ir.J.H. van Loenen*directeur Techniek, Volker Stevin Beton-en Waterbouw BV, BeverwijkUitvoering van de Orwell-brugInleidingBruggen over een rivier met een grote overspanning over de hoofdstroom en aanbruggenover de uiterwaarden zijn een bekende verschijning in het Nederlandsche landschap. Veelvan deze bruggen zijn gebouwd volgens de vrije-uitbouwmethode in voorgespannen betonmet kokerliggers in de aanbruggen. Een soortgelijke brug in Engeland wijkt niet zo sterk afvan de ons bekende bruggen; toch zijn er bij de Orwell-brug die in 1980-1982 door VolkerStevin Civil Engineering is gebouwd aspecten die voor de Nederlandse lezer van belangkunnen zijn. Na een beknopte algemene beschrijving gaat dit artikel in op de verschillen.Voor een uitgebreide beschrijving van het ontwerp en de uitvoering wordt verwezen naar deProceedings van het Institution of Civil Engineers Part 1, november 1983 6/2 765-804.BeschrijvingLangs de oostkust van Engeland zijn in de laatste jaren een aantal havens sterk ontwikkeld.Deze positieverschuiving ten opzichte van de traditionele havenplaatsen als Londen, Liver-pool en New Castle heeft te maken met de ori?ntatie op de EG-markt, de 'containerisering'en de moeilijke arbeidsverhoudingen in de grote havens. Vooral de havens aan de kustentegenover West-Europa hebben een grote ontwikkeling doorgemaakt tot containerhavensvoor in- en export naar de EEG en de landen aan de Oostzee. Ook de veerdiensten opWest-Europa met roll-on-roll-off-schepen spelen hierbij een rol.Het bestaande wegennet in Suffolk en Norfolk moest aan deze ontwikkeling worden aange-past. Met name het vrachtverkeer van Felixstowe, Great Yarmouth en Lowestoft in de richtingvan Londen moest zich door de middeleeuwse binnenstad van Ipswich worstelen. Om debinnenstad te ontlasten wordt een ringweg om de stad aangelegd die nu de A12 en A45verbindt en te zijner tijd ook aansluiting heeft op nog te bouwen snelwegen (fig. 1).1Wegennet nabij Ipswich2De ruit om Ipswich* Ir.J.H. van Loenen is met ingang van 1 fe-bruari 1984 benoemd tot hoogleraar Weg-en Waterbouw aan de Koninklijke MilitaireAcademie (KMA) te Breda.Het artikel is geschreven met medewetenvan Sir William Halcrow & PartnersEerste schakel in deze ruit om Ipswich is de zuidoostsectie die de belangrijkste wegen uitFelixstowe en Londen kortsluit, maar daarbij de rivier de Orwell moet kruisen (fig. 2). DeOrwell is een van de bekendste 'East-Coast rivers' die een lange historie hebben (met o.a.rooftochten van onze watergeuzen). De Orwell heeft ook landschappelijk grote waarde endaarom werden aan de kruising hoge eisen gesteld om het riviergezicht niet te verstoren.Dit verklaart voor een deel de vormgeving van deze brug die in een aantal opzichten luxueuserIs uitgevoerd dan een zuiver utilitaire brug. Het ontwerp behoefde de goedkeuring van deRoyal Fine Art Commision; daarna waren wijzigingen in het uiterlijk praktisch onmogelijk.CementXXXVI (1984) nr. 3 1393Hoofdmaten van de brug4Dwarsdoorsnede aanbruggenEen belangrijk verschil met de Nederlandse bruggen is de verkeersbelasting. In Nederlandkunnen exceptionele transporten meestal over water plaatsvinden en worden de bruggenop een 60-tons voertuig ontworpen. In Engeland moeten deze transporten over de weg; ditresulteerde voor deze brug in de eis dat op een 260-tons voertuig moest worden gerekend.Speciaal op de detailering van de dekwapening heeft dit grote invloed.De brug heeft een totale lengte van 1287 m en bestaat uit een westelijke aanbrug van7 59 m, een hoofdbrug van 106-190-106 m en een oostelijke aanbrug van in totaal 472 m(fig. 3). De hoofdoverspanning moet, ook tijdens de bouw, ongehinderde doorvaart gevenvoor het scheepvaartverkeer naar Ipswich (vrije hoogte 41 m boven gemiddelde tij). In dwars-doorsnede bestaat de brug uit twee onafhankelijke kokerliggers met daarop twee rijbanenvan 7,30 m met middenberm (1,50 m) en twee voetpaden van 1,40 m (fig. ). De leuningenzijn uitgevoerd als 1,20 m hoge massieve betonnen wanden die in staat zijn om een botsendvoertuig te weerstaan. Door deze dichte leuning wordt ook de windoverlast op het hoogge-legen brugdek beperkt (? 55 m boven de rivier). Een nadeel is dat de automobilist geenuitzicht heeft op het schitterende landschap van deze rivierarm.Aan de westzijde sluit de brug aan op een ophoging van 18 m en aan de oostzijde op deaanwezige heuvelachtige rivieroever. De ondergrond bestaat uit alluviale deklagen van fijnzand, klei en leem boven de 'chalk' (krijt). Dit krijt-massief is sterk wisselend van eigenschap-pen en varieert van plastische tandpasta in de bovenste lagen tot harde krijtrots op groterediepte. Hieruit resulteerde een vari?rend funderingsniveau van 9 tot 40 m beneden maaiveld.De brug is uitgevoerd als ??n doorgaande constructie over de volle 1287 meter, waarbij deafzonderlijk gebouwde aanbruggen en twee delen van de hoofdoverspanning continue wor-den gemaakt. De hoofdoverspanning heeft op ??n pijler een schamieroplegging, alle anderepunten zijn vrij opgelegd. Speciaal de schuifoplegging op de andere hoofdpijler met eenbelasting van 55 000 kN is bijzonder.PaalfunderingNa een uitgebreid grondonderzoek is besloten de brug te funderen op boorpalen in het krijt.Bij de rivierpijlers is de belasting 365 000 kN, zodat voor grote-diameter-palen is gekozen.CementXXXVI(1984)nr.3 1405'Voeler' voorde boorgatdiameter6Groep van drie kranen voor het plaatsenvan ??n paal7Verticale proefbelasting8Horizontale proefbelasting bij pijler 10Totaal werden 1138 palen geboord met een diameter van 1050 mm en in lengte vari?rendtot maximaal 40 m. Draagvermogen maximaal 8000 kN. Gezien de sterk wisselende eigen-schappen van het krijt is ook tijdens de uitvoering voortdurend onderzoek uitgevoerd, inclu-sief proefbelastingen tot 13 000 kN.De uitvoering verliep als volgt. Eerst werd een casing met een M?ller-vibrator in de grondgebracht door de alluviale lagen tot in de steviger krijtlagen. Daarna kwam een tweede kraanmet een boorinstallatie die de casing leeghaalde en onder handhaving van wateroverdrukin het krijt ging boren. Hoewel de krijtbodem vrij stevig is, komt het in de booremmer bovenals witte melk. Belangrijk bij dit boren is dan ook dat de krijtlagen onder de casing nietafkalven. Om dit te verifi?ren werd de diameter van het boorgat na gereedkomen nagemetenmet een 'voeler' (foto 5). Eventueel bezinksel in het boorgat werd verwijderd. Met behulpvan een derde kraan werd de zeer zware wapeningskooi in stukken in de paal afgelaten. Hetbetonneren is uitgevoerd met de contractormethode. Na het betonneren kon de casing wor-den getrokken met de M?ller-vibrator (foto 6).De stramienmaat voor de palen was in het algemeen 3 m. Tijdens de bouw werd de eisgesteld dat de minimum afstand tussen een 'verse' en een volgende paal minstens 9 mmoest bedragen. Om aan deze eis te voldoen moest het team van 3 kranen kris-kras manou-vreren over een ondergrond die zeer leemhoudend is en waar de afvoer van het uitgeboordekrijt extra overlast bezorgde. Hier enige orde in te krijgen was een vrijwel hopeloze zaak.Bij een aantal pijlers moest een verticale en/of horizontale proefbelasting worden uitgevoerd.Om reactiekracht te vinden voor 13 000 kN werden rond de testpaal vier extra palen geplaatst,voorzien van een voorspankabel als trekanker; hierop werd een frame gespannen (foto 7).De proefbelasting bestond uit de werkbelasting gedurende 24 uur en daarna een cyclischopgevoerde belasting tot 200% van de werkbelasting. Tot slot werd de paal overbelast toteen permanente zetting van 100 mm was bereikt. Omdat de lengte van de palen afhankelijkCement XXXVI (1984) nr.3 1419Voet van aanbrugpijler10Fundering hoofdpijler meteilandconstructie11Bouwput met stempelraam voor pijler 912Pijler met afgewerkt eilandwas gesteld van de proefbelastingen lagen deze proeven op de kritische lijn in de planning.Beter ware het geweest als voor het begin van het werk al voldoende gegevens bekendwaren, zodat het palen plaatsen niet hoefde te wachten op de uitkomst van deze tijdrovendeproeven.Bij de pijlers onder de hoofdoverspanning, ter weerszijden van de scheepvaartgeul, moestende palen ook grote horizontale belastingen overbrengen. Daarom werd daar ook een horizon-tale proefbelasting uitgevoerd in een speciaal daarvoor geheid kuipje binnen de grote pijler-kuip (foto 8).PijlervoetenDoor de hoge pijlers, de grote belastingen en de grote afmetingen van de paalfundering zijnde pijlervoeten bij deze brug aanzienlijk groter en zwaarder gewapend dan bij een vergelijk-bare brug in Nederland. De aanbrugpijlers bevatten 500 m3beton en 190 ton wapening(foto 9), terwijl de hoofdpijlers 3600 m3beton en 600 ton wapening bevatten. Het cementge-halte bedroeg 360 kg/m3, zodat scheurvorming door warmteontwikkeling niet denkbeeldigwas. Als maatregelen zijn koelen en ?soleren overwogen. Bij de kleinere aanbrugpeilers isde bekisting ge?soleerd met 5 cm tempex, beschermd met multiplex; het beton werd afge-dicht met isolatiedekens. Met thermokoppels is de temperatuurontwikkeling op verschillendepunten geregistreerd. Deze gegevens zijn ingevoerd in het rekenprogramma KOEL van Rijks-waterstaat. Op grond hiervan is voor deze grote pijlervoeten afgezien van koelen, maar werdhet cementgehalte verlaagd tot 325 kg/m3en ook bekistingisolatie toegepast, de maximaletemperatuurverschillen bleven in de orde van 20?C; scheurvorming is niet geconstateerd.Cement XXXVI (1984) nr.3 142HoofdpijlersDe belastingen op de hoofdpijlers zijn groot: viermaal 55 000 kN op een hoogte van 40 meter,te zamen met rem-, wrijvings- en windkrachten. De fundering bestaat uit dezelfde palen alsdie van de aanbrug, maar de voetplaat ligt circa 6 m onder O-niveau. Daarom moesten grotedamwandkuipen worden gemaakt in de sterk hellende rivieroever, zodat in de kuipen zowelwaterdieptes tot circa 10 m konden voorkomen als grondaanvullingen tot 5 m.De damwandkuip is voorzien van een zware ringbalk met buisvormige stempels. Eerst zijnin de kuip de palen geplaatst, daarna de stempels aangebracht, toen tussen de palen enonder de stempels ontgraven, palen afgekort en de voetplaat gebetonneerd (foto 11). In ditstadium was de grond aan de landzijde van de kuip ongeveer 15 meter hoger dan aan derivierzijde. Daarom zijn groutankers en een ankerwand aangebracht aan de landwaartsezijde. Na het gereedkomen van pijler en bovenbouw is de stalen damwand op bodemniveauafgesneden en is rond de pijler een eiland opgebouwd van f iltermateriaal afgedekt met tripo-den. Hierdoor is de pijler gevrijwaard van aanvaringen (fofo 12).Het inpakken van de twee hoofdpijlers en zes aanbrugpijlers in eilandjes was mogelijk omdatde vernauwing van het doorstroomprofiel aanvaardbaar was. De kosten hiervan hebben 5miljoen bedragen, hetgeen waarschijnlijk goedkoper is dan grote ducdalven met remming-werken.PijlersDe dertig aanbrugpijlers hebben alle dezelfde doorsneden, maar vari?ren in hoogte. Vanwegede grote hoogte zijn de buigende momenten in de pijlers groot en daarom is een zwarewapening aanwezig, 050 -100, soms in een dubbele laag. Er is dus vrijwel geen ruimte voorlassen in de wapening en mede gezien de grote staafgewichten is uitvoering volgens deglijmethode daardoor praktisch uitgesloten.Gekozen is voor een variant van de klimkist, namelijk een kist met 'starter-ring'. De werkwijzeis als volgt:1.0p de pijlervoet wordt een opstorting gemaakt in een kist-sectie van 1 m hoog, genaamdstarter-ring.Boven- en ondervlak van de starterring-secties (3 stuks in totaal) en van de normale bekis-tingsectie van 6 meter alsmede het ondervlak van het vlechtframe zijn alle nauwkeurig opelkaar pas gemaakt.2. Na het verharden van het eerste stort wordt op het bovenvlak van de starter-ring het vlecht-frame met werkbordessen gesteld (foto 13). Binnen dit frame wordt de wapening gesteld,met verspringende lassen.3. Het vlechtframe wordt in twee helften weggenomen en geplaatst op de starter-ring van eennaastliggende pijler.4. Op de starter-ring van de eerste pijler wordt nu een bekistingsectie van 7 m hoogte geplaatst,bestaande uit 6 m normale kist met daarboven weer een starter-ring van 1 m (foto 14).5. Na betonneren en verharden blijft de bovenste starter-ring zitten middels de centerpennen.De onderste starter-ring (van fase 1) wordt ontkist en vervolgens ook de 6 m sectie.6. De vrijgekomen starter-ring wordt nu bevestigd bovenop de 6 m sectie en het geheel wordtingezet op de naastliggende kolom zoals in fase 4.13Vlechtframe met werkbordessen,gemonteerd op de starter-ring14Bekistingssectie, bestaande uit eennormale sectie (6 m hoog) en eenvolgende starter-ring, gemonteerd op deeerste starter-ringCementXXXVI(1984)nr.3 14375Storten op steiger nabij het landhoofdOp deze wijze worden de twee kolommen van een pijler alternerend in cyclussen van tweedagen met storten van 7 m opgetrokken. De vereiste nauwkeurigheid van 25 mm bij eenhoogte van 45 m kon met dit systeem makkelijk bereikt worden. Ook het betonoppervlakwas kwalitatief goed. Voor het overzetten van de kistsecties en het vlechtframe is bij ditvan der een ZWare kraan n0d?9' maar d?e WaS ?0k al noodzakeliik voor het hanterenAanbruggenDe aanbruggen met overspanningen van 59 m liggen voor een deel in een horizontale bochtff/g. 3). Voorts is de dwarsdoorsnede van de kokers en de bovenzijde van de pijlers omarchitectonische redenen zover afgeschuind dat er eigenlijk geen oplegvlak aanwezig is voortijdelijke ondersteuningsliggers voor de uitvoering. Ook liggen de twee kokers zo dicht bijelkaar dat, vooral in de bocht, werken aan twee kokers naast elkaar onmogelijk wasIn de aanbestedingsfase zijn vier uitvoeringsmethoden onderzocht?-schuifmethode,-lijmmethode,-in het werk storten op steiger,-verschillende systemen van bekistingsliggers.De schuifmethode is verworpen omdat door de niet continue kromming de pijlerkoppenzouden moeten worden verbreed met een glijbed van 12 m. Ook de lijmmethode is verlatenomdat de uiterst korte bouwtijd niet toestond eerst aan de westoever de elementen voor deaanbruggen daar te maken, vervolgens de produktie overzetten naar de oostoever en dandaar elementen te produceren. Gezien de verkeersproblemen in Ipswich werd producerenvan alle elementen op ??n oever en een gedeelte over de weg transporteren, als onmogelijkgezien. Overwegende bezwaren tegen het storten op steiger waren de grote hoogte en deslechte ondergrond. Nabij het landhoofd is evenwel ??n sectie op steiger gestort omdat degenoemde bezwaren daar niet zo sterk golden (foto 15).Tot slot de methode met lanceerliggers. Eerst is nagegaan welke bestaande liggers in Europa(of daarbuiten) eventueel geschikt zouden zijn voor dit werk. Met het oog op het al genoemdezeer beperkte oplegvlak bleken bestaande liggers niet toepasbaar. Bij het ontwerpen vanliggers speciaal voor dit werk bleek pas duidelijk hoeveel invloed de vormgeving op deuitvoenngsmogelijkheden heeft. Door het beperkte draagvlak op de pijlerkop en de engeplaatsing van de opleggingen was het grote probleem: wat te doen met de bodemkist vande kokerliggers tijdens het voorwaarts lanceren. Vaak wordt dit opgelost door de bodemnaar beneden open te klappen. Omdat de draagligger ver naar buiten moest liggen vanweqede pijlervorm en de kromming van de koker zou dit betekenen dat de bodemkist in geopendetoestand tot 11 m onder de ligger zou hangen. Vanwege de te verwachten windproblemenis dit met uitgewerkt. Evenzo leek het zakken van de bodemsecties tot op de grond verplaat-sen en weer ophijsen, te riskant, vooral gezien het krappe tijdschema. Vele andere moqel?k-neden met gestandariseerd materiaal zijn onderzocht en verworpenUiteindelijk is gekozen voor een idee van de Engelse ontwerper Tony Gee, waarbij de U-vor-Cement XXXVI (1984) nr.3 144AA?i ?BB16a-bSchema van het werken met lanceerliggersen deelbare kokerbekisting (voor deduidelijkheid is de bekisting nietingetekend)mige bekisting wordt gesplitst in een I en een L, waarbij de L eerst zover naar buiten wordtgeschoven dat de bodem buiten de pijlers om kan (fig. 16). Om deze schuifoperatie in dwars-en langsrichting te kunnen uitvoeren was een omvangrijke stalen hulpconstructie nodig (fo-to 17). Op deze stalen vloer waren de mistellen en hydraulische aandrijving bevestigd voorde dwars- en langsverschuiving (foto 18). Omdat het L-vormige deel van de bekisting devakwerkligger excentrisch belast, zijn tijdens het verplaatsen betonnen contragewichtenaangebracht om de torsie te beperken. Hierdoor werd het totaal te verrollen liggergewichtwel belangrijk vergroot (foto 19). Nadat de beide liggers op hun nieuwe locatie lagen, kondende I en L-liggers weer worden verenigd tot een U-ligger en kon het produktieproces opnieuwbeginnen.Een aanbrugsectie reikt van 13 m uit een pijler tot 13 meter voorbij de volgende pijler. Helaaswaren deze uitkragingen echter niet sterk genoeg gedimensioneerd om de oplegdruk vande hulppijlers te dragen, zodat de bekistingsliggers tot aan de achterliggende pijler moestendoorlopen. Om de vervormingen van de liggers bij deze 13 m langere overspanning binnenredelijke grenzen te houden is een afspanwerk onder de liggers toegepast (foto 20).Bij het verrollen in langsrichting zat dit echter in de weg en moest dan worden weggenomen.Om de juiste zeeg en spanning te kunnen aanbrengen was weer een hydraulische vijzelinrich-ting nodig. Vanwege al deze complicaties heeft men wel eens verzucht dat deze brug bepaaldniet 'uitvoeringsvriendelijk' is.Ter illustratie nog enkele cijfers:-lanceerliggers: 300 ton constructiewerk-stalen bekisting: 210 ton-stalen hulpconstructie voor pijlerkop: 130 ton.CementXXXVI(1984)nr.3 14517Hulpconstructie voor oplegginglanceerliggers en schuifbeweging van debekisting18Mechanisme voor hydraulischevoortbeweging van de lanceerligger19Verrollen van de bekisting; om de torsie inde lanceerligger te beperken zijncontragewichten van beton toegepast20Afspanwerk onder lanceerliggers, terbeperking van de vervormingen tijdensbetonneren en verhardenCementXXXVI(1984)nr.3 14621Rolopleggingen op pijler 9 voor eennormaalkracht van 55 000 kN22Raamwerk op pijler 9, om rotatie om eenverticale as te voorkomenHoofdoverspanningDe hoofdbrug met een overspanning van 190 m is gebouwd volgens de bekende vrije-uit-bouwmethode. Door de grootte van de overspanning en de zware verkeersbelasting in En-geland (260 tons voertuig) is alles toch wel wat groter en zwaarder dan hier te lande gebrui-kelijk. Voor de uitbouwwagens is gebruik gemaakt van de wagens die eerder gebruikt warenvoor de bouw van de Reichsbr?cke in Wenen, naar een ontwerp van de Noorse firma Hosveis.Een bijzonderheid van de Orwell-brug is dat over de volle lengte geen dilataties zijn toege-past. Dit betekende dat de aanbruggen en de twee delen van de hoofdoverspanning continumoesten worden gemaakt. Daarnaast heeft de ontwerper consequent alle opleggingen inhoofdbrug en aanbruggen glijdend uitgevoerd met een scharnieroplegging bij pijler 10. Oppijler 9 rust de koker op twee rolopleggingen van ieder 55 000 kN. Deze zeer speciale rolop-leggingen zijn proefbelast en verplaatst ondereen belasting van 66 000 kN (foto 21). Doordatdeze opleggingen dicht bij elkaar zijn gesitueerd en vrijwel niet geblokkeerd konden worden,was voor het opnemen van momenten om een verticale as uit bijv. ongelijke windbelastingenop de twee kraagarmen, een speciaal anti-rotatie raamwerk nodig (foto 22).De vervormingen van een lange uitbouwligger zijn van groot belang voor de uiteindelijkevorm van de continue gemaakte constructie. Hiervoor is gebruik gemaakt van het rekenpro-gramma dat door ir.P.E.Roelfstra is ontwikkeld voor RWS directie Bruggen (zie CementXXXII(1980) nr. 5, blz. 254-261). De hieraan ontleende werkwijze heeft geheel aan de verwachtingenvoldaan. De afwijkingen tijdens de sluitoperatie waren kleiner dan 10 mm.Inrichting van het werkterreinEen brug wordt gebouwd om twee oevers te verbinden, maar voor en tijdens de bouw ont-breekt deze schakel nog. Voor de aannemer staan dan als mogelijkheden open:-vanuit twee kanten werken, of-een centraal werkterrein op ??n oever en zelf een verbinding maken.Omdat de pijlers aan de oostzijde (10 t/m 16) grotendeels in het stroombed van de rivierliggen, is daar een ringdijk aangelegd zodat deze pijlers binnen een 'polder' uitgevoerdkonden worden. Over deze ringdijk is een weg gelegd; de laatste opening tussen oost- enwestoever is gedurende de bouw overbrugd met een veerdienst (afkomstig uit Duitsland vaneen locatie waar juist een nieuwe brug de diensten van deze pont had overgenomen). Hier-door was het mogelijk te kiezen voor een uitvoering met centrale faciliteiten op de westoever.Gezien de schaarste aan werkterrein was dit de beste oplossing.Betrokkenenopdrachtgever: Department of Transport Eastern Road Construction Unitontwerp: Sir William Halcrow & Partnersarchitectonische vormgeving: Frederick Gibberd & Partnersuitvoering: Stevin Construction (nu Volker Stevin Civil Engineering) en haar Engelse zuster-bedrijf Harbour & General Worksontwerpcontrole: G.Maunsell & Partnersvoorspansystemen: VSLopleggingen: Megebabekistingsystemen: Coneybeare23Luchtopname van de brug in de eindfasefoto's: Brian Butler, IpswichCementXXXVI(1984)nr.3 147
Reacties