1,5%. Próba szczelności nie wykazała przecieków.

Wobec występowania dużych odchyleń kątowych kabli ograniczono ich obroty w zakotwieniu do 25 mrad. Dlatego na końcach rur prowadzących na poziomie pomostu umieszczono odchylacze z HDPE.

Montaż kabli podwieszenia rozpoczęto od najniższych po obu stronach pylonu. Następnie montowano kolejne kable z równoczesnym kotwieniem ich w montowanych sekcjach przęseł. Kable naprężano dwukrotnie: podczas montażu i ponownie w fazie regulacji naciągów, by były one jednakowe. Cykl naprężania kabla trwał około 2 dni.

W projekcie przewidziano stalowe rury zapobiegające niszczeniu kabli przez wandali oraz ochronę przeciwpożarową. Swobodne części kabli zabezpieczono bardzo odporną matą izolacyjną, którą owinięto z zakładami naprężone wiązki cięgien. Maty mocowano opaskami ze stali nierdzewnej. Zewnętrzną osłonę stanowią rury z HDPE.

Długość kabli podwieszenia osiąga aż 442 m, co czyni je wrażliwymi na drgania. Aby ograniczyć wpływ drgań od deszczów i wiatru, rury osłonowe z HDPE były wzmocnione podwójnym spiralnym oplotem. Studia wykazały, że maksymalna dopuszczalna amplituda drgań wynosi 1,5 średnicy rury osłonowej. Z uwagi na lokalizację mostu w strefie silnych wstrząsów sejsmicznych kable wyposażono w zaawansowane systemy tłumienia drgań (zarówno wewnętrzne tłumiki hydrauliczne, jak i zewnętrzne amortyzatory magneto-reologiczne).

Na końcach obu przęseł umieszczono 12 kabli kotwiących je w filarach, aby przejąć siły unoszące wywoływane przez liny podwieszenia. Pod działaniem obciążeń i zmian temperatury końce przęseł doznają znacznych przemieszczeń podłużnych i poprzecznych. Pionowe kable kotwiące powinny przenieść przemieszczenia poziome wzdłuż mostu ±550 mm oraz w poprzek ±300 mm. Kable zakotwienia przęsła bocznego naprężano w dwóch fazach, finalnie po zmontowaniu przęsła głównego. Kable kotwiące jego koniec naprężono od razu całkowicie.

System łożysk mostu

W moście Danjiang zastosowano „pływający” system wsporczy, w którym belka pomostu nie jest pionowo podparta na styku z pylonem [2]. Ciężar własny oraz inne pionowe obciążenia mostu są przekazywane na pylon jedynie poprzez kable podwieszenia. Takie rozwiązanie eliminuje sztywne podparcie, które prowadziłoby do znacznych ujemnych momentów zginających w belce pomostu. Na pozostałych filarach pomost jest podparty przez jednokierunkowe łożyska przegubowo-tarciowe, które umożliwiają przemieszczenia mostu względem podpór w kierunku podłużnym mostu, a tarcie przy przesuwie pochłania częściowo energię wstrząsu sejsmicznego. Zakotwienia kablowe wewnątrz filarów na końcach obu przęseł zapewniają, że łożyska te pozostają ściskane we wszystkich stanach obciążenia.

Ochrona sejsmiczna i tłumienie drgań

Tajwan jest jednym z najbardziej zagrożonych trzęsieniami ziemi miejsc na świecie. Przeprowadzono dla lokalizacji projektu studium zagrożenia sejsmicznego, siły i częstości występowania wstrząsów, które było podstawą projektowania zabezpieczeń. Teren znajduje się w strefie II Tajpej, z maksymalnymi przyspieszeniami gruntu (PGA) wynoszącymi 0,32 g przy maksymalnym trzęsieniu ziemi (MCE) oraz 0,24 g przy poziomach projektowych trzęsień ziemi (DBE). Projektowanie sejsmiczne oparte było na prognozie zachowania konstrukcji. Celem jest spełnienie kryteriów odporności budowli określonych w specyfikacjach budowy mostu. Przy częstych małych trzęsieniach ziemi konstrukcja powinna zachowywać się sprężyście, bez uszkodzeń komponentów i z natychmiastowym dopuszczeniem ruchu. Powstałe przemieszczenia po kilku drobnych wstrząsach mogą wymagać drobnych napraw w celu likwidacji przemieszczeń. Przy okresowych większych trzęsieniach ziemi (DBE) konstrukcja doznaje minimalnych uszkodzeń i przemieszczeń, co wymaga ich rektyfikacji. Rzadkie silne trzęsienia ziemi (MCE) nie mogą spowodować zawalenia mostu, powinna być zapewniona możliwość bezpiecznej ewakuacji, a uszkodzenia elementów możliwe do naprawy. Nie powinny powstać przeguby plastyczne. Most pozostaje czynny dla ruchu awaryjnego po zakończeniu trzęsienia.

Wybór i dopracowywanie urządzeń izolacji sejsmicznej były kluczowym wyzwaniem projektu [6]. Wymagana jest izolacja sejsmiczna w obu kierunkach poziomych, aby ograniczyć siły reakcji podparcia. Chociaż ruchy mostu są niezbędne dla rozpraszania energii podczas wstrząsów sejsmicznych, to przemieszczenia muszą być ograniczone ze względu na rozmiar kompensatora oraz ograniczenia miejsca na filarach i pylonie. Wyzwaniem było opracowanie systemu spełniającego wszystkie wymagania, jednocześnie zapobiegającego przemieszczeniom się podczas regularnego użytkowania i obciążeń tajfunowych. Ostatecznie doprowadziło to do systemu, który zmienia właściwości na poziomie konkretnej siły. W kierunku podłużnym jako optymalne rozwiązanie wybrano tłumiki hydrauliczne.

Zaprojektowana konstrukcja podwieszona współpracuje z wielokierunkowymi systemami izolacji sejsmicznej dostarczonymi przez szwajcarską firmę Mageba. Zabezpieczenia tłumiące drgania zastosowano na pylonie i sąsiednich filarach. Siły działające wzdłuż mostu przenoszone są głównie przez baterię 7 potężnych tłumików hydraulicznych, dołączonych przegubowo do jednej z nóg pylonu w poziomie pomostu (fot. 4). W normalnych warunkach eksploatacji działają one jako sztywne podparcie, zapewniając całkowitą siłę osiową do 7 x 7500 kN = 52500 kN. Podczas trzęsienia ziemi siła osiowa może przekroczyć granicę 7500 kN. W tym momencie grupa tłumików przez otwarcie zaworu przechodzi od sztywnego oparcia do działania jako amortyzatora – zależnego od prędkości tłumika lepkościowego, zapewniając izolację sejsmiczną i rozpraszanie energii. Po wstrząsie sejsmicznym zawór się zamyka, ale konstrukcja może wymagać regulacji po wielu mniejszych lub rozległych trzęsieniach.

Dodatkowe zabezpieczenie przed przemieszczeniem w ekstremalnych warunkach zapewniają standardowe tłumiki lepkościowe na filarach przejściowych oraz sztywne opórki na obu nogach pylonów. Pylon i filary przejściowe mają wystarczającą sztywność, by zapewnić boczne podparcie.

Połączenie tłumików hydraulicznych, łożysk przegubowo-tarciowych, tłumików lepkościowych i systemów zatrzymujących tworzy warstwową ochronę, która ogranicza siły, kontroluje przemieszczenia i zapewnia ponowne wyśrodkowanie po silnych wstrząsach. Zamiast polegać na jednym urządzeniu, system zapewnia redundancję i skoordynowane działanie zabezpieczeń. Sejsmiczne zabezpieczenia konstrukcji mostu stanowią znaczący wzorzec dla mostów o długim przęśle w środowiskach o wysokim zagrożeniu.

Podsumowanie

Wybudowany niesymetrycznie podwieszony most Danjiang jest wybitnym dziełem sztuki inżynierskiej, tak ze względu na walory architektoniczne, jak i na innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne. Jego budowa była niezwykłym wyzwaniem technicznym i organizacyjnym. Posadowienie pylonu, jego konstrukcja i ukształtowanie, rozwiązanie belki pomostu i podwieszeń, a szczególnie zaawansowane zabezpieczenia sejsmiczne, mogą być wzorem do naśladowania w innych podobnych obiektach.

W artykule przedstawiono podstawowe informacje. Znacznie więcej zawierają obszerne publikacje w zeszytach 3 i 4/2025 kwartalnika „E-mosty”.

Piśmiennictwo

1. Wang C.C., Chen C.C., Liu Y.H.: Cofferdam supporting method for pylon foundation excavation of the danjiang bridge. „E-mosty”, 4/2025, s. 9-17.
2. Gawlista J., Costa V.: Danjiang bridge stay cable system testing, design and erection. „E-mosty”, 3/2025, s. 52-59.
3. Hirasawa J., Zalewski R.: 3D Formwork and climbing solutions for the Danjiang bridge pylon. „E-mosty” 4/2025, s. 18-30.
4. Karius K., Cheng S.H., Chen W.K., Krieger K.: Structural Design of the Danjiang Bridge, Taiwan, The largest asymmetric single tower cable stayed bridge. CECAR8 Conference, Tokyo 2019.
5. Karius K.: Design and construction of the danjiang single tower cable stayed bridge in taiwan. „E-mosty”, 3/2025, s. 21-37.
6. Karius K., Chen W.K., Ro J., Chen Y.C., Cheng M.C.: Seismic isolation design of the danjiang bridge, taiwan. „E-mosty”, nr 4/2025, s. 31-43.
7. Ponad wodą i chmurami: Most Danjiang osiąga rekordowe rozmiary za sprawą systemów PERI. Komunikat prasowy Firmy PERI (dostęp 26.05.2026 r.).

dr inż. Bolesław A. Kłosiński