Gewapende onderwaterbetonvloer voor Rottemerentunnel

Consortium De Groene Boog, met daarin de bedrijven Besix, Dura Vermeer, Van Oord, TBI (Mobilis, Croonwolter&dros), Rebel en John Laing, realiseert in opdracht van Rijkswaterstaat project A16 Rotterdam. De nieuwe A16 Rotterdam wordt een 11 kilometer lange rijksweg tussen de A16/A20 bij het Terbregseplein en de A13 bij Rotterdam The Hague Airport. 

Onderdeel van het 11 kilometer lange tracé is de nieuw te bouwen Rottemerentunnel, met een lengte van 2,2 km (3,0 km inclusief toeritten). Een bijzonder project, omdat er gekozen is voor werken in den natte. Er wordt gebruikt gemaakt van onderwaterbeton, dat door duikteams wordt gestort. GWW Magazine bezocht de bouwlocatie en ging in gesprek met Kenneth Wyns, ontwerpmanager tunnel, Wim Guis, projectmanager tunnel en Sander Tetteroo, hoofd uitvoerder civiel tunnel.

“Gewapend onderwaterbeton wordt vaker toegepast, echter het is voor het eerst dat het in dergelijke omvang, in dit geval 2,2 km, gebeurt”, zegt Guis. “Het voordeel is dat er minder beton nodig is, dat resulteert in een lage MKI-waarde. Dat betekent wel dat alle werkzaamheden onder water moeten worden uitgevoerd: het uitgraven, het schoonmaken van de funderingspaalkoppen -maar liefst 7700 stuks, het plaatsen van de dilatatievoegbalken met ieder een gewicht van 90 ton, het plaatsen van de wapening en de betonstort zelf. Op piekdagen zijn er dan ook 35 a 40 duikteams actief.” De Rottemerentunnel is dus in alle opzichten een bijzonder deelproject dat dwars door het Lage Bergse Bos bij Rotterdam loopt, verdeeld in 34 bouwkuipen variërend van 50 tot 200 meter.

Wyns legt uit hoe tot dit ontwerp is gekomen: “Met behoud van kwaliteit wilden we in DuboCalc tot de meest geschikte MKI-waarde komen. De leidende vraag was: wat kunnen we doen met minder materiaal? Wat zou het meest duurzame ontwerp zijn? Aan de hand van de gemaakte berekeningen kwam aan het licht dat er sprake was van een ‘verticaal evenwicht’. De opwaartse kracht op de vloer was in de tijdelijke fase van dezelfde grootte-orde als de neerwaartse bodemdruk in de definitieve fase, we konden dus met één paallengte werken. Economisch gezien was dat ideaal.  Door te kiezen voor gewapend onderwaterbeton konden er minder palen worden toegepast. Zou je in dit geval voor ongewapend beton hebben gekozen, dan zou er een stramien met palen om de ca. 3,5m nodig zijn geweest. Nu volstaat het om in de dwarsdoorsnede van de tunnel 2 palen te hebben onder de buitenwanden en 2 palen onder het middentunnelkanaal. In de doorsnede zie je dus slechts 6 palen. Dat is niet alleen een forse materiaalreductie, maar betekent ook minder werk. Belangrijke factoren die van invloed zijn op de MKI.”

Het ontwerp ontstond tijdens de tenderfase. Wyns: “De tunnel heeft over 2,2 km een geotechnisch lengteprofiel, van maaiveld op -6 meter NAP tot -15/-20 meter NAP, bestaand uit lagen klei en veen. De samenstelling varieert wel binnen die 2,2 km afstand. De zandlaag zit tot een meter of 2 à 3 onder de betonvloer. In de slappe laag zit 4 tot 5 meter dikteverschil. Ontwerptechnisch was het optimaal om per 25 meter een snede door te rekenen in functie van het vastgestelde grondprofiel. Zo kon de benodigde wapening worden vastgesteld en het aantal palen worden berekend voor die snede. Door parametrisch te rekenen konden we komen tot 5 verschillende wapeningsconfiguraties voor de vloer. Het voordeel van parametrisch ontwerpen is dat als er ergens iets wijzigt, de wijziging ook op andere locaties wordt doorgevoerd. Dat spaart een boel ingenieursuren uit.” Tetteroo voegt toe: “Het ontwerp moest echt ‘hufter proof’ zijn, rekening houden met de behoeften van het ontwerp en de behoeften in de uitvoering. Daarvoor is er veel overleg geweest met tussen de ontwerpafdeling en het uitvoeringsteam.”

“Een eigenschap van een onder water gestorte betonvloer is dat er veel toleranties zijn wat betreft de vlakheid”, legt Guis uit. “De bekisting voor de wanden moest hiervoor geschikt worden gemaakt: zo heeft deze op maat gemaakte bekisting hydraulisch verstelbare panelen zodat er een goede aansluiting kan worden gemaakt van de wand op de vloer. Er is een mockup gemaakt van de gewapende onderwaterbetonvloer van de tunnel, zodat in den droge geoefend kon worden. Er is veel tijd en energie in de tolerantie analyse gaan zitten en het ontwerp is geometrisch in een ‘ruim jasje’ gestoken. Daar zit dan ook een uitdaging: hoe ‘knoop’ je alles aan elkaar binnen die toleranties?”     

Tetteroo vult aan: “In dit ontwerpproces is ook BCS, de leverancier van het wapeningsstaal, veel betrokken. In samenspraak is door hen de hele wapeningsconstructie in 3D uitgetekend. Er is aan de voorkant heel veel aandacht besteed aan de details, omdat we ons geen fouten kunnen permitteren bij het werken onder water.” Wyns: “Het ontwerp is door drie toetsingen gegaan, de gemeente, Rijkswaterstaat en SecoNed hebben meegekeken in de ontwerpfase.”

Na het ontgraven, het aanbrengen van het  grind en het plaatsen van de ontlastbuizen worden de palen schoongemaakt. Guis: “Daarna worden er horizontaal liggende heipalen aangebracht, deze liggen op het grind. Deze zorgen ervoor dat de wapening het grind niet raakt en er voldoende betondekking aanwezig is aan de onderzijde van de constructie. Daarop worden de eerste en de tweede laag wapening gelegd. Deze wapening wordt geprefabriceerd aangeleverd. Vervolgens worden de schotels aangebracht, met moer, om de trekkracht in de vloer op te nemen en af te voeren naar de betonpalen. Over de palen komen wapeningskorven, die zijn afgestemd op de toleranties van het aanbrengen van de palen. De korf kan zo over de paal, zonder te hoeven slijpen of de wapening aan te passen. Door te kunnen spelen met de lagen kunnen we de ophangwapening goed aanbrengen. Dan volgen er nog twee lagen bovennet, waarna de betonstort kan beginnen.” Tetteroo vult aan: “Ook bijzonder is een tool die samen met HYTORC is ontwikkeld, waarmee we onder water de GEWI-staaf kunnen oplengen en op moment kunnen zetten.”

Ten tijde van dit schrijven zijn er inmiddels 6 kuipen gestort en leeggepompt, van de 34 kuipen. Guis: “We werken op volgorde, een soort trein. We verwachten dat we nog 3 kuipen gestort hebben, voordat het Kerst is.”

Normaal gesproken zou er tussen de tunnelsegmenten een dilatatieprofiel in den droge worden aangebracht. Tetteroo: “In de tender is besloten om prefab dilatatiebalken te maken naast de bouwkuip en deze in den natte te positioneren. Daar wordt dan aan weerszijden onderwaterbeton tegenaan gestort, om en om in stappen van 20 cm, om kantelen van de balk te voorkomen. Het maken, transporteren en hijsen is helemaal gefinetuned en echt bijzonder. Een dilatatiebalk weegt zelf 76 ton (!) en met hijsframe weegt de combinatie 90 ton. Een balk wordt dan ook met 3 kranen ingehesen. Het hijs- en transportframe is in samenwerking met Sarens ontwikkeld. Zij hebben voortreffelijk meegedacht aan de voorkant van het proces. Zonder de juiste partners red je het niet, bij dit soort projecten.” Wyns benadrukt: “Bedrijven zoals Sarens, BCS en Dyckerhoff Basal (beton) zijn belangrijk in de ontwerpfase, wij krijgen de juiste informatie van hen en kunnen hen als klankbord gebruiken.”

Tetteroo zegt over de bekisting: “De bekisting is speciaal voor deze tunnel ontworpen, waarbij er veel overleg is geweest tussen het ontwerpteam van Kenneth, Hendriks Precon en BCS. Alles moest vooruit gevlochten kunnen worden, zodat op locatie  zo min mogelijk aan de wapening hoefde te worden aangepast. Het ontwerpteam heeft met BCS alle varianten in wapening bekeken, om tot een short list te komen. Daar is uiteindelijk een keuze uitgekomen. Om de toleranties van de (grillige) bovenkant van het onderwaterbeton op te vangen, hebbenwe met Hendriks een systeem ontworpen om de loze ruimtes tussen onderkant bekisting en bovenkant betonvloer snel af te kunnen dichten. De oplossing is gevonden in een systeem van paneeltjes van 1,5 meter, voorzien van zelf instellende hydrauliek. Met één druk op de knop kun je 15 cm hoogteverschil opvangen.”

Net zoals bij de andere twee deelgebieden van De Groene Boog is deelgebied 2, de tunnel, een leerzaam project. Wyns: “We blijven streven naar innovatieve ontwerpen met zo min mogelijk materiaal. Dit project heeft ons veel lessen geleerd. Met de eis van Rijkswaterstaat dat de grondwaterstand niet mocht beïnvloed worden en de daaruit voortvloeiende keuze voor een gesloten bouwkuip met een gewapende onderwaterbetonvloer kwamen de uitdagingen, die we met succes het hoofd kunnen bieden. Dit is het soort project dat als ijkpunt werkt voor toekomstige duurzame ontwerpen.”