Twee schuine kokerbruggen

Transcriptie

1 thema 1 Brug N279 bestaat uit twee nagenoeg identieke tweecellige kokerbruggen Twee schuine kokerbruggen Nabij de zuidelijke aansluiting van de nieuwe Zuid-Willemsvaart op het bestaande kanaal, wordt Brug N279 gerealiseerd. Deze brug verzorgt de oost-westverbinding voor het regionale verkeer in de N279. De brug is één van de zes nieuwe bruggen over het nieuwe kanaal en zal worden uitgevoerd als twee losse kokerbruggen Twee schuine kokerbruggen

2 ing. Dave Kosterink PMSE, RC Volker InfraDesign bv, WillemsUnie v.o.f. 1 Luchtfoto Brug N279, 5 juli Inpassing Brug N279, Viaduct N279 en Brug Beusingsedijk Het kunstwerk ligt ter hoogte van kilometrering m (fig. 2) in de N279 tussen Veghel en s-hertogenbosch. Beide kokerbruggen hebben een breedte van 16,05 m. Voor de variant met twee smalle kokerbruggen in plaats van één brede is gekozen, omdat in het ontwerp is afgeweken van het oorspronkelijke Tracébesluit. Aanvankelijk was het de bedoeling uit te gaan van 2 1 rijstrook met in- en uitvoegstroken. In de ontwerpfase is uitgegaan van een 2 2-variant. Door de realisatie van twee losse bruggen kon bij afkeuring van het gewijzigde Tracébesluit, zonder grote aanpassingen het oorspronkelijke Tracébesluit worden uitgevoerd. Overspanningen Gezien de schuine kruisingshoek van de N279 met de nieuwe Zuid-Willemsvaart is de middenoverspanning ruim groter dan die van de overige bruggen. De hoofdoverspanning over het kanaal is vastgesteld op basis van het profiel van vrije ruimte (PVR), de kruisingshoek en de plaatsing van de middensteunpunten. Ook is rekening gehouden met de mogelijk toekomstige verbreding van het kanaal. De breedte van het PVR ter plaatse van de kruisende wegen op basis van krap profiel is 35,80 m. Om in de toekomst een verruiming van krap profiel naar normaal profiel mogelijk te maken, moest worden gerekend met een totale breedte van het PVR van (35,80 + 5,05 = ) 40,85 m (exclusief toleranties en wrijfgording langs damwand kanaalpand). De eisen met betrekking tot het PVR, in combinatie met de schuine hoek en een vastgestelde breedte van de poer van 11,0 m, resulteerden voor brug 1 in een totale lengte van 213 m. De totale lengte is opgebouwd uit drie overspanningen van respectievelijk (1,0 m)*, 51,5 m, 108,16 m, 51,5 m (en 1,0 m). Brug 2 heeft een totale lengte van 201 m, opgebouwd uit drie overspanningen van respectievelijk (1,0 m), 48,5 m, 102,10 m, 48,5 m (en 1,0 m) (tabel 1, fig. 3). De ondersteuning van de brug wordt verzorgd door twee landhoofden ter plaatse van as 1 en 4 en twee tussensteunpunten op as 2 en 3 (fig. 4). *Waarden tussen haakjes zijn de lengten voor de aslijn. Tabel 1 Kruisingshoeken en veldlengten brug 1 en 2 Brug N279 (zuidkant) KW01 (brug 1) Brug N279 (noordkant) KW02 (brug 2) kruisingshoek as weg - as kanaal [ ] veld as 1-2 // as weg [m] veld as 2-3 // as weg [m] veld as 3/4 // as weg [m] 31,1 51,5 108,16 51,5 33,1 48,5 102,1 48,5 2 Ontwerpafwegingen In de ontwerpfase heeft het ontwerpteam enkele keuzeafwegingen en optimalisaties beschouwd. Net als voor de andere onderdelen van het project bestaat het projectteam behalve uit een constructeur en een 3D-modelleur, ook uit een werkvoorbereider. Met de toevoeging van werkvoorbereiders in de ontwerpteams wordt beoogd om met Trade-Off-Matrices een betere afweging te kunnen maken ten aanzien van uitvoeringsmethode, planning, kosten en hoeveelheden. Beton In het variantenonderzoek is een afweging gemaakt tussen een volledig betonnen brug, een volledig stalen brug en een staalbetonvariant. Hieruit is gebleken dat een volledig betonnen variant economisch en planningstechnisch de beste keuze is. Belangrijk in deze afweging is dat het kanaal nog moet worden gegraven. Dit geeft de mogelijkheid om eerst de volledige brug te bouwen en vervolgens pas het kanaal onder de brug door te graven. De brug wordt uitgevoerd als twee in het werk gestorte voorgespannen tweecellige kokerbruggen in C70/85. Om schuifspanningen door torsie en dwarskracht op te kunnen vangen, was ter plaatste van de steunpunten een circa tweemaal zo hoge kokerdoorsnede nodig. De hoogte van de koker varieert tussen 2,0 m ter plaatse van de landhoofden en het middenveld en 4,0 m ter plaatse van de middensteunpunten. Opwippen Door de relatief korte eindoverspanningen en de niet-haakse landhoofden (ca. 32 ) zouden vasthoudconstructies op de landhoofden nodig zijn om het opwippen van de brugeinden tegen Twee schuine kokerbruggen

3 thema 3 3D-overzicht brug 2 4 De brug wordt ondersteund door twee twee landhoofden 5 De voorspankanalen in het dek lopen ter plaatse van de middensteunpunten as 2 en as 3 3 te gaan. Door plaatsing van de steunpunten haaks op de wegas en door ballastbeton toe te passen in de kokercellen over de laatste 24 m van de bruggen, werd voldoende oplegdruk gecreëerd en waren vasthoudconstructies niet nodig. Ook is overwogen het middenveld met een lichter beton (C53/65, γ = 22 kn/m 3 ) uit te voeren. Dit bleek binnen de gestelde uitvoeringstermijn echter niet realiseerbaar. Vooral ten aanzien van vermoeiing ontbreekt documentatie en goede regelgeving. Ook waren geen referentieprojecten bekend. Daarom is afgestapt van deze oplossingsrichting. Om het middenveld toch lichter te houden, is ervoor gekozen de doorsnede te reduceren door toepassing van C70/85. Hierdoor kon de kokerwanddikte van 500 tot mm worden gereduceerd. Voorspanning De voorspanning in de koker is alleen in de vloer en het dek aangebracht en niet in de wanden. Daardoor was reductie van de wanddikte tot mm mogelijk (de benodigde voorspanning zou niet hebben gepast in de wanden). Met deze dunnere wand was weer minder voorspanning nodig om het eigen gewicht op te nemen. De voorspankanalen zijn in vijf groepen gebracht. In het dek lopen rechte voorspankanalen ter plaatse van de middensteunpunten as 2 en as 3 (fig. 5). In de vloer lopen voorspankanalen in het begin van veld 1, in het midden van veld 2 en in het einde van veld 3. De voorspanning wordt door middel van voorspanconsoles ingebracht in de constructie (fig. 6). Een belangrijk aandachtspunt bij het toepassen van rechte kabels in de koker, is de controle op voldoende overlap tussen de kabels in de vloer en het dek. Een vuistregel hierbij is 3 à 4 maal de hoogte van de beschouwde doorsnede. Dit komt neer op het controleren van de verschoven momentenlijn. Horizontale krachtsafdracht Voor de waarborging van de horizontale krachtsafdracht is een aantal afwegingen gemaakt. Van invloed op deze krachtsafdracht is de calamiteitssituatie aardbeving. Conform NEN A B C D E *= *=4800 5*250=1 5*260= as Zuid-Willemsvaart Twee schuine kokerbruggen

4 6 Principe voorspanconsole 7 Stellen oplegblok met dwarsfixatie t.p.v. tussensteunpunten moet rekening worden gehouden met 10% van de permanente belastingen als horizontaalkracht. De minimale oplegdruk bij de landhoofden maakt het onlogisch om de horizontale belastingen daar af te dragen. Omdat het ook niet gewenst is vanuit het Ambitiedocument Kunstwerken Zuid-Willemsvaart een rempijler te realiseren, is ervoor gekozen de krachten op te laten nemen door opleggingen met een dwarsfixatie ter plaatse van de tussensteunpunten (foto 7). 6 Bovenbouw De bovenbouw van de brug bestaat uit tweemaal een tweecellige kokerligger (fig. 8), elk verlopend van een hoogte van 4,0 m bij de tussensteunpunten naar 2,0 m bij de eindsteunpunten en het middenveld. De platen van het dek hebben een verlopende hoogte van tot mm. De wanden van de koker zijn mm dik. De ondervloer heeft een dikte van mm en verloopt bij de tussensteunpunten tot 700 mm. Om de stabiliteit van de kokerdoorsnede in dwarsrichting te waarborgen, zijn dwarswanden nodig. Vooral ter plaatse van de tussensteunpunten ontstaan immers torsiekrachten. Deze dwarswanden hebben een dikte van 1 m ter plaatse van as 1 en 4 en een dikte van 1500 mm ter plaatse van as 2 en 3. De dwarswanden op as 2 en as 3 zijn voorgespannen. De bovenbouw is zowel horizontaal als verticaal gekromd. In het horizontale vlak heeft de brug een kromming met een straal van circa 800 m (fig. 2). In het verticale vlak heeft de ondervloer een kromming van 600 m (tussen de steunpunten) en het dek een kromming van circa 6000 m (fig. 10). Deze krommingen worden gerealiseerd door de kokerconstructie in rechte moten van circa 12 m op te delen. 7 Twee schuine kokerbruggen

5 thema 8 Vormtekening kokerdoorsnede 9 Bovenlaag poerwapening tussensteunpunten 10 3D-aanzicht Brug N279 Zoals beschreven is er één brug met een lengte van 213 m en één van 201 m. Met behulp van het rekenprogramma ALP is een beschouwing gemaakt van de invloed van de kortere overspanningen van brug 2 ten opzichte van brug 1. De effecten van permanente belastingen op de twee bruggen met verschillende overspanningen zijn met elkaar vergeleken. De invloed hiervan bleek gering. Daarom is gekozen om de grotere brug door te rekenen en voor brug 2 dezelfde dimensies en hoeveelheden toe te passen. De bovenbouw wordt ondersteund door drie opleggingen ter plaatse van de landhoofden en twee opleggingen bij de middensteunpunten. Ter plaatse van de landhoofden is de 250 F A B C D E C D E A B G bovenbouw in het DO-doorgerekend op basis van kalotopleggingen. De noordelijke kalotopleggingen krijgen een dwarsfixatie. Ter plaatse van de middensteunpunten (op de kolommen) worden rubberoplegblokken toegepast. Ook hier krijgen de noordelijke blokken een dwarsfixatie. In figuur 7 is het stellen van het oplegblok met dwarsfixatie te zien. De stalen ring rond de kolom is voor aanbrengen enkele graden verwarmd ten opzichte van de buitentemperatuur. Deze ring spant zich daardoor licht op tegen de bovenrand van de kolom. 9 In de brug wordt circa 0 m 3 C70/85 beton verwerkt. De voorspanning is verdeeld over 10 kabels 19 Ø15,7 mm in de vloer van veld 1 en 3, 28 kabels 19 Ø15,7 mm in de vloer van veld 2 en 56 kabels 19 Ø15,7 in het dek ter plaatse van de twee tussensteunpunten. In de twee eindvelden is m 3 ballastbeton Twee schuine kokerbruggen

6 11 Begin onderlaag poerwapening tussensteunpunten toegepast tegen het opwippen van de brugeinden. Voor de gehele brug kunnen deze hoeveelheden met twee worden vermenigvuldigd, aangezien brug 2 nagenoeg gelijk is aan brug 1. Onderbouw De onderbouw van de brug bestaat uit twee landhoofden en twee tussensteunpunten. De landhoofden zijn gefundeerd op 22 prefab palen vierkant 450 mm en een poer van 3,5 11,5 2,0 m 3. De twee tussensteunpunten van de brug hebben elk 32 vibropalen Ø560 mm onder een poer van 8,5 16,0 2,5 m 3. Op de poer staan twee kolommen met een diameter van 2,0 m. Op deze in totaal vier kolommen rust bijna het gehele gewicht van de brug. Omdat per tussensteunpunt één kolom een horizontale fixatie heeft, worden de poeren bovendien excentrisch belast in de calamiteitscombinatie aardbeving (horizontaal). Dit zorgt voor grote krachten in de poer. In het gebied tussen de kolommen treden hoge dwarskrachten op. Hier is veel dwarskrachtwapening nodig. Om het vlechten gemakkelijker te maken, zijn dwarskrachtstaven met T-heads toegepast (foto 9). Omdat er tevens weinig ruimte voor de verankeringslengte van de buigtrekwapening onder in de poer is (lokaal vier lagen Ø40 mm in langsrichting!), zijn ook hier T-heads toegepast (zie foto 11 voor eerste laag). Uitvoering Aangezien het kanaal pas wordt gegraven als Brug N279 gereed is, biedt het de uitvoering de mogelijkheid om de volledige bekistingsconstructie op torentjes te plaatsen. Om zetting van de bekistingsconstructie te voorkomen, is lokaal de met klei vervuilde bovenste laag afgegraven en vervangen door een zandlaag. Op deze zandlaag zijn vervolgens stelconplaten geplaatst, waarop de torentjes zijn neergezet. Vervolgens is hierop de bekistingsconstructie gesteld. Als eerste zijn de landhoofden en tussensteunpunten gemaakt. Bij de tussensteunpunten is ervoor gekozen de wapeningskorven voor de kolommen volledig prefab te plaatsen, voordat het funderingsblok voor de poer was gestort. Vanwege de grote hoeveelheid wapening in de kolom voorkwam dit, dat laslengten indien zou zijn gewerkt met stekwapening vanuit de poer moesten worden toegepast. De bovenbouw van de brug wordt vanaf het begin gebouwd op zijn steunpunten. Op de landhoofden sluit de bekistingsconstructie aan op dummy s (voor de oplegblokken) en ter plaatse van de tussensteunpunten wordt de bovenbouw direct op zijn definitieve oplegblokken geplaatst. Nadat de gehele brug gereed is, wordt er steunpunt voor steunpunt gevijzeld. De dummy s worden vervangen voor de definitieve opleggingen en op de 11 tussensteunpunten worden de oplegblokken door het vijzelen even ontspannen. Hierdoor worden vervormingen uit de bouwfase (scheefstand blok) geneutraliseerd. De totale brug is opgedeeld in achttien moten. Deze moten worden gefaseerd gestort. Om het stortproces van het C70/85 beton onder controle te krijgen, is samen met de betonmortelleverancier een mock-up (proefstuk) gemaakt alvorens de eerste stort van de werkelijke brug is gedaan. De mock-up bestond uit het storten van een moot van 6 m van één kokercel inclusief de wapening en de voorspanconsoles. Op basis van deze mock-up en nog aanvullende storten, is het beton zo veel mogelijk geoptimaliseerd ten behoeve van de verwerkbaarheid op de bouwplaats. Een van de conclusies van de mock-up is het beton in betonmixers met 6 m 3 te laten leveren in plaats van de gebruikelijke 10 m 3. Op deze manier kan normaal gesproken zonder hapering een continu stortproces worden gerealiseerd. In foto 1 is de voortgang van de bouw van de N279 te zien. Duidelijk te zien is een deel van het nieuwe kanaal, de nieuwe brug in aanbouw en daarboven de huidige N279 en het huidige kanaal. Een deel van de vloer op de tussensteunpunten en het middenveld is al gestort, tevens zijn de wandkisten op de tussensteunpunten te zien. Op dit moment wordt volop gebouwd aan de eerste van de twee bruggen. Binnenkort zal ook gestart worden met de opbouw van de ondersteuningsconstructie van de tweede brug. Voor het bouwen van de tweede brug zal met een tweede bouwstroom worden gewerkt. Uiteindelijk zullen beide bruggen halverwege 2014 in gebruik worden genomen. Twee schuine kokerbruggen