C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 6 55M i d d e n s t e u n p u n t e n o ph e t s l u i s e i l a n dDe middensteunpunten van bei-debruggenzijngepositioneerdophet sluiseiland van het sluizen-complex, dit is een kistdamcon-structie. De ankerstangen waar-mee de damwanden aan elkaarzijn verankerd, liggen op 5 mbeneden maaiveld.Voor de middenpijler van despoorbrug is gekozen voor eenzeer stijve, holle cilindervormigeconstructie op een gewapend-betonnen funderingssloof op pre-fab betonpalen. Door de grote dia-meter van de cilinder is de uit-kragende lengte van de hamerkopbeperkt tot circa 8 m, waardoor demaximale dikte ervan kan wordenbeperkt tot 2,4 m. De hamerkop isvolledig voorgespannen. Door degekozen vorm is de middenpijlertevens stijf tegen horizontalebelastingendoorhettreinverkeer.Het middensteunpunt van de ver-keersbrug bestaat uit een relatiefslank ogende (vierkante) diabolo-vormige pijler, gefundeerd opprefab-betonpalen. De diabolo isopgebouwd uit betonnen langs-en dwarswanden, aan de buiten-kant omkleed met een construc-tieve betonschil (fig. 1). Aan debovenzijde is de diabolo afgeslo-ten door het betonnen brugdek,aan de onderzijde rust hij op eenfunderingssloof. De uitkragendelengte van het bovenste deel vande diabolo vanuit zijkant keelgemeten bedraagt ruim 13 m inlangsrichting en 7 m in dwars-richting. De maximale construc-tiehoogte van de samengesteldedoorsnede bestaande uit dek, bo-venste deel binnenwanden enschuine onderbeplating bedraagtcirca 3,9 m. Het bovenste gedeeltevan de diabolo is zowel in langs-als in dwarsrichting voorgespan-nen, waarbij de voorspankabelszijn geconcentreerd in het dek.AanvaringIn verband met de ligging van debeide brugpijlers op het sluisei-land midden tussen beide sluis-kolken is een risico-inventarisatieuitgevoerd voor het geval van eenaanvaring tegen het sluiseiland.Hierbij zijn onder meer in ogen-schouw genomen het type en hetaantal schepen, de vaarsnelhedenen de kans dat een schip uit hetroer loopt. Op basis van een faal-kansanalyseisvoorzowelhetsluis-eiland, als voor de in het watergelegen tussensteunpunten, dein rekening te brengen aanvaar-energie in calamiteitsituatiesvastgesteld. De ontwerp-aanvaar-energie is daarbij gebaseerd opeen faalkans dat ??n van debruggen als gevolg van een aan-vaarbelasting zou kunnen bezwij-ken (waardoor de Betuweroutevoor zeer lange tijd gestremd zouzijn) van 1 ? 10-8. Omdat de rem-mingwerken tevens dienst doenals geleidewerken voor de sche-pen vanuit het brede Amsterdam-Rijnkanaal naar de relatief smallesluiskolken, werd tevens ge?istdat deze remmingwerken overeen minimale energiedissipatie-capaciteit moesten beschikken.Bij `normale' aanvaringen moethet geleidewerk namelijk het be-trokken schip kunnen bijsturen(geleiden) zonder dat dit schipdaarbij zodanig wordt bescha-digd,dathetzinkt.Hetzinkenvaneen schip zou namelijk beteke-nen dat het Amsterdam-Rijnka-naal voor langere tijd is gestremd,hetgeen ontoelaatbaar is. Dezelaatste eis is geformuleerd in devorm van een bij een maximaleaanvaarkracht door het remming-werk op te nemen minimale aan-vaarenergie.Voor de kistdamconstructie vanhet sluiseiland zijn bovenstaandeanalyses uitgevoerd met eenPlaxis-model. Hierin is zowel dekistdam als de hierin aanwezigeconstructie (funderingssloof ge-Bruggen over Amsterdam-Rijnkanaal (2): realiseringSlank en zwaar naast elkaar*) Beide auteurs zijn werkzaam bij RoyalHaskoning, waar de Weger thans onder-deel van uitmaakt.ir. F.H.M. Scholten en ir. G. de Vos, Grontmij ? de Weger VoF *)Twee van de meest in het oog springende bruggen in de Betuweroute bevindenzich ter plaatse van de kruising met het Amsterdam-Rijnkanaal. In het vorigeartikel zijn de ontwerpgeschiedenis en het uiteindelijke ontwerp behandeld. Indit artikel komen het constructief ontwerp en de uitvoering aan bod van zowelde spoorbrug als de direct ernaast liggende brug voor lokaal verkeer.voorspankabelstegendruk op fundering= drukdiagonaal= trekband= contour dwarswanden/omhullende beplating1 | Middensteunpuntverkeersbrug (diabolo-vormige pijler); krachts-werking langswanden bijexcentrische belasting entoegepast wapenings-principeC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 656fundeerd op prefab betonpalen)meegenomen. Uiteindelijk heeftdit voor de beide middensteun-punten geleid tot een relatiefzwarepaalkopwapeningomdebijaanvaring ontstane grote inklem-mingsmomenten in de funde-ringssloof te kunnen inleiden.Detaillering pijler verkeersbrug.De detaillering van de keeldoor-snede van de diabolovormigepijler is bijzonder vanwege degrote slankheid in relatie tot deafmetingen van de hamerkop(2,5 x 3,0 m2in relatie tot 28,8 x16,5 m2) en vanwege het gegevendat in deze snede een groot aantalwanden en vloeren samenkomenmet de bijbehorende wapening.Erisvoorgekozenhetbovensteenhet onderste deel van de pijler tewapenen als afzonderlijke con-structieve piramidevormige ele-menten en de keeldoorsnede alseen normale kolomdoorsnede(voorwapeningsprincipeziefig.1).UitvoeringsaspectenVoor het aanbrengen van de paal-fundering in het sluiseiland washet noodzakelijk minimaal totonderzijde ankerstangen (mv ? 5m) te ontgraven, de ankerstangentijdelijk te verwijderen en deze naafloop van de heiwerkzaamhedenmet aangepaste posities in ver-band met de paalfundering, terugte brengen. Lastig, maar wel uit-voerbaar, punt hierbij was de sta-biliteit van de (tijdelijk) onveran-kerde damwanden in combinatiemet daar direct naast te plaatsen,zware heimachines en het feit datin geval van hoge waterstanden inhet Amsterdam-Rijnkanaal, hetgehele sluiseiland onder waterzou komen te staan.De aannemerscombinatie heeftervoor gekozen het gehele sluis-eiland tot op de kanaalbodem teontgraven en vervolgens de paal-funderingen vanaf een drijvendponton aan te brengen (foto 2).Hierna is het sluiseiland in delenaangevuld en zijn nieuwe anker-stangen aangebracht. Gelijktijdigdaarmee zijn ook de inmiddelsoverbodig geworden omlooprio-len van de westelijke sluiskolkmet een groutprop afgesloten engedeeltelijk gedempt.Voor de bouw van het bovenstedeel van de diabolopijler is eendriedimensionaal systeem vanportalen en vakwerkliggers alsdraagsysteem ontworpen (foto 3).Complicerend punt hierbij wasonder meer de afdracht van dehorizontalecomponentvandebe-kistingsdruk vanwege het schui-ne ondervlak.T u s s e n s t e u n p u n t e nDe tussensteunpunten van beidebruggen zijn gepositioneerd inhet water, direct achter de geleide-annex remmingwerken van defuikconstructie. Beide steunpun-ten zijn gefundeerd op prefabbetonpalen.De tussensteunpunten van despoorbrug bestaan uit twee hollecilindervormige betonkolommen? 3,0 m op een brede funde-ringssloof van 10,5 x 19,5 m2.Door de grote afmetingen van dekolommen en het zeer ruim be-meten funderingsoppervlak ont-staat een stijve constructie. Dezeconstructie is in staat de excen-trisch aangrijpende krachten tengevolge van eenzijdige treinbelas-ting en de horizontaal op spoor-niveau aangrijpende rem- en aan-zetbelastingen op te nemen, waar-bij de bijkomende verplaatsingenin de spoorconstructie tot aan-vaardbaarniveauwordenbeperkt.Op de kolommen is een gewa-pend-betonnen hamerkop aange-bracht met een uitkragende leng-te,gemetenvanafrandkolommen,van 5,5 m. De (verlopende) diktevan deze hamerkop is gelijk aandie van de hamerkop bij de mid-denpijler.3 | Middensteunpuntverkeersbrug (diabolo-vormige pijler)foto: Steef Croonen2 | Heiwerk sluiseiland,uitgevoerd in den natteC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 6 57TorsieknikDetussensteunpuntenvandever-keersbrug zijn daarentegen zeerslank. Door de breder wordendefuikconstructie was de beschik-bare ruimte voor de funderings-sloof zeer beperkt. Daarnaast wasvanuit architectonisch oogpunteen slanke opbouw gewenst.Gekozen is voor vier, in twee rich-tingen V-vormig geplaatste, ron-de stalen buiskolommen ? 1420mm, gevuld met gewapend beton(fig. 4, foto 5). Op deze kolommenis een dek met een dikte van 1,1m aangebracht, analoog aan datvan de inhangdekken.Door de zeer smalle fundering incombinatie met de V-vormigeplaatsingvandekolommen,bleekdit tussensteunpunt zeer gevoeligvoor torsieknik als gevolg vanzowel in langs- als dwarsrichtingexcentrisch geplaatste verkeersbe-lasting. Hierdoor werd een grootberoep gedaan op de inklem-mingsstijfheid van de kolommenen de rotatiestijfheid van de paal-fundering.Door ervoor te zorgen dat de ko-lommen ook in de bouwfase, tij-dens het eenzijdig excentrisch in-hangen van het eerste inhangdekongescheurd blijven, kon voldoen-de stijfheid worden gegenereerd.Daarvoor was het wel nodig de bei-de inhangdekken aan weerszijdenvan de tussenpijler gelijktijdig aante brengen (maximale excentrischaangrijpende belasting = eigenge-wicht van ??n kokerligger).Deuiteindelijkgerealiseerdeknik-factor bedraagt nrep= 15, respec-tievelijk nd= 5.Als gevolg van de zeer beperktedikte (1,1 m) en de wijze van op-legging op vier kolommen (pad-destoelvloer) was het noodzake-lijk het dek in twee richtingenvoor te spannen, waarbij zes ver-schillende kabelverlopen en voor-spanning verdeeld over drie krui-sende lagen zijn toegepast.UitvoeringHet aanbrengen van de paalfun-dering voor de beide tussen-steunpunten bleek een lastigeopgave. Door uitloop van de werk-zaamheden verliepen de moge-lijkheden om gebruik te makenvan een langere stremmingspe-riode van de naastgelegen sluis-kolk. Stremming van met namede oostelijke sluiskolk ten behoe-ve van de vierbaksduwvaart wasniet bespreekbaar. Zodoende zijnde palen vanaf een heiplatformgeheid (foto 6).De funderingssloven zijn in tweedelengestort.Heteerstedeel,meteen dikte van 300 mm, is in devorm van een soort bekistings-plaat, voorzien van alle benodigdeonderwapening, gestort op eenrelatief lichte bekistingsconstruc-tie.Dezewasopgehangenaaneenstalen frame, dat zelf weer wasondersteund door stalen hulppa-len. Vervolgens is deze bekis-tingsconstructie verwijderd, zijnopdebetonnenbekistingsplaatdeelastische kitelastische kitweerszijden lassenlaslas rondombuis ?1420x30voor doorvoer sloofwapeningsparingen in buis4 - 5 | Tussensteunpunt ver-keersbrug; aansluitde-tail staal-betonkolomop funderingfoto: Steef Croonen6 | Heiwerk tussensteun-punten, uitgevoerd vanafheiplatform boven waterC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 658prefab randelementen en de aan-zetdelen voor de diverse kolom-men geplaatst, en is de funde-ringssloof verder afgestort.L a n d h o o f d e nBij de vormgeving van de land-hoofden zijn zoveel mogelijk ele-menten uit de vormgeving van deandere steunpunten herhaald.Voor het landhoofd van de spoor-brug heeft dit geleid tot het kopi?-ren van de vorm van het tussen-steunpunt; voor de verkeersbrugtot het (uiterlijk) overnemen vande vorm van de diabolovormigemiddenpijler.Het aangrijpingspunt van heteerste inhangdek ligt voor beidebruggen op circa 3,3 m voor hetuiteinde van het landhoofd. Omde combinatie van grote momen-ten ten gevolge van het ver naarvoren geschoven oplegpunt vande inhangdekken en de horizon-tale gronddruk achter het land-hoofd te kunnen opnemen, wasvoor beide bruggen een zwaardoosvormig landhoofd noodzake-lijk. Deze doosvormige construc-ties zullen in de achterliggendeterpen van de aardebaan wordenopgenomen en weggewerkt, zo-dat voor een buitenstaander eenspannend lijnenspel resteert.Bij het gewapend-betonnen land-hoofdvandeverkeersbrugisover-eenkomstig de diabolo-vormigemiddenpijler het uitkragendehamerstuk in twee richtingenvoorgespannen, waarbij ook hierde voorspankabels zijn geconcen-treerd in het dek. De achterwandvan het landhoofd is schuin ach-teroverhellend geplaatst omdathet ten eerste noodzakelijk bleekter plaatse van de zogenoemdekeeldoorsnedemeerbodytegene-reren om de grote buigende mo-menten uit het uitkragende deknaar de ondergelegen constructieover te brengen; ten tweede wordthierdoor de resulterende grond-druk op de achterwand van hetlandhoofd fors gereduceerd.Tijdens de uitvoering bleek datzo'n beperkt achterover geplaats-te wand, in combinatie met debenodigde zware wand(trek)-wapening voor de nodige compli-caties zorgt voor de stabiliteit vande bekisting en voor het verbin-den van de zware wandwapeningaan de eveneens zware vloerstek-ken: de wand had een dikte van1,0 m, maar doordat ook de bin-nenstekken schuin achteroverzijn geplaatst, blijft er binnen dekorf geen staruimte voor de vlech-ter over.Het betonwerk van de dooscon-structies van de landhoofden enook dat van de overige pijlers vanbeide bruggen, is zonder koelinguitgevoerd.I n h a n g d e k k e nDe inhangdekken van beide brug-gen bestaan uit voorgespannenprefab kokerliggers met een over-spanning van 28 m, aan de uit-einden voorzien van een tand-constructie.Elkekokerliggerheefteen werkende breedte van 1,5 m.Voor de vormgeving van de zij-randen van zowel het prefab dekals de aansluitende in situ dekkenvan de steunpunten, heeft deze1,5 m als uitgangspunt gediend.Voor de spoorbrug is in lijn methet Masterplan Vormgeving dezijrand van het dek gebogen,waarbij de boogstralen zijn aan-gepast om binnen de 1,5 m teblijven. Ook de voor de Betuwe-route typische roestvaststalensierstrip komt terug in de zijrandvan dekken en randliggers.Voor de verkeersbrug is gewerktmet een afgeschuinde randligger,waarbij ook hier de technischrealiseerbare vorm van de rand-ligger bepalend is geweest voor devormgeving van de zijranden vande dekken van de steunpunten.Inspectie en onderhoudBelangrijk aandachtspunt voorbeide bruggen bij het ontwerpenvan de opleggingen van de in-hangdekken met tandconstruc-ties was de inspecteerbaarheid envervangbaarheid van de rubber-oplegblokken. Veelal wordt bij ditsoort constructies uitgegaan van??n brede tand over de gehelebreedte van het dek. Daarmeezouden de oplegblokken in hetmiddendeel van het dek vooreeuwig uit het zicht verdwijnenen alleen ge?nspecteerd en ver-vangen kunnen worden als deinhangdekken circa 1 m wordenopgevijzeld.De oplossing voor dit probleemzou kunnen worden gevondendoor tussen kokerligger en voor-zijde van de ondersteunende tandextra ruimte te houden. Dit zouechter betekenen dat de tand aande kokerligger sterk moet wordenverlengd, met alle gevolgen vandien. Daarom is per prefab liggervan 1,5 m breedte een ondersteu-nende tand toegepast met eenwerkende breedte van 1,0 m (foto7). Hierdoor ontstaat tussen detanden een mangat met eenbreedte van 0,5 m, breed genoeg7 | Landhoofd spoorbrug;goed zichtbaar de tand-constructie met tussen-gelegen mangaten voorinspectie en onderhoudC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 6 59om (met spiegels en/of camera's)de blokken te kunnen inspecte-ren. Daarnaast zijn de oplegblok-ken op deze tanden excentrischgeplaatst, zodat er ruimte be-schikbaar is om vijzels te plaatsenen de blokken te vervangen.Voor de hoektanden van beidebruggen was, als gevolg van deverlopendediktevandezetanden,deze laatste mogelijkheid nietaanwezig. Hier is de oplossing ge-zocht in het aanbrengen van ver-ticale sparingsbuizen in de achterde tanden gelegen in situ dekken.Voor eventuele vijzeloperaties ishet mogelijk om met voorspan-staven door deze sparingsbuizeneenzwarestalenevenaarconstruc-tie onder het dek op te hangen,waarmee ook de randliggers kun-nen worden opgevijzeld. Omdatde hoektanden zich tijdens even-tuele vijzeloperaties buiten deeigenlijke spoorbaan/ rijbaan be-vinden, is de aanwezigheid vanhulpconstructies aldaar op hetdek geen probleem.Verdeling voorspanankersEen ander belangrijk aandachts-puntwasdeverdelingvandevoor-spanankersoverhetspanvlak.Ge-zien het grote aantal benodigdevoorspanankers en de gunstigewerking van de voorspankrachtop de krachtswerking in de tand(dwarskracht, verankering trek-bandwapening/opsluiten druk-boog en scheurvorming) is beslo-ten om zowel in de tanden, tussendetandeneninhetgedeeltebovende tanden van de in situ dekkenvoorspankoppen aan te brengen(foto8,fig.9),watdenodigeconse-quenties had voor de detaillering.Horizontale fixatie loodrecht spoorBijspoorconstructieswordendoorde langsrijdende treinen grotebelastingen uitgeoefend in derichting loodrecht op het spoor(zijdelingse stoot). Bij de inhang-dekken van de spoorbrug bete-kent dit dat deze neigen horizon-taal te verplaatsen, wat niet kanworden gevolgd door de spoor-constructie.Omdieredenwordenbij de overgangen van de inhang-dekken naar de ondersteuningenzijdelingse vasthoudconstructies(stalendookconstructies)opgeno-men.Omdatdeinhangdekkenbe-staan uit in te hijsen voorgespan-nenprefabkokerliggersmettand-constructie (relatief grote plaat-singstoleranties) is er bij dezespoorbrug voor gekozen de zijde-lingse vasthoudconstructie op tenemen in de op de kokerliggersaan te brengen betonnen uitvul-laagtenbehoevevandeingegotenspoorstaven.De kokerliggers voor de inhang-dekken aansluitend aan de land-hoofden worden vanaf het landmet een 650 tons kraan ingehe-sen,diebovendevaarroutesvanafhet water met een drijvende bok.G e l e i d e - a n n e xr e m m i n g w e r k e nOmdat de in het water direct bui-ten de vaarroute gelegen tussen-steunpunten van beide bruggenniet bestand zijn tegen een even-tuele aanvaarbelasting, bleek hetnoodzakelijk deze steunpuntenvan een apart remmingwerk tevoorzien. De functie hiervan (be-scherming tussensteunpunten)moest daarbij gecombineerd wor-den met de functie van geleide-werk. Zoals al eerder aangegevenbij de beschrijving van de mid-densteunpunten op het sluisei-land, zijn dit twee functies die ver-schillende eisen stellen aan metname sterkte en stijfheid van deuiteindelijke constructie.De bestaande geleidewerken vande sluizen bleken zowel metbetrekking tot de laatste inzichtenvan Rijkswaterstaat op het gebiedvan vereiste sterkte, energiedissi-patievermogen en flexibiliteit vangeleiding als ten aanzien van devoor de Betuweroute gewenstesterkte als remmingwerk, nietmeer te voldoen. Daarom is eengeheel nieuw geleide- annex rem-mingwerk ontworpen, dat vooraf-gaand aan en als onderdeel van debouw van beide bruggen is gere-aliseerd. sProjectgegevensopdrachtgever:ontwerpfase: Railinfrabeheer *)Managementgroep Betuwerouteuitvoeringsfase: ProjectorganisatieBetuwerouteontwerp:Grontmij ? de Weger ?VoF **)projectarchitect ir. M.P. Baauwdirectievoering:Projectorganisatie Betuweroute bijge-staan door Grontmij ? de Weger VoF **)hoofdaannemer:Aannemerscombinatie BR4, be-staande uit werkmaatschappijen vanBallast Nedam, Hollandse Beton Groepen Koninklijke Volker Wessels Stevin.leverancier prefab betonliggers:Romein Beton, Dodewaard200 464 22611004906108908 | Voorspanverankeringdekken9 | Principe tandwapening*) Railinfrabeheer is inmiddels opgegaan inProrail**) De Weger maakt thans deel uit van RoyalHaskoning.