IBRUGGENBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERP I INIEUWE WAALBRUG BIJZALTBOMMEL BIJZONDERWELKOMir.C.P.M.Kuilboer en ir.H.H.G.Dijk, Bouwdienst Rijkswaterstaat*)De steeds groter wordende verkeersstagnatie op rijksweg A2 voor de Waalbrug bijZaltbomtnel zal binnen afzienbare tijd tot het verleden behoren. In september 1992is gestart met de bouw van een nieuwe brug, waarvan het verkeer medio 1996gebruik kan gaan maken.In dit artikel wordt de projectaanpak uiteengezet en wordt een globaal inzichtgegeven in het gekozen ontwerp: tuibrug en aanbrug van beton.Wanneer de bouw van de brug voldoende is gevorderd, zal een artikel verschijnenover het detailontwerp, de rekenmethodieken en de uitvoering.D. e huidige stalen vakwerkbrug? werd in 1933 in gebruik geno-men. Het aantal passages perjaar bedroeg toen circa 90 000 voertui-gen, momenteel zijn dat er per etmaalcirca 70 000 ? 80 000, terwijl de ver-keersmobiliteit nog steeds toeneemt.Ditverkeermoetzichvia 2 x 2 rijstrokendoor een brug 'wringen' met een nettobreedte van 11 m, waarop de rijbaan-scheiding ontbreekt.De filegevoeligheid wordt nog eens ex-tra vergroot door sluipverkeer over devlak voor en achter de brug gelegen au-tosnelwegaansluitingen.Naast deze verkeerskundige problema-tiek is ook de onderhoudstoestand vanhet betonnen rijdek zorgwekkend.In 1987 heeft directie Gelderland vanRijkswaterstaat in samenwerking metde betrokken gemeenten en de Provin-cie een notauitgebracht betreffende eenstudie naar de gewenste wegenstructuurrond dit knelpunt.De .daaruit gekozen variant betreft eengefaseerde reconstructie van het 8 kmlange wegvak vanaf verkeersplein Dei!tot deverzorgingsplaats De Lucht (fig. 1).Daarbij wordt de autosnelwegaan-*) Ir.C.P.M.Kuilboer is senior-specialist brug-genbouw bij de Bouwdienst RWS en heeft toten met de aanbesteding de leiding gehad overhet ontwerp van de betonnen tuibrug. Thansbegeleidt hij de uitbesteding van de projectrea-lisatie.Ir.H.H.GDijk is hoofd van de HoofdafdelingProjectuitvoering en Diensten, alsmede hoofdvan de afdeling Kwaliteitszorg van de Bouw-dienstRWS. Hij was toten met de aanbestedingalgemeen projectleider van de Waalbrug Zalt-bommeL6 Cement 1993 nr. 7/8;.. '\~~.::.t.... i~ .i:~;..'~.....~1 Te reconstrueren wegtrac?sluiting voor Zaltbommel circa 1,5 kmnaar het zuiden verplaatst. Uiteindelijkmoet hetwegvak een dwarsprofiel krij-gen geschikt voor vier rijstroken en eenvluchtstrook per rijrichting.De gefaseerde aanpak betreft met namede overbrugging van de Waal, welke inhet eindplan bestaat uittwee afzonder-.lijke bruggen.Ineerste instantiewordt slechts??nbruggebouwd, die ruimte moet bieden aan 2x 3 rijstrokenzondervIuchtstrokenvoorde A2, alsmede aan ??n smalle parallel~baan voor het langzame verkeer. Uit-gaande van het geprognotiseerde ver-keersaanbod zou deze brug tot het jaar2015 kunnen voldoen.De huidige brug zal worden gesloopt,waardoor ruimte ontstaat voor de even-tueel te bouwen tweede brug.Het ontwerp ende bouw van de nieuweWaalbrug worden verzorgd door deBouwdienst van Rijkwaterstaat, in op-dracht van en in overleg met directieGelderland.ProjectaanpakBij elk project moeten bewuste keuzesworden gemaakt over de projectaanpak.Zo ook bij het project Waalbrug.In 1989, toenhet projectzichin de voor-ontwerpfase bevond, werden de volgen-de beleidsuitgangsj:mnten van deBouwdienst RWS bepalend voor deprojectaanpak:- vermindering van de overheidsinzetdoor uitbesteding aan de private sec-tor;- behoud van kennis en kunde, zowelmet betrekking tot de techniek als tothetbouwmanagemenr.- kennisoverdracht naar de private sec~tor, onder meer door tewerkstellingvan eigen medewerkers in die privatesector (zogenaamde support-mede-werkers).Bij hetprojectWaalbrug zaltbommel isgekozen om de ontwerp- en besteksfaseuit te voeren in samenwerking met in-genieursbureaus, onder verantWoorde-lijkheid van de Bouwdienst.Aan deze ingenieursbureaus zou via eenvervolgopdracht het complete detail-ontwerp en het directievoeren over debouw van de brug worden uitbesteed.De werkzaamheden waren omvangrijk,met name door een andere gemaaktekeuze, namelijk het compleet uitwer-kenvan vier bestekken. Elkbestek dien-de de bouw van de gehele brug over deWaal te beschrijven, bestaande uit eentuibrug over de rivier en een aanbrugover de noordelijke uiterwaard.Staal ofbetonIn de voorontwerpfase zijn 7 variantenbestudeerd voor de rivieroverspanning(fig. 2), die onderling zijn vergeleken opfinanci?le, technische en omgevings-aspecten.In de laatste kolom is de ramingsverge-lijking weergegeven, waarbij vanwegehetbeperkteonderzoekeen ramingson-nauwkeurigheid moet worden veron~dersteld van ten minste ? 20%.De symmetrische tuibrug kwam alsmeest aantrekkelijk brugontwerp uit debus, maar de materiaalkeuze was op ba-sis vande ramingen nog niet duidelijk temaken.Deze situatie rechtvaardigde de keuzeCement 1993 nr. 7/8 7I_B_R_U_G_G_E-NB--O~UW~--- I_c_O_N_S_TR__U_C~T~IE~F_O_.NTWERP---l.. --------~2 Ond?rzochte varianten voor de rhrieroverspanning;staalJbeton duidt op stalen liggers ll1et een betonnen rijdekvergelijkingramingen100%150%112%112%130%122%126%.~@256 mAl A2 A3 A4Al - +9,5 +3,4 +6,2A2 -9,5 - -6,2 -3,4A3 -3,4 +6,2 - +2,8A4 -6,2 +3,4 -2,8 -- ingenieursbureau Veth te Papen~drecht (staalbouw);- De Weger, architecten- en ingeni-eursbureau te Rotterdam.Tabel IBijkoll1ende kosten in I I 000 000,-exclusiefBTW voorde vier aanbestedecOll1binatiesAl == aanbrug beton + tuibrug betonA2 = aanbrug staal-beton + tuibrugstaalA3 = aanbrug beton + tuibrug staalA4 = aanbrug staal-beton + tuibrugb?tonDe werkzaamheden voor de ontwerp-en besteksfase zijn verricht in een pro-jectbureau in Utrecht, dat speciaal hier-voor was gehuurden ingericht. In dezevoor alle partijenexternelocatie hebben189ml~~1c::~I 61 I 64 I 64 I g2jbeton boogA:B:betonsymmetrischstaal/betonasymmetri.schC: staalsymmetrischpyloon betonCC: staalsymmetrischpyloon staalD:staalasymmetrischpyloon ~etonE:F:staal/betonsymmetrischDe keuze is gevallen op de combinatieBVW, die bestaat uit:- BVN, raadgevend ingenieursbureaute Rijswijk (ZH);SamenwerkingEr was, zoals gezegd, gekozen voor sa-menwerkingmet private ingenieursbu-reaus. Maar hoe krijg je daarvoor demeest geschikte partner?Allereerst is een groot aantal ingeni~eursbureaus uitgenodigd om zich, aldan niet in combinatie, aan te meldenals gegadigde. Vijfcombinaties hebbenzich aangemeld,waarvan er drie als vol-doende deskundig werden beoordeeld.De drie combinaties werden uitgeno-digd om een aanbieding te doen voorhet verrichten van werkzaamheden inde ontwerp- en besteksfase onder lei-ding van de Bouwdienst. Tevens werdgevraagd om eenvoorlopige aanbiedingte doen en een plan van aanpak te pre-senteren voor de uitvoeringsfase, waar-bij de verantwoordelijkheid volledig bijde ingenieursbureaus zou liggen.De laagste aanbieding bij de aanbeste-ding van de vier bestekken is niet perdefinitie de meest voordelige keuzevoor de opdrachtgever. Er moeten nogkosten worden gemaakt voor: .- het.detailontwerp;- directievoering en toezicht tijdens debouw;- onderhoud gedurende de vereiste le-vensduur van 75 jaar;- ombouwkosten 1ll geval de tweedebrug wordt aangelegd;- sloopkosten en restwaarde aan heteinde van de levensduur.Deze kosten zijn voor de vier bestekkenniet gelijk. In tabel 1 zijn de bedragenaangegeven waarmee de laagste aanbie-ding van een bestek verhoogd/verlaagdzou moeten worden om vergelijkbarebedragen te krijgen, de zogenaamdehandicaps.Hetvoordeelvandezeaanpakwas twee-ledig:- zowel de staalafdeling als de betonaf-delingkondenopdezewijze ontwerp-ervaring opdoen;~ de staalsector en de betonsector kre-gen gelijke kansenom hetwerk te rea-liseren, hetgeen de concurrentie zouvergroten.Dat er extra ontwerpkosten moestenworden gemaakt is als een acceptabelnadeel aanvaard.Twee andere ingenieursbureaus zijn ge-vraagd om onafhankelijk van elkaar deonderhoudskosten van de vier combi-naties te prognotiseren.Deze bureaus, Witteveen +Bosen Gra-bowsky & Poort, kwamen met redelijkvergelijkbare uitkomsten, terwijl de ge-hanteerde methodieken sterk uiteenliepen.De handicaps waren voor de aanbeste-ding bepaald en bij een notaris in depotafgegeven. Ze zijn geheim gehouden enhebben daardoorhet aanbestedingspro-ces niet be?nvloed.om beideontwerpen uit tewerken (A enCC van figuur 2) en de beslissing uit-eindelijk van de uitslag van de aanbe~steding af te laten hangen.Voor het aanbruggedeelte is eveneensgekozen voor het uitwerken van tweeontwerpen, te weten een volledig be-tonnen bovenbouw en een bovenbouwvan stalen liggers met een betonnen rij-dek (zogenaamde Verbund-construc-tie).Twee tuibrugontwerpen en twee aan-brugontwerpen, dat levert in combina-tie met elkaar vier verschillende brug-gen op. Vandaar dat er vier bestekkenzijn uitgewerkt.8 Cement 1993 nr. 7/8gedurende 14 maanden circa 20 perso-nen fulltime en circa 8 personen part-time gewerkt aan de staal-en de beton-ontwerpen en aan het samenstellen vande vier bestekken. De Bouwdienstinzetwas ongeveer ??n derde van het totaal.Het samenbrengen van een stel technicivanuit verschillende bureaus levert nietautomatisch een 'team' op. Er zijn daar-door wel wat afstemmingsverliezen op-getreden, hetgeen overigens de kwali-teit van de uiteindelijke produkten nietnadelig heeft be?nvloed.De samenwerking verliep goed, zodatmetallevertrouwen devervolgopdrachtvoor de uitvoeringsfase aan BVW konworden verleend.BelastingennotaBij de start van het projectbureau in fe-bruari 1990 was een uitgebreid Pro-gramma vanEisen beschikbaar. Dit ba-sisdocumentwas opgesteldin nauwe sa-menwerking met de opdrachtgevendedienst van Rijkswaterstaat, de directieGelderland.Er moest echter nogwel internovereen-stemming worden bereiktoverde aantehouden voorschriften en rekenregels.Er waren namelijk belangrijke verschil-len tussen betonen staal met betrekkingtot de aan te houden verkeersbelasting.Voor een formulering van de verkeers-belasting gold nog steeds NEN 1008:Voorschriften voor het ontwerpen vanstalen bruggen (VOSB 1963). Hierin iseen zeer eenvoudig belastingsmodel ge-definieerd, dat representatiefmoet zijnvoor de werkelijke verkeersbelasting.Hetis inmiddels 30jaargeledendatdezenorm is uitgekomen en in die periode ishet vrachtverkeer zwaarder en inten-siever geworden.Juist voor tuibruggen is de verkeersbe-lasting dominant en daarom is beslotenom voor de Waalbrug verkeersklasse 60met 20% te verhogen.Deze verhoogde verkeersbelastingkomt redelijk overeen met datgene watin de nieuwe NEN 6723: VoorschriftenBetonnen Bruggen (VBB 1990) is opge-nomen.Een ander probleem was dat de in 1990vigerende voorschriften: VB 1974-1984,TGB-staalI972 enVOSB 1963, nietwa-ren toegerust op het ontwerpen van tui-bruggen, met name niet op het gebiedvan de veiligheidsfilosofie. De nieuwegeneratie voorschriften was nog niet vergenoeg ontwikkeld om te worden toe-gepast.Het was dus noodzakelijk om voor deWaalbrug een aparte Belastingennotaop te stellen, waarmee het mogelijk zouCement 1993 nr. 7/8moeten zijn om twee gelijkwaardigeontwerpen afte leveren.In deze Belastingennota werd het vol-gende vastgelegd:- veranderlijke belastingen, zoals:verkeersbelasting;afwijkingen in eigen gewicht enrustende belasting;windbelasting;temperatuurverschillen m deconstructie;- permanente belastingen en tuivoor-spanning;- verwisselen van tuikabels;- voorgeschreven belastingscombina-ties;- dimensioneringsregels;- rekenregels voor vermoeiing.De belangrijkste aanleiding voor de Be-lastingennota was dus de verkeersbelas-ting. Maar ook een aantal andere uit-gangspunten moest worden vastgelegd.Sommige uitgangspunten zijn gelijkvoor beide ontwerpen en andere zijnweer afhankelijkvan de materiaalkeuze.Eenheel belangrijkaspectwas de beoor-deling op het uiterste draagvermogenvan de tuibrugonderdelen.De vigerendevoorschriften gaanuitvaneen controle op de bezwijkveiligheidvan de constructie-onderdelen, waarbijde optredende snedekrachten worden.vergroot meteen veiligheidsfactor van1,7voor beton- envan 1,5 voor.staalcon-structies.Bij een tuibrug worden de permanentebelastingen gedragen door normaal-krachten in de constructie-onderdelen,waarbij de tuikabels als uitwendigevoorspankabels fungeren. Momententreden hierbij nagenoeg niet op.Bij zo'n constructie is het verhogen vande optredende snedekrachten met eenveiligheidsfactor niet realistisch, omdatdit alleen maar hogere normaalkrach-ten geeft.Het is ook niet realistisch om de perma-nente belasting te verhogen en de daar-bij optredende snedekrachten te con-troleren op bezwijkveiligheid. In dit ge-val treden zeer grote buigende momen-te~ op als gevolg van zeer grote vervor-nnngen.Daarom is het volgende vastgelegd: depermanente belasting wordt in reke-ning gebracht in de vormvan een nomi-nalebelasting die in evenwichtis met detuivoorspanning, en een veranderlijkebelasting die op de meest ongunstigeplaats zal worden aangebracht.De grootte van de veranderlijke belas-ting is gerelateerd aan een mogelijke af-wijking in het eigen gewicht (circa 5%)en in de rustende belasting (circa 20%).De veranderlijke permanente belastingwordt in rekening gebracht via in-vloedsvlakken: +2,5% EG en +10% RBop de positieve vlakken en gelijktijdig-2;5% EG en -10% RB op de negatievevlakken.De aldus gevonden snedekrachtenwor-den vergroot met een veiligheidsfactoren gecontroleerd op bezwijkveiligheid.In de Belastingennota is nog een anderebelangrijke voorwaarde voor het ont-werp opgenomen, namelijk de eis datdetuikabels ??n voor ??n verwisselbaarmoeten zijn. Daarbij kan worden gere-kend met een gereduceerde verkeersbe-lasting vanwege de noodzakelijke rij-strookafzetting.Onder dergelijke omstandigheden ishetverantwoord om te rekenen meteenverlaagde bezwijkveiligheid, vergelijk-baar met uitvoeringsomstandigheden.Met de beschikbaarheid van een Belas-tingennota en een Programma van Ei-sen konden de beide ontwerpgroepenhun definitieve ontwerp gaan maken.OntwerpprocesHetrekenwerk aaneen tuibrug is erg ar-beidsintensiefen tijdrovend.De afmetingen van de constructie-on-derdelen moeten via verstandige schat-tingen worden bepaald en via het uitge-breide rekenproces worden geverifi-eerd. Meestal is het daarna nodig omaanpassingen tedoen, met alsgevolg dathethele rekenprocesweer moetwordenovergedaan.Een iteratief proces dus, met een be-hoorlijk aantal stappen.De bouwmethode is ook van grote in-vloed op het ontwerp. Een tuibrugwordt in een groot aantal stappen ge-bouwd en in elke bouwfase moet deconstructie veilig zijn, terwijl aan heteinde van de bouw de brug moet zijnuitgegroeid tot de gewenste vorm.Ter meerdere zekerheid zijn van de bei-de ontwerpen design reviews gehoudenop twee momenten: na het globale ont-werp en na het definitieve ontwerp.De buitenhetprojectstaandedeskundi-gen waren afkomstig van de Bouw-dienst, van BVW en van Gemeente-werken Rotterdam.Erzijn geengrote missers geconstateerd,slechts op enkele details zijnverbeterin-gen aangebracht.Van de definitieve ontwerpen zijn vierbestekkengemaaktinRAW-vorm. Voorde staalconstructies was dit een onge-bruikelijke contractvorm. Dit beteken-9I_B_R~U~G~G~ENBO_UW ICONSTRUCTIEFONTWERPde dat alle benodigde technische bepa-lingen in RAW-vorm herschrevenmoesten worden. Het beschrijven vande resultaatsverplichtingenleverdeech-ter de meeste discussies op, met namehet wel of niet verrekenbaar stellen ende verantwoordelijkheid voor de hoe-veelheidsberekeningen.AanbestedingOp het moment dat in april 1991 de vierbestekken gereed waren, kon niet totaanbesteding worden overgegaan om-dat het benodigde budget was terugge-trokken als gevolg van een gewijzigdeprioriteitstelling bij Rijkswaterstaat.De aanvang van het werk werd uitge-steld tot het najaar van 1992.In verband met de benodigde procedu-retijd voor een bouwvergunning-aanvraag werd de aanbestedingsdatumvastgesteld op 28 april 1992.Tabel 2Overzicht ramingen en resnltaat aanbesteding in f 1000000,- exdusiefBTWProjectfase tuibrug tuibrug tuibrug tuibrugbeton! staal! staal! beton!aanbrug aal}brug aanbrug aanbrugbeton staal-beton beton staal-betonVoorontwerp-fase 82,60 90,73 88,45 84,89(24 november 1989)Ontwerp-fase 89,60 104,00 98,40 98,20(4 december 1990)Besteks-fase 85,58 106,30(3 april 1991)Aanbesteding(28 april 1992)laagste aanbieding 80,36 101,89 97,79 87,34een na laagste 81,87 102,54 98,14 88,29twee na laagste 86,61 109,52 101,67 92,93drie na laagste 88,96 109,78 104,24 93,02Bestekwijziging 79,01Het werk is openbaar aanbesteed navoorafgaande selectie.De gegadigden konden zich aanmeldenvoor ??n ofmeer bestekken. Per bestekzijn maximaal 7 gegadigden geselec-teerd.Het resultaat van de aanbesteding isweergegeven in tabel 2.Hieraan is te zien dat de uitslaghetbeeldbevestigt dat met tussentijdse ramingenwas verkregen. Dat wil niet zeggen datdeze uitslag tevoorspellenwas. Integen-deel, bij deze aanbesteding werdenstaal- en betonaannemers met elkaargeconfronteerd. Deze situatie enanderemarktinvloeden maakten de uitslag Vande aanbesteding onvoorspelbaar.Het overzicht laat tevens zien dat de zo-genaamde handicaps (tabel I) niet door-slaggevend waren.Hetwerd dus een betonnen tuibrug meteen betonnen aanbrug, met als laagsteinschrijver de aannemingscombinatieTUIKOMII.Deze combinatie wordt gevormd doordeVerenigde HeijmansBedrijvenBVenPhilipp Holzmann AG. De respec-tievelijke dochterondernemingen Ko-ninklijke Van Drunen BV te 's-Herto-genbosch en BV AannemingsbedrijfDubbers Malden te Malden voeren hetwerk uit. Zij vormden destijds de com-binatie TUIKOM I, die de betonnentuibrug bij Heusden heeft gebouwd.TUIKOM II heeft bij de aanbestedingtevens een alternatieve aanbieding ge-daan, bestaande uit een gewijzigde bo-venbouw voor zowel de aanbrug als detuibrug. Het gehele alternatiefwas nietacceptabel, het ontwerp van het tui~brugdekwas echterzo aantrekkelijk, datdit is overgenomen en na enige aanpas-10singen is uitgewerkt tot een bestekswij-ziging, welke met de aannemer is over-eengekomen.Het voordeel van het alternatieve tui-brugdek is, dat tweemaal zo snel kanwordenuitgebouwd alsvolgens hetoor-spronkelijke besteksontwerp, terwijl derandbalken veel eenvoudiger van vormzijn geworden en het aantal dwarsdra-gers is gehalveerd.Het ontwerp van de alternatieve aanbie-ding en de bouwmethodiek zijn ont-wikkeld doorProf.Dr.Ing.Ren?Walthervan het Zwitserse ingenieursbureauWalther, Mory, Maier.OntwerpNu het beeld is geschetst hoe het ont-werp tot stand is gekomen, wordt hettijd om uiteen te zetten wateris ontwor~pen.Dit blijft beperkt tot een globale be-schrijving van het brugontwerp dat nuin aanbouw is. En daarbij ligt de nadrukop de betonnen tuibrug.De locatie van de nieuwe Waalbrug is tezien in figuur 3. Ten behoeve van despoorlijn Utrecht - DenBoschis in 1869de eerste spoorbrug gebouwd.Het win~terbed van de Waal is op deze plaats zo-veel mogelijk ingesnoerd om de lengtevan de spoorburg te beperken tot circa900m.De huidige verkeersbrug (gebouwd in1930 - 1933) werd, in verband met dieinsnoering, vlak naast de spoorbrug ge-bouwd, waarbij dezelfde lengte vanoverspanningen is aangehouden. Dit inverband met de afvoer van de rivier bijhoog water, die minimaal gelijk moestblijven om opstuwing te voorkomen.Voor de keuze van de locatie van denieuwe Waalbrug gelden dezelfde con~dities: zo dicht mogelijk naast de huidi-geverkeersbrug enmetdezelfdelengtenvan overspanningen.De Waal heeftzich echterin de tijd ont-wikkeld tot een zeer drukke vaarweg,die de hoofdtransportasvormt tussen deRotterdamse haven en het Duitse ach-terland.Eenbelangrijkuitgangspuntbij het ont-werp was dan ook dOlt het scheepvaart-verkeer zo weinig mogelijk hinder vande nieuwe brug mag ondervinden.Daarom is voor een nieuwe brug geenpijler meer toegestaan in het middenvan de vaargeul.De overspanning van 256 m die aldusontstaat, kan het beste worden over-brugd met een symmetrische tuibrug,zoals de variantenstudie heeft aange-toond (fig. 2). Bovendienkaneentuibrugsteigerr~os worden uitgebouwd, waar-door de hinder aan de scheepvaart ver-waarloosbaar klein is.Als gevolg van de keuze voor een gefa-seerde reconstructie van rijksweg A2,moet de nieuwe Waalbrug in de toe-komstzonderveel problemenaangepastkunnen worden wanneer de tweedebrug moetworden aangelegd. Hierdooris voor het wegverkeer een ongedeeldebreedte vereist van 32,50 m met eenconstante dwarsverkanting van 1 op 40.Infiguur 4 is de dwarsdoorsnede van detuibrug te zien naast de bestaande ver-keersbrug en de spoorbruggen. Dat depylonen op het uiterste uiteinde van depijlerwand zijn geplaatst is het gevolgvan de beschikbare ruimte in het be-stemmingsplan van de gemeente Zalt-bommel ten aanzien van het wegtrac?.Cement 1993 nr. 7/8BESTAANDE SPOORBRUGR.W. 2 11! FASE I"3 4 5aanbrug6 7 atuibrugWAAL3 Locatie nieuwe Waalbrug5.00l'lIl N?w? lil~lt18.96+12,00NAP ._~__+20.004 Dwarsdoorsnede tuibrug.naast bestaande verkeersbrug en spoorbrugCement 1993 nr. 7/8 11I~B~R~U_G_G_E_NB~.~O~uw~.~__~~_I_C_O_N_S_TR__U_C~T~IE_F_O_NTWE_.__~RP~_..L-_~~~ ~Lengte tuibrugDe lengte van de hoofdoverspanningwordt dus bepaald door de plaats van dep?jlers van de bestaande bruggen.De lengte van de aangrenzende zij-overspanningen ?s echter vr?j te bezen.Aande zu?dzijdevande hoofdoverspan-ning l?gtgeen uiterwaard d?e overbrugdmoet worden. Er lag aan deze zijde eengroot zan,ddepot, dat gevormd is bij on-derhoudswerk aan de Waal. Dit depotvormt na gedeeltelijke ontgraving deaardebaan voor het nieuwe wegtrac?.Aan de noordzijde van de hoofdover-spanninggaat de tuibrug over inde aan-brug.Onder deze omstandigheden ?s het lo-gisch dat in het voorontwerp een asym-metr?sche tuibrug ?s onderzocht (fig. 2).Gezien de kosten is het toch lonend omeen symmetr?sche tuibrug te maken,ondanks de extra bruglengte aan dezuidzijde.Maar wat mag dan de lengte van de zij-overspanning zijn?Het doel van de zij-overspanning is Omevenw?cht te maken met de halvehoofdoverspanning. Een optimaalevenw?cht wordt verkregen wanneeraan het uiteinde van de zij-overspan-ning een geringe trekreactie moet wor-den geleverd.Dit is hetgeval bij een lengte van 0,40 ?0,45 maal de lengte van de hoofdover~7DOORSNEDE C - CbrugdekDOORSNEDE A - ADOORSNEDE B - B5 63 4oplegging2trekverankeringo61I ' 1 ,I JII' I' 1111 11 11I'11 11" 1111 115JI,11 1 '"11 I, 1111I,I,I1! lBI :11IIIII32trekverankeringTrekverankering ter plaatse van de oplegging op de overgangspijlersSteunpunt 10 in voor-, zij- en bovenaanzichtaanbrug5-61,I,1I~l c:1I111I1I1II1I111: : : I'------rrF=::~=::r=~~n i-=-.::-_-:.:.='_~~-- --__L..J_~__ ---jo O~ _Il- tuikabelfl.I12 Cement 1993 nr. 7/8spanning.De trekreactiewordtgeleverddoor het gewicht van de onderbouw.Tabel 3Belastingen en maximale doorbuiging brugdek bij tuibrug van staal en betonDe randbalken, waarin de tuikabelsworden verankerd, zijn van ter plaatsegestort beton (B 45).De uiteinden van de geprefabriceerdedwarsdragers worden in de bekistingvan de randliggers opgenomenen inge-stort.Op het uiteinde van het tuibrugdekzijnde randbalken versterkt door een inhoogteverlopende schijf. Deze driehoe~kige verzwaring is nodig om zes achter-tuien te verankeren en de horizontaleruikrachtcomponent hiervan in het rij-dek in te leiden (fig. 6).De zes achtertuien compenseren het te-kort aan gewicht van de zij-overspan-Twee van de drievoorspankabels van dedwarsdrager worden op de buitenzijdevan de randbalk afgespannen. De derdevoorspankabel is nodig voor het eigengewicht van de dwarsdrager tijdenstransport en montage.De dwarsdragers hebben een T-vormi-ge doorsnede en eenverlopende hoogte.Ze worden evenals de bekistingsplatenvervaardigd door Betonson BV te Son.Ditconstructiesysteemgeldtzowelvoorde zij-:-overspanning als de hoofdover-spannmg.Ter plaatse van de pyloonpijlers en deruibruguiteinden moeten de randbal-ken worden aangepast (fig. 6 en 8).keringskabels, symmetrisch ten opzich~te van het tuivlak, russen twee opleggin-gen aangebracht en gespannen tot 45%van de breuksterkte.Met deze constante voorspankrachtwordtdevariabele trekkrachtvanuithetbrugdek onderdrukt.550123124250beton12065124560staal(kN/m)(kN/m) .(kN/m)(mm)eigen gewicht brugdekrustende belasting asfaltverkeersbelasting Q-mobielmaximale doorbuigingIn horizontale langsrichting wordt hetbrugdek vastgehouden ter plaatse vande oostelijke pyloon van steunpunt 11.In dwarsrichting wordt het brugdek inhorizontale richting geftxeerd aan hetuiteinde van elke zij-overspanning.Hiervoor worden de stalen glij-opleg-gingen aan de binnenzijde van de oost~kant gebruikt. Deze opleggingen wor-den als ??nzijdig beweegbaar uitge~voerd.Brugdek tuibrugHet brugdek van de tuibrug is opge-bouwd uit een balkrooster, bestaandeuit twee randbalken met daartussenvoorgespannen dwarsdragers, hart~op-. hart 7,80 m (fig. 7).Op het balkrooster ligt een rijdekvloer,bestaande uit geprefabriceerde beton-nen bekistingsplaten, waarop een druk-laag van 125 mm wordt gestort (B 45).De 2 m brede bekistingsplaten zijneveneens 125 mm dik (B 55). Langs derand zijn deze platen verstijfd met een100 mm hoge rib.Het brugdek van de tuibrug wordtpraktisch geheel gedragen door de tui~kabels, die het gewicht overbrengennaar de pylonen.Daarnaast wordt het brugdek in verti~cale richtinggeftxeerd via 12 stalen glij~opleggingen. Deze opleggingen zijn ge~plaatst op elke pyloonpijler aan de bin~nenzijde van de pylonen (twee stuks),alsmede aan het uiteinde Van elke zij-overspanning op de overgangspijler(vier stuks).De opleggingen op de overgangspijlersworden onder druk gehouden doortrekverankeringskabels, waarmee depijlers als hetware aanhetbrugdekwor-den 'opgehangen'; dit in verband methet noodzakelijkeevenwichtvan de rui-brug (fig. 5 en 6).Per brugrand worden vier trekveran~Naarmate de zij~overspanning korterwordt gemaakt, neemt de trekreactieexponentieel toe, waardoor zowel deonderbouw als de bovenbouwzwaarderen gecompliceerder moeten worden.De winst, vanwege minder brugdek,wordtdan al gauwrenietgedaandoor debijkomel.~ extra kosten.Voor de betonnen tuibrug is de lengtevan de zij~overspanningen vastgesteldop 76 m. Deze lengte is mede gekozenom voor de betonnen aanbrug een gun~stige lel).gte van het eindveld te krijgen.Voor de stalen tuibrug is de zij~over~spanning korter genomen, namelijk 64m. Deze keuze werd ingegeven door hetfeit dat een stalen brugdek veel lichterisdan een betonnen brugdek (tabel 3).--~-~--~_~ _ _- 3a.a4m-_- - - - _ ~ - ~ - ~ZI.JAANZICHT ?stempel-..::---+---r--'-::~:=-o--+doorvoerbuistuikabelprefab betonplatenter plaatse gestorttebetonnen druklaag7 Zijaanzicht tuibrug en dwarsdoorsnede over brugdekCement 1993 nr. 7/8 13I_B_R~U~G~G_E_NB_._O_?W 1CONSTRUCTIEFONTWERPRandbalken en dwarsdragers ter plaatse van pylonenDOORSNEDE F - FDOORSNEDE 0 - 0pylooni'IIIIIIII,111oIIIWJOI1iIIIIIII1II1II1514I ' .{~i=t-. "",'" 1..... I...' ::~.:-:=-~~_-_-_-~-_-::::::(::... ~/! II I I I, I I II I I II I I 'I I II I I, , II I II I I1 I 'I I II II II II II I, 1I I, 1I II ,I l EII II ,1 II ', 'I IJ :I 1I II 1I 11 Il :I 1I 1I 1I II I, I1 I1 J1 II I I II I I II ;:t=t::::.:::::l:r:>_..... II ....-l...~ /.. ...... ~ -..: I :y..Y b :z- _-=:::::::::bdwarsdragero813t ------------I 0rr(ccc_-;c_I II II I1 I1 I1 I1,II1IIIII1IIII Itl+0, II I1 I1 I1 :I II ,I 1I 1I I, 11 11 II I: fI ,I 11 II 1i I1 I1 II I4--..,_._-_._'-.---'--_ .J_...J__. _9 Horizontale en verticale doorsnede over pylonen14 Cement 1993 nr. 7/8De zijwanden van de rechthoekige py-loonwordendoorde horizontale krach~ten op trek belast. Deze trekkrachtwordt volledig door wapeningstaal op-genomen (fig. 9, hor?zontale doorsnede).Oindat het wapeningsstaal toch allekrachtopneemt, kan debetondiktezon-der bezwaar worden gereduceerd, be-halve in de hoeken van de pyloon, om-dat daar de wapening moetworden ver-ankerd.De inkassing in de zijwanden heeft duseen constructieve achtergrond, maar le-vert tegelijkertijd een decoratief ele-ment aan voor de vormgeving van depylonen. Deze inkassingen worden ex-tra geaccentueerd door het aanbrengenvan rode betonverf.De horizontale wapening wordt gedi-mensioneerd op toelaatbare scheur-wijdte.De pylonen worden gemaakt met be-hulp van een klimbekisting, waarmeewekelijks eenmootvan circa 3 m hoogtewordt gestort.De pylonen zijn van binnen hol en wor-den voorzien van ladders en bordessen,alsmedevanverlichting. Ditis nodig omde tuiverankeringen aan te kunnenbrengen en in de toekomst te kunneninspecteren.Het is altijd een probleem hoe in hori-zontale richting de krachten moetenworden overgedragen van de tuien vande hoofdoverspanning naar die van dezij-overspanning (fig. 9).Bij dit ontwerp is gekozen voor over- ..-----------------"-1dracht via gewapend beton. 1.0 B~uwvolgorde aanbrug entUIbrug .De tuikabelverankeringen hebben eenh.o.h.-afstand van 7,80 m en vallen on-geveer samen met de plaats van dedwarsdragers.gebracht, bestaande uit 30 tot 50 staveno 32, FeB 500.PylonenDe vier pylonen reiken tot een hoogtevan circa 83 m en worden gemaakt vanter plaatse gestort gewapend beton(B 45).In een pyloon worden 30 tuikabels ver-ankerd: 14 vanuit de zij-overspanningen 16 vanuit de hoofdoverspanning.Door de uitgekiende verdeling over dehoogte veroorzaakt de permanente be-lasting nauwelijks buigende momentenin de top van de pyloon.De breedte van het brugdek is te grootom de pylonenin dwarsrichting te kop-pelen ofnaar elkaar toe te buigen en sa~men tevoegen. Daarom worden ze ver-ticaal en vrijstaand uitgevoerd.In de randbalken worden in principegeen voorspankabels aangebracht; dehorizontale component van de tui-krachten zorgt al voor een 'voorspan~ning' die toeneemt in de richting van depyloon.Het zal duidelijk zijn dat deze druk~kracht in het middenvan de hoofdover-spanningontbreekt. Daarom worden erin dit gebied wel voorspankabels aange~bracht, de zogenaamde continu?teits-voorspanning.De randbalken worden dus uitgevoerdin gewapend beton. In het geval er eentuikabel moet worden verwisseld, tre-den er in de randligger grote buigendemomenten op. Daarom wordt onderinde randligger een zware trekband aan-ning. Ze worden symmetrisch aange-bracht ten opzichte van de overgangs-pijleren de verticalecomponentvan de-ze zes kabels valtsamen met de trekver-ankering. Hierdoor wordtgeen buigingveroorzaakt in de randliggers.Als gevolg van het bovenstaande stekende driehoekige randbalkverzwaringenuit voorbij de overgangspijlers, terwijlhet rijdek boven de pijlers e?ndigt. Deaansluitendebrugdekkenpassen preciestussen de uitkragendeverzwaringen (fig.6).voorjaar 1994I,3? '0 11t1jd_IJk_bulp.teunpunten12 13najaar 19944 5'0 '3zomer 19954 8 '3Cement 1993 nr. 7/8 15trek-drukverbindingUitbouwwagen11TuivoorspanningTijdens het uitbouwproces worden detuikabels gespannen tot een kracht diede 1e fase tuivoorspanning wordt ge~noemd.Het resultaat van deze voorspanningmoetzijn dathetbrugdek, na het makenGelijktijdig met de voortgang van hetuitbouwproces worden de tuikabels inde zij-overspanning aangebracht. Hier-door blijven de pylonen in balans. Wan~neer de zij-overspanning aan de tuika-bels hangt, kan de tijdelijke ondersteu-ninghieronder worden verwijderd.De uitbouw verloopt als volgt: vooraf-gaande aan het aanbrengen van hetstortgewicht wordt het reeds aange-brachte tuikabelpaar in overeenkomsti-ge mate verder opgespannen. Via destempels en de uitbouwwagen wordendaardoor de raildraagbalken omhooggedrukt, waardoor de tuikrachttoena-me wordt overgebracht naar de anderetuikabels, die daardoor enigszins wor-den ontlast.Tijdens het storten van het beton komter extra gewicht in het tuikabelpaar, datdaardoor uitrekt, waardoor de rail-draagbalken weer omlaag gaan.Zonder de raildraagbalken zouden erveel te grote verplaatsingen optreden enzou instabiliteit ontstaan.Na het spannen van de dwarsvoorspan-ning wordende bekistingsplatengelegd.Hierna kan het laatste tuikabelpaarworden aangespannen tot de vereistekracht (1e fase tuivoorspanning) en deuitbouwwagen worden verrold.De raildraagbalken (fig. 11), die met tweetrek-drukverbindingen op de randbal-ken van hetbrugdek zijn bevestigd, die-nen als verstijving bij het dragen van hetstapsgewijs aan te brengen gewicht vande uitbouwmoot.Om het gewicht van een uitbouwmooten van de uitbouwwagen te dragenwordt gebruikt gemaakt van het tuika-belpaar dat in deze mootzal worden ve-rankerd.Omdat de randbalken nog niet aanwe-zig zijn, worden de tuikabels in positiegehouden met behulp van geprefabri-ceerde betonnen stempels, waarin detuiverankering en de doorvoerbuis zijnaangebracht (zie fig. 7, zijaanzicht A endwarsdoorsnede brugdek).Deze stempels, met een breedte van 1,20m en een diktevan 0,30 m, worden in deuitbouwbekisting gelegd en er tijdelijkaan vastgespannen. Ze vormen na hetstorten van het beton ??n geheel met derandbalk.De stempels liggen aan tegen het kop-vlakvandevorige stempels. Dit contact-vlak wordt gecontramald uitgevoerd envoorzien van een dunne rubberplaat.ICONSTRUCTIEfONTWERPtrek-drukverbindingDe hoofdoverspanning van de tuibrugwordt vanuit de pyloonpijler uitge-bouwd met behulp van eenverplaatsba-re bekisting, de zogenaamde uitbouw-wagen (fig. 11).De uitbouwwagen is geschiktomweke-lijks een brugdeklengte van 7,80 m temaken.Een uitbouwmootbestaatuit twee stuk-ken randbalk van ter plaatse gestort be-ton (B 45) en een geprefabriceerdedwarsdrager, die met zijn uiteinden inde randbalken wordt ingestort. In de-zelfde weekcyclus wordt het rijdek vande vorige uitbouwmoot gemaakt.UitbouwmethodeDe bouwvolgorde van de brug is weer~gegeven in figuur 10.De tuibrug wordt in twee helften ge..:maakt. Er wordt gestart met de zuidelij-ke helft, de hoofdonderdelen van denoordelijke helft worden gemaakt na~datdezelfde onderdelen aande zuidelij-ke oever gereed zijn gekomen.De bovenbouw van de zuidelijke helftstart met de aanleg van het brugdek vande zij-overspanning en het maken vande twee pylonen.Het brugdek wordt ter plaatse van elketui-aansluiting op tijdelijke steUnpun-ten opgelegd.stempelHet beton wordt op vrijdag gestort enhet weekend wordt gebruikt voor deverharding.IBRUGGENBOUW16 Cement 1993 nr. 7/8Ten slotteDe bouw is gestart op 15 september1992; de brug moet worden opgeleverdop 1mei 1996.Vanafmedio 1996 zal hetverkeer van de nieuwe Waalbrug ge-bruik kunnen maken.De pylonen aan de zuidzijde zullen inhetvoorjaarvan 1994op hoogte zijn, zo-dat daarna gestart kan worden met hetuitbouwproces.Wanneer eind 1994 de aanbrug gereedis, kan worden begonnen met de uit-bouw van de noordelijke tuibrughelft.FunderingTenslotte het onderdeel waarmee debouw moet starten, namelijk de funde-ring van de brug.Er is geen sprake van bijzondere funde-ringstechnieken. De pijlers worden opgeprefabriceerde voorgespannen be-tonpalen gefundeerd op eenvariabel in-heiniveau van om en nabij 10 m -NAP.Het palenveld onder een pyloonpijler isechter wel indrukwekkend vanwege deomvang: 280 palen met een doorsnedevan 0,45 x 0,45 m2staan in een stramienvan 1,50 x 1,50 m2?Erworden totaal 18 km palengeheid tenbehoeve van het definitieve werk en 9,4km ten behoeve van tijdelijke hulp-steunpunten.Introfoto: Meetkundige DienstRijkswaterstaat,afdeling Grafische TechniekenDe bekisting wordt gedragen door zwa-re stalen onderslagbalken op tijdelijkehulpsteunpunten en wordt telkensdoorgerold naar de volgende positie.De bekisting moet in lengterichtingenigszins flexibel zijn om hetlengtepro-fiel te kunnen volgen: dit gaat namelijkvanuit een horizontale cirkelboogstraalvan 1200 m, via een overgangsboog overin een horizontale rechtstand.De bouwtijd voor ??n veld van 60 m isgepland op circa vijfweken.Er was dus aanleiding genoeg om dit al-ternatiefdiepgaand te analyseren. Om-dat de rest van het alternatiefniet aan-trekkelijk was, is alleen het tuibrugdekovergenomen en verwerkt in een be-stekswijziging.Infocentrnm WaalbrugEen belangrijk element bij een zo groot werk is de voor-lichting aan het publiek. Daarom is op 12 meijl. een info-centrum geopend op het werkter:rein aan de noordzijde vande brug.In deze ruimte staan een overzichts ette van het gehelewegvak en een detailmaqnette van de rug opgesteld.Bovendien worden het gehele wegenbouwproject en debouw vau de brug met behulp van informatie-panelent .um is geopend op dinsdag en donderdag van9.30 tot 16.00 uur.Voor groepen is het raadzaam om voorafeen afspraak temaken; het is daarbij mogelijk om een andere bezoekdag afte spreken dan dinsdag ofdonderdag.Het adres luidt:Informatiecentrum Waalbrug ZaltbommelWaalbandijk 34181 AN Waardenburgtelefoon: 04181 - 2688/2708.AanbrugconstructieHet tuibruggedeelte van de Waalbrugeist alle aandacht op, waardoor de aan-brug een beetje buiten beeld blijft. Toch. is dit bruggedeelte ookeen respectabelbouwwerk, waarvan de bovenbouw be-staat uit een aaneengesloten betonnenbrugdek van 570 m lengte.Dit brugdek; dat wordt ondersteunddoor pijlers die ongeveer60 m uit elkaarstaan, bestaat uitvier langsliggers en eenrijdekplaat van ter plaatse gestort voor-gespannen beton. De rijdekplaat en deliggers vormen ??n constructiefgeheel.Het brugdekwordt per veld van 60 m in??n keer gestort (circa 1830 m3). Destortnaad is gelegen op circa 12 m voor-bij elke pijler.De brug wordt per veld in langsrichtingvoorgespannen. In de stortnaad wordende voorspankabels doorgekoppeld.Het rijdek wordt in dwarsrichting be-perkt voorgespannen.BestekswijzigingDe hiervoor beschreven uitbouwme-thode is gebaseerd op het alternatievebrugdek, zoals dat nu wordt gemaakt.Het oorspronkelijke brugdek, zoals datin het bestek was beschreven, zag er an-ders uit en moest ook anderswordenge-bouwd.De vorm van dat brugdek vloeide voortuit de manier waarop werd gedacht temoeten uitbouwen, namelijk eerst derandbalkmoten maken om daarin hettuikabelpaar te kunnen aanbrengen enverankeren.Dit hield in dat de randbalken meer dan7,80 m moesten uitkragen voorbij delaatst aangebrachte tuikabel.Elke randbalk moest worden gemaaktmet een uitbouwbekisting, die zelfhetgehele gewicht van een uitbouwmootkon dragenvia een uitkraging vanuit dereeds gemaakte randbalk. Dit beteken-de dat de mootlengte op 3,90 mmoestworden gesteld, want 7,80 m is op zo'nmanier niet in ??n keer te maken.Voor een dergelijke uitbouwmethodemoesten de randbalken voldoendebuig- en torsiestijfheid hebben en vol-doende breedte om te kunnen bouwen.Vandaar de keuze voor kokervormigerandbalken met een hoogte van 2,50 men een breedte van 5,50 m.Tussen de randbalken zouden eveneensgeprefabriceerde dwarsdragers wordenaangebracht, hart op hart 3,90 m, welkedoor middel van dwarsschotten in dekokerbalken zouden worden verlengdtot de rand van het brugdek.van de sluitmooten alleen als gevolgvanhet eigen gewicht, precies de juistehoogteligging heeft.Wanneer de schampkanten en het asfalt(rustende belasting) zijn aangebracht,zal het brugdek in het midden van dehoofdoverspanning circa 240 mmdoor-buigen. Ten gevolge van krimp en kruipzal dezedoorbuiging alleenmaar toene-men in de tijd.Daaromworden alle tuien nagespannenals de rustende belasting is aangebracht.Dit is de 2e fase tuivoorspanning.Het resultaat hiervan moet zijn dat, bijopenstelling van de brug, het middenvan de hoofdoverspanning circa 200mm hoger ligt dan het theoretischelengteprofiel. Deze overhoogte zal vol-gens berekening na 30jaarzijn verdwe-nen.Hetalternatieve brugdekbleekaanmer-kelijk eenvoudiger in het maken, sim-peler in de krachtswerking en boven-dien lichterin gewicht. Ditkon allemaaldankzij de toepassing van de prefabstempels, een werkelijk ingenieus idee.Cement 1993 nr. 7/8 17
Reacties