ir.G.Chr.Bouquetir.J.J.EberwijnRijkswaterstaat, Directie BruggenBrug over de Maas bij BoxmeerInleidingDe thans in uitvoering zijnde brug bij Boxmeer is gelegen in de nieuwe Rijksweg 77. In detoekomst zal deze weg de verbinding vormen tussen Rijksweg 73 ter hoogte van Haps en de inDuitsland gelegen 'Links-rheinische Autobahn'. De brug vormt een onderdeel van de krui-sing van het Maasdal bij Boxmeer door Rijksweg 77 (fig. 1).Kruising van het Maasdal door Rijksweg 77Medio 1975 heeft de toenmalige minister van Verkeer en Waterstaat het trac? van Rijksweg 77vastgesteld. Op de overwegingen die aan de keuze van het totale trac? ten grondslag hebbengelegen, zal hier niet nader worden ingegaan.De problematiek rond de doorkruising van het 2.5 km brede Maasdal (tussen de bandijken)bij Boxmeer is uitputtend bestudeerd. Als onderdeel van deze studies zijn een viertal plannenopgezet, te weten:- verkort tunnelplan: kunstwerken met lengtes van 45 m, 780 m (tunnel onder de bochtafsnij-ding) en 170 m, alsmede 1505 m aarden baan;- 2-bruggenplan: kunstwerken met lengtes van 45 m, 780 m (brug over de bochtafsnijding) en400 m, alsmede 1275 m aarden baan;- 3-bruggenplan: kunstwerken met lengtes van 525 m, 780 m (brug over de bochtafsnijding) en400 m, alsmede 795 m aarden baan;- totaal Maasdal-brugplan: een 2,5 km lange brug die het Maasdal van bandijk tot bandijkoverbrugt.De varianten zijn onderling vergeleken op diverse aspecten, zoals de invloed op het land-schap, de ecologie, de verkeersveiligheid en de aanlegkosten.1SituatieCement XXXV (1983) nr. 6 3592Langsdoorsnede en bovenaanzichtDe toetsing van de ontwerpen ?s geschied aan de hand van landschappelijk en ecologischonderzoek. Afweging van alle aspecten in relatie met de aanlegkosten, waarbij kostenmini-malisatie een belangrijk oogmerk is, pleitte voor het bovengenoemde 2-bruggenplan. Dit2-bruggenplan omvat een viaduct over de Heerstraat met een lengte van circa 40 meter, eenbrug over de bochtafsnijding van de Maas met een lengte van circa 780 meter alsmede eenbrug over de Oude Maasarm met een lengte van circa 400 meter.Dit artikel beperkt zich tot de brug over de bochtafsnijding (fig. 2).Eisen en randvoorwaardenVerkeerskundige randvoorwaardenDe brug moet geschikt zijn voor een autosnelweg met twee gescheiden rijbanen met 2x2rijstroken met vlucht- en redresseerstroken volgens de Richtlijnen voor het ontwerp vanautosnelwegen (ROA);Scheepvaartkundige randvoorwaardenOm de pijlers buiten het vaarwaterte houden was een hoofdoverspanning van minimaal 125m vereist. Het profiel van vrije ruimte voor de scheepvaart eiste een vrije doorvaarthoogte vanNAP + 19,60 m over een afstand van 20 m ter weerszijden van de rivieras verlopend naar NAP+ 18,00 m op 50 m ter weerszijden van de as. Deze doorvaarthoogten zijn bepaald uitgaandevan een stuwpeil bij de toekomstige brug van NAP + 7,65 m.Waterhuishoudkundige randvoorwaardenDe afvoercapaciteit van de Maas mag ter plaatse van de brug niet merkbaar worden ver-kleind. Tijdens de bouw moest een watervoerend profiel met een minimale breedte van 720meter in stand worden gehouden. Bij dit profiel zou bij een extreme waterafvoer een tijdelijkeopstuwing van enkele decimeters kunnen ontstaan.In de gebruiksfase van de brug is een ruimer profiel vereist wat resulteert in een bruglengtevan 780 m met een gesommeerde pijlerbreedte van ten hoogste 20 m. Om ongewenstestromingen te voorkomen moesten de pijlers evenwijdig aan de as van de rivier wordengeplaatst.Landschappelijke randvoorwaardenTer beperking van de aantasting van het waardevolle landschap van het Maasdal was hetvereist het doorzicht onder de brug zo min mogelijk te belemmeren. Om de visuelecontinu?teit van het landschap ter plaatse van de brug niet te verbreken mochten kenmerken-de lijnen zoals de insteek van de bochtafsnijding niet door pijlers worden onderbroken. Omdeze redenen zijn de pijlers 9 en 10 geplaatst op een afstand vrijwel gelijk aan de hoogte vandeze pijlers achter de insteeklijn. Hieruit volgt een hoofdoverspanning met een lengte van157,5 meter.OntwerpFunderingDe steunpunten 1,5, 11 en 12 zijn gefundeerd op voorgespannen betonpalen, 0,40 m;steunpunt 10 is gefundeerd op palen 0,45 m. De overige steunpunten zijn op staal gefun-deerd.Cement XXXV (1983) nr. 6 3603a-bKarakteristieke sonderingenTer ori?ntatie zijn in figuur 3 karakteristieke sonderingen weergegeven. Ter plaatse van desteunputen 6 en 7 ligt de draagkrachtige laag iets lager; op deze plaatsen is daarom eengrondverbetering uitgevoerd. Steunpunt 9 is op staal gefundeerd, door middel van een laagonderwaterbeton van 2,5 m dik. Deze laag onderwaterbeton vormt in de bouwfase de water-dichte bodemafsluiting van de bouwkuip.OnderbouwOm het doorzicht onder de brug zo min mogelijk te belemmeren is ter plaatse van desteunpunten 2 t/m 8 en 11 gekozen voor kolomvormige pijlers voorzien van consoles waaropde opleggingen zijn geplaatst (fig. 4). Hiermee wordt, ook bij excentrisch gelegen standplaat-sen ten opzichte van de brug, voldaan aan de eisen met betrekking tot het doorzicht onder debrug.Op de uiteinden van de consoles zijn wandjes geplaatst die dienst doen als zijgeleidingtijdens het schuifproces en vervolgens in de gebruiksfase de opleggingen maskeren.De pijlerkoppen zijn voorgespannen met elk 6 kabels 12 12,9 mm FeP 1860. De onderbouwvan de steunpunten 9 en 10 bestaat uit een gewapend-betonwand onder elke kokerligger.Cement XXXV (1983) nr. 6 3614Dwarsdoorsnede schuifgedeelte mettussensteunpuntTabel 1Opneembare belastingen van de toegepasteopleggingensteunpunt opneembare belasting (kN)1 4 0002 9 5003 10 0004 10 0005 10 0006 10 0007 11 0008 8 5009 30 00010 30 00011 7 50012 5 000OpleggingenBij de brug worden neopreen pot-opleggingen toegepast, type Reston, van de Zwitsersefirma Proceq. In tabel 1 is de opneembare belasting per oplegging aangegeven.BovenbouwDe totale lengte van de brug bedraagt 780 m, onderverdeeld in 11 overspanningen. Hetdwarsprofiel omvat twee gescheiden brughelften met een totale breedte van 28,94 m.De bovenbouw van de brug bestaat over de hele lengte uit twee ??ncellige kokerliggers meteen constructiehoogte van 2,85 m, die naar de steunpunten 9 en 10 verloopt naar 7,0 m (fig. 2en 4).De brug is qua ontwerp vooral interessant omdat drie verschillende bouwmethoden wordentoegepast, te weten:a. de steigerloze uitbouwmethode, ter plaatse van de rivieroverspanning alsmede de beideaangrenzende zij-overspanningen (fig. 5 en 6);b. de schuifmethode, ter plaatse van de westelijke aanbrug;c op steigerwerk gestort, ter plaatse van de oostelijke aanbrug.a. Steigerloze uitbouwmethodeEvenals bij de brug te Heumen werd bij het steigerloze uitbouwgedeelte aanvankelijk ge-dacht aan het gebruik van lichtbeton. Voornamelijk als gevolg van prijsstijgingen van hettoeslagmateriaal voor lichtbeton is in het definitieve ontwerp het lichtbeton vervangen doorgrindbeton. De uitbouwmethode is een al vele jaren met succes toegepaste methode waar-mee in Nederland tientallen bruggen zijn gebouwd.b. SchuifmethodeHet horizontale en verticale alignement ter plaatse van de westelijke aanbrug heeft eenconstante kromtestraal, waardoor het mogelijk is om dit gedeelte van de brug te bouwen metde schuifmethode. Uit nadere studie bleek dat de schuifmethode in de gegeven omstandig-heden behalve uitvoeringstechnisch ook qua kosten de meest ge?igende oplossing was.De mootlengte is gebaseerd op de uitvoeringstechnische eis van maximaal 200 m3beton perstort. Op grond hiervan en gelet op de gewenste repetitie is gekozen voor moten met eenlengte van 1/3 van de overspanning (56,64/3 = 18,88 m). Tussen de definitieve steunpuntenzijn hulpsteunpunten toegepast ter beperking van de optredende belastingen van de brugtijdens de schuiffasen.Om het uitkragingsmoment verder te reduceren en de optredende dwarskracht in de koker-ligger te limiteren is een snavelconstructie toegepast bestaande uit twee volwandigeI-profielen.c. Op steigerwerk gestortVanwege de geringe lengte van de oostelijke aanbrug kwam voor dit gedeelte het ter plaatseCement XXXV (1983) nr. 6 3625Steigerloze uitbouw6Aanzetstuk uitbouwgedelte metuitbouwwagensstorten op een vaste bekisting het meest in aanmerking. In eerste instantie worden deondervloeren van de kokerliggers gestort, vervolgens tijdens het tweede stort de wanden,dwarsdragers en bovenvloeren.Voorspanning bovenbouwIn tabel 2 wordt een overzicht gegeven van de toegepaste voorspanning in de kokerliggers.Tabel 2Overzicht van de toegepaste voorspanningvoor de bovenbouwomschrijving spanelement verankeringopbouw FeP merk typeuitkraging- en continu?teits-voorspanning12x12,9 mm 1860 VSL Ec 5-12 S, klokankercentrale voorspanning schuif-gedeelte? 36 1030 Dywidag A nr. 109/B nr. 114dwarsvoorspanning aanzet-stukken7x12,9 mm 1860 VSL Ec 5-7Sdwarsvoorspanning rijvloer 6x12,5 mm 1860 VSL Ec 5-7 N/U 5-6 N,klokankerverticale voorspanning wandenkokerliggers? 32 1030 Dywidag Anr. 109/Bnr. 114Cement XXXV (1983) nr. 6 3637Oplegsysteem tijdens de uitbouwfase8Toename stempelkrachten in dehulpsteunpunten tijdens het uitbouwenUitvoeringEvenwichtsconstructie onder het uitbouwgedeelteHet evenwicht van de kraagarmen tijdens het uitbouwen wordt verzekerd door onder hethamerstuk hulpkolommen te plaatsen. In dit geval zijn deze kolommen uitgevoerd in gewa-pend beton. De kolommen hebben een doorsnede van 1,20 ? 1,20 m2en staan onder eenhelling van 4,5:1. Deze scheefstand is vrij fors en is het gevolg van de beperkte ruimte in debouwkuip van de rivierpijlers. Het buiten de bouwkuip plaatsen van de hulpkolommen zousterk kosten verhogend werken vanwege de extra funderingen die dan nodig zijn.Zoals uit het bovenaanzicht in figuur 7 blijkt, lopen de assen van de definitieve opleggingenop de pijlers en die van de hulpkolommen niet evenwijdig aan elkaar. Deze complicatie is eengevolg van de scheve kruisingshoek tussen de as van de pijlers en de lengteas van de brug.Bij het ontwerp van de bekisting is echter toch voor rechthoekige uitbouwmoten gekozenomdat dit de constructie van bekisting en uitbouwwagen zeer vereenvoudigt.Voor berekening van de evenwichtsconstructie is de volgende belastingcombinatie (calami-teitsbelasting) aangehouden:- de uitbouwwagen met de laatste moot valt van ??n kraagarm weg;- de andere kraagarm is uitgebouwd;- op laatst genoemde kraagarm is een werkbelasting van 500 N/m2brugdek aanwezig.Deze belastingen veroorzaken een moment van circa 170 000 kNm. Voor het berekenen vande belastingen op de hulpkolommen zijn nu drie schematiseringen van de constructiemogelijk:a. de kraagarmen zijn opgelegd op de brugpijler en ??n kolommenrij (as II en III of I en II);b. de kraagarmen zijn opgelegd op de twee kolommenrijen (as I en III);c. de kraagarmen rusten op de brugpijler en alle hulpkolommen.Om na te gaan welke schematisering het meest beantwoordt aan de werkelijkheid, zijn in1977 metingen verricht aan de hulpkolommen onder de kraagarmen van de nieuwe brug overde Rijn te Arnhem. Aan de hand van deze metingen is vastgesteld dat de pijler het gewichtdraagt van het hamerstuk en de hulpkolommen het overige gewicht van de kraagarmendragen. De toename van het bruggewicht en de kolombelastingen tijdens de bouw van debrug bij Arnhem zijn grafisch weergegeven in figuur 8. Uit deze grafiek is af te leiden dat dehulpkolommen bijna het gehele bruggewicht dragen. Dit is verklaarbaar vanwege het feit datde kraagarmen tengevolge van het eigen gewicht elastisch vervormen, zodat de pijler ontlastzou kunnen worden (fig. 7). Schematisering volgens b. is daarom het veiligste voor deberekening.Tengevolge van de scheefstand van de kolommen en de grote excentriciteit in de calamitei-tenbelasting ontstaat een horizontale kracht die door de rivierpijler opgenomen moet wor-den. De overdracht van deze horizontale kracht van de brug op de pijler geschiedt door tweedeuvels per kokerligger die tussen hamerstuk en pijlerkop zijn geplaatst (fig. 9 en 10).De schuifmethodeDe aanbrug aan de westzijde ter lengte van 397 m wordt met behulp van de schuifmethodegebouwd. Het te verschuiven bruggewicht bedraagt tijdens de laatste schuiffase 95 730 kN.Bij de schuifmethode verlopen de hoofdlijnen van het bouwproces als volgt:- de brug is in moten verdeeld ter lengte van 18,88 m;- de kokerliggermoten worden gebouwd in een 'schuiffabriek', gesitueerd achter hetlandhoofd (fig. 11);Cement XXXV (1983) nr. 6 3649Voorzieningen om de krachten op te nemendie ontstaan door de schuine stand van dehulpsteunpunten10Stalen deuvels op de pijlers vansteunpunt 1011Overzicht van de schuiffabriek- na vervaardiging van een moot wordt het gereedkomen brugdeel over een mootlengteverschoven in de richting van zijn definitieve plaats.De voortgang van het schuifproces is in figuur 12 aangegeven. De kokerliggermoten wordenin twee fasen gestort; eerst de ondervloer, vervolgens kokerwanden en bovenvloer. Destortnaad in de vloer verspringt 2,00 m ten opzichte van de stortnaad in de wanden. Hierdoorwordt een verticaal doorlopende stortnaad vermeden. De bouwtijd van ??n brugmoot be-draagt ??n werkweek.SnavelAan de eerste moot is een stalen snavel bevestigd bestaande uit twee volwandige I-profielenmet lengtes van resp. 16,40 m en 14,75 m. De constructiehoogte varieert van 2,0 m tot 2,85 m;de totale massa is 21 ton. Aan de voorzijde van de snavel is een hydraulische hefconstructieaangebracht om, ingeval de brug te laag bij een (hulp)steunpunt aankomt, de voorzijdeomhoog te kunnen drukken (foto 14).Centrale voorspanningHet schuiven van de kokerligger impliceert dat in iedere doorsnede van de koker demaximum momenten en dwarskrachten tengevolge van het eigen gewicht zullen optreden.De opname van deze krachten en momenten wordt gerealiseerd door tijdelijke, centralevoorspanning. Als voorspanelement worden Dywidagstaven gebruikt, die eenvoudig door-gekoppeld kunnen worden. De grootte van de centrale voorspanning is zodanig dat degemiddelde betondrukspanning circa 1,9 N/mm2bedraagt.Cement XXXV (1983) nr. 6 36513Bevestiging van de trekhaak14Uitvoering van het sch ifgedeeltefoto's (m.u.v. 10 en 13):Cement/Bob de RuiterHet schuivenAls glijvlak worden betonnen blokken gebruikt waarover roestvrij stalen platen gespannenzijn (foto 15). Tussen deze glijblokken en de onderzijde van de brug worden zgn. glijplatengelegd. Dit zijn met staal versterkte rubber platen, aan ??n zijde voorzien van teflon. De diktevan een glijplaat moet liggen tussen 12 en 20 mm. Dikkere platen zouden problemen kunnengeven, omdat dan de absolute vervormingen te groot worden, waardoor de plaat ongelijkma-tig belast wordt. Het gevolg is dat de wrijving hoog wordt en de plaat snel bezwijkt. Voorge-schreven is dat de wrijvingsco?ffici?nt ten hoogste 0,07 mag bedragen.Aangezien de langshelling van het glijkvlak 0,005% is, bedraagt de theoretisch maximaalbenodigde trekkracht (0,04 + 0,005) ? 95 730 = 4308 kN. De trekkracht wordt geleverd door 4vijzels met elk een capaciteit van 1550 kN en een slaglengte van 1,50 m. Deze vijzels brengentwee trekkabels onder spanning die zijn bevestigd aan een trekhaak. Deze trekhaken hangenaan de laatst gereed gekomen moot (foto 13). Een trekkabel bestaat uit 19 strengen ? 15,2mm FeP 1770 (breukkracht 4675 kN).Enige praktische ervaringenHet blijkt dat de wrijvingsweerstand sterk afhankelijk is van het glijvet dat wordt gebruikt ende mate van reinheid van de platen. De gemeten dynamische wrijvingskracht bedraagtongeveer 2% van het bruggewicht. De statische wrijvingskracht, bij het 'lostrekken' van debrug, is ongeveer 3% van het bruggewicht. De te verwachten maximale trekkracht komtdaarmee op (0,03 + 0,005) ? 95 730 = 3351 kN. De maximale trekkracht bij het schuiven van dezuidelijke brughelft bleek 3200 kN te bedragen.Cement XXXV (1983) nr. 6 36615Betonnen glijblok met glijplaten vanroestvrij staal16Dwarsdoorsnede metondersteuningsconstructie van het opsteigerwerk gestorte gedeelte17Uitvoering van het op steigerwerk gestortegedeelteAanbesteding, gunning en kostenDe brug, met bijkomende werken, zoals hetviaduct over de Heerstraat, is op 26 februari1982 aanbesteed. De laagste inschrijver,waaraan het werk is gegund, was de aanne-merscombinatie Van Hattum en Blanke-voort BV en Dirk Verstoep BV met een aan-neemsom van 25 925 000,- excl. BTW enexcl. Rijksleveringen. De totale bouwkostenzullen ca. 38,1 miljoen bedragen.De bouw is op 1 april 1982 gestart en zal 3jaar duren.Leveranciers/onderaannemersheipalen: Betonfabriek Haringman, Goesheiwerk: Interfon, Dordrechtbetonspecie: Betoncentrale Boxmeervlechtwerk: Diepstraten's Betonvlechtwer-ken, DordrechtHoeveelhedenVan de belangrijkste bouwmaterialen wor-den de volgende hoeveelheden verwerkt:gewapend beton 6 150 m3voorgespannen beton 18 431m3betonstaal 2 651 tonvoorspanstaal 1 233 tonstalen onderdelen 258 tonstalen damwand 756 m2betonpalen 4 091 mHet traditioneel bekistenAls ondersteuning van de bekisting van het ter plaatse te storten kokerliggerdeel, is gekozenvoor jukken bestaande uit twee voorgespannen betonnen palen per juk (fig. 16 en 17). Depalen zijn schoor geheid in dwarsrichting van de brug.Per steunpunt zijn twee jukken aanwezig. Over deze jukken loopt een stalen dwarsbalkwaarop de onderslagen rusten, die de bekisting dragen. Deze wijze van opbouw van eenzware ondersteuning is economisch omdat het aantal constructie-elementen tot aan hetniveau van de contactbekisting beperkt is. Na het heien van de betonpalen is men al op hetniveau van het bekistingsvlak. Daarnaast heeft deze constructie een hoog incasseringsver-mogen mede vanwege het geringe aantal constructie-elementen. Excentriciteiten tengevol-ge van bouwfouten leiden niet tot een onoverzichtelijke situatie en kunnen eenvoudigopgevangen worden. Het zijn in de bouwpraktijk vaak zulke excentriciteiten geweest die hetbezwijken van bekistingsconstructies ingeleid hebben.Het lossen van de bekisting gebeurt door de bekisting aan de brugconstructie op te hangen.De betonnen jukken worden daarna gesloopt en vervolgens laat men de bekisting zakken metbehulp van op de brug geplaatste lieren.Cement XXXV (1983) nr. 6 367