Hoe vervang je een tunnelbak vol water met een doorgaande weg eronder?

Te diep voor damwanden, te krap voor diepwanden, bodeminjecties zijn te risicovol en retourbemaling kan leiden tot gevaarlijke zettingen. Dus wordt het oude Ringvaartaquaduct vol water gesloopt en de nieuwe onder water gebouwd. Voor deze complexe technische opgave zijn twee varianten bedacht.

De A4 tussen knooppunt Burgerveen en de N14 bij Den Haag wordt verbreed. Om dat mogelijk te maken, moet het oude Ringvaartaquaduct – dat gebruikt wordt voor het verkeer van noord naar zuid – worden vervangen. Na bestudering van verschillende varianten is gekozen voor een nieuw aquaduct op de plaats van het oude. Het aquaduct en gedeelten van de toeritten van de snelweg worden onder water gesloopt. 

Ter hoogte van Oude Wetering liggen drie aquaducten naast elkaar. Het Ringvaartaquaduct is het middelste. (Foto: Rijkswaterstaat)

“In 2019 is besloten om de snelweg te verbreden naar twee keer vier rijstroken’, vertelt Dirk-Jan Kiljan van Rijkswaterstaat. “We zijn toen gaan onderzoeken hoe we dat het beste konden doen. Als eerste hebben we bekeken of we met de bestaande aquaducten het gewenste aantal rijstroken kunnen realiseren. In het oostelijke aquaduct is ruimte genoeg, maar al snel bleek dat het oude niet geschikt is voor een veilige afwikkeling van verkeer over vier rijstroken. Het is te smal en heeft geen vluchtstroken. Verder zijn de hellingen van de toeritten te steil en is de middenwand een blijvend obstakel. Los daarvan heeft dit aquaduct maar een doorrijhoogte van 4,25 meter, wat te laag is en nu al regelmatig leidt tot problemen met hoge vrachtwagens. Nadat duidelijk was dat nieuwbouw noodzakelijk is, hebben we twee oplossingen bekeken: een nieuw te bouwen aquaduct aan de oostzijde en een nieuw aquaduct op de plek van het oude Ringvaartaquaduct.”

“Tijdens de sloop en de bouw sluiten we de weg onder het Ringvaartaquaduct af”

“De bouw van een nieuw aquaduct aan de oostzijde is uitvoeringstechnisch het eenvoudigst. Een groot nadeel van deze optie is echter dat het veel extra ruimte vraagt, omdat we dan een deel van A4 over een lengte van ongeveer tweeënhalve kilometer moeten verleggen voor een goed alignement van de weg. Andere nadelen zijn dat diverse bedrijven aan de oostzijde van de A4 moeten verdwijnen én we het oude aquaduct dan alsnog moeten slopen. Daarom hebben we toch gekozen voor een nieuw aquaduct op de plek van het oude. Dat vereist geen extra ruimte, maar zorgt juist voor een verdichting van de infrastructuurbundel. Tijdens de sloop en de bouw sluiten we de weg onder het Ringvaartaquaduct af en creëren we in het oostelijke aquaduct tijdelijk zes versmalde rijstroken en voeren we een snelheidsbeperking in. Dat maakt het mogelijk om het verkeer in beide richtingen te laten doorrijden.”

Kiljan vervolgt: “De bouw van een nieuw aquaduct op de plek van het oude is een complexe opgave. Daarom zijn we al in vroeg stadium de techniek ingedoken. Uiteindelijk maken we natuurlijk graag gebruik van de kennis en creativiteit van de markt om de beste oplossing te vinden, maar gezien de complexiteit willen we als opdrachtgever de technische mogelijkheden al zo goed mogelijk in beeld hebben. Aan ons adviesconsortium Flow4 hebben we dan ook gevraagd om onderzoek te doen naar haalbare en maakbare opties. Natuurlijk hopen we dat marktpartijen in de tenderfase vervolgens nog met optimalisaties komen.”

Nat of droog

“De sloop en bouw zouden we het liefst in één of meer droge bouwkuipen doen,” zegt Rob van der Vlies, ontwerpleider kunstwerken van Flow4, “maar dat lijkt hier geen optie te zijn. Zo zit er pas op 45 meter diepte een natuurlijke waterremmende laag. Dat is te diep om damwanden te kunnen toepassen. Diepwanden aanbrengen zou eventueel kunnen, maar dat heeft allerlei bezwaren zoals hoge kosten en een ingewikkelde uitvoering ter plaatse van de Ringvaart. Een andere mogelijkheid is het creëren van een kunstmatige waterremmende laag met bijvoorbeeld waterglasinjecties, maar dan moet je door de bodem van de bestaande toeritten en het gesloten deel duizenden gaten boren. Dat gaat ook met forse risico’s gepaard. Weer een andere optie is het creëren van een droge bouwkuip met retourbemaling. Dit leidt echter zeer waarschijnlijk tot zettingen van de waterkeringen en opstuwing van het grondwater bij de retourpunten, waardoor het risico op vervormingen van het HSL-aquaduct en het oostelijke aquaduct groot is.”

Van der Vlies vervolgt: “Gezien alle nadelen en risico’s van het creëren van een droge kuip voor de sloop, hebben we  besloten om uit te gaan van slopen ‘in den natte’. Alleen bij een paar van de hoogst gelegen moten van de toeritten is droog slopen nog wel een optie. We hebben ook gekeken of de Ringvaart in zijn geheel kan worden afgesloten voor het vaarverkeer tijdens de bouw van het gesloten deel. Dit zou de bouw simpeler maken, onder andere omdat we dan eenvoudig van alle kanten erbij zouden kunnen. Het hoogheemraadschap en de vaarwegbeheerder hebben echter aangegeven dat langdurige afsluiting geen optie is.”

Twee varianten

“Als volgende stap zijn we gaan kijken hoe we onder water kunnen slopen en hoe we vervolgens het nieuwe aquaduct kunnen bouwen zonder een volledige afsluiting van de Ringvaart. We hebben daarvoor twee varianten uitgewerkt,” vertelt Van der Vlies. “Bij de eerste wordt het gesloten deel van het nieuwe aquaduct in twee delen gebouwd en bij de tweede variant wordt het gesloten deel in één van de bouwkuipen van de toeritten voorgebouwd en vervolgens drijvend naar zijn plek gevaren en afgezonken.”

Van der Vlies: “De fasering van de varianten hebben we uitgewerkt in een soort stripverhalen. De eerste werkzaamheden zijn bij beide varianten hetzelfde. Als start worden rondom de toeritten damwanden ingebracht die aansluiten op de beschoeiing van het kanaal. Daarna worden er in beide toeritten dubbele, waterdichte kopschotten en aan de onderzijde groutkolommen aangebracht om onderloopsheid tegen te gaan. Langs het gesloten deel van het aquaduct worden damwanden geplaatst. De bovenkant van deze damwandschermen komt op het niveau van de bodem van de ringvaart, zodat de scheepvaart gebruik kan blijven maken van de waterweg. Vervolgens wordt het aquaduct tussen de kopschotten onder water gezet en worden de kades en de grond daarachter verwijderd en wordt het gesloten deel en een deel van de toeritten onder water gesloopt. Hierna zijn de werkzaamheden bij de twee varianten verschillend.”

Onderwaterbeton

Als het gesloten deel van het aquaduct is verwijderd, worden bij de eerste variant tot halverwege de waterweg dwarsschermen en langsschermen ingebracht. Hierdoor versmalt de Ringvaart weliswaar, maar blijft er voldoende ruimte voor de scheepvaart en het waterbeheer. In het zuidelijke deel van de toerit komt eveneens een damwand, waarna de kopschotten in dit deel worden verwijderd. De bouwkuip die op deze manier is ontstaan, wordt vervolgens verder onder water gezet waarna nog een deel van de toerit wordt gesloopt. Daarna start de bouw van de eerste helft van het nieuwe aquaduct. De grond wordt weggegraven tot het gewenste niveau, de bestaande palen worden gesneld en de nieuwe funderingselementen worden aangebracht. De volgende stap is het storten van een vloer van onderwaterbeton. Na het uitharden van de beton wordt de kuip drooggepompt en wordt de betonconstructie gebouwd. Als de zuidelijke helft gereed is, wordt op eenzelfde manier het noordelijke deel gebouwd.

Voor variant twee worden diverse dwarsschermen geplaatst, onder ander aan beide zijden van de Ringvaart, maar ook tegen de kopschotten in zowel het zuidelijke als noordelijke deel van de toerit. Hierdoor ontstaan er drie bouwkuipen: twee voor de landhoofden van het aquaduct en ten noorden hiervan een grote bouwkuip waarin de tunnelmoot voor het gesloten deel kan worden gebouwd. In alle drie de bouwkuipen wordt de grond ontgraven tot het gewenste niveau. Daarna worden de bestaande palen gesneld of getrokken, nieuwe funderingselementen aangebracht en vloeren van onderwaterbeton gemaakt. Na het leegpompen van de grote bouwkuip volgt hier het bouwen van het invaarelement. Ondertussen worden in de andere bouwkuipen de landhoofden en de waterkelder gerealiseerd. Als al deze werkzaamheden gereed zijn, wordt de grote kuip weer gevuld met water en worden de damwanden langs de Ringvaart afgebrand. Daarna wordt het element op zijn plaats gevaren tot boven de landhoofden en afgezonken. Tot slot volgt de afbouw van de overige tunnelmoten en de resterende delen van de toeritten.

Maakbaarheid

Volgens Kiljan is er nog geen keuze voor een van de varianten gemaakt: “Beide varianten hebben voor- en nadelen. Bij het bouwen in twee delen is de Ringvaart bijvoorbeeld gedurende een lange periode versmald. En bij de invaarvariant is een bredere bouwkuip nodig om de tunnelmoot voor te bouwen. Volgens de expertteams die we hebben geraadpleegd, zijn ze in ieder geval allebei haalbaar. Afgezien van het sloopwerk onder water, zijn beide varianten ook bewezen technieken. Zo is het in twee delen bouwen van het gesloten deel onder andere toegepast bij de bouw van het oostelijke aquaduct. Ook het invaren en afzinken is bij aquaducten eerder toegepast, bijvoorbeeld bij het aquaduct in rijksweg 31 bij Leeuwarden.”

‘Beide varianten hebben voor- en nadelen. Volgens experts zijn ze in ieder geval allebei haalbaar’

“Volgens de planning moet het ontwerptracébesluit halverwege 2023 gereed zijn. De periode tot dat moment willen we gebruiken om de maakbaarheid van beide varianten zo goed mogelijk in beeld brengen. Hiervoor hebben we al diverse risicoanalyses uitgevoerd”, vertelt Van der Vlies. “We hebben bijvoorbeeld Plaxis-berekeningen gemaakt om te bepalen welke vervormingen er bij de andere twee aquaducten kunnen optreden, wetende dat vooral de eisen voor het HSL-aquaduct enorm streng zijn. Ook gaan we binnenkort metingen uitvoeren om de natuurlijke bewegingen van de kunstwerken vast te stellen. Daarnaast kijken we naar de bouwlogistiek en mogelijkheden om hinder en overlast zoveel mogelijk te beperken. Met sloopbedrijven hebben we inmiddels overlegd over sloopmethoden en het benodigde materieel.”