De schalenmethode, een nieuwe bouwmethode bij de Rotterdamse Metrobouw

ir. Th.J.F.Smeele projectleider van de

metro/sneltram Coolhaven-Ommoord-West te Rotterdam

Metrobouw in Rotterdam

De schalentunnel, een nieuwe

bouwmethode bij de

Rotter-damse metrobouw

A. Keuze van de bouwmethode

Inleiding

De schalentunnel is een onderdeel van de op dit moment in uitvoering zijnde metro/sneltramlijn Coolhaven-Ommoord-West

Om een en ander te plaatsen in het geheel van de Rotterdàmse metrobouw nu eerst aan de hand van de kaart van Rotterdam een korte opfrisser van het geheugen (fig.· 1 ). In 1959 besloot de Rotterdamse gemeenteraad tot de aanleg van een metro. Daar de Maas de stad in twee ge-deelten verdeelt, bestond de meeste behoefte aan een goede verbinding van beide oevers door middel van openbaar vervoer. Begonnen werd dan ook met de aanleg van de noord-zuidlijn tus-sen het Centraal Station en het Zuidplein. Dit gedeelte werd in 1968 in exploitatie genomen, ge-volgd door de uitbreiding naar station Slinge in 1970 en de doortrekking naar Hoogvliet in 1974. Op de rechter.Maasoever en het riviergedeelte werd de metro uitgevoerd als tunnel met behulp van de zinkmethode; op de linker Maasoever rijdt de metro op een viaduct of een aardebaan.

- Bestaande lijn • • • • In aanleg zijnde lijn . . . . Mogelijke uitbreiding

2

De 's-Gravenweg; pand uit 1728 3

Waar geen ruimte is, wordt deze gemaakt; speciale voorzorgen bij een ruim 1 DO-jarige beuk

Cement XXX (1978) nr. 7

In 1973 werd begonnen met de aanleg van de oost-westlijn op de rechter Maasoever. De lijn is ruim 14 km lang en kan globaal gesplitst worden in het grotendeels ondergronds gelegen me-tro gedeelte Coolhaven-Capelsebrug en het geheel bovengronds gelegen sneltramgedeelte Capelsebrug-Ommoord-West Op dit laatste gedeelte wordt het overige verkeer gelijkvloers gekruist, terwijl de stations eenvoudig van karakter zijn.

Volgens het vigerende tijdschema wordt het traject Coolhaven-Capelsebrug in 1982 in exploita-tie genomen en het traject Capelsebrug-Ommoord-West in 1983.

De kosten van de civieltechnische werken bedragen f 582 miljoen, exclusief BTW, prijsbasis medio 1977.

In westelijke en oostelijke richting zijn mogelijke uitbreidingen gepland naar Spijkenisse, Mar-coniplein, Schiedam, Capelle a.d. IJssel en Zevenkamp.

Motivering en beschrijving bouwwijze schalentunnel

Uit hoofde van zijn karakter zal een metrolijn grotendeels gelegen zijn in een dichtbebouwd en dichtbevolkt gebied. Dit houdt in dat de aanleg ervan zal plaatsvinden tussen de mensen en dus met grote overlast gepaard kan gaan. Met de groeiende milieubewustheid in het algemeen en de bewustheid ten aanzien van de woonomgeving in het bijzonder, groeide bij Gemeentewer-ken Rotterdam reeds in de tweede helft van de zestiger jaren het besef dat ter beperking van de overlast bij de bouw van een tunnel in een open bouwput geheel nieuwe wegen bewandeld dienden te worden. Immers, de toen nog op stapel staande centrum-oostlijn zou grotendeels in den droge worden gebouwd. Tevens zou daardoor de kans om de metro in oost-westrichting verder uit te bouwen sterk worden vergroot.

In dit kader werd direct na het gereedkomen van het eerste metrotracé, wij schrijven 1968, door ir.Plantema een nieuwe tunnelbouwmethode geïnitieerd, die de beperking van overlast als uit-gangspunt had: de schalentunneL De bouwmethode werd in dat vroege stadium reeds in prin-cipe uitgewerkt, zodat erover beschikt kon worden zodra daar behoefte aan zou zijn. En dat was het geval bi) de aanleg van de oost-westlijn door Kralingen. Een speciale studiecommissie heeft toen de draad weer opgepakt en de methode geënt op de lokale omstandigheden. Het resultaat wordt in deze serie van vier artikelen nader belicht.

De plaatsvan handeling is de 's-Gravenweg, waarop dit moment de ruim 1000 meter lange me-trotunnel tussen de stations Voorschaterlaan en Kralingse Zoom volgens de schalenmethode wordt uitgevoerd.

De 's-Gravenweg heeft een specifiek karakter door zijn waardevolle bebouwing en mooie groenaanleg. Reden waarom voor een tunnelbouwmethode is gekozen die de omgeving- en daarbij tevens de omwonenden- zoveel mogelijk ontziet (fig. 2 en 3). Dit bepaalt de eisen waar-aan de bouwmethode dient te voldoen:

a. de mate waarin overlast wordt veroorzaakt dient zo gering mogelijk te zijn; b. de overlast dient in tijd zoveel mogelijk te worden beperkt;

c. de uitvoering moet mogelijk zijn zonder b.ouwterrein naast de bouwsleuf. De ontwikkelde bouwmethode voldoet geheel aan de gestelde eisen: ad. a. de beperking van de mate van overlast

Deze wordt beperkt door de wanden en het dak van de tunnel te prefabriceren, waardoor het be-langrijkste deel van de overlastgevende betonwerkzaamheden naar elders wordt verplaatst. De elementen, 348 in getal, zijn schaalvormig en vormen elk drie meterwanden en dak. De dikte bedraagt 350 mm en het gewicht 37 ton. De elementen worden- op voorstel van de

4

Overzicht produktieterrein te Kats

5

De bouwtrein

- voortgonv&richhng bouwtuin

-vervaardigd te Kats in Zeeland, op hetzelfde terrein waar destijds de elementen voor de Zee-landbrug zijn vervaardigd (fig. 4). Na transport per schip naar Rotterdam en per as naar het bouwterrein volgt het monteren van de elementen in de sleuf.

Door deze werkwijze worden bekisten, vlechten, betonstorten, verdichten en ontkisten van wanden en dak- met de daarbij behorende vele transporten- vervangen door een veel geringer aantal op zichzelf eenvoudige transporten en handelingen.

ad. b. de beperking in tijd van de overlast

Om dit onderwerp te behandelen voeren we het begrip 'bouwtrein' in, waaronder we dan ver-staan de aaneengeschakelde bouwactiviteiten (fig. 5 en 6). Als voornaamste noemen we: damwand heien, palen heien, bemaling aanbrengen, in fasen ontgraven en stempelen, vloer storten, schalen monteren, voegen maken, aanvullen en damwand trekken.

De tijdsduur van de overlast wordt op twee manieren beperkt. De schalenmethode maakt een uitgekiende organisatie mogelijk waardoor de zeer hoge snelheid van de bouwtrein van 30 m' per week gehaald kan worden. Daarnaast kan door deze organisatie de bouwtreinlengte be-perkt blijven tot ruim 500 meter. Een en ander houdt in dat de reële bouwtijd van de 1 000 meter lange tunnel beperkt blijft tot ca. één jaar, terwijl de passagetijd van de bouwtrein per punt mini-maal is, namelijk ca. 4 maanden.

~·.o; ·~~1=~~co~~,~ ~~~~~~==c.~~

,..,...,_ I

-k>l-.k....l....uon

21•ttmpolloog

·f

i

*

r:=--on

i -""'""

* -

I

llouwtr.tntqte 540 m'

6

Bouwtrein van aaneengeschakelde bouwac-tiviteiten

7

Al het materieel is opgesteld boven de bouwsleuf

8

Bouw-c.q. ventweg langs de bouwsleuf g

De geluidmantel die bij het heien in Rotter-dam wordt toegepast

Cement XXX (1978) nr. 7

In dit verband is het belangrijk op te merken dat de schalenmethode weinig vorstgevoelig is, waardoor een grote zekerheid verkregen wordt ten aanzien van het behalen van het hoge bouw-tempo. Enerzijds kan de aanvoer van schalen veilig worden gesteld door fabriekmatige fabri-. cage en voorraadvormingfabri-. Anderzijds kunnen de meest weersgevoelige handelingen in de sleuf

- vloerenfabricage en het maken van de voegen- op eenvoudige wijze worden afgeschermd.

,ad. c. de beperking van het bouwterrein .

Dit wordt bereikt door al het bouwmaterieel op traversen boven de sleuf te plaatsen (fig. 7). Dit geldt ook voor de zware kraan die de elementen plaatst. Hierdoor zijn slechts aan- en afvoerwe-gen nodig, die tevens gebruikt worden door het plaatselijk verkeer (fig. 8).

Vooruitlopend op de eigenlijke tunnelbouwwerkzaamheden dienen de bestrating te worden op-genomen en de kabels en de leidingen te worden omgelegd. Na het trekken van de damwand wordt een en ander weer hersteld. In verband met het uitgangspunt, de overlast tot een mini-mum te beperken, is het van het grootste belang dat aeze werkzaamheden zo dicht mogelijk aansluiten aan de voor- en achterzijde van de eerder genoemde bouwtrein.

Ten aanzien van de geluidoverlast kan nog het volgende worden opgemerkt. De maximaal toe-gestane geluidproduktie van het toegepaste materieel is voorgeschreven in het bestek. De hei-werken worden zoals gebruikelijk bij de Rotterdamse metrobouw in dichtbebouwd gebied, uit-gevoerd met de inmiddels bekende geluidmantels (fig. 9). De toepassing van dergelijke mantels zien wij als een voorwaarde voor heiwerken in een dichtbevolkt gebied. Het is dan ook teleurstel-lend dat door het ontbreken van voorschriften de toepassing tot nu toe beperkt bleef tot de me-trobouw in Rotterdam.

10

Overslag van de schalen van schip naar wegtransport

foto's: Gemeentewerken Rotterdam, Centrale Foto-micro Afdeling

ir.A.M.Maskers

Gemeentewerken Rotterdam, Ing.bureau Constructie en Research

Cement XXX (1978) nr. 7

Kosten

De bouwkosten van de schalentunnel zijn gelijk aan die van een geheel ter plaatse gestorte tun-nel, uiteraard onder dezelfde omstandigheden en met dezelfde uitgangspunten. De kosten be-dragen ca.

f

Op de 's-Gravenweg is de schalentunnel toegepast vanwege de omwonenden, en de waarde-volle bebouwing en begroeiing. Het zal na het voorafgaande duidelijk zijn dat deze bouwme-thode uitermate geschikt is voor het geval gebrek aan ruimte gepaard gaat met een florerende winkelstand. Ik doel hiermede op de Schiedamseweg, onderdeel van de mogelijke doortrekking van de metrolijn in westelijke richting.

B. Constructieve aspecten van de schalentunnel

Inleiding

Voor het ontwerp en de uitvoering van de metrotunnel vanaf het station Voorschaterlaan tot het station Kralingse Zoom is gekozen voor een bijzondere conceptie. Het waarom en hoe is be-schreven door ir.Smeele. In deze bijdrage zal nader worden ingegaan op de constructieve as-pecten van deze conceptie. Deze wordt in hoofdzaak gekenmerkt door het feit dat de vloer van de tunnel op de gebruikelijke wijze ter plaatse wordt gestort, terwijl de wanden en het dak elders worden geprefabriceerd. Deze elementen, schalen genoemd, worden op de vloer gesteld waarna schalen en vloer tot een gesloten doorsnede word!'1n samengesteld.

• De doorsnede moet in staat zijn de belastingen te dragen uit eigen gewicht, de metrorijtuigen, grond en water en een bovenbelasting, bij voorbeeld ten gevolge van een verkeersbelasting. • De tunnel moet waterdicht worden uitgevoerd, wat eisen stelt aan de horizontale voe.g tussen de

schalen en de vloer en de verticale voegen tussen de schalen onderling.

• De vormgeving van de schalen en de voegen dient zodanig te zijn dat deze passen in de voor de onderhavige uitvoeringswijze gekozen voortgangssnelheid van 30 m tunnel per week, te reali-seren in een beperkte bouwtreinlengte van ca. 500 m. Onder bouwtrein wordt verstaan de aan-eenschakeling van activiteiten vanaf het heien van de damwand voor de bouwsleuf tot aan het trekken van deze damwand na realisatie van de tunnel.

• De tunnel moet vanwege het ruimtegebrek ter plaatse worden gerealiseerd in een algeheide bouwsleuf van minimale afmetingen.

Dwarsdoorsnede

De methode van prefabricage van wanden en dak laten een doorsnede toe die afwijkend kan zijn van de gebruikelijke doorsnede voor een conventionele tunnel. De ideale vorm zou een boogvorm zijn waarbij onder invloed van een symmetrische belasting, wat onder normale om-standigheden hier het geval is, de buigende momenten tot een minimum worden gereduceerd. Bepalend voor de dwarsdoorsnede is tevens het vereiste profiel van vrije ruimte voor de metro-rijtuigen, de eis dat normaliter op de tunnel een gronddekking van minimaal1 ,75 m aanwezig moet zijn voor het onderbrengen van de kabels, leidingen en buizen en de eis dat de benoäigde

Dwarsdoorsnede schalentunnel 2 Perspectieftekening schalentunnel BETONVULLING Cement XXX (1978) nr. 7 0 00 ~ l{)

bouwsleuf qua afmetingen voor wat betreft breedte en diepte minimaal moet zijn. Op grond van deze eisen is gekozen voor een afgeplatte boogvorm met een dikte van wanden en dak van 350 mm (fig. ·1 ).

De fundering bestaat uit geprefabriceerde voorgespannen betonpalen van 380 x 450 mm met een grensdraagvermogen van 21 00 kN. In de normale belastingsituatie en rekening houdend met een lage grondwaterstand van 1,1 0 m onder het maaiveld, bedraagt de paalbelasting ca. 1000 kN; wanneer de grondwaterstand onder invloed van een bemaling verlaagd wordt tot de onderkant van de vloer, bedraagt de paalbelasting ca. 1500 kN.

De palen worden geheid onder toepassing van een geluidmanteL Ten gevolge hiervan moet de minimale afstand van hart paal tot binnenkant damwand 1 ,50 m bedragen. Vanwege deze eis en gegeven de minimale bouwsleufbreedte staan de palen niet centrisch onder de wanden. Het gevolg is een iets hoger maximaal negatief veldmoment in de vloer.

De vloerdikte bedraagt 750 mm met wapeningspercentages van 0,4% voor het maximale nega-tieve moment en 0,3% voor het maximale posinega-tieve moment.

De schalen zijn uitgewerkt met een staafwerkenprogramma waarbij de schalen aan de voet scharnierend en ingeklemd zijn aangenomen. Op basis hiervan zijn maximale momentlijnen en dwarskrachtenlijnen vastgesteld. Voor het maximale positieve moment is een wapeningsper-eenlage van 0,8% en voor het maximale negatieve moment is een wapeningspercentage van 0,63% vereist.

Door het overschrijden van de toelaatbare schuifspanning is dwarskrachtwapening vereist nabij de overgang van het horizontale gedeelte naar de eerste schuine tak. Hiertoe is een gedeelte van de veldwapening opgebogen.

Langsdoorsnede

De totale lengte van de tunnel bedraagt ca. 1 000 m.

De afstand tussen de door de vloer en de schalen doorgaande dilatatievoegen bedraagt 30 m

(fig. 2). Deze lengte is het dubbele van wat doorgaans gebruikelijf.: is voor conventionele, ter plaatse gestorte tunnels en werd mede bepaald door de gekozen voortgangssnelheid van 30 m tunnel per week. Omdat in dit geval de vloer ter plaatse wordt gestort en de wanden en het dak worden geprefabriceerd, is deze afstand tussen de dilatatievoegen aanvaardbaar.

De voegen tussen de schalen zijn uitgevoerd als constructieve voegen, waardoor het samenstel van vloer en schalen is te beschouwen als een doorgaande ligger op verende ondersteuningen, namelijk de palen. Door een lichte concentratie van de palen ter plaatse van de dilatatievoegen treedt in de ligger altijd een positief moment op met druk in de bovenregel van de schaal. Voorde bovenbelasting is aangehouden een verkeersbelasting klasse 6Ó volgens de VOSB.

Voegen

Zoals reeds is gesteld, moet de tunnel waterdicht worden uitgevoerd, wat in dit geval wil zeggen dat de voegen bestand moeten zijn tegen een waterdruk van 12 m waterkolom. Hierbij is een 1 ,5-voudige zekerheid in acht genomen.

De uitvoering van de voegen moet ingepast kunnen worden in een voortgangssnelheid van 30 m tunnel per week, te realiseren in een beperkte bouwtreinlengte. Bovendien moeten de voegen een voldoende duurzaamheid bezitten en bestand· zijn tegen brand en mechanische beschadiging.

In de schalentunnel kan een drietal voegen worden onderscheiden: • de horizontale voegen tussen de vloer en de schalen;

• de verticale voegen tussen de schalen onderling;

11l~<' ' • de dilatatievoegen die doorgaand zijn door de vloer en de schalen en om de 30 m voorkomen.

In het volgende zal nader op de vormgeving van deze voegen en de te gebruiken materialen worden ingegaan.

3

Horizontale voeg 4

Het aangieten van de horizontale weg

Cement XXX (1978) nr. 7

35

- - - ---~~~

~~~-Horizontale voeg

Deze voeg is uitgevoerd als een starre voeg, zodanig dat momenten, dwarskrachten en langs-krachten kunnen worden opgenomen.

De geprefabriceerde schalen worden in de gootvormige constructie van de vloer geplaatst. Na-dat alle schalen voor een tunnelmoot zijn geplaatst, wordt de voeg met een ontwikkelde lengte van ± 1 00 cm en een breedte van 5 cm aangegoten (fig. 3). Hiervoor kan een grout of een giet-mortel worden gebruikt.

Om een keuze uit de twee genoemde materialen te kunnen maken zijn door Gemeentewerken een aantal proeven verricht om de materialen te testen op waterindringing, verwerkbaarheid en waterdichtheid van de voeg. Van beide máterialen zijn kubussen gemaakt waarop waterindrin-gingsproeven werden verricht.

Vervolgens zijn kubusmallen voor de helft gevuld met beton en na verharding hiervan voor de rest gevuld met grout of gietmorteL De stortvlakken zijn eveneens beproefd op waterindringing. De beproeving op waterindringing had voor beide materialen een gunstig resultaat.

Daarna zijn de materialen grout en gietmortel toegepast in een voeg op ware grootte en be-proefd op verwerkbaarheid en waterdichtheid van de voeg. De samenstelling van de groutwas: • 50 kg Portlandcement klasse A;

• 87,5 kg zand;

• 1% tricosal (betrokken op het cementgewicht) als plastificeerder.

De hoeveelheid water werd bepaald door de verwerkbaarheid, die zodanig moest zijn dat de voeg vanaf één zijde gevuld kan worden en de grout aan de andere zijde voldoende opstijgt, waarbij geen luchtopsluitingen mogen voorkomen. In de proefnemingen varieerde de water-cementfactor tussen de 0,6 en de 0,65.

Van de vijf proefstukken bleken twee exemplaren een waterkolom van 20 m te kunnen keren, maar de overige exemplaren vertoonden bij 5 m waterkolom een blijvende lekkage.

De grondstoffen voor de gietmortels zijn betrokken van de fabrikant. Ze zijn samengesteld op een cementbasis waarbij onder meer een plastificeerder is toegevoegd om bij een minimale hoeveelheid aanmaakwater toch een goede vloeimaat te verkrijgen. Bovendien is een zwelmid-del toegevoegd om de krimpverkortingen te nivelleren. De zwelling van het materiaal onder in-vloed hiervan is ca. 0,3%.

De drie beproefde voegen op ware grootte bleken een waterdruk van 20 m waterkolom te kun-nen weerstaan.

Ondanks de hoge kosten van de gietmortel ten opzichte van de grout is op grond van de beproe-vingsresultaten gekozen voor de gietmorteL

Ter verbetering van de kwaliteit van de voeg wqrden de voet van de schaal en de binnenzijde van de gootconstructie ontdaan van de cementhuid. Dit gebeurt döor de bekisting voor het stor-ten te bestrijken met een vertrager. Na het ontkisstor-ten kan de dan nog zachte cementhuid met een krachtige waterstraal worden verwijderd. De schalen worden gesteld met behulp van oplegstoe-len die aan de binnenzijde aan de schaal worden vastgebout en die komen te rusten op de op-staande rand van de goot. De gehele voeg is nu vrij en kan probleemloos en zonder het optreden van luchtinsluitingen worden onderspoeld. De voeglengte van 30 m wordt in één arbeidsgang van de binnenzijde uit onderspoeld (fig. 4).

Verticale voegen tussen de schalen.

Door Gemeentewerken zijn in het ontwerpstadium een aantal voegoplossingen uitgewerkt en zo nodig beproefd. Uitgangspunten voor het ontwerp en de beoordeling waren:

• de vereiste waterdichtheid van de voeg bij een waterdruk van 12 m waterkolom; • duurzaamheid van de constructie;

• bestendigheid tegen brand en mechanische beschadiging;

• eenvoud van de constructie, passend in een voortgangssnelheid van 30 m per week met een beperkte bouwtrein lengte.

De onderzochte voegconstructies kunnen worden onderscheiden in flexibele en starre voegen. Bij de eerstgenoemde moeten de verplaatsingen en hoekverdraaiingen tussen de schalen

5

Verticale voeg

Cement XXX (1978) nr. 7

derling vrij kunnen optreden. De starre voegen moeten momenten, normaalkrachten en dwars-krachten kunnen overbrengen.

Voor wat betreft de flexibele voegen zijn een drietal varianten overwogen:

a. Een voegconstructie waarbij tussen de kopvlakken van de schalen tijdens het plaatsen een massief ruqber profiel wordt geklemd. De contactdruk tussen beton en rubber moet voldoende zijn om blijvend een waterdichtheid te garanderen.

b. Een voegconstructie waarbij tussen de kopvlakken van de schalen na het plaatsen een hol rub-ber profiel wordt aangebracht. Daarna wordt dit profiel geïnjecteerd met bij voorbeeld een grout of volgeschuimd met een polyurethaan dat na uitharding elastisch blijft; ook hier moet tussen beton en rubber blijvend een contactdruk aanwezig zijn.

c. Als derde variant is overwogen de voeg tussen de schalen, die slechts enkele centimeters zou bedragen, na het plaatsen van de schalen te vullen met een kunstharscompound die na uithar-ding elastisch blijft. De waterdichtheid moet worden verkregen door de aanhechting van de kunsthars aan het beton.

Uiteraard geldt voor deze voegen dat niet alleen de voeg zelf waterdicht moet zijn, maar dat ook een waterdichte aansluiting met de horizontale voeg gerealiseerd moet worden. Bovendien moet rekening worden gehouden met maattoleranties bij de fabricage van de schalen, maatto-leranties tijdens het stellen en vervormingen die nog op kunnen treden ten gevolge van krimp, temperatuurinvloeden en zettingsverschillen in de fundering.

Beproeven van bovenomschreven voegen en overwegingen met betrekking tot de duurzaam-heid, bescherming tegen brand en mechanische beschadiging en uitvoeringstechnische aspec-ten hebben niet geleid tot een aanvaardbare oplossing.

Daarna is de toepasbaarheid van een half flexibele voeg onderzocht. De kopkanten van de schaal zouden daarbij als 'hol en dol' worden uitgevoerd (om dwarskrachten te kunnen over-brengen). De kleine voeg tussen de schalen onderling zou geïnjecteerd worden met een grout. Onder invloed van krimp en temperatuur en ten gevolge van hoekverdraaiingen kan in de voeg een spleet ontstaan waardoorwater naar binnen kan treden. Ten aanzien van de waterdichtheid moeten derhalve aanvullende voorzieningen worden getroffen. Gedacht werd hierbij aan het afplakken van de voegen.

Daar waar tunnels worden bekleed ten behoeve van de waterdichtheid gebeurt dit doorgaans door middel van membranen die het gehele tunnelprofiel omsluiten. Beëindigingenen/of aan-sluitingen worden uitgevoerd met klemstroken. Door Gemeentewerken Rotterdam zijn proeven gedaan met betrekking tot de aanhechting van plakstroken aan relatief jong beton. Hieruit bleek dat de aanhechting onvoldoende was om de vereiste waterdichtheid te verzekeren. Het met een gesloten membraan bekleden van de tunnel is niet in overweging genomen.

Nadat de in het voorgaande beschreven voegconstructies niet toepasbaar bleken, is de volledig starre voeg onderzocht (fig. ·s). De voeg tussen de schalen wordt gevuld met ter plaatse gestort beton. In de voeg is een doorgaande wapening aanwezig, bestaande uit elkaar overlappende stekwapening. De stekken zijn uitgevoerd.in verzinkte wapening 010-10, kwaliteit FeB 400. De stortvlakken van de schalen zijn ontdaan van de cementhuid. De stortnaden worden niet

afge-plakt. ·

40

•

De schalen worden aan één zijde uitgevoerd met een tandconstructie die als binnenbekisting voor de voeg fungeert. De buitenbekisting kan een eenvoudige prefab-bekisting zijn die tegen de schaal wordt geklemd door een stempeling tussen damwand en bekisting.

Bovenomschreven voeg is in combinatie met de horizontale voeg op ware grootte beproefd met goed resultaat.

Het aantal voegen wordt bepaald door de lengte van de schalen, die bepaald is op 3 meter, op grond van de volgende overwegingen:

• Het gewicht van de schalen dient zodanig te zijn dat ze met gangbare apparatuur opgepakt en vervoerd kunnen worden. Gegeven de schaaldikte van 350 mm en de uitvoering in normaal be-ton leidt een lengte van 3 m tot een gewicht per schaal van 37 be-ton.

• Het transport naar de bouwsleuf moet zo mogelijk in normale uren kunnen plaatsvinden. Het rechtstandig transport van schalen van 3 m kan, zij het met politiebegeleiding, in normale uren, uitgezonderd de spitsuren, plaatsvinden.

• De stempelafstand van het bovenstempelraam van de bouwsleuf bedraagt 6 m. Door het toe-passen van schalen met een lengte van 3 m behoeven tijdens het plaatsen van de schalen geen stempels te worden overgenomen.

6

Dilatatievoeg

7

Vlechten van de wapening in de dilatatievoeg

ir.E.Horvat Gemeentewerken Rotterdam, afdeling Grondmechanica Cement XXX (1978) nr. 7

37

~I

40

Deze voeg wordt uitgevoerd met het gebruikelijke voegbandprofiel met bandstaal met een to-tale breedte van 400 mm (fig .. 6). Het voegband wordt ingestort in de vloer. Van het plaatsen van de schaal bij de voeg wordt het voegband door ter plaatse aangebrachte lassen eindloos ge-maakt, waarna het voegband wordt opgenomen in de ter plaatse te storten voeg. Door de bo-venomschreven keuze van de voegen kan de vormgeving van alle schalen identiek zijn. Betontechnologische aspecten

De kwaliteit van het betonmengsel moet voldoen aan de kwaliteit B 22,5, met dien verstande dat voldoende sterkte aanwezig moet zijn wanneer de schaal wordtontkist en vervoerd naar het op-slagterrein. Gekozen is voor een mengsel met 300 kg hoogovencement klasse B waaraan 20 kg tras is toegevoegd om te voldoen aan de eis van voldoende fijn materiaal. De water-cementfac-tor is beperkt tot 0,5. Voor een versnelde verharding in verband met de cyclustijd van de bekis-ting wordt zonodig gestort met verwarmd aanmaakwater en worden eisen gesteld aan de omge-vingstemperatuur van de bekisting tijdens het verharden. Een optimale verdichting van het be-ton wordt bereikt door het toepassen van bekistingstrillers. Het toevoegen van een plastificeer-der ten behoeve van de verwerkbaarheid is niet noodzakelijk.

Voor de ter plaatse gestorte voegen wordt in principe hetzelfde betonmengsel gekozen. Ten behoeve van de verwerkbaarheid moet aan de specie nu echter wel een plastificeerder worden toegevoegd waardoor de zetmaat wordt verhoogd tot ca. 1 00 mm.

C. Grondmechanische aspecten

Inleiding

Gezien het feit dat nog niet zo lang geleden verslag werd uitgebracht over de geotechnische as-pecten bij de aanleg van de metro in Rotterdam (zie Cement nr. 1 0/1977), wordt dit artikel be-perkt tot het in het kort bespreken van een viertalgrondmechanische aspecten van het onder-havige werk, waarvan drie direct in verband staan met de bijzondere uitvoeringswijze (schalen-tunnel).

Paalfundering

Bij de fundering van de schalentunnel worden aan beide kanten van de dilatatievoeg extra palen bijgezet ten einde te voorkomen dat er door zettingsverschil van de palen ter plaatse van de ove-rige voegen excessieve trekspanningen optreden.

De palen worden normaal berekend op een grensdraagvermogen van 2100 kN, rekening hou-dend met een nuttige belasting die afhankelijk van de omstandigheden tussen de 1 050 en 1600 kN varieert (normaal ca. 1250 kN). Uit statistische verwerking van de resultaten van diep-sonderingen en kalenderingen blijkt, dat men (wat het draagvermogen en de belasting-defor-matiekarakteristiek aangaat) met een spreiding van 10% naar beneden en 30% naar boven re-kening moet houden (fig. 1 ). Deze verschillen in belasting-deformatiekarakter worden over het algemeen gecorrigeerd door de interactie fundering-constructie, wat bij de schalentunnel in ex-cessieve trekspanningen ter plaatse van de voegen zou kunnen resulteren.

Door het met ca. 50% verhogen van het draagvermogen van de fundering aan de twee uiteinden van de uit schalen samengestelde 'ligger', zullen de schalen onder de gegeven omstandighe-den aan de bovenkant altijd tegen elkaar aangedrukt zijn (fig. 2).

paalbelasting in lt. -50

Belasting-deformatiekarakter van de funde-ringspalen met de uit de statistische analyse bepaalde mogelijke spreiding

11111111111111

Cf

3

Randvoorwaarden bij het analyseren van de horizontale stabiliteit van de schaalconstructie

4 Invloed bovenbelasting (11 0 kN/m2_{) op de} verticale grondspanning Cement XXX (1978) nr. 7 P, = 210 tt 2

Paalfundering van de uit schalen samenge-stelde tunnelbuis

Horizontale stabiliteit schaalconstructie

Een andere omstandigheid die tot excessieve spanningen in de voegen zou kunnen leiden, is het geval van de asymmetrische bovenbelasting, zeker die met plaatselijk, tijdelijk of variabel karakter.

Daar de sterkte en het karakter van de onderhavige constructie horizontale deformaties van en-kele millimeters zonder beperkingen toelaat, is een asymmetrische bovenbelasting van 45 kN/m2 _{zonder beperkingen toelaatbaar(fig. 3). Dit betekent dat een (asymmetrische)} opho-ging van 2,5 m zand of een 2 m diepe ontgraving zonder voorwaarden toelaatbaar is. Bij hogere asymmetrische belastingen, die mogelijk toelaatbaàr zijn, zullen de consequenties per geval moeten worden bekeken.

,passieve zijde ... 10 ' I I I 0 DEFORMATII! ~U= 0,4 ' ' IN mm.

Conclusie: bij een onzekerheidsfactor van 1,3

is

a.

I toelaatbaar

Damwanden

actieve

10 zijde

Bij de prefab-schaal bouwmethode moet in een bepaalde fase van de uitvoering met een bo-venbelasting van 11 0 kN/m2 _{naast de bouwsleuf (werkend over een oppervlakte 1 m breed,} twee maal 4,5 m lang, 1 m vanaf de damwand) rekening worden gehouden als gevolg van het transport en het plaatsen van de schalen. De consequenties van deze relatief hoge bovenbelas-ting blijven beperkt tot een geringe verzwaring van de bovenstempels en de bovengord ing. mits met de spreiding van de bovenbelasting en de beperkte invloed hiervan op de poriënwaterdruk-ken (fig. 4) rekening wordt gehouden.

De damwanden worden behalve op hun kerende functie eveneens berekend op een verticale belasting als gevolg van de op de damwanden rijdende kraan. Uit de resultaten van de bereke-ningen bleek, dat het draagvermogen van de damwand zoals die nodig was voor de kerende functie, ruimschoots voldoende is voor de 300 kN verticale bovenbelasting (puntlast). De zet-tingen bij het aanbrengen van de belasting variëren tussen 2 en 8 mm (meestal tussen 2 en 5 mm), zoals uit metingen blijkt(fig. 5). De invloed van deze verticale belasting op de momenten is verwaarloosbaar, gezien de geringe deformatie van de damwanden.

Verticale stabiliteit bouwsleuf

De opbouw van de ondergrond langs hel onderhavige tracégedeelte is zeer heterogeen,

5

Belasting-deformatiegedrag van de dam-wand, verticaal belast door de kraan

6

Lengte- en dwarsdoorsneden ten behoeve van de analyse van de verticale stabiliteit van de bouwsleuf belasting ( !f/m') ---<-40 50 60 -; 10--t---t---r---t---"~~&.oc E L 24 mv. =1.50m-i'lAP. ontgraving = 9.0om-NAP.

zand = I5.oom-i'lAP. =2050mNAP.

door de maatregelen ten behoeve van de verticale stabiliteit binnen korte afstanden sterk wisse-len (fig. 6).

Bij doorsnede D bestaan de maatregelen uit een aangepaste bemaling, waarl:)ij door het toe-passen van een relatief groot aantallage capaciteit bronnen (vacuumdrainage met filters op 5 m h.o.h.) binnen de damwandsleuf de potentiaalverlaging (6,5 m- NAP binnen de damwandsleuf) langs de sleuf niet dieper reikt dan de toelaatbaar geachte 6 m- NAP (fig.· 7).

Bij doorsnede C wordt alleen in de tussenzandlaag gemalen, maar door de beperkte dikte van de kleilaag onder de bouwputbodem bestaat de mogelijkheid dat de potentiaalverlaging tot het niveau van de bouwputbodem, namelijk tot 9 m- NAP, moet reiken. Bij het dimensioneren van de bemaling werd rekening gehouden met een eventuele lekkage door de diepe kleilaag en/ of door de damwand.

Bij de doorsneden A en B werd, mede in verband met de directe nabijheid van kwalitatief vrij slechte bebouwing, een injectielaag aangebracht. De bronnen tussen de injectielaag en de

klei---"~---~

= - - - N.A.P.

!L____ll!ID .aa.m ~~ ...L.")m.-lU.L

11 ~T~ i]

I-""'-"""'

\

t=:~~

7

Invloed aangepaste bemaling op de omge~

ving

ing.A.J.Bruynjé

Bedrijfsdirecteur Stevin Bouw, Van Halturn & Blankevoort BV, Beverwijk

Cement XXX (1978) nr. 7

laag werken als ontlastbronnen, terwijl bij eventuele lekkage door de injectielaag of de dam-wand het lekwater met deze bronnen wordt weggepompt.

Als gevolg van de bemaling bij de doorsneden C enD wordt de stijghoogte van het grondwater in de nabijheid van de bouwsleuf verlaagd, zoals op de isohypsenkaart (fig.· 7) staat aangegeven. De verlaging van de stijghoogte van het grondwater in het diepe zand reikt ter plaatse van de bebouwing niet dieper dan vroeger reeds het geval was (ca. 6 m- NAP), waardoor de conse-quenties van de bemaling op de bebouwing alleszins aanvaardbaar zijn. Sinds de aanvang van de aanleg van de lijn Coolhaven-Ommoord-West werd er bemaling toegepast over een totale sleuflengte van 2035 m (over 10 tracégedeelten) met een gemiddelde bemalingsduur van 10 maanden per tracégedeelte. De gevolgen van deze bemaling werden gevolgd met behulp van waterspanningsmeters, waarnemingstilters en 81 0 meetpunten, aangebracht in ca. 200 kwali-tatief overwegend slechte panden. De ervaringen en de meetresultaten van de afgelopen drie jaar bevestigen dat het bemalen volgens het principe 'niet dieper en niet langer malen dan reeds eerder het geval was' technisch verantwoord is.

Een goede beoordeling van de situatie en de consequenties, alsmede het rekening houden met eventualiteiten is· hierbij uiteraard zeer essentieel.

D. Uitvoering schalentunnel

Inleiding

Voor de aannemer van het werk tunnel 's-Gravenweg, Van Hattum & Blankevoort BV, was een van de vragen die moest worden beantwoord, wáár de tunnelelementen te prefabriceren. In het bestek was de oplossing gegeven de schalen in Rotterdam zelf te prefabriceren, hoewel dit niet bindend was voorgeschreven zodat elders prefabriceren ook mogelijk was.

Het meest voor de hand liggend was het elders prefabriceren van de schalen, namelijk bij de be-tonfabriek van de Combinatie Oostersehelde te Kats. Hier zijn door Van Hattum & Blankevoort al veel grote elementen gemaakt, zoals bij voorbeeld voor de Oosterscheldebrug, de brug over de Brielse Maas, het Kleinpolderplein en het Terbregseplein. Vooral de laatste twee werken hebben de nodige ervaring opgeleverd voor wat betreft het transport en de overslag van zware elementen van Katsnaar Rotterdam.

Fabrieksterrein te Kats

2

De schaafelementen in opslag bij de fabriek te Kats

Cement XXX (1978) nr. 7

De voornaamste voordelen om de schalen in Kats te prefabriceren, zijn:

• de aanwezigheid van een compleet geoutilleerde fabriek met ervaren technisch personeel; • de beschikbaarheid van technische know-how op het gebied van zware elementen; • de grote opslagmogelijkheid;

• de capaciteit om te laden op pontons.

Een nadeel vormt de lange transportweg en de extra overslag.

Indien de elementen in Rotterdam zouden worden gemaakt, diende een volledige fabriek te worden opgezet, waarbij het toegewezen terrein te klein was om een buffervoorraad te forme-ren.

Omdat het elders prefabriceren van de schalen de opdrachtgever een besparing van f 1 00 000 zou opleveren, werd besloten om de schalen in Kats te maken.

De complete aanneemsom van het werk met in Rotterdam vervaardigde schalen bedroeg f 14 600 000 (excl. BTW) en met in Kats gemaakte schalen f 14 620 000.

Prefabricage

Vooral de aanwezige capaciteit aan personeel en materieel zorgden ervoor dat vrij snel met de produktie kon worden begonnen.

In totaal moeten 348 schalen worden gemaakt, onderverdeeld in drie typen, namelijk 277 stuks type 'A', 37 stuks type 'B' en 34 stuks type 'C'. Deze typen verschillen van elkaar in afmeting en gewicht.

Er worden twee elementen per dag gemaakt, wat een bestekeis is in verband met de produk-tiesnelheid van 30 m tunnel per week.

De elementen worden gemaakt in een hal waarvan het dak kan worden verwijderd. Voor de pro-duktie van twee elementen per dag zijn zes bekistingen gemaakt. Deze bestaan uit stalen fra-mes die bekleed zijn met baddinghout en bekistingsplaten. De prijs van de zes houten bekistin-gen ligt op hetzelfde niveau als die van twee complete stalen kisten. Er is voor het zestal houten bekistingen gekozen ten einde een cyclustijd van drie dagen per kist te krijgen, zodat de elemen-ten pas na twee en een halve dag verharding behoeven te worden gehesen. De op dat moment vereiste sterkte van 18 N/mm2 _{wordt bereikt door de betonspecie een temperatuur te geven van}

15°C, terwijl ook de temperatuur in de hal op 15°C wordt gehouden.

Zou er met twee stalen kisten worden gewerkt, dan dienen de elementen al na 16 uur te worden gehesen. Om dan de vereiste sterkte te bereiken, zouden de elementen flink gestoomd moeten worden.

3

Schaalelement in de kantelstoel

4

Het laden van de schaalelementen op een ponton

5

Overslag in Rotterdam met behulp van een drijvende bok

Cement XXX (1978) nr. 7

Een bijbehorende bestekseis was dat de elementen nog enkele dagen in een geconditioneerde ruimte geplaatst dienen te worden, zodat ze slechts langzaam afkoelen. Een groot gevaar van stomen zou nu namelijk bij te snelle afkoeling opduiken in de vorm van scheurvorming, waar-door de elementen niet meer waterdicht zouden zijn.

Aan de zijkant van ieder element bevindt zich een 30 cm lange, dunne neus, die in het werk dienst doet als binnenbekisting voor de voeg tussen twee elementen. Door nu de elementen op hun kant te storten, komt dit neusje aan de onderzijde waardoor de vorm hiervoor in de bodem-bekisting kan worden verwerkt. Op deze manier is tevens een goede verdichting van het neusje mogelijk. Consequentie van deze produktiewijze is wel dat de elementen na enkele weken moe-ten wdrden gekanteld.

Op de produktieplaats wordt's morgens eerst hetvorige element uit de kist getild. Vervolgens wordt de kist schoongemaakt en geolied. Daarna wordt de in een vlechtmal geprefabriceerde wapeningskorf in de bekisting geplaatst en wordt de kist gesloten. De eentering wordt onder en boven het element aangebracht omdat in verband met de waterdichtheid niet door het beton mag worden gecenterd. Daarna wordt het element gestort en verdicht door middel van trilmoto-ren aan de wandbekisting. Na twee er een halve dag wordt het element ontkist. Met behulp van een 300-tons traverse met een speciaal hijsframe wordt het element uit de bekisting gehesen en in opslag geplaatst.

Na enkele weken wordt het element met dezelfde hijsframe in de kantelstoel geplaatst en ge-kanteld in de juiste positie. Met behulp van een zogenaamdeC-haak wordt het element vanuit de kantelstoel wederom in opslag geplaatst en als het moment daar is op een ponton geladen.

6

Met behulp van de kraan op de damwanden worden de schaalelementen In het werk ge-bracht

7-8

Twee opnamen tijdens de uitvoering van de schalentunnel

Cement XXX (1978) nr. 7

Transport

Eén keer per week wordt een ponton met tien elementen met behulp van een sleepboot naar Rotterdam gevaren. Op het ponton is een speciale hulpconstructie aangebracht voor het opleg-gen van de schalen.

Aan de Maasboulevard heeft de overslag plaats. Hiervoor is een drijvende bok aanwezig die eveneens van een speciale hijshaak is voorzien. De schalen worden geplaatst op een dieplader en onder politiebegeleiding naar het werk gereden.

Montage

Op het werk loopt op de damwand een zware kraan die de elementen van de wagen hijst en in het werk brengt. Dezelfde kraan is ook gebruikt bij de bouw van het Terbregseplein en het Klein-polderplein.

Het plaatsen van de schalen houdt in dat ze met van te voren aan de schalen aangebrachte con-soles op een platte vijzel worden gesteld. Hierdoor kunnen nog eventuele hoogtecorrecties worden uitgevoerd.

Tot nu toe is het gelukt om elke week tien elementen, dus 30 m tunnel, te monteren. Het laden in Kats neemt één dag in beslag, evenals het varen naar Rotterdam. Bij de overslag moet rekening worden gehouden met de beperking dat vóór 's ochtends 09.00 uur en na 16.30 uur in de mid-dag niet met de dieplader mag worden gereden. Toch is het vanaf de eerste reis gelukt om in één dag de schalen te lossen, te transporteren en te monteren in de bouwput, alles volgens een strak uitgewerkt schema.

Nadat de schalen definitief zijn gesteld, worden de langsvoegen volgegoten met gietmortel en worden de dwarsvoegen voorzien van wapeningsstaal, bekisting en vervolgens aangestort. Ondanks het feit dat dit een nieuw systeem is, waarbij natuurlijk kinderziektes zijn opgetreden, is het, zij het met veel inspanning, toch gelukt om de geplande produktie te realiseren. Gesteld kan dan ook worden dat dit nieuwe ontwerp van de Gemeente Rotterdam een succes is.

1