themaSnelle bouw dankzij slimme detaillering1201428themaSnelle bouwdankzij slimmedetailleringHet stationsgebied in Arnhem is deafgelopen jaren ingrijpend veranderd.Met het project Sporen in Arnhem is eeneffici?nt knooppunt gerealiseerd.Hierdoor kan het toenemende aantaltreinen en reizigers betrouwbaar en snelworden verwerkt. Dankzij een dive-underheeft het treinverkeer uit Utrecht enNijmegen geen hinder meer van elkaar.1Dive-under bij sporen Arnhem zorgt voorbetere doorstroming treinverkeerSnelle bouw dankzij slimme detaillering 12014 29spoor 23 spoor 22 spoor 23 spoor 25spoor 21 spoor 21spoor 24 spoor 25 spoor 24spoor 22S05S06S07S08040408040303508/51508/5022 909 22 909 22 909 22 909 22 909 22 909 22 909 22 909 22 909maaiveld+30.000+25 000+20 000+15 000+10 000+5000G.W. = +17 500S106S107 S108S109020403040322 909HH Mpompkelder/waterkelderFGGopstelplaatst.b.v. LK+RKopstelplaatst.b.v. LS+RK opstelplaatshulpdiensten2 1 2 1 2 1Zuidelijke Parallelwegzettingsvrije plaatmet overgangsplatenJLK508/51325022 908MOOT 1322 908MOOT 1422 908MOOT 1522 909MOOT 1622 908MOOT 1722 908MOOT 1822 908MOOT 1922 908MOOT 2022 908MOOT 2132503250350011 060400.00450.00500.00550.00obg=75,00 mobg=65,00 m1057ELmLm EEdsLmES05S06S07S08B202S109S108S107S106B201KM90.690bluswaterput 129.0629.18403IIIIIIIIIIIIIIII52325022 908MOOT 226550402404Het project Sporen Arnhem bestaat uit verschillende onderde-len (foto 4).? Een nieuw vierde perron met twee nieuwe perronsporen aande noordzijde. Hier stoppen stoptreinen en intercity's.? Vervanging van de perronkappen.? Ongelijkvloerse kruising aan de westzijde: een zogenoemdedive-under.? Aanpassing van de spoorlay-out.? Vervanging van de traverse bij het station door een langereen bredere traverse die meer ruimte aan reizigers biedt.? Vervanging van twee viaducten (Bovenbrugstraat en Brink-weg).? Betere inrichting emplacement, waardoor het aantal wisselsmet een derde is afgenomen.Het projectontwerp is gebaseerd op de meest recente groei-prognoses van het spoorgebruik. Bij de bouw is rekeninggehouden met nog meer groei.Het project is gestart in het voorjaar van 2009 en was gereed in2012.Van alle werkzaamheden zal in dit artikel alleen de dive-undernader worden toegelicht.Dive-underDe dive-under zorgt ervoor dat de treinen uit Utrecht enNijmegen elkaar niet meer dwarszitten. De treinen kunnenzonder gebruik te maken van wissels vijf sporen oversteken enhoeven niet meer het hele emplacement over te steken (fig. 2).Dit vermindert de kans op vertraging en lost hiermee eenbelangrijk knelpunt in de dienstregeling op.De grote uitdaging bij de bouw van de dive-under was debeschikbare buitendienststelling van slechts vier weken. Binnendeze tijd moest het spoor worden verwijderd en opnieuwworden aangebracht om de treinenloop weer doorgang tekunnen laten vinden.De dive-under is 735 m lang. Hiervan is een deel van 230 mgesloten (fig. 5).In het midden kruist het dive-undertraject de Oranjebrug.ing. kees Huisman roBAM Infraconsult1 De dive-under van project Sporen in Arnhemfoto: Stefan Verkerk2, 3 Dankzij de dive-under kunnen treinen zonder gebruik te maken van wisselsvijf sporen oversteken4 Ligging project Sporen in Arnhem324Oranjebrugdive underbrugBovenbrugstraatperronoverkappingentraversethemaSnelle bouw dankzij slimme detaillering1201430dilatatievoegenbanddilatatievoegenbandasspoorvoegafdekplaatR.V.S. 300x38605950475400 3200 400 14757902475 3475B.S. Var.2%400620 16204004007418192005921knipvoegenh.o.h. ? 5185knipvoegenh.o.h. ? 5185damwand damwand7002006040? pvc ?160h.o.h.? 5000350ballastmat 30 mm414 400 414 18610001861000250105059807004208buitenvoegenband7buitenvoegenband10001000buitenvoegenband buitenvoegenbandextr. hoogte = 20 852 mextreme GWS = 21 000 mbrandwerend koord5 Dwarsdoorsnede gesloten deel dive-under6 Bouwvolgorde dive-underen minder vast zijn. Vooral de vaste zandlagen werden alsmoeilijk heibaar beschouwd. In de tenderfase is al voorge-steld heiproeven uit te voeren. Gezien de beperkte tijd is hierin die fase echter van afgezien. Na gunning is wel een planopgesteld om te onderzoeken hoe de damwanden het bestekonden worden ingebracht. Dit was vooral van belang geziende beperkte tijd in de buitendienststelling; vertraging washier zeer ongewenst.Bouwmethode (fig. 6)Omdat het grondwater zich op grote diepte bevindt, kon ondertalud een droge ontgraving worden uitgevoerd. In deze ontgra-ving zijn de damwanden voor de grondkering en de ondersteu-ning van het dak ingetrild (foto 7). Deze damwanden fungeer-den als tijdelijke ondersteuning en zijn uiteindelijk door beton-nen wanden vervangen.Nadat de damwanden waren ingetrild, zijn prefab L-wandenaan de buitenzijde gesteld en aangevuld met grond. DezeL-wanden dienden als bekisting voor de kespen. Vervolgenswerden de kespen voorzien van wapening en kon het betonworden gestort (foto 8). Gezien de beperkte beschikbare tijd iseen speciaal betonmengsel toegepast waarmee een snelleverharding werd bereikt.Nadat de kespen waren verhard, werden hierop prefab-beton-platen gelegd die onderdeel vormden van het toekomstige dak.Op de prefab platen is een in situ betonlaag gestort die, samenmet deze platen, het definitieve dak vormde . Tijdens de bouw-fase diende het dak tevens als stempel voor de damwanden. Naverharding kon de grond worden aangevuld en kon het ballast-bed met sporen worden aangebracht.Nadat het spoor was hersteld en de treinen weer in bedrijfwaren genomen, kon de dive-under verder worden afgebouwd.De ontgraving vond plaats onder het aangebrachte dak tot opvloerniveau. Vervolgens konden vloer en wanden wordengestort.Na diverse variantenstudies is uiteindelijk gekozen voor dewanden-dakmethode. In grote lijnen bestaat deze methode uithet aanbrengen van een damwand waarop een dak wordtaangebracht. Op het moment dat de treinenloop op het oudespoor weer was hersteld, kon onder het dak de dive-underworden afgebouwd.SituatieHet gesloten deel van de dive-under bestaat uit tien motenvan circa 23 m (fig. 3). De oorspronkelijke sporen, waar dedive-under onderdoor gaat, liggen op ongeveer NAP +30 m.Het diepste deel van de dive-under ligt op circa NAP +20 m.Omdat de grondwaterstand gemiddeld op NAP +17,5 m ligt,kan vrijwel alles in den droge worden uitgevoerd.De ondergrond bestaat voornamelijk uit zandlagen die meermaaiveld ballastbed terug brengenprefab leggen +insitu laag storten300142069101420maaiveldverwijderd ballastbedontgravingslijnasheistelling? 5 mmaaiveld1:11:1kesp stortenmaaiveld56Snelle bouw dankzij slimme detaillering 12014 31per damwandkas(waaieren)(per damwandkas)l = 1250502055070013004307 x 250 = 1750 1000l = 1200 h.o.h. 250414169antikantelstaafbetomax 155 25 stekeinden12 stekeindenflankstaven 4 1212-125 (extra)stekken 5 25+ (2 x 2 + 2 x 1) 167897 Intrillen van de damwanden8 Kespen met wapening9 Anti-kantelstaaf voorkomt het kantelen van de kespde hoek tussen damwand en dak teweegbrengen. Om te voor-komen dat tijdens het leggen van de prefab-betonplaten en hetstorten van het dak de kesp van de damwand af zou kantelen, iseen zogenoemde anti-kantelstaaf toegepast (fig. 9). Deze staafverbond de damwand met de kesp. Op de damwand is vooraf-gaand aan het inbrengen een moer gelast waarin later op snellewijze de anti-kantelstaaf kon worden aangebracht; laswerk wasniet nodig. Vooraf is een ruimte van 1,5 m onder het dakontgraven, zodat vanuit deze ruimte de staaf kon worden door-gebrand nadat het dak was verhard. Met deze oplossing kan dedamwand vervormen zonder dat dit momenten oplevert in hetdak.OplegzadelOmdat het dak tijdelijk op de damwand zou dragen, zou deoplegging slechts de staaldikte van de damwand bedragen.Hierdoor zouden grote oplegspanningen in het beton ontstaan.Daarom is een stalen verdeelstrip (oplegzadel) toegepast(fig. 10). Dit zadel is met een bout bevestigd waardoor ookhier geen laswerk nodig was.Prefab plaatOm de snelheid van het vlechtwerk te vergroten, is zo veelmogelijk wapening al in de prefab-betonplaat aangebracht.Hiermee werden de werkzaamheden op het werk beperkt. Hetgaat om alle onderwapening en een groot deel van de bovenwa-pening (fig. 11). De hoekwapening tussen wanden en dakmoest ter plaatse worden aangebracht net als de langswape-ning. Dit laatste gebeurde met een rolmat.Kruising met OranjebrugZoals gezegd kruist het dive-undertraject in het midden deOranjebrug. Deze brug bestaat uit twee gemetselde landhoof-ConstructiedetailsOm het bouwproces zo snel mogelijk te laten verlopen, zijnenkele speciale constructiedetails ontworpen.KespDe kesp is niet vast bevestigd aan de damwand. Een vasteverbinding zou in de latere ontgravingsfase grote momenten inthemaSnelle bouw dankzij slimme detaillering1201432208010030305010staalplaat120 x 80 x 30damwand AZ26staalplaat120 x 100 x 10laselastisch materiaaldik 10 mm hoog 150aanbrengen v.a.onderkant oplegbloktapbout M 12 x 30staalplaat 100 x 50 x 10las?80staven in de hoekenvan de beugel aanbrengenbundelen en na neerleggen platen losknippen en positioneren2 x 3 16 (l = 7200)3 x 4 16 (l = 7200)2 x 2 16 (l = 7200)3 x 8 bgls 12-25015 25-200 + 14 20-20012-1253 16 (afstandhouders)7 12-1000 (hulpstaven)2508037052410 11B B+23 00021 22 23 24 2510 Stalen oplegzadel voorkomt grote oplegspanningen11 Zo veel mogelijk wapening is al in de prefab plaat aangebracht12, 13 De ontgraving gaat dicht langs de fundering van de Oranjebruguitgevoerd, wat ook noodzakelijk was vanwege de buitendienst-stelling. Verstoringen door onverwachte vervormingen warenzeer ongewenst.HeiproefOm zekerheid te verkrijgen voor de intrilbaarheid van dedamwanden en eventuele maatregelen in de buitendienststel-den uit de 19e eeuw die op staal zijn gefundeerd. Het dek istussentijds vervangen door prefabbetonnen voorgespannenliggers. Doordat de ontgraving dicht langs deze fundering ging,zijn extra maatregelen genomen om verplaatsingen van delandhoofden te voorkomen (fig. 12 en 13).In plaats van damwanden zijn de bouwkuipwanden gevormddoor buisschroefpalen ?457 en ?508 mm gevuld met beton.Dit om de stijfheid zo hoog mogelijk te maken. De buizen staanhart-op-hart 610 mm. De tussenruimte is voorzien van eenbodeminjectie om uitspoeling van zand te voorkomen. Debuizen konden trillingsvrij en in delen onder de brug wordenaangebracht.Uitgebreide PLAXIS-berekeningen toonden aan dat de vervor-ming van de bouwkuipwand direct gevolgen zou hebben voorde vervorming van het landhoofd. Om die reden zijn nog extravoorzieningen getroffen. In de tunnel werd ter plaatse van deOranjebrug een voorgespannen stempelraam aangebracht(foto 14). Onder en naast het landhoofd is een bodeminjectieaangebracht tot onder het glijdvlak (te zien in fig. 15). Ook deruimte tussen landhoofd en tunnel is in de bovenste lagenvoorzien van bodeminjectie.In de PLAXIS-berekening zijn alle fasen gemodelleerd: ontgra-vingen, aanbrengen bodeminjectie, aanbrengen stempellaag envloerstempel. In de laatste fasen is de tijdelijke injectie weerverwijderd vanwege de beperkte levensduur van de bodemin-jectie. De berekende vervormingen van het landhoofd zijnweergegeven in figuur 16.Het landhoofd is online gemonitord waarbij de variatie inbreedte van de dilatatievoegen in het rijdek werden gemeten.Uit de resultaten bleek dat de vervormingen ver achterblevenbij de berekende waarden. De constructie was dus robuust1213Snelle bouw dankzij slimme detaillering 12014 3314150,0000,0050,0100,0150,0200,025vervorming[m]punt Afase 41e ontgraving 2e ontgraving 3e ontgravingfase 7 fase 9fase 10plaatsen vloer + verwijderentussenstempelfase 11bouw beton werk vrije kruisingfase 12zonder chemische injectiepalenfase 12 (laatste stap)eindsituatieUtotUtotUhorUvertUvertUhor1614 In de tunnel werd ter plaatse van de Oranjebrug een stempelraamaangebracht15 PLAXIS-berekening bij Oranjebrug16 De berekende vervormingen van het landhoofdeerder uitgevoerde damwandberekeningen was het nuttig deoorzaak vast te stellen om daarna een oplossing voor te stellen.Na enig onderzoek is de meest waarschijnlijke oorzaakhiervan de horizontale opspanning van de korrels in debetreffende laag, ontstaan tijdens de laatste ijstijd. Om hetbeeld van de sonderingen te verklaren, zijn er zijn twee moge-lijke scenario's.Scenario 1De afzettingen vanaf het maaiveld tot circa NAP +20 m betref-fen vermoedelijk afzettingen van na de ijstijd door de wind.Deze afzettingen hebben waarschijnlijk een losse pakkings-dichtheid en een OCR van 1 (OCR is overconsolidatieratio, deling is een heiproef uitgevoerd. De verschillende inbrengme-thoden die hierbij zijn onderzocht zijn: voorboren met bento-niet, flu?deren met 40 en 15 bar en niet-flu?deren. Tevens is eendeel van de damwandplanken over de laatste 0,5 m nageheidmet een dieselblok. De verschillende methoden staan weerge-geven in figuur 17.De locatie van de proefplanken is zodanig gekozen dat dezeplanken wel onderdeel waren van de definitieve bouwkuipmaar zich buiten het in bedrijf zijnde spoor bevonden.Aan de hand van nasonderingen in een raai loodrecht op de asvan de damwanden (fig. 17), is een berekening uitgevoerd vande invloed op het draagvermogen ten gevolge van de inbreng-methode. Hierin was de mate van aanpassing van de sondeer-waarde bepalend.Tijdens het intrillen is de tijd voor alle inbrengmethodengemeten per m1 (fig. 18). Na het opstarten van het blok overde eerste 4 m blijkt de intriltijd globaal voor alle methodenhetzelfde te zijn, ongeveer gemiddeld 17 sec/m1diepte. Omdatpraktisch geen verschil was opgetreden in de resultaten iservoor gekozen geen aparte voorziening toe te passen tijdensintrillen, dus zonder flu?datie of voorboren.Terugval conuswaardeBij de nasonderingen werd onverwacht een bijzonder feno-meen geconstateerd. In de sonderingen v??r en na inbrengenvan de damwandplanken (fig. 19) is een duidelijk onderscheidte zien op ongeveer NAP +20 m. De bovenste 10 m grond werdten gevolge van het intrillen sterk verdicht. Hieronder, tot circa2 m onder de punt van de plank, trad een sterke reductie opvan de conuswaarde. De mate van reductie bleek onafhankelijkte zijn van de inbrengmethode. Het enige verschil is te zientussen de nageheide planken en de planken die trillend totdiepte zijn gebracht. Aangezien dit grote invloed heeft op dethemaSnelle bouw dankzij slimme detaillering120143412 x 1260 = 15 120AAmoot 22meetraaiMVzetting12345meetraaiMVzetting12345meetraaiMVzetting12345spoorrailCBAflu?derennaheienvoorboren6 6 6777meetraaiMVzetting12345D6785040VB tot +17 80017-18-16-14-12-10-8-6-4-200:00:00 0:00:17 0:00:35 0:00:52 0:01:09 0:01:26dieptet.o.v.maaiveld[m]intriltijdfase 1 VB - plank 1fase 1 VB - plank 2fase 1 VB - plank 3fase 1 VB - plank 4fase 2 PDA - plank 1fase 2 PDA - plank 2fase 2 PDA - plank 3fase 3 Fl40b - plank 1fase 3 Fl40b- plank 2fase 3 Fl40b- plank 3fase 3 Fl40b- plank 4fase 4 Fl15b- plank 1fase 4 Fl15b - plank 2fase 4 Fl15b- plank 3fase 4 Fl15b- plank 4fase 5 zFl- plank 1fase 5 zFl- plank 2fase 5 zFl- plank 3fase 5 zFl- plank 41817 Verschillende maatregelen voor het heien zijn onderzocht18 Inbrengtijd damwandplankenkend. Hierdoor moest een aanpassing in de lengte van deplanken worden gedaan.De bepalende factor voor de bepaling van het draagvermogenis sqc. De positieve wrijvingsfactor sis 0,6% volgens NEN6743. In RLN00164 (ProRail Richtlijn voor eisen met betrek-king tot de uitvoering en berekening van hulpwerken in debaan), wordt onderscheid gemaakt tussen inheien en intrillen.De s-waarden zijn hier respectievelijk 0,6% en 0,4%.Met de sonderingen vooraf en achteraf zijn draagkrachtbereke-ningen gemaakt. De uitkomsten zijn onderling vergeleken endaaruit is een verhouding bepaald voor de reductie in draag-vermogen.hoogste verticale korrelspanning, waaraan de grond ooit isblootgesteld, gedeeld door de actuele verticale korrelspanning).De afzettingen onder het niveau van circa NAP +20 m zijnwaarschijnlijk afgezet tijdens de ijstijd en betreffen grondmo-rene zandafzettingen die zijn opgestuwd door het ijs. Dit zandheeft waarschijnlijk eveneens een losse pakkingsdichtheid,maar heeft door het opstuwen een hogere horizontale grond-spanning (OCR > 1) dan op basis van alleen de verticale grond-spanning kan worden verwacht.Scenario 2Over de hele diepte dateert de afzetting uit de ijstijd en betreftgrondmorene afzettingen die zijn opgestuwd door het ijs. Tengevolge van heersende temperatuur in de ijstijd was vermoede-lijk de eerste 10 m bevroren (permafrost). Doordat het klimaatlater warmer is geworden, is de 10 m dikke bovenlaag (perma-frost) ontdooid. Doordat water minder plaats inneemt dan ijs ishet effect van horizontale grondopspanning in deze laag tengevolge van het ontdooien van het ijs verdwenen. De diepergelegen lagen onder het niveau van circa NAP +20 m zijn nietbevroren geweest en hebben hun horizontale grondopspanningbehouden.Berekening damwandenDe damwanden in het gesloten deel fungeerden zoals gezegdtijdelijk als fundering voor het dak. Het draagvermogen van dedamwanden is bepaald volgens de berekeningsmethode voordrukpalen uit NEN 6743 voor het deel onder het dwars-krachtennulpunt (fig. 20). Doordat de conuswaarde ten gevolgevan het intrillen minimaal voor de helft werd gereduceerd,bleken de planken te kort. De resultaten van de heiproef warenimmers pas beschikbaar toen de damwanden al waren bere-Tabel 1 Resultaten berekening draagvermogen damwandensondering plank maatregel PPNNAP [m]Fr;d Voor(A)[kN]Fr;d Na(B)[kN]reductie totB/A [in %]S201 FL2 gefl. 12,4 974 471 48S202 FL3 gefl. 12,4 976 460 47S203 FL6 gefl. 12,4 976 384 39S204 FL7 gefl. 12,4 889 398 45S205 10 geen 12,4 799 352 44S206 11 geen 12,4 820 299 35S207 31 gefl. + nageh. 13,0 884 774 88S208 32 geen + nageh. 13,0 835 604 72S209 33 gefl. + nageh. 13,0 862 593 69S215 VB3 voorgeboord 14,0 579 355 61S216 VB2 voorgeboord 14,0 572 250 44gefl. = geflu?deerd gemid. tot 54geen = geen aanvullende maatregelen gemid. ingetrild 46nageh. = planken nageheid 0,50 m gemid. nageheid 79Snelle bouw dankzij slimme detaillering 12014 35Fv externFv actief= Kactieftan 'vFv passief= Kpassieftan 'vFv schacht= OL / msqcFv punt= Asqcs / mdwarskrachten nulpuntmaximalevoorboordieptepositieve kleef10152025300 10 20 30diepte[mt.o.v.NAP]qc[MPa]locatie FL1 - S201flu?deren 40 barS201A (voor)S201B (na)10152025300 10 20 30locatie FL5 - S203flu?deren 15 barS203A (voor)S203B (na)10152025300 10 20 30locatie 9 - S205zonder flu?derenS205A (voor)S205B (na)diepte[mt.o.v.NAP]qc[MPa]diepte[mt.o.v.NAP]qc[MPa]19a 19b 19c2019 Sonderingen v??r en na inbrengen van de damwandplanken20 Schema berekening draagvermogen damwandHet resultaat van deze berekeningen was een toename van delengte van de planken van respectievelijk 2, 4 en 0 m. Deoorspronkelijke lengte was bepaald met s= 0,4% volgens devoorgeschreven richtlijn van ProRail.Uiteindelijk is gekozen de planken met gemiddeld 2 m teverlengen en tevens na te heien over de laatste 0,5 m omvoldoende veiligheid te cre?ren.Tot slotDe buitendienststelling is zonder noemenswaardige problemenverlopen. Dit is mede te danken aan een gedegen voorberei-ding. Omdat de uit te voeren werkzaamheden aanvankelijk nietbinnen de vier weken pasten, zijn met behulp van een LEAN-sessie werkzaamheden en planning zodanig aangepast dat hetuiteindelijk wel is gelukt.Het uitvoeren van de heiproef is zeer zinvol geweest, waardooronverwachte problemen als zettingen niet zijn opgetreden enhet veiligheidsniveau van de constructie zich op het juisteniveau bevond. Uit tabel 1 blijkt dat bij het intrillen een reductie optreedt vancirca 50% en bij intrillen met naheien over de laatste 0,5 mcirca 25%.Met dit gegeven zijn drie berekeningen gemaakt met devolgende uitgangspunten:1. s= 0,6% en reductie 50%;2. s= 0,4% en reductie 50%;3. s= 0,6% en reductie 25%. proJectgegevensproject Sporen in Arnhemopdrachtgever ProRailopdrachtnemer BAM, Dura Vermeerheiproeven, heiwerkzaamheden Van Halteren Infra, Kandt bvleverancier prefab-betondak Romein Beton