RUIM 1400 NIEUWE TREKANKERS IN VLOER EN WAND Op 13 december 2022 constateerde een weginspecteur van Rijkswaterstaat schade aan het wegdek in de noordelijke toerit van de Prinses Margriettunnel in de A7. Een van de tunnelmoten was omhoog gekomen, zo bleek. De schade was zo ernstig, dat de snelweg tussen Sneek en Joure in beide richtingen moest worden afgesloten. Wat was de oorzaak, welke maatregelen zijn genomen en welke rol speelden ondersteuningsconstructies daarbij? Stubeco mocht een kijkje nemen. Herstel fundering Prinses Margriettunnel D e Prinses Margriettunnel ? vanwege de lengte feitelijk een aquaduct ? ligt in de snelweg A7 onder het Prinses Margriet- kanaal bij Uitwellingerga in Friesland (nabij Sneek). De tunnel is gebouwd in de periode 1976-1978. De tunnel bestaat uit 48 moten van zien (Vibro Ø450 mm), met centrale stalen Dywidag voorspanstaven (Ø32 mm en Ø36 m). Direct nadat de schade werd ontdekt, ging Rijkswaterstaat aan de slag met enkele nood- maatregelen, met als doel de weg zo snel mogelijk weer open te stellen. Gelijktijdig PROJECTGEGEVENS Project: Herstel Prinses Margriettunnel, Uitwellingerga (A7) Opdrachtgever: Rijkswaterstaat Opdrachtnemer: Van Hattum en Blankevoort Funderingswerkzaamheden: Volker Staal en Funderingen Schadeonderzoek: Deltares, TNO, CCube en Microbial Analysis Leverancier steigers en platform: PERI Montage steigersysteem: Stalen Steigers Van Dorland Aanbrengen boorgaten wandankers: Dikkerboom 18 m lang en 31 m breed. Inclusief toeritten is hij 938 m lang, het gesloten deel 77 m. Het diepste punt is NAP -12,2 m, ruim 11 m onder het grondwaterpeil. De tunnel is gedeeltelijk gefundeerd op trekpalen, gedeeltelijk op staal. Er zijn destijds in totaal 1360 trekpalen voor- 1 Aanbrengen wandankers (foto: Rijkswaterstaat) 20 VAKBLAD 1 2025 Auteur Jacques Linssen, Betoniek / Aeneas Media 20-Prinses Magriettunnel.indd 20 20-Prinses Magriettunnel.indd 20 20-02-2025 08:1820-02-2025 08:18 werd een onderzoek gestart naar de oorzaak van het incident. Ook werd begonnen met het ontwerp en de uitvoering van de herstelwerk- zaamheden. NOODMAATREGELEN De betreffende tunnelmoot (moot 26) was 60 à 70 mm omhoog gekomen. Om ervoor te zorgen dat de vervorming niet nog verder zou toe­ nemen, werden eerst 1750 bigbags met zand geplaatst over de volle breedte van beide rijbanen van de tunnelmoot en daarna nog eens 750 stuks. Om de kans te verkleinen dat één of meerdere andere moten ook omhoog zou(den) komen, zijn op het middengedeelte van de andere tunnelmoten nog eens 7500 bigbags geplaatst (foto 2). Hierdoor kwam de moot eind januari weer nagenoeg volledig terug op het oorspronkelijke niveau. Om de tunnel weer te kunnen openstellen is een deel van de ballast vervangen. Daarbij moest het neerwaartse gewicht gehandhaafd blijven. Om dat te bewerkstelligen zijn bigbags bij de betreffende moot vervangen door stalen rijplaten, waardoor ruimte ontstond voor de rijstroken. Aan de zijkanten zijn betonblokken geplaatst (foto 3). Ruim een maand nadat met de noodmaatregelen was begonnen, konden twee rijstroken worden geopend, één in elke richting. ONDERZOEK FAALMECHANISME Het is niet voor het eerst dat zich een schade- geval voordeed waarbij een tunnelmoot opdreef. In 2010 gebeurde iets vergelijkbaars bij de Vlaketunnel in de A58 in Zeeland, die in dezelfde periode was gebouwd naar een vergelijkbaar ontwerp. Daar bleek dat het bezwijken van meerdere trekankers de oor- zaak was. Om geen enkele mogelijke oorzaak uit te sluiten, is bij de Prinses Margriettunnel gebruikgemaakt van forensic engineering. Het onderzoek is stapsgewijs uitgevoerd door steeds op een dieper niveau naar het schade- beeld te kijken. Op basis van archiefonderzoek rees al snel het vermoeden dat het bezwijken is ontstaan door een afname van de sterkte van de paalfunde- ring (trekpalen) en niet door een overbelasting vanuit hoogwater; er waren geen aanwijzingen dat er nabij de tunnel sprake was van een substantiële verhoging van de waterdruk tegen de tunnelvloer. Om te onderzoeken of de trekpalen geotech- nisch of constructief zijn bezweken, zijn de voorspanstaven van de palen onderzocht. Hiertoe is bij een aantal trekpalen de vloer opengehakt (foto 4), zodat de voorspanstaaf kon worden bereikt. Vervolgens is op de kop van de voorspanstaven een koppelmof geschroefd en is met een kraan aan de voor- spanstaven getrokken (foto 5). Daarbij bleek dat een aantal voorspanstaven was gebroken, op verschillende niveaus. Bij een aantal niet- bezweken trekpalen is de voorspankracht in de staven gemeten. Alle gebroken voorspanstaven zijn visueel beoordeeld. Ook de breukvlakken van de palen zijn onderzocht. Eerst visueel, vervolgens ook in het laboratorium van TNO (foto 6). Het waargenomen breukbeeld kan in principe zijn veroorzaakt door de volgende mechanismen: ? vermoeiing als gevolg van een wisselende belasting; ? galvanische corrosie; ? microbiële corrosie/aantasting (MIC); ? waterstofverbrossing; ? spanningscorrosie. Uit het onderzoek bleek dat er geen sprake was van de eerste drie oorzaken. De laatste twee mechanismen hebben veel vergelijkbare kenmerken en zijn moeilijk van elkaar te onderscheiden. Naar het oordeel van TNO is loog-spanningscorrosie de meest waarschijn- lijke oorzaak. Dit is spanningscorrosie die is geïnitieerd doordat de voorspanstaaf in contact is geweest met loog (cement- en/of poriewater). Dat dit schademechanisme kon ontstaan was een combinatie van onvolko- menheden in het staal, een staalsoort die PROJECTBEZOEK STUBECO Dit artikel is tot stand gekomen in samen­ werking met Stubeco. De studievereniging, partner van  Betoniek, bracht op 19 juni 2024 een bezoek aan de Prinses Margriettunnel om de herstelwerkzaamheden van dichtbij te aanschouwen. Dit artikel is mede gebaseerd op de informatie die tijdens dat bezoek werd gedeeld. 2 Bigbags zorgen ervoor dat de tunnelmoot weer in positie komt (foto: Rijkswaterstaat) 3 Ter plaatse van de bewuste tunnelmoot zijn bigbags vervangen door stalen rijplaten (foto: Rijkswaterstaat) 21 VAKBLAD 1 2025 20-Prinses Magriettunnel.indd 21 20-Prinses Magriettunnel.indd 21 20-02-2025 08:1820-02-2025 08:18 gevoelig is voor brosse breuk (hoger koolstof- gehalte) en een permanente, relatief hoge trekspanning in het staal. Sinds de jaren negentig komt door aanvullende regelgeving deze combinatie niet meer voor in werken van Rijkswaterstaat. HERSTELWERKZAAMHEDEN Parrallel aan het treffen van noodmaatregelen, is begonnen met het ontwerp voor de herstel- werkzaamheden. Uitgangspunt hierbij was dat de fundering van beide toeritten moest worden vervangen of versterkt en dat de tunnelwanden steviger moesten worden verankerd. Alleen bij de ondiepere moten is de drukcapaciteit van de bestaande palen deels meegenomen. Uitdaging in het ontwerp was het verzamelen van informatie. Niet alle tekeningen en bereke- ningen waren beschikbaar, onder meer niet van de waterkelder en de diepere moten. Daarom is op sommige plaatsen de dikte ingemeten en zijn scans uitgevoerd om de hoeveelheid wapening vast te stellen. Verder moest worden bepaald wat de gewenste restlevensduur moest zijn en wat er werd gedaan als onderdelen wel aan de destijds geldende, maar niet aan de nieuwe rekenregels voldeden. Om zo min mogelijk tijd te verliezen is al met de voorbereiding en uitvoering van de herstelwerk- zaamheden begonnen nog voordat het ontwerp was afgerond. Eenvoudig was dit niet omdat niet alle informatie tijdig beschikbaar was. Zo moest materiaal worden ingekocht op het moment dat nog niet duidelijk was wat er nodig was. Voordeel was evenwel dat tijdig kon worden bijgestuurd op basis van nieuwe inzichten. In totaal worden onder de tunnel 1176 nieuwe trekpalen geplaatst, met een lengte van 18 tot 30 m (maximale maat die in fabriek is te maken). De diameter van de trekstaven bedraagt 63,5 mm, wat leidt tot een drie tot vier keer groter oppervlak dan voorheen (32 en 36 mm). Bovendien is een staalsoort toegepast met een lager koolstofgehalte. Hierdoor is de treksterkte per mm 2 weliswaar lager, maar het materiaal veel taaier. Om de horizontale krachten op te kunnen nemen, komen in de wanden 236 wandankers (3-8 strengen). In de ondiepe moten worden, in plaats van wandankers, aan de buitenzijde van de wanden horizontale gordingen aangebracht (UNP 400, in totaal 4 stuks), waarmee de hori- zontale krachten over meerdere moten worden gespreid. De reden is dat wandankers zich hier door de beperkte hoogte van de moten in het profiel van vrije ruimte (PVR) bevinden. SLUISJESMETHODE Er is niet voor een bemaling gekozen vanwege een te groot risico op verzakkingen in de omge- ving, ondanks de extra tijd die hierdoor nodig was. Het gevolg was dat de trekpalen tegen 11 m waterdruk in moesten worden aange- bracht. Er is een speciale methode toegepast waarbij geen water omhoog kan komen tijdens het aanbrengen van de palen en het boren van de 210 mm grote gaten. Dit is de zogenoemde sluisjesmethode. Op het te boren gat is een sluisconstructie aangebracht: een afsluiter die voorkomt dat er water door de kern in de vloer of de boorstang naar boven komt. Vervolgens is de kern in de vloer geboord, de boorstang aan- gebracht (bestaande uit binnen en buitenbuis), het grout ingepompt, het staafanker aange- bracht, het staafanker afgeperst, de boorstang teruggetrokken en de afsluiter dichtgezet. Na verharding van het grout en controle op waterdichtheid kon de sluisconstructie worden verwijderd. Daarna konden ankerplaat en moer worden aangebracht en kon het anker op spanning worden gebracht. Tot slot kon de wapening worden hersteld en de vloer worden aangestort. Voor het boren van de ankerpalen wordt een relatief grote stelling gebruikt om de palen van 30 m in één keer aan te kunnen brengen (foto 7). Normaal worden ankers van deze lengte gekop- peld en is een kleinere stelling mogelijk. Koppe- len was in dit geval echter niet mogelijk om de sluisconstructie continu waterdicht te houden. Een uitdaging vormde de ankers ter plaatse van de waterkelders. Hier is de sluisconstructie aan- gebracht in een afgesloten ruimte (de kelder). Omdat het dek van de waterkelder is geperfo- reerd, is deze onvoldoende draagkrachtig om de boorstelling te kunnen dragen. Daarom is hier een overkluizing gemaakt (foto 8). FASES De herstelwerkzaamheden worden uitgevoerd in drie fases. In alle fases blijft per rijrichting één strook open voor verkeer. Begonnen is met het middengedeelte, met aan beide zijden één 4 Bij een aantal trekpalen is de vloer opengehakt (foto: Rijkswaterstaat) 5 Met een kraan is aan de voorspanstaven getrokken (foto: Rijkswaterstaat) 6 Breukvlak voorspanstaven (foto: Rijkswaterstaat) Naar het oordeel van TNO is loog-spanningscorrosie van de voorspanankers de meest waarschijnlijke oorzaak 22 VAKBLAD 1 2025 20-Prinses Magriettunnel.indd 22 20-Prinses Magriettunnel.indd 22 20-02-2025 08:1820-02-2025 08:18 rijstrook. In deze fase zijn 561 ankerpalen aangebracht. Na deze fase werd het verkeer omgeleid naar één kant van de tunnel en is fase 2 gerealiseerd: het aanbrengen van de wand- ankers aan die zijde en vervolgens de trek­ ankers. In fase 3 is inmiddels gestart met de wand- en de trekankers aan de andere zijde, nadat het verkeer is omgeleid op de andere weghelft. Tijdens de werkzaamheden worden de vervormingen van de tunnelmoten continu gemonitord. WANDANKERS EN STEIGERS Zoals gezegd worden in de wanden wand­ ankers aangebracht, om de 1 à 1,5 m, op 1,5 m vanaf de bovenzijde van de wand schuin de grond in. Voor het aanbrengen van de ankers wordt een ankerstelling gebruikt, niet vanaf de 7 Relatief grote stelling om ankers in één keer aan te kunnen brengen (foto: Rijkswaterstaat) tunnelvloer maar vanaf een hoger gelegen positie, op een steigerconstructie. REFERENTIEONTWERP Vanuit Van Hattum en Blankevoort was een referentieontwerp voor de steigerconstructie gemaakt met aan elke zijde van de tunnel een voorbouwsteiger en een ondersteunings­ steiger, alle in hoogte variërend. De ondersteu- ningssteiger bestond uit zes delen van circa 6 m breed en 7,2 m lang. Deze zou als een treintje worden op- en afgebouwd. Op de ondersteu- ningssteiger (en deels op de voorbouwsteiger) bevond zich het werkplatform waarop de boor- stelling werd geplaatst. Dit platform was door Van Hattum en Blankevoort uitgewerkt met een staalconstructie en dragline schotten. Bij deze oplossing moest de boorstelling na het boren steeds 1 à 1,5 m worden verplaatst naar de positie van het volgende boorgat. Om dit mogelijk te maken moest de boorstelling voor de verplaatsing telkens eerst een kwart- slag worden gedraaid, en daarna weer terug- gedraaid voor het boren. Zodra alle wand­ ankers binnen het platform waren geplaatst, werd de boorstelling met een kraan van het 8 Aanbrengen trekankers boven de waterkelder (foto: Jacques Linssen) 23 VAKBLAD 1 2025 20-Prinses Magriettunnel.indd 23 20-Prinses Magriettunnel.indd 23 20-02-2025 08:1820-02-2025 08:18 platform gehesen. Het platform en de onder- steuningssteiger werden op een nieuwe posi- tie opgebouwd. De boorstelling kon vervol- gens weer op het platform worden gehesen waarna het proces weer van voren af aan startte. ALTERNATIEVE OPLOSSING Uiteindelijk is gekozen voor een alternatieve oplossing, door PERI bedacht om zich te kunnen onderscheiden van andere aanbieders. Die oplossing bestaat uit een verschuifbaar platform (foto 9) in plaats van een statisch platform. Dit platform is gebaseerd op het VARIOKIT-systeem met daarop dragline schot- ten. Het is 12 m lang en is opgebouwd uit drie delen van 4 m, die zijn voorgebouwd bij PERI. Bij deze oplossing hoeft de boorstelling niet te worden verplaatst, maar wordt deze op de juiste positie geplaatst door het verschuiven van het platform over een ondersteunings­ constructie met variabele hoogte. Dit scheelt niet alleen verplaatsingen en draaibewegingen van de boorstelling maar ook op- en afbouw van het platform en materieel voor de onder- steuning. Het verplaatsen van het platform gebeurt met een hydraulisch systeem (foto 10). Aan één zijde van het platform bevinden zich vier cilin- ders die het platform naar voren duwen. 9 Ankerstelling staat op een verschuifbaar platform (foto: Rijkswaterstaat) 10 Verplaatsen van het platform gebeurt met een hydraulisch systeem (foto: PERI) 11 Op de gordingen bevinden zich teflonplaten (foto: PERI) Om tegen de waterdruk in te kunnen boren is gebruikgemaakt van de sluisjesmethode De cilinders zetten zich af op schoenen die in de gordingen zijn vastgeklemd. Bij een nieuwe slag wordt de cilinder ingetrokken en worden de schoenen verplaatst. Op de gordingen bevinden zich teflonplaten om het glijden van het platform te vereenvoudigen (foto 11). Aanvankelijk was het idee aan beide zijden van het platform cilinders aan te brengen om correcties mogelijk te maken, mocht het plat- form te ver worden doorgeduwd. Uiteindelijk zijn deze geschrapt met het idee dat mogelijke correcties ook door de kraan kunnen worden verricht. ONDERSTEUNING Het platform heeft een werkruimte van circa 10 x 10 m 2 (binnenmaat) en wordt ondersteund door een ondersteuningssteiger, gebaseerd op het standaardsysteem PERI-up. Dit systeem is te koppelen met het systeem van het platform. De hoogte van de ondergrond waarop de steiger staat varieert in diverse richtingen in hoogte. Dit vraagt dus een nauwkeurige mon- tage, aan zowel boven- als onderzijde van de steiger, om te zorgen dat de bovenzijde volle- dig vlak is. Dit is nodig om het platform goed te kunnen laten schuiven. De ondersteuningssteiger is opgebouwd over een lengte van circa 12 m (buitenmaat) en wordt, als het schuifplatform het einde bereikt, 24 VAKBLAD 1 2025 20-Prinses Magriettunnel.indd 24 20-Prinses Magriettunnel.indd 24 20-02-2025 08:1820-02-2025 08:18 ANIMATIE Rijkswaterstaat maakte een animatie van de werkzaamheden en een timelapse van het aanbrengen van de wandankers. Bekijk de animatie (YouTube) Bekijk de timelapse (YouTube) 12 Mock-up platform en ondersteuningssteiger (foto: PERI) 13 Voorbouwsteiger met in de verte het werkplatform (foto: Jacques Linssen) aan de achterkant afgebroken en aan de voor- kant opnieuw opgebouwd. De boorstelling zorgt ook voor horizontale krachten op het platform, haaks op de wand. Met name bij het terugtrekken van de boor kun- nen deze krachten flink oplopen. Om deze op te kunnen nemen, is het platform zelf verankerd aan de wand. De steiger zorgt in feite alleen voor afdracht van verticale krachten. De krachten tussen het platform en de gordingen als gevolg van het voortbewegen van de boorstelling maken evenwicht met elkaar en hoeven dus niet te worden afgedragen door de ondersteuning. Om de combinatie van de ondersteuningssteiger en het platform te testen en om de opdracht­ gever te overtuigen, is vooraf een mock-up gemaakt (foto 12). Deze oplossing leidt tot zowel tijdswinst als besparing van materieel. VOORBOUWSTEIGER Voor de voorbereiding en afwerking van de ankerboorgaten is een voorbouwsteiger beno- digd (foto 1 en 13). Vanwege het hoge tempo van het boren is deze over nagenoeg de volledige lengte van de tunnel opgebouwd. Deze steiger is 2,5 m breed en heeft een optopping van 0,75 m breed. De boorapparatuur zelf staat op de wand. EIND 2025 Op dit moment bevindt het project zich in fase 3. Men is volop bezig met het plaatsen van de wandankers. De verwachting is dat alle werk- zaamheden eind 2025 zullen zijn afgerond. DANKWOORD Dit artikel is tot stand gekomen met dank aan Bauke Jakma van Volker Staal en Funderingen en Ruud Tetteroo van PERI. 25 VAKBLAD 1 2025 20-Prinses Magriettunnel.indd 25 20-Prinses Magriettunnel.indd 25 20-02-2025 08:1820-02-2025 08:18