ir.J.C.KuiperNV Nederlandse Spoorwegen, sector Be-tonbouwSpoorbrug over de IJssel teWestervoortA. Ontwerp van de aanbruggen1Impressie van de eerste brug over de Usselte Westervoort; de wigvermige constructiesvoor de pijlers zijn houten ijsbrekers2a-bAanleg van de pijlerfundering mettoepassing van ijzeren cilindersInleidingDe enkelsporige brug over de IJssel bij Westervoort is een van de knelpunten in het Neder-landse spoorwegennet. In het kader van het knelpunten-programma worden thans de aan-bruggen van deze spoorbrug verdubbeld. Het ontwerp hiervoor is gemaakt door sectorBetonbouw van de Nederlandse Spoorwegen. De pijlers en landhoofden worden aangepast,de huidige 8 aanbruggen in het bestaande spoor worden vernieuwd en voor het tweede spoorworden 8 nieuwe aanbruggen aangebracht. Uitgangspunten waren handhaving van de be-staande funderingen en vervanging van de bestaande bruggen met minimale hinder voor hetspoorwegverkeer.Opmerkelijk is dat de eerste brug die bijna 120 jaar geleden bij Westervoort werd gebouwddubbelsporig was. De historische ontwikkelingen omtrent deze brug zijn interessant genoegom nader te worden besproken.Historische achtergrondOp 15 februari 1856 werd de eerste spoorbrug over de IJssel bij Westervoort in gebruikgenomen. Het was de eerste spoorbrug over een van de grote rivieren in Nederland en dezezou deel uitmaken van de spoorverbinding met Duitsland. Men had kennelijk grote ver-wachtingen van de ontwikkeling van het railvervoer; de brug werd nl. dubbelsporig uitge-voerd. De brug telde 6 overspanningen, 4 van 50 m en 2 van 15 m; de laatste twee uitgevoerdals een draaibrug in het midden van de rivier.Opmerkelijk was ook de uitvoering van de pijlers. Holle ijzeren cilinders werden op derivierbodem geplaatst. De grond werd uit de cilinders opgebaggerd, zodat z? tot het gewens-te funderingsniveau zakten. Vervolgens werden de cilinders gevuld met beton en metselwerk(fig. 1 en 2).1900 - naar een dubbelsporige, vaste brugOm aan de eisen van het drukkeren zwaarder wordende verkeer tegemoet te komen, werd in1900 een nieuwe, vaste brug direct naast de bestaande, in gebruik genomen, meteen door-vaarthoogte van 10 m en een hoofdoverspanning van 113 m. Opnieuw werd toekomstvisiegetoond: teneinde latere vernieuwingen met zo weinig mogelijk hinder voor de dienstrege-ling te kunnen uitvoeren, werden twee enkelsporige bruggen naast elkaar gebouwd, alsmedeeen derde bestemd voor wagens en ander verkeer. De uitvoeringsmethode was al evenbijzonder. Voor de bouw van de pijlers werd, om zetting van de er vlak naast gelegenbestaande pijlers te voorkomen, gekozen voor een caissonmethode. IJzeren caissons voor-zien van een werkkamer, werden met behulp van samengeperste lucht door ontgraving enbelasting op de juiste diepte gebracht.Cement XXXV (1983) nr. 7 4553Aanzicht van de brug met aanbruggen vanvoorgespannen beton4-5Verhoging van de bestaande pijlers1940- '45 - vanwege oorlogsschade naar enkelspoorOp 10 mei 1940 werd de brug door de Nederlanders gedeeltelijk opgeblazen. Op 15 november1940 was het spoor Zevenaar-Arnhem weer in gebruik. Toen kort daarna ook de brug in hettweede spoor weer hersteld was, werd deze in gebruik genomen voor het wegverkeer.In 1945 werd de brug door de Duitsers grondiger verwoest. De hoofdoverspanningen warenniet meer te repareren. Na de oorlog werd de overbrugging voor enkelspoor hersteld.Daartoe werd een noodpi jler in het zomerbed van de rivier gebouwd. Voor de rivieroverspan-ningen werd een van de aanbrugliggers omgebouwd en een militaire noodbrug van het typeCallender-Hamilton gebruikt.Sindsdien zijn er diverse plannen gemaakt voor vernieuwen van de brug, met sloop van denoodpijler. De vervanging werd daarbij als enkelsporig voorgesteld. Bij gebrek aan financi?-le middelen werden de plannen echter niet uitgevoerd.In 1976 werd de zaak enkel- of dubbelspoor opnieuw bestudeerd, mede omdat de Callender-Hamilton brug dringend aan vervanging toe was. Doorde ongunstige vervoersprognoses vandat moment viel de beslissing opnieuw ten gunste van een enkelspoor uit. De noodbrug werdin 1979 vervangen door een enkelsporige, stalen zomerbedoverspanning, waarna de nood-pijler kon worden gesloopt.7980 _ opnieuw naar dubbelspoorNog voordat de vervanging voltooid was, had zich een gunstige ombuiging in de vervoers-trend afgetekend. In 1980 werd in het knelpuntenkader de dubbelsporigheid uitgewerkt.Hierbij is ook de vervanging van de stalen aanbruggen betrokken. De resterende levensduurwerd geschat op 15 ? 20 jaar. Bij latere vervanging zouden de liggers opgesloten liggentussen de verkeersbrug en het tweede spoor. Er werd besloten tot verdubbeling van deoverbrugging met gelijktijdige vervanging van de acht bestaande stalen aanbruggen.Met de spoorverdubbeling van de brug bij Westervoort wordt het eerste van de 8 spoorweg-knelpunten weggenomen. De jaren waarin de argumenten voor een ruimere jas n?et overtui-gend waren zijn voorbij: sinds 1977 werden jaarlijks 15% meer reizigerskilometers gereali-seerd.Met het wegnemen van het knelpunt Westervoort, met ingang van de dienstregeling 1984,behoort het laatste stukje enkelspoor tussen Amsterdam en Rome tot het verleden.Draagkracht van de funderingenEr zijn een aantal kernboringen gedaan om de kwaliteit van de uit 1900 daterende funderingte onderzoeken ; deze bleek al leszins acceptabel. De sector Grondmechanica van de NS deedeen nader onderzoek naar de draagkracht van de pijlers en landhoofden. Door de op palengefundeerde pijlers te beschouwen als een fundering op staal (dus de palen weg te denken)werd een grotere draagkracht toelaatbaar geacht dan de draagkracht die volgt uit eenberekening met palen. Hierdoor werd het mogelijk te denken aan vervanging van de aan-bruggen door zwaardere constructies dan de huidige stalen vakwerkliggers.Cement XXXV (1983) nr. 7 456MateriaalkeuzeDe materiaalkeuze werd bepaald door draagkracht van de bestaande pijlers en landhoofdenen de kosten van uitvoering. Er werd een keuze gemaakt tussen enerzijds een staalconstruc-tie met een betonnen drukf lens en anderzijds een voorgespannen betonconstructie.Door de massa van de bruggen tot een minimum van 452 ton per aanbrug te beperken, bleekde voorgespannen betonconstructie ten opzichte van de bestaande funderingen acceptabelen bovendien in de prijsvergelijking het goedkoopste.Statisch systeemDe pijlers staan op een hart-op-hart-afstand van 43,50 m (fig. 3). Om de pijlers niet zwaarderte belasten dan nodig is, is gekozen voor handhaving van het huidige statisch systeem. Deaanbruggen worden uitgevoerd als statisch bepaalde, enkelsporige bruggen op twee steun-punten, meteen lengte van 43,42 m en een theoretische overspanning van 42,20 m.Aanpassing van de onderbouwDe nieuwe aanbruggen hebben een veel geringere constructiehoogte dan de te vervangenstalen bruggen. Daarom is het nodig de pijlers en landhoofden met circa 3 m te verhogen(foto 's 4-5). Om de uitwisseling van de bruggen in een tijdbestek van 9 uur mogelijk te maken,moesten de verhogingen met de daarop geplaatste oplegblokken en vasthoudconstructie inhet vakwerk van de te vervangen stalen brug worden gebouwd, waardoor delen van het stalenvakwerk werden ingestort. Deze staven werden hiervoor waar mogelijk verzwakt en zonodigin verband met beweging in de roloplegglngen omwikkeld met polystyreenschuim.BrugliggersEr is een afweging gemaakt tussen een kokervormige en een T-vormige dwarsdoorsnede.Vanwege de grotere torsiestijfheid is de keuze gevallen op de kokervorm (fig. 6).6Dwarsdoorsnede over de nieuweaanbruggen en de bestaande verkeersbrugDwarsdoorsnedeDe afmetingen van de ligger waren afhankelijk van de toe te passen bouwmethode en dedaarmee samenhangende betonkwaliteit. Diverse combinaties daarvoor waren uitgewerkt.Uiteindelijk is de keuze gevallen op uitvoering met betonkwaliteit B37.5. De hierna vermeldeafmetingen hebben dan ook betrekking op die variant.De liggerhoogte bedraagt 2,70 m, wat neerkomt op een slankheid van 1:15,6. De breedte vanbovenflens en koker is respectievelijk 5,70 en 3,00 m; de dikte van bovenflens en onderflensis 0,26 resp. 0,25 m. Tenslotte de dikte van de lijven: deze bedraagt normaal 0,30 m maar terplaatse van de opleggingen 0,60 m om ruimte te bieden aan de verankeringen van devoorspankabels.De doorsnede moet aan allerlei eisen voldoen wat betreft sterkte, stijfheid en praktischeuitvoerbaarheid. De maatgevende factoren waren:- voor de dikte van de bovenflens het belastinggeval pons in geval van een ontspoorde trein;- voor de dikte van de onderflens de benodigde ruimte voor de voorspankanalen;Cement XXXV (1983) nr. 7 4577Verloop van de omhullingsbuizen voordevoorspankabels- voor de hoogte van de koker de toelaatbare aanvangsdrukspanning in de onderfiens;- voor de dikte van de lijven de storttechnische mogelijkheden.Met de uit deze eisen afgeleide doorsnede-afmetingen wordt voldoende buigstijfheid be-reikt. Hiervoor wordt bij de NS aangehouden 1/800 van de overspanning, ten gevolge van deontwerpbelasting zoals aangegeven in de VOSB 1963.Op de bovenflens zijn opstortingen gemaakt, waarop de spoorstaven met directe, regelbarespoorstaafondersteuningen zijn bevestigd. Tussen de opstortingen voor de spoorstaven iseen geprefabriceerde geleide-constructie bevestigd, die moet voorkomen dat een ontspoordtreinstel op het uitkragende deel van de bovenflens terechtkomt.Door de vorm van de dwarsdoorsnede liggen de hoofdtraagheidsassen onder een hoek metde horizontale en verticale richtingen. Dit gaf een ongewenste verhoging van de buigspan-ningen in de zwaarst belaste doorsnede. Door ter plaatse van deze doorsnede wat materiaalweg te nemen is dit probleem opgelost.De dubbelsporigheid wordt bereikt door twee identieke enkelsporige liggers naast elkaar teleggen. De ruimte tussen de bovenflenzen van de liggers wordt opgevuld met een stalenroosterconstructie.VoorspanningHet normale parabolische kabelverloop voor de verticale krommingsdruk is bij deze koker-vorm niet mogelijk. De kabels hebben in horizontale projectie een trapeziumvorm, uiteraardmet afgeronde hoekpunten (foto 7). Zodra de kabels op het niveau van de onderfiens zijnaangekomen, worden ze parabolisch naar binnen afgebogen om plaats te maken voor devolgende kabel.De voorspanning bestaat uit 10 kabels van 17 strengen van 150 mm2, in de kwaliteit FeP 1770,met lage relaxatie. Na het optreden van de voorspanverliezen zal onder de ontwerpbelastinggeen hogere trekspanning optreden in het beton dan de halve rekenwaarde van de treksterk-te.EinddwarsdragersDe kokerliggers zijn ter plaats van de opleggingen voorzien van einddwarsdragers met eendikte van 0,40 m (foto 8). Deze dwarsschotten zijn onder andere nodig omdat de opleggingen,in verband met de aanwezigheid van de te vervangen stalen bruggen, niet centrisch onder hethart van de lijven kunnen worden geplaatst. De einddwarsdrager moet als een gedrongenconstructie, de opleg reactie van het lijf naar de rubber oplegblokken leiden.8Kokerligger met einddwarsdragerTijdens het spannen van de ligger is deze wel ter plaatse van het hart van de lijven onder-steund, zodat de dwarsdrager dan nog niet nodig is. Dit maakt het mogelijk de binnenbekis-ting gemakkelijk te verwijderen en daarna het dwarsschot te maken. De wapening van dedwarsdrager wordt door middel van ankerbussen verbonden met het lijf. Tegelijk met deeinddwarsdrager worden de aanstortingen van de voorspanankers gerealiseerd (foto's9-10).BouwmethodenHet bestek liet een drietal bouwmethoden voorde 16 kokerliggers open:- ter plaatse gestorte liggers;- geprefabriceerde liggers;- liggers bestaande uit door middel van voorspanning aaneengeregen moten.Cement XXXV (1983) nr. 7 4589-10Na het verwijderen van de binnenbekistingvoor de koker wordt de einddwarsdragergemaaktDe voorgeschreven betonkwaliteiten voor deze varianten was respectievelijk B37,5, B45 enB52.5, met liggergewichten van resp. 4520 kN, 4270 kN en 4220 kN. Het toepassen vanhoogwaardiger materialen zou op deze wijze worden beloond met geringere hoeveelhedenbeton. Wel was voor de hogere betonkwaliteiten iets meer voorspanning nodig.In het bestek was geen maximale uitvoeringsduur voorgeschreven. Wel was een principe-planning bij de bestedingsstukken gevoegd, waarin de door de rivierbeheerder gesteldevoorwaarden duidelijk waren vastgelegd. Het was namelijk niet toegestaan gedurende hethoogwaterseizoen in meer dan de helft van'de overspanningen een ondersteuningscon-structie voor de bekisting te laten staan.In verband met de korte beschikbare uitvoeringsduur is het aan de aannemers overgelateneen taakstellende planning in werkbare dagen aan te bieden. Hierdoor was het voor de NS alsopdrachtgever mogelijk de aanbiedingen zowel op prijs als op uitvoeringsduur te beoorde-len. De aanbiedingen zouden moeten passen in een over-all planning, gebaseerd op ophef-fing van het knelpunt v??r ingang van de dienstregeling van mei 1984.OpdrachtHet werk is opgedragen aan de aannemerscombinatie gevormd door Van Drunen BV enStrukton Bouw BV. Van de in het bestek voorgestelde methoden bleek de prefab-motenvariant het goedkoopste te zijn met een aannemingssom van f 7,71 miljoen en een uitvoe-ringsduur van 70 weken. Daarnaast stelde deze combinatie een alternatief voor, waarbij deter plaatse gestorte liggers niet in het tweede spoor werden gebouwd, maar er naast. Ditalternatief werd aangeboden voor 7,658 miljoen en een uitvoeringstijd van 71 weken.Tenslotte was er een alternatief waarbij het hoogwater-risico in belangrijke mate werdgereduceerd. Deze uitvoeringswijze met een hoogwater-vrije bouwplaats is aangeboden engegund voor 7,73 miljoen. De uitvoeringsduur bedraagt 65 weken.ing.H.M.Teulingsaannemerscombinatie Van Drunen BV-BV Strukton Bouw, 's-HertogenboschB. UitvoeringDe vernieuwing van de brug bij Westervoort kan worden getypeerd als een ingewikkeld werk.Dat gecompliceerde karakter houdt verband met de beperkingen die de bouwers zijn opge-legd:- korte bouwtijd. Het spoorwegknelpunt moet zo snel mogelijk worden opgeheven;- er mag slechts beperkt in de uiterwaarden worden gewerkt. De brug heeft 8 overspanningenin de uiterwaarden. Bij hoog water moeten vier daarvan altijd vrij zijn van obstakels om dedoorstroming niet te veel te hinderen. Dit zou te grote opstuwing van het water tot gevolgkunnen hebben;- de spoorbrug is slechts aan ??n zijde te benaderen, omdat pal tegen de spoorbrug eenverkeersbrug is gelegen;- het drukke treinverkeer moet ongehinderd kunnen doorgaan. Dit betekent dat een aanbrugeerst compleet moet worden afgebouwd en dat deze in ??n korte operatie op z'n plaats moetworden gebracht.Cement XXXV (1983) nr. 7 4591-2Dankzij de hooggelegen bouwplaats kanook bij hoogwater (Zoals in april en mei '83)worden doorgewerkt3Indeling van het bouwterrein4Dwarsdoorsnede ter plaatse van debouwplaatsUitvoeringsmethodeDe gebruikelijke methode voor de uitvoering van een werk zoals dit, is om de pijlers methulpsteunpunten te verbreden en daarop de aanbruggen te bouwen. Door middel van glij-constructies kan de complete aanbrug dan in dwarsrichting naar z'n definitieve plaatsworden geschoven. Belangrijkste vraag is echter: hoe krijg je in geval van hoog water debouwmaterialen op de bouwplaats?Met het oog daarop was een variant in het bestek gebaseerd op prefabricage van de circa 450ton wegende aanbruggen in een betonfabriek waarbij de liggers over land of water naar hetwerk zouden moeten worden vervoerd. De andere mogelijkheid die in het bestek was voorge-steld, was het elders in delen laten bouwen van de kokerliggers en deze op het werk doorvoorspanning aan elkaar te verbinden.Voor het gedeelte van het werk aan de Westervoortse zijde van de IJssel (waar zich 6 van de 8uiterwaard-overspanningen bevinden), heeft de aannemerscombinatie een alternatief inge-diend dat voorziet in fabricage van de kokerliggers op een hooggelegen bouwplaats in deuiterwaarde. Dit geeft de garantie dat er ook bij hoog water doorgewerkt kan worden.Cement XXXV (1983) nr. 7 4605Ruwbouw van de kokerligger metverrijdbare binnenbekisting6In ruwbouw voltooide liggers wordentussen de bouwplaats en pijlers'geparkeerd'7Schuif baan met vijzels voor het indwarsrichting verplaatsen van de liggerDe opdrachtgeefster heeft opdracht gegeven voor uitvoering van dit alternatief. De onver-wacht hoge waterstanden in april en mei van dit jaar tonen de juistheid van de gekozenuitvoeringsmethode (foto's 1 - 2).BouwplaatsDe hooggelegen bouwplaats is bereikbaar vanaf een verhoogde werkweg, die aansluit op deIJsseldijk, zodat men er altijd met materiaal en materieel kan komen. De bouwplaats ligtparallel aan de brug, in de stramienmaten van de pijlers en op het niveau van de definitieveopleggingen (fig. 3). Dit heeft het voordeel dat in elk geval voor twee overspanningen denieuwe aanbruggen rechtstreeks kunnen worden ingeschoven.Op de bouwplaats vindt de ruwbouw van de kokerliggers plaats, waarbij er steeds tweetegelijk in aanbouw zijn (foto 5). Als de ruwbouw voltooid is, worden de liggers in dwars-richting verschoven naar de transportbalken boven de rolweg tussen de bouwplaats en debrug (fig. 4). Deze plaats boven de rolweg kan worden gezien als een soort parkeerplaats,waar de liggers die niet bestemd zijn voor de overspanningen tegenover de bouwplaats,wachten op het moment van transport (foto's 6 - 7). Dat moment is onder andere afhankelijkvan de waterhoogte. Dankzij die 'parkeerplaats' is het werkbordes in ieder geval weer vrij.TransportAcht kokerliggers van 360 ton, 43,50 m lang, 5,70 m breed en 3 m hoog, moeten over eenspeciaal aangelegde rolweg worden getransporteerd. Dat vervoer geschiedt met twee rolwa-gens met elk 96 wielen en voorzien van jukken waarop de kokerligger komt te liggen. Deligger maakt overigens geen deel uit van het transportsysteem, zodat er tijdens het vervoergeen vervormingen en ongewenste spanningen optreden (fig. 8).8TransportsysteemHet transport verloopt als volgt. De wielenwagens worden onder de transportbalken geredenwaarop de nieuwe aanbrug ligt te wachten. Doordat de wagens de jukken met de verbin-dingsligger kunnen opdrukken, wordt de kokerligger losgetild van de 'parkeerplaats'. Ver-volgens wordt de ligger exact voor de overspanning gereden waar z'n definitieve plaats is(foto's 9 - 10). Dat wil zeggen: de kokers die in het bestaande spoor moeten komen, wordenin eerste instantie neergelegd op het lege deel van de pijlers dat voor het tweede spoorbestemd is en moeten later dus nog eens worden verplaatst. De liggers voor het tweede spoorworden direct op hun plaats gelegd. Voor het verschuiven van de liggers van de trans-portcombinatie naar de pijlers wordt tussen de rolwagens en de pijlers een hulpschuifcon-structie geplaatst.Omwisseling stalen en betonnen liggersDe oude stalen vakwerkliggers in het bestaande spoor zullen eerst moeten worden verwij-derd voordat de nieuwe betonnen kokerliggers kunnen worden geplaatst. De mogelijkhedenCement XXXV (1983) nr. 7 4619- 10Transport van een ligger met rolwagens11 a-cOpeenvolgende fasen van het omwisselenvan de oude en nieuwe aanbruggen12Afbouw van de aanbrug op de plaats van hettoekomstige tweede spoordaartoe zijn echter beperkt. Aan de ene kant ligt de verkeersbrug, aan de andere kant denieuwe betonbrug en erboven een bovenleiding. De enige vrije weg is naar beneden.Het uithalen van een oude aanbrug en het inschuiven van een nieuwe, is een operatie diebinnen een tijdsperiode van 9 uur moet worden geklaard, namelijk tussen zaterdagavond22.00 uur en zondagochtend 7.00 uur. Alleen in deze korte periode kan het treinverkeerworden stilgelegd. Op het maaiveld van de uiterwaarde worden twee portalen opgesteld, diemet elk twee vijzels de stalen vakwerkligger gaan dragen; hierna kunnen de koppen van deligger worden losgebrand. Met mobiele kranen worden deze koppen uitgetild en in deuiterwaarde gedeponeerd. Vervolgens wordt het middendeel via de vijzels op het maaiveldneergelaten. De weg is dan vrij voor de nieuwe aanbrug, die over schuifbanen naar z'ndefinitieve oplegging wordt geschoven (fig. 11a-c).Scheiding ruwbouw-afbouwKenmerkend voor het werk 'Westervoort' is niet alleen dat er, dankzij het hooggelegenwerkbordes, onafhankelijk van de waterhoogte gewerkt kan worden. Eveneens typerend isdat de ruwbouw en afbouw van elkaar zijn gescheiden. De afbouw behelst onder andere hetmaken van opstortingen voor de spoorstaven, bevestiging van de prefab-betonelementenvoor de geleide-constructie (een soort vangrail voor ontspoorde treinstellen) en het aan-brengen van kabelkokers en leuningen. Ruwbouw en afbouw duren ongeveer even lang.Afbouw op de centrale bouwplaats zou dus betekenen dat de produktiesnelheid zou wordengehalveerd.Er is daarom welbewust gestreefd naar scheiding van ruw- en afbouw. De ruwbouw op decentrale bouwplaats, de afbouw op het lege deel van de pijlers, in het toekomstige tweedespoor (foto 12). Daar worden ook de spoorstaven voorgemonteerd, zodat in de nacht van hetinschuiven alles direct kan worden aangesloten.Op deze wijze zal het werk in 325 werkbare dagen worden voltooid.CementXXXV(1983)nr.7 462
Reacties