FLY-OVERS A4 KNOOPPUNT HOFVLIET

Willem Cijsouw
© Illustraties RijnlandRoute, tenzij anders vermeld

Sinds 2018 wordt bij Leiden flink gebouwd aan een nieuw stuk infrastructuur: de RijnlandRoute. Hier wordt een nieuw wegtracé aangelegd, bestaande uit onder meer twee nieuwe knooppunten, een provinciale weg met een  geboorde tunnel en snelweggedeelten. Eén van de hoogtepunten van het project is het nieuwe knooppunt Hofvliet, waar twee enorme fly-overs worden aangelegd.

Aannemerscombinatie Comol5 legt in opdracht van de provincie Zuid-Holland het eerste deel van de RijnlandRoute aan. Dit deel omvat de aanleg van de nieuwe N434 tussen de A44 en de A4 bij Leiden, met een geboorde tunnel onder Voorschoten en aanpassingen aan de A4 en de A44. Het is een groot project: er wordt ruim vier kilometer nieuwe weg aangelegd met twee knooppunten (met de A4 en de A44) en met een totale begroting van 800 miljoen euro. Voor 2,5 kilometer van de nieuwe provinciale weg wordt een geboorde tunnel gemaakt, wat in Nederland niet vaak voorkomt. Ook knooppunt Hofvliet (zie fig.1), bij de A4, wordt bijzonder: hier worden fly-overs
gebouwd van gezamenlijk 526 meter lang. Maximale overspanning: 65 meter! 

PREFAB VS. IN HET WERK GESTORT
Deze fly-overs zijn om meerdere redenen technische hoogstandjes (zie fig. 2 en 3). Allereerst omdat ze niet prefab zijn. Normaal gesproken worden constructiedelen van viaducten in een fabriek gemaakt. In een fabriek kan het (seriematig) produceren hiervan onder betere condities gebeuren dan op een bouwplaats. Viaducten zijn, ondanks hun ogenschijnlijk eenvoudige vorm, technisch zeer complexe elementen. Door middel van voorspanning en  maximale benutting van wapening wordt hun volume zoveel mogelijk beperkt. Dit resulteert in doorsneden (zie fig. 4 en 6) die volgepropt zitten met voorspankabels en wapeningsstaven. De fly-overs zijn echter in het werk  gestort. Waarom? Om twee redenen: de grote overspanning en de wens van de provincie om de viaducten slank uit te voeren. De eerste hiervan is eenvoudig: het is ondoenlijk om een object van 65 m lang en (mede door de kromming) bijna 15 meter breed over de weg te vervoeren. De tweede reden heeft met de esthetische eisen van het knooppunt te maken. Bij de aanbesteding heeft de provincie geëist dat de fly-overs een sobere en minimale  vorm moesten hebben vanwege de landschappelijke inpassing in bestaand gebied. Dat betekent: één doorlopende lijn en slanke liggers, ondersteund door centrale (in plaats twee of meerdere) kolommen. De constructiehoogte moest zoveel mogelijk beperkt worden, met als gevolg dat de viaducten doorlopend over de steunpunten werden uitgevoerd. Een ligger kan, doordat de veldmomenten kleiner zijn, slanker worden uitgevoerd wanneer de liggers over de steunpunten doorlopen. Naast de afmetingen is de eis van een zichtbaar continue lijn bepalend geweest voor het ontwerp van de viaducten. Deze mochten niet uit losse (prefab) elementen bestaan, maar moesten monolietknopen hebben. Dit alles heeft tot gevolg dat de fly-overs in het werk gestort zijn. Wat zijn de gevolgen hiervan voor het aanbrengen van de voorspanning? Die vallen mee. Het grootste verschil tussen prefab en in-situ storten, zijn de condities waaronder je stort. Op de bouwplaats heb je deze immers niet alle in de hand, waardoor het storten uitdagender wordt en je afhankelijk bent van het weer (zie blz. 25). Wat de uitvoer wel een stuk lastiger
maakte, was het op deze locatie maken van de bekisting van de viaducten. Daarover verderop meer.

ONTWERP VIADUCTEN
Voor het type viaduct was bij beide fly-overs de maximale overspanning maatgevend. De fly-over (kunstwerk 20), welke richting het noorden (richting Amsterdam) loopt, heeft een maximale overspanning van 46 m en kan 
uitgevoerd worden als een plaatligger. 

De doorsnede bestaat uit twee gedeelten. Eén deel is massief beton met een hoogte van 1,1 m, waarmee maximaal 33 m overspannen wordt. Het andere deel is 1,6 m hoog en heeft vijf sparingsbuizen met een diameter van 1,0 m (zie fig. 4 en 5) om gewicht te besparen. Dit deel is ter plaatse van de steunpunten wel massief, om de dwarskrachten te kunnen opnemen. Kunstwerk 20 heeft acht overspanningen. Kunstwerk 21 is de fly-over die richting het zuiden/Den Haag loopt. Deze telt vier overspanningen (zie fig.3). Om de overspanning van maximaal 65 m te halen, is deze uitgevoerd als een kokerliggerbrug van 2,75 m hoog. De koker is tweecellig en heeft drie lijven (zie fig. 6 en 7). Bij de lijven is het dek verdikt, de zogenaamde voutes, waardoor hier geen dwarskrachtwapening nodig is. Aan de zijkanten van de koker steekt het dek 1,8 m uit. Ook deze kokerligger is bij de opleggingen massief uitgevoerd, waarmee een dwarsdager wordt gevormd. Hierin is voorspanning in dwarsrichting toegepast. Dit is o.a. gedaan om horizontale krachten die ontstaan door de kromming, naar de steunpunten in het midden te brengen. 

VOORSPANNING
Het voorspannen van een betonnen ligger gebeurt door staalkabels in kabelomhullingen in de ligger te plaatsen die aan de uiteinden van de ligger aan het beton verankerd worden. Door de kabels onder zeer hoge trekspanning te brengen, worden de uiteinden naar elkaar toegetrokken, zodat het beton samengedrukt wordt. Hierdoor kan de ligger meer buigend moment (en dus meer belasting) opnemen, want de uit buiging voortkomende trekspanning wordt  door de kabels ‘weggedrukt’. Het toepassen van voorspanning in combinatie met het principe van een doorlopende ligger resulteert in hoge slankheden. In kunstwerk 20 is zelfs een zeer knappe lengte/hoogteverhouding van 1:30 gehaald. Ter vergelijking: bij een standaard betonligger is deze verhouding meestal hooguit 1:15. Maar voorspanning kent ook uitdagingen. Tijdens het spannen gaan de voorspanningsstrengen tegen het inwendige van de kabelomhullingen wrijven, waardoor de spanning in de streng zich enigszins verdeelt. Hierdoor treedt spanningsverlies op in de streng, wat de voorspanning  verlaagt. Dit is vooral het geval wanneer de strengen erg lang zijn. Een ander probleem is dat lange voorspanstrengen sneller beschadigen bij het doorsteken. Dit is te vergelijken met het trekken van elektriciteitsdraden. Om beide problemen te beperken, is het maken van de fly-overs in meerdere fasen uitgevoerd. 
Hierdoor heeft men de lengte van de voorspankabels kunnen beperken tot maximaal 138 m voor kunstwerk 20 en 123 m voor kunstwerk 21. 

ONTWERP STEUNPUNTEN
De fly-overs worden ondersteund door taps toelopende, centrale kolommen. Dit is gedaan vanwege de architectonische eis vanuit de provincie: een slank en  minimaal ontwerp. Steunpunten met dubbele kolommen zouden daar niet bij passen. De opleggingen krijgen veel krachten te verduren: niet alleen verticale krachten, maar ook momenten in langs- en dwarsrichting, torsie en horizontale krachten. Bij de voet van de kolom moeten al deze krachten naar de onderliggende fundering worden overgebracht. De kleinere doorsnede van de kolom aan de onderkant maakt het overbrengen van krachten extra lastig. Het beton is dan ook lokaal zeer zwaar gewapend (zie fig.8). In de poer zijn t.p.v. de kolom beugels aangebracht, die als koppel fungeren waarmee het moment uit de kolom naar de fundering kan worden overgebracht (zie fig. 8). Tevens dienen deze beugels als ophangwapening. Meterslange stekken steken van de poer  in de kolom om trekkrachten (uit het moment) over te dragen. Deze stekken zijn, anders dan normaal, niet omgebogen aan de uiteinden. Hierdoor kan de wapeningskorf van de poer volledig prefab worden gemaakt, want de stekken kunnen dan gemakkelijk ingestoken worden. De trekkrachten worden hierbij 
overgedragen aan de naastgelegen beugels. Onder elke poer komen meer dan 20 funderingspalen.

Download hier het artikel in pdf-formaat