12 TRAFIK & VEJE • 2011 FEBRUAR

IndledningVed store infrastrukturprojekter, der berører eksisterende veje og baner i drift, som f.eks. i forbindelse med udvidelsen af M3 og M12 ved København, har det traditionelle valg af brokonstruktion været en in-situ støbt be-tonløsning, der fra en hævet position over underført færdselsåre efterfølgende er ned-sænket.

Både projektering og opstilling af et så-dant arrangement samt selve nedsænknin-gen udgør et omfattende og tidskrævende arbejde, som i byggeperioden berører trafik-

ken, og som i mange tilfælde tilmed er en forsinkende faktor for færdiggørelsen af det samlede projekt. Ved introduktion af ”Stil-ladshåndbogen” og de øgede krav til doku-mentation af stillads er denne løsningsme-tode således blevet endnu mere omfattende.Det er derfor i den senere tid konstateret (betydelige) tidsmæssige og økonomiske fordele ved at anvende forskellige former for præfabrikerede løsninger, og to konkrete eksempler fra udvidelsen af M1 gennemgås i det følgende.

M11 ProjektetUdvidelse af M11 (Fløng - Roskilde Vest)• 11 km motorvej• Udvidelse fra 4 til 6 kørebaner samt ud-

bygning fra 4 til 8 kørebaner• 18 broer - heraf 3 broer i forbindelse med

bane• 900 m støttevægge • 5,9 km nye støjskærme; 2 km eksiste-

rende træstøjskærme bevares.

Organisation• Vejdirektoratet som Bygherre • Teknisk Rådgiver for VD v/ Rambøll• Æstetisk rådgivning v/ Claus Bjarrum

Arkitekter

• Rådgivning for JVA v/ Grontmij | Carl Bro

• Rådgivning for Trafikledning v/ ÅF Hansen & Henneberg

• Rådgivning for Konstruktioner (broer, støttemure og støjskærme) v/ Cowi.

I det følgende gives en kort beskrivelse af de to banebroer, der er vist på figur 1. Begge broer fører Vestbanen under M11.

Minimum driftsforstyrrelseUdvidelse af en eksisterende vej vil uund-gåelig medføre en forstyrrelse af trafikken på selve den udvidede vej og af trafikken på den krydsende færdselsåre. Med det relativt store antal skæringer på denne strækning er den akkumulerede forstyrrelse poten-tielt omfattende, og det har således været et fokusområde at minimere gener for tra-fikafviklingen i forbindelse med hver enkelt konstruktion, og som det vil fremgå, er der gjort tiltag for at sikre en tidslig udførelses-robusthed.

Særligt for denne strækning er, at M11 krydser den relativt trafikerede Vestbane to steder, og et tæt samarbejde med Bane-danmark har været af stor betydning for at kunne minimere de – trods alt – nødven-

Udvidelse af eksisterende broer ved brug af præfabrikerede elementer

Der er tidsmæssige og følgeøkonomiske besparelser ved anvendelse af præfabrikeret elementbyggeri ved infrastrukturprojekter over eksisterende vej og bane i drift. I det følgende beskrives to eksempler på anvendelse af præfabrikerede betonelementer til udvidelse af eksisterende brokonstruktioner i forbindelse med udvidelsen af Holbækmotorvejen - M11, Fløng - Roskilde Vest.

BRoER og TUnnElER

Af Michael Birk Jensen,

COWI

mcj@cowi.dk

Steffen von Holstein,

COWI

sho@cowi.dk

Jens Thorup Laursen,

COWI

jtl@cowi.dk

Figur 1. M11 - Bro 65.00 UF af Vestbanen (Øst) og Bro 78.00 UF af Vestbanen (Vest).

TRAFIK & VEJE • 2011 FEBRUAR 13

differencer mellem de to dele i forbindelse med opspændingen og således også revne-dannelse.

Det præfabrikerede element er illustre-ret på figur 5. Vægten af de præfabrikerede betonelementer er ca. 50 ton pr. styk.

GeometriHvert betonelement er unikt, dvs. der er ikke to identiske elementer, og alle er geo-

aldrig til udførelse. I tilgift blev entreprenø-rens arbejde udført med præcision og uden beskadigelse af tilstødende OT-bjælker.

Præfabrikeret betonelementDe præfabrikerede betonelementer (4 stk.) består hver af en efterspændt hovedbjælke og en slapt armeret pladedel. Den spændte bjælke blev opspændt før sammenkoblin-gen med pladedelen for at undgå tøjnings-

dige sporspærringer og dermed minimere forstyrrelsen af banetrafikken og samtidig opretholdelse af vejtrafikken på M11.

Bro 65.00, UF af Vestbanen (Øst)Den eksisterende Bro 65.00 er en 2-fags be-tonbro, der oprindeligt er udført ved brug af præfabrikerede OT-bjælker (med udstøbt overbeton), der spænder vinkelret på den underførte Vestbane.

Herved er der etableret de såkaldte og vel-kendte ”døde” trekanter – se figur 2.

UnderstøtningerFor at kunne etablere et udvidet endeve-derlag til de præfabrikerede elementer, er de eksisterende ende- og mellemvederlag udnyttet. Dette er gjort ved, at de eksiste-

rende endevederlag er blevet opstøbt. Mel-lemunderstøtningen, der udgøres af beton-søjler (med søjleåg), er blevet forsynet med udstøbninger mellem søjlerne for således at skabe en robust konstruktion.

For illustration af endevederlagenes opstøbning og udstøbning mellem eksiste-rende søjler – se figur 3 og figur 4. På figur 4 ses endvidere den opsatte afskærmning mod banen, der er elektrificeret, hvilket medfører ufravigelige afstandskrav til arbejderne og desuden krav til jording af alt materiel nær banen.

Udførelsesmæssig robusthedFor at få plads til de 4 nye præfabrikerede betonelementer skulle de to yderste OT-bjælker i hvert hjørne fjernes. For at sikre en robust tidsplan inden for det minimale antal sporspærringer, blev det under projek-teringen besluttet at inkludere 2 stk. reserve OT-bjælker som en del af udbuddet, således at disse var til rådighed, hvis der skulle vise sig at opstå et behov for udskiftning af flere OT-bjælker.

Det viste sig sidenhen at være unødven-digt, idet både overbeton og eksisterende OT-bjælker i tilstrækkelig tid før udførelsen blev konstateret som værende i sund til-stand, og reserve OT-bjælkerne kom således

Figur 2. Bro 65.00 - Udvidelse med en kørebane til begge sider samt udfyld-ning af trekanter. De 4 nye udfyldnin-ger er markeret med blåt.

Figur 3. Bro 65.00 - Opstøbning af ek-sisterende endevederlag.

Figur 4. Bro 65.00 - Udfyldte søjlemel-lemrum, opstøbte endevederlag og op-lagte betonelementer.

▲

▲

▲

14 TRAFIK & VEJE • 2011 FEBRUAR

metrisk komplicerede. Dette skyldes, at M11 på det pågældende sted ligger på en stigende hhv. faldende del af en cylinder-flade, samtidig med at vejen skæres af banen under en skæv vinkel.

Desuden kompliceres geometrien af, at den skæve skæring etableres ved hjælp af den vinkelrette placering af understøtningerne jf. de tidligere beskrevne ”døde” trekanter.

Endeligt omfatter udvidelsen vej, nød-spor og kontrabanket, der hver især etable-res med en tværhældning på 25‰, 40‰ og 160‰, hvilket opbygges i betonen, således at belægningen kan føres med konstant tyk-kelse.

OmisoleringDa broen endvidere skulle undergå en omisolering og forsynes med supplerende overbeton for bl.a. at opgradere til det nye vejprofil, blev dette udnyttet til at sammen-støbe udvidelsen med det eksisterende dæk.

BeregningerBeregningerne for det præfabrikerede be-tonelement er gennemført vha. Cowi’s eget FE-program IBDAS (Integrated Bridge Design and Analysis System), og omfattede sædvanlige brud- og service analyser inkl. den tidslige effekt af et spændt element sam-menstøbt med et slapt armeret element og under hensyntagen til svind, krybning og relaksation.

Endvidere blev der foretaget en bereg-ning af elementet i forbindelse med indløf-tet, idet der i udbudsmaterialet blev fore-skrevet mulige løftepunkter.

Det noteres, at det præfabrikerede be-tonelement er kraftigt armeret dels grundet geometriske bindinger, dels grundet ønsket om minimal vægt.

Indløft og indplaceringMed ambitionen om at indløfte et tungt element opstod der bl.a. den udfordring at bringe vægten så langt ned, at der kunne anvendes netop den mobilkran, der geome-trisk og belastningsmæssigt kunne placeres på den eksisterende bro.

Det bør noteres, at den eksisterende bro bl.a. virker ved hjælp af kombination af den skæve skæring og ret oplægning af OT-bjælker, idet trafikkens belastning således aktiverer adskillige OT-bjælker. Dette blev udnyttet i forbindelse med indløftet, hvor madrasserne til mobilkranens støtteben blev placeres under en vinkel, der aktiverede det nødvendige antal eksisterende OT-bjælker.

Den trange plads fordrede endvidere, at visse af de udragende stødjern på det præfa-brikerede betonelement måtte kappes for at etablere en udskæring til madrassen. Stød-jernene blev senere koblet for at genetablere

Figur 5. Bro 65.00 - Præfabrikeret betonelement.

Figur 6. Bro 65.00 - Indløft af præfabrikeret betonelement.

Figur 7. Bro 65.00 - Indplacering af præfabrikeret betonelement.

TRAFIK & VEJE • 2011 FEBRUAR 15

Således indgår følgende komponenter som præfabrikerede betonelementer:• Ca. 21 m lange OT-bjælker • Søjler med søjlesko til fastgørelse i in-situ

støbt fundament• Søjleåg med udsparinger til sammenkob-

ling med søjler.

BroudvidelseUdvidelsen af broen sker ved forlængelse af de eksisterende understøtningslinjer dog med en svag vinkling af udvidelsen mod SØ for at opretholde det nødvendige fritrums-profil, idet banesporet føres i en kurve.

Minimum driftsforstyrrelseFor at minimere forstyrrelsen af bane i drift blev det tilstræbt at etablere så mange som muligt af de indgående betondele som præ-fabrikerede betonelementer, der kan støbes uafhængigt af banen og indplaceres under sporspærring og i visse tilfælde blot bag en passende afskærmning.

Præfabrikerede elementerI lighed med den tidligere beskrevne Bro 65.00 blev anvendelse af præfabrikation ud-arbejdet under drøftelse med VD og dennes tekniske rådgiver.

stødlængden ind til det eksisterende – og tidligere nævnte – omisolerede brodæk

Indløftet blev foretaget under en natlig sporspærring (per indløft) og er eksemplifi-ceret på figur 6 og figur 7, hvoraf det ses, at afskærmning mod bane var monteret under indløft for at spare tid i forbindelse med det afsluttende arbejde under sporspærringen.

Bemærk endvidere på figur 7 de afkor-tede stødjern til indpasning af madrassen, hvor mobilkranens støtteben blev placeret.

Alle 4 præfabrikerede betonelementer blev placeret i løbet af 1 uge og inden for en tolerance på ±30 mm i plan og kote.

Stillads vs. indløftAnvendelsen af præfabrikation blev tidligt introduceret i forbindelse med VVM-un-dersøgelsen, og senere under projekteringen viderebearbejdet i samarbejde med VD og dennes tekniske rådgiver.

En stilladsopbygning blev anset for både kompliceret og omkostelig pga. banen med kørestrømsanlæg, der enten ville kræve en form for omlægning af kørestrøm eller med-føre en stilladsopbygning med efterfølgende sænkning.

Præfabrikation og indløft kunne des-uden skaffe tid ved at eliminere de tidsmæs-sige bindinger til stilladsgodkendelse.

Spor- og vejspærringerTil etablering af den udvidede overbygning alene blev anvendt blot 4 natspærringer af banen, og det beskedne antal sporspærringer vurderes nær optimalt.

M11 var midlertidigt (ca. 4 timer) ind-snævret til 1 kørebane i forbindelse med hvert indløft.

UdførendeCG Jensen med assistance af Krangården HeavyLift til indløft.

BrotilsynCowi

UdførelsesperiodeNov. 2009 - Nov. 2010

Bro 78.00, UF af Vestbanen (Vest)Den eksisterende Bro 78.00 er en 4-fags be-tonbro, der er udført som en pladebro, der understøttes på søjler. Vestbanens fire (1 + 2 + 1) elektrificerede spor føres igennem broen med de 3 vestlige spor liggende højt, og med det østligste spor lavtliggende i for-hold til de resterende tre spor.

Vestbanen er som tidligere nævnt stærkt trafikeret, og særligt banetrafikken til Fyn/Jylland prioriteres højt. Den eksisterende bro er gengivet i figur 8.

Figur 8. Bro 78.00 - Eksisterende bro.

Figur 10. Bro 78.00 - OT-bjælke.

Figur 9. Bro 78.00 - Udvidelse med præfabrikerede søjler og søjleåg.

▲

▲

▲

16 TRAFIK & VEJE • 2011 FEBRUAR

Spor- og vejspærringerI forbindelse med indløft og sammenstøb-ning af søjler og søjleåg er anvendt blot 9 stk. natspærringer.Til indløft af de præfabrikerede OT-elemen-ter er anvendt blot 4 stk. 16-timers spor-spærringer, og i løbet af hvilke den tværgå-ende armering er blevet indlagt.

Netop placering af den tværgående ar-mering har været tidskrævende, da armerin-gen har skullet føres igennem op til 26 stk. OT-elementer med udsparingerne i præcis flugt, hvilket er lykkedes dels pga. omhyg-gelig præfabrikation, dels pga. omhyggelig indplacering.

M11 var midlertidigt indsnævret til 1 kørebane under indløft af OT-bjælker.

UdførendeE. Pihl & Søn A.S.Præfabrikation ved Tinglev Elementfabrik / Contiga Tinglev A/S.

BrotilsynCowi

UdførelsesperiodeApr. 2010 - Dec. 2012.

<

armering til sikring af en passende stivhed og samvirke i tværretningen.

Oplagte elementer på søjleåg ses på figur 11.

BeregningerBeregningerne for Bro 78.00 er ligeledes gennemført vha. det tidligere nævnte pro-gram IBDAS, hvormed der er modelleret 2 faser.

Fase 1 beskriver de oplagte OT-bjælker, og Fase 2 beskriver OT-bjælkerne med ud-støbt overbeton som en plade og under hen-syntagen til svind, krybning og relaksation.

Endevederlag inkl. overbygningens ned-spænding heri samt søjler og fundamenter er en integreret del af IBDAS-modellen.

Reducering af form- og stilladsarbejdeVed anvendelse af præfabrikerede elemen-ter er det således lykkedes at reducere stil-ladsarbejdet betragteligt, idet de oplagte OT-bjælker udgør formen ved udstøbning af dækket.

Ikke mindst i forhold til underbygnin-gen er det lykkedes at eliminere en stor mængde af formarbejde og in-situ støbnin-ger, hvilket, udover at ville have afstedkom-met en række sporspærringer, også ville have skullet udføres som natarbejde og under trange arbejdsforhold, idet samtidig spær-ring af alle spor ikke ville have været muligt.

SøjlefundamenterDe eksisterende søjlefundamenter er forlæn-get under anvendelse af interimsafstivnin-ger mellem sporene, hvilket er sket under sporspærringer. Herefter udstøbes mellem afstivningerne, der således anvendes som offerform. Interimsafstivningerne er skåret ned efterfølgende.

Anvendelse af søjleskoI de nye søjlefundamenter er med skabelon placeret gevindstænger, der matches af så-kaldte søjlesko i søjlerne.

Herved har søjlerne under en relativ beskeden forstyrrelse af banedriften kunnet løftes ind og monteres, hvorefter søjlerne har kunnet stå udkraget; der blev dog etab-leret interimsafstivninger indtil en stabilise-ring var mulig vha. af de oplagte OT-bjæl-ker, idet fundamenterne ikke er beregnet til at optage momenter men blot fordeler det lodrette tryk fra søjlerne ned i jorden.

SøjleågEt præfabrikeret søjleåg placeres på søjlerne, og søjleåget er forsynet med udsparinger, så-ledes at opragende stødjern fra søjlerne kan sammenstøbes med søjleåget. Herved opnås en monolitisk konstruktion i lighed med det eksisterende princip.

De præfabrikerede søjler med oplagte søjleåg ses på figur 9, hvor der også ses en etableret skærm.

EndevederlagI lighed med forlængelse af søjlerækkerne er alle endevederlag også blevet forlænget, men ved brug af jernbeton i modsætning til det eksisterende endevederlag, der består af massivt uarmeret beton.

OT-BjælkerFor at etablere broens udvidelse indløftes i alt 79 præfabrikerede OT-bjælker, der alle besidder en længde på ca. 21 m bortset fra en enkelt kortere på ca. 9,5 m; derfor det ulige antal.

Spændene mellem understøtningslin-jerne er ca. 9,5 m hhv. 11,5 m, hvorfor bjæl-kelængden bliver i alt ca. 21 m, idet hver bjælke spænder over to fag.

Dette skyldes, udover særlige statiske forhold, ønsket om at minimere antallet af indløft, der således halveres i forhold til anvendelse af simpelt understøttede bjælke-stykker.

Den korte bjælke skyldes en variabel kørebanebredde i brodækkets nordvestlige hjørne, hvor der oplægges et enkelt kort element.

Tværsnittet for OT-bjælkerne er gengi-vet på figur 10, hvor også ses de udsparin-ger, hvorigennem der føres tværfordelende Figur 11. Bro 78.00 - Oplagte OT-bjælker på præfabrikerede søjleåg.