rijkswaterstaat de brug over het julianakanaal en de maas ectie bruggen voorburg 5 / 3 / W "

Transcriptie

1 rijkswaterstaat W de brug over het julianakanaal en de maas W " 0 5 / 3 / ectie bruggen voorburg

2 De brug over het Julianakanaal en de Maas bij Elsloo T. VAN DER SCHAAF Ontwerp van de brug. Zoals in fig. 1 is aangegeven vormt de brug een schakel in de autosnelweg E39 (Rijksweg 76). Met de bouw van de brug is bovendien een begin gemaakt met het laatste in Nederland te bouwen gedeelte van de E39 tussen het klaverblad Kerensheide en de Belgische grens. De weg vormt een verbinding tussen Antwerpen, het industriegebied in Z.O. Limburg en het net van Duitse autosnelwegen. Bij Lummen in België takt de E39 af van de bestaande autosnelweg Antwerpen-Luik om direct over de Duitse grens via het klaverblad Verlautenheide op de autosnelweg Aken-Keulen te worden aangesloten. De brug kruist het Julianakanaal en de Maas, die ter plaatse grensrivier is. Ten einde te komen tot een goede voorbereiding van het brugproject is een Belgisch-Nederlandse werkgroep gevormd. Uit het overleg in deze werkgroep is het uiteindelijke ontwerp van de brug gegroeid. In het kort zal worden weergegeven de evolutie, die het ontwerp heeft ondergegaan, vanaf het eerste ontwerpstadium, tot de vorm, die uiteindelijk is gekozen. In eerste instantie stond vast het profiel van vrije ruimte ten behoeve van de scheepvaart in het Julianakanaal, waarbij met een verruiming van het kanaal in westelijke richting rekening was gehouden. Hiermee werd de hoogte van de onderkant van de brug vastgelegd, alsmede de plaats van eventuele pijlers aan weerszijden van het Julianakanaal. De hoogte van de bovenzijde van de rijweg op de brug werd bepaald fig.1 Situatie E39 in Zuid-Limburg met te bouwen brug over het Julianakanaal en de Maas. : iöiifci!:öc l

3 fig.2 Ontwikkeling van het brugontwerp. BELGIË i < ^ * < -m ^l hcj r 1 - ^ ^ # ^ nnmmnmm SOoT ItHTO TfflliiHILimuUUJIHHHU HUHMj^pHBHHUHOJIIUUlllJlJulluuuumnfr^. I IIHU^ff rtm HHKUUUVUmjUUUUUyff =B i^m^ «^ ^ Lg MATEN IN MILLIMETERS I 3 = ^ I ,im UüUUJUUUUUUUUHit HHHl/lj^UUUIIU i^m^,j * " " " " ^ - " J 2

4 door het lengteprofiel van de weg op Belgisch en Nederlands grondgebied. Het gehele project ligt in van Oost naar West aflopend terrein, terwijl het Julianakanaal ter plaatse ca 10 m hoger ligt dan de Maas. De autosnelweg wordt door het woongebied van Stein geleid in een 5 m diepe ingraving. De gewenste constructiehoogte van de brug nml. de hoogte tussen onderkant brug en bovenkant rijdek bedroeg 3 m. Door de aanwezigheid van de mijnen bestaat in grote delen van Zuid-Limburg gevaar voor mijnzakkingen. Bij kans hierop dient een constructie zodanig te worden ontworpen, dat eventuele verzakkingen van de ondersteuningen geen gevaar opleveren voor bezwijken van de gehele constructie. Dit houdt in dat een brug in een mijnzakkingsgebied altijd een ligger op twee steunpunten moet zijn of een aaneenschakeling daarvan. Daar voor de brug bij Elsloo geen gevaar voor mijnzakkingen bestaat, kon de brug als een ligger over meer dan twee steunpunten worden ontworpen. De lengte van de brug werd aan de Oostzijde bepaald door het profiel van vrije ruimte voor het Julianakanaal, terwijl aan de Westzijde de brug een zodanige lengte moest hebben, dat de overgang van de brug op aarden baan buiten het winterbed van de Maas kwam te liggen. De breedte van de brug moest zodanig zijn, dat ruimte aanwezig was voor twee maal drie rijstroken, alsmede aan weerszijden van de brug een rijwielpad. Uit genoemde randvoorwaarden resulteerde een voorontwerp in voorgespannen beton met 9 overspanningen en een totale lengte van 558 m, zoals 'mfig. 2-1 is aangegeven. Een ontwerp, dat een geringe uitbreidingsmogelijkheid van het Julianakanaal in Westelijke richting biedt geeft fig Hierbij is gedacht aan een ontwerp in voorgespannen beton, zowel als in staal, waarbij in het laatste geval het betonnen rijdek meewerkt met de stalen hoofdliggers. Herziene inzichten in de toekomstige breedte van het Julianakanaal eisten een overspanningslengte van de brug over het kanaal van 94 m. Deze lengte was te realiseren, mits de constructiehoogte werd vergroot tot 3,50 m, hetgeen resulteerde in een wijziging van het lengteprofiel van de autosnelweg nabij Stein. Tevens werd met het oog op een latere uitbreidingsmogelijkheid de gewenste breedte van de brug van 34,70 m op 36,20 m gebracht. Het aantal pijlers van de totale brug werd met twee verminderd. In fig. 2-3 is een en ander weergegeven. Van Belgische zijde werd daarna de wens te kennen gegeven om de oprit op Belgisch gebied in plaats van als aarden baan, als betonviaduct met een totale lengte van ca 800 m uit te voeren. Op Nederlands verzoek is dit betonviaduct ook over 3

5 fig.3 Opbouw van de brug. een groot gedeelte van het westelijk winterbed van de Maas doorgetrokken, waardoor de lengte circa 1000 m werd. Hierdoor werd de lengte van de hoofdbrug verkleind tot 280,60 m, terwijl de overspanningen zodanig werden gekozen dat deze goed zouden aansluiten bij de overspanningen van 30 m van het betonviaduct, zie fig In het definitieve ontwerp volgens fig. 2-5 is de overspanning over het Julianakanaal gegroeid naar 115 m, omdat met een extra uitbreiding van het kanaal in oostelijke richting rekening diende te worden gehouden. Door deze laatste eis was een oplossing in voorgespannen beton minder aantrekkelijk, in vergelijking tot het stalen brugontwerp, terwijl bij een gecombineerde aanbesteding vertraging van ca 9 maanden in het tijdschema zou optreden. De onderbouw van de brug. De onderbouw van de nu gekozen stalen brug bestaat uit een overgangspijler op Belgisch gebied, 2 pijlers in de Maas, 1 pijler aan de Westkant van het Julianakanaal en 1 landhoofd aan de Oostzijde van het kanaal. De overgangspijler is gefundeerd op staal. Op de funderingsplaat wordt een doorgaande wand gebouwd, waarop aan de ene zijde de stalen brug en aan de andere zijde het betonviaduct is opgelegd. De overige pijlers bestaan uit bouwkuipen van stalen damwand, waarin stalen damwandschermen van 27 Peinerprofielen worden geheid, die gedeeltelijk worden gevuld met beton. Damwandschermen en Peinerprofielen worden ingebetonneerd in een funderingsplaat, waarop bij elke pijler vier vertikale, in horizontale doorsnede kruisvormige kolommen komen, waarop de hoofdliggers van de brug rusten. Het landhoofd is gefundeerd op 10 stalen damwandschermen. Daarop komt een funderingsplaat, met een grondkerende wand en twee naar achteren uitkragende vleugelwanden. De hoofdliggers van de brug worden opgelegd op verzwaringen van de grondkerende wand. Het maken van de onderbouw gebeurt door de firma Colijn en Ippel N.V. te Nieuwendijk. De brugconstructie. De brug is een gelaste stalen constructie, doorgaande over vier openingen. De totale breedte van de brug bedraagt PI-MEN TUSSEN MARSDRAGERS MONTAGE LAS MATEN IH MM

6 fig.4 Principe van een uit gestandaardiseerde elementen opgebouwde brug. tussen de leuningen 36,20 m. In dwarsdoorsnede bestaat de brugconstructie uit twee identieke bruggen ter breedte van 18 m, ieder opgebouwd uit twee hoofdliggers, dwarsdragers en een stalen rijvloerconstructie. In fïg. 3 is schematisch de opbouw van een van de bruggen weergegeven. De hoofdliggers bestaan uit een lijfplaat met langs- en dwarsverstijvingen, een bnderflens en een hulpflens ter hoogte van de onderkant van de dwarsdiagers. De dwarsdragers bestaan uit een lijfplaat met twee flenzen en worden met voorspanbouten op de hulpflens van de hoofdligger bevestigd. Tussen de hulpflens, de dwarsdragers en de rijvloer worden hoofdliggerplaten gelast, die de samenwerking verzekeren tussen de hoofdliggers en de rijvloerconstructie. De rijvloerconstructie bestaat uit een staalplaat met aan de onderzijde opgelaste langsliggers, uitgevoerd als gezette trapeziumvormige profielen. Onder de langsliggers worden vertikale oplegplaatjes gelast, waarmede de langsliggers op de dwarsdragers rusten. Dit systeem is de meest recente ontwikkeling in de Nederlandse brugbouw en heeft het grote voordeel, dat op deze wijze seriefabrikage van grote aantallen gelijkvormige brugelementen mogelijk wordt. In fig. 4 is het principe van het samenbouwen van een dergelijk brugsysteem weergegeven. Ten behoeve van dit samenbouwen is ook de hoofdligger in de hoogte in tweeën gedeeld. De volgorde van samenbouwen is: a het plaatsen van de onderste delen van de hoofdligger, hierbij gebruik makende van hulpsteunpunten. b het plaatsen van de dwarsdragers op deze hoofdliggers. c het plaatsen van de extra lijfplaatelementen op de hoofdüggers en tussen de dwarsdragers. d het plaatsen van de brugdekelementen. e het vastlassen van het brugdek aan hoofdliggers en dwarsdragers. Bij een verder doorgevoerde normalisatie van de breedte van het brugdek voortvloeiende uit rijstrookbreedten, aantal rijstroken, schampstrookbreedten, enz. is een vergaande standaardisatie van de brugelementen mogelijk bij toepassing van dit systeem. In wezen is dan van een willekeurige brug de enige variabele de constructie van het onderste deel van de hoofdliggers. In de brug is circa 3500 ton constructiestaai verwerkt, hetgeen neerkomt op een staalgewicht van 320 kg/m 2 brugdek. Montage van de brug. In principe is het nodig om, alvorens met het ontwerp van

7 fig.5 Montageschema. een brug een aanvang te maken, na te gaan wat de mogelijkheden zijn met het oog op de montage. Naast de randvoorwaarden, die het ontwerp van de brug bepalen, zoals overspanningen, beschikbare constructiehoogte, breedte van de brug, rijbaanindeling, is het van belang te bepalen hoe de brug zal worden gemonteerd om hiermee in de berekening eventueel rekening te houden, aangezien tijdens de montage soms ongunstiger belastingstoestanden kunnen voorkomen dan in de gebruikstoestand. Bij de brug te Elsloo was het probleem van de montage, gezien de opbouw in fig. 3, terug te voeren tot het probleem van de afmetingen van de brugsecties en de aanvoer daarvan op de bouwplaats en het probleem van de montage van de overspanning over het Julianakanaal. Ten eerste was aann :i i! BRUG OVERVAREN Ta BAK WEGNEMEN EN BRUG AFVUZËLEN J ~l, 5P^ ii :i u BRUG VERDER MONTEREN M.B.V. MONTAGEKRAAN rrt-r.-jirzr-ïe m ~7 i i XT = / MATEN IN MM

8 voer over water te overwegen, omdat dit weinig beperkingen geeft ten aanzien van de grootte van de eenheden en deze wijze van transport betrekkelijk goedkoop is. Daar de Maas ter plaatse van de brug onbevaarbaar is en in verband met de drukke scheepvaart in het Julianakanaal kunnen de eenheden echter niet worden gelost op de bouwplaats, maar zou dit moeten gebeuren in de haven van Stein, ca 2 km noordelijker. Daar vandaan zouden de brugelementen over een smalle weg naar de bouwplaats moeten worden getransporteerd. De extra overslag en de relatief hoge kosten van het deel wegtransport maken deze oplossing onaantrekkelijk. Beter is om er van uit te gaan dat de eenheden van de brug van de fabriek over de weg naar de bouwplaats vervoerd moeten worden, een methode die gebleken is de meest economische te zijn voor het viaduct over het spoorwegemplacement te Beek (Zuid-Umburg), waarvoor hetzelfde probleem gold. De indeling van de brugsecties moet dan aangepast zijn aan de afmetingen en gewichten, die bij dat wegtransport toelaatbaar zijn. De lengte der aan te voeren eenheden is daarom op maximaal 20 m, de breedte op maximaal 3 m en het maximum gewicht op ca 20 ton bepaald. De volgorde van monteren wordt in hoofdzaak bepaald door de volgende factoren: a. de scheepvaart in het Julianakanaal mag slechts in het weekeinde worden gestremd. b. in het Julianakanaal mogen geen hulpsteunpunten worden geplaatst om de waterdichte bodembekleding niet te beschadigen. Deze bekleding is noodzakelijk in verband met het grote hoogteverschil tussen de waterspiegels van het kanaal en de Maas en bovendien door de zeer nabije ligging van de Maas. c. om een vlotte montage te garanderen is één bouwfront gewenst, waarbij de aangevoerde brugdelen direct op de juiste plaats worden aangebracht. d. de bereikbaarheid van de plaats waar de onderdelen moeten worden gemonteerd. Aanvoer van de brugsecties via België heeft het bezwaar dat de eenheden in de uiterwaarden van de Maas op de brug moeten worden gehesen. Bij hoge afvoeren van de Maas zal het winterbed gedurende bepaalde tijd ondergelopen zijn, waardoor de montage stagneert. Ook is aanvoer van de onderdelen van de brug denkbaar over de landtong tussen de Maas en het Julianakanaal. De bereikbaarheid van dit terrein is echter voor diepladers zeer slecht. Bovendien zou men hier met twee bouwfronten moeten werken. Bij de gekozen wijze van monteren, die in fig. 5 schematisch is weergegeven, worden alle onderdelen van de brug aangevoerd aan de Oostzijde van het Julianakanaal, waar in het tracé van de weg achter de brug een bouwterrein wordt gemaakt. Op dit bouwterrein worden de onderdelen van de brug samengebouwd en de brug wordt, naarmate de montage vordert in de richting van het kanaal gerold. Vervolgens wordt in het Julianakanaal een ponton onder de brug gevaren waarop een stelling is gebouwd. Door de ponton leeg te pompen komt de brug aan een zijde hierop te rusten, waarna de brug in zijn geheel wordt overgevaren en op een hulpsteunpunt aan de andere zijde van het kanaal wordt opgelegd. Deze operatie moet in een weekeinde plaats vinden om de scheepvaart zo weinig mogelijk hinder te bezorgen. Hierna wordt de brug ca 4,50 m afgevijzeld en wordt een montagekraan op de brug geplaatst, waarmee de brug verder wordt gemonteerd. Bij verdere montage moet van hulpsteunpunten gebruik worden gemaakt. De onderdelen worden met diepladers de brug opgereden en direct met de montagekraan op hun plaats gebracht. De brug moet eind 1972 gereed zijn. De fabrikage en montage van de brug worden uitgevoerd door De Vries Robbé en Co N.V. te Gorinchem. 7

9 mei '71 publicatie van de Directie Bruggen Koningin Julianalaan 372 Voorburg tel productie: Reprografische Afdeling van de Hoofddirectie van de Waterstaat vormgeving: 8 Studio '67 Rijkswaterstaat

10