BETONBRÜCKENBAU: Oben und unten
Etwa eine Meile nördlich des St. Louis Gateway Arch waren die Besatzungen damit beschäftigt, ein weiteres wichtiges Wahrzeichen für den Großraum St. Louis zu errichten.
Auf zwei Dritteln der Höhe des Bogens befindet sich die neue Schrägseilbrücke des Mississippi River zwischen St. Louis und St. Clair County, Ill., wird in keiner Weise das ikonische Wahrzeichen für die Region überschatten. Aber, auf seine eigene Weise, Die neue Brücke wird das Reisen in Missouri und Illinois sowie im Herzen Amerikas erheblich beeinflussen.
Massenproduktion
Ende 2009 wurde das Main Span-Projekt an ein Joint Venture von Massman Construction Co. vergeben., Traylor Brothers Inc. und Alberici Constructors für 229 Millionen Dollar. Dieses Projekt umfasste eine 2.771-Fuß-Brücke mit einer 1.500-Fuß-Hauptspannweite und zwei 400-Fuß-hohe Delta-förmige Türme. Die neue Brücke würde schätzungsweise 50.000 Kubikmeter Beton benötigen. Nach Fertigstellung wird die neue Brücke die drittlängste Schrägseilbrücke in den USA sein.
Fast zwei Jahre nach dem Bau der neuen Mississippi River Bridge erreichen die beiden Türme, die die Hauptspannweite der Schrägseilbrücke über den Mississippi tragen, nur 175 Fuß über Wasser.69 Die letzten zwei Jahre wurden damit verbracht, den Beton für die beiden 400-Fuß-Türme zu verlegen, die 1.500 Fuß voneinander entfernt am Ufer des Mississippi stehen. Wie ein Eisberg ist ein Großteil des Betons, der zur Unterstützung dieser massiven Türme benötigt wird, unter der turbulenten Wasseroberfläche verborgen, die von Flussreisenden selten oder gar nicht gesehen werden kann.
Jeder der beiden Türme besteht aus sechs 12-ft-diam. gebohrte Schächte, die durch etwa 70 Fuß Schlick und Schlamm in etwa 20 Fuß Kalkstein gehen. Ein 13 Fuß tiefer Dichtungskurs erreicht die Oberseite des gebohrten Schachts und dient als Dichtung für den massiven Kofferdamm. Die Turmfundamente, jeweils 20 ft tief, 55 ft breit und 88 ft lang, sind die größten der Massenbetonplatzierungen auf dem Projekt. Die Turmbasis, die sich etwa 70 Fuß über dem Fundament bis zur Basis des Brückendecks erhebt, sitzt auf dem massiven Fundament.
Diese beiden Haupttürme müssen nicht nur das Gewicht der Brücke und den erwarteten zwischenstaatlichen Verkehr tragen, sondern auch möglichen Erdbeben, Schiffskollisionen und den starken Winden entlang des Mississippi standhalten. Um die Türme robust genug zu machen, um all diese Anforderungen angemessen zu erfüllen, haben die Ingenieure eine enorme Menge an Bewehrungsstahl in die Fundamentkonstruktionen eingebaut. Jedes Turmfundament enthält mehr als 1,9 Millionen Pfund Bewehrungsstahl — das meiste davon 21?4 Zoll. Durchmesser.
Dieses dicht gepackte Netz aus Bewehrungsstahl wurde von vielen Arbeitern des Projekts als “Kanarienkäfig” bezeichnet, da der Stahl so eng platziert war, dass ein Kanarienvogel nicht zwischen die Stäbe passen konnte. Die Menge an Stahl hatte einen wesentlichen Einfluss auf die Betonmengen für das Fundament.
“Normalerweise wird das Volumen des Bewehrungsstahls in Fundamenten nicht in einen Betonguss einbezogen, da es unbedeutend ist. Bei diesen Fundamenten entsprach der Bewehrungsstahl 100 Kubikmeter Beton pro Volumen “, sagte Chris Kelly, leitender Bauinspektor des Missouri Department of Transportation (MoDOT) für die Hauptspannweite.
Auch der Transport und das Betonieren dieser beiden Fundamente waren mit Herausforderungen verbunden. Zuerst war die riesige Menge an Beton, die auf einmal gegossen werden musste. Jeder Fundamentguss, der größte des Projekts, umfasste mehr als 3.600 Kubikmeter Beton. Jedes Fundament musste ein kontinuierliches Gießen sein. Das erste Fundament gießen, für den Turm auf der Illinois Seite, dauerte 43 Stunden. Crews begannen früh an einem Dienstagmorgen und strömten durch Mittwoch und in den frühen Donnerstagmorgen. Da die Besatzungen beim ersten massiven Gießen erfuhren, dauerte das zweite Gießen für den Turm der Missouri-Seite fast 36 Stunden.
“Sobald das Gießen beginnt, sind Sie engagiert und es gibt kein Zurück mehr”, sagte Tom Tavernaro, Projektingenieur des Joint Ventures.
Als sich die Arbeiter auf diese massiven Strömungen vorbereiteten, war die Planung der Schlüssel zum Erfolg. Die Ingenieure hielten ein Prepour-Planungsmeeting mit allen wichtigen Mitarbeitern ab, um sicherzustellen, dass alle Beteiligten den Gießplan verstanden und wussten, wie sie mit potenziellen Eventualitäten umgehen sollten.
Der Beton für diesen massiven Guss wurde von einem Joint Venture lokaler Betonproduzenten geliefert. Die beiden Unternehmen haben viele Vorbereitungen für dieses nachhaltige Wachstum getroffen. Zuerst machten sie Versuchschargen, um sicherzustellen, dass der Beton die minimale Druckfestigkeit von 6.000 psi erreichen würde, aber dennoch leicht zu pumpen und reibungslos um den verstopften Bewehrungsstahl zu fließen. Der Beton wurde von zwei Werken geliefert – eine auf jeder Seite des Mississippi. Auf diese Weise, wenn der Zugang von einer Anlage durch den Verkehr blockiert wurde, konnte das Gießen reibungslos fortgesetzt werden. Eine dritte Anlage war im Falle eines Ausfalls in einem der beiden Hauptwerke in Bereitschaft.
Alle Routen für die Lastwagen mussten geplant werden, um Verkehr und Verzögerungen an Bahnübergängen zu vermeiden. Zusätzliche Schichtfahrer wurden hinzugezogen, und zusätzliche Lastwagen standen bereit, wenn nötig. Jedes Detail für das massive Gießen, einschließlich der Stelle, an der sich die LKWs drehten, wo Proben zum Testen entnommen wurden und wo die LKWs gereinigt wurden, wurde sorgfältig geplant, um Verzögerungen zu vermeiden.
Die Planung für Eventualitäten zahlte sich für die Illinois Tower Company aus. Lastwagen strömten stetig zum Projekt, wurden jedoch von einem Zug blockiert, der um 2 Uhr morgens die Fahrbahn überquerte und an einem kritischen Bahnübergang anhielt. Obwohl bereits eine gute Menge Beton vor Ort war, war es früh genug am Morgen, dass die Besatzungen die Eisenbahn kontaktieren mussten, um den Zug in Bewegung zu bringen. So wie es war, Die Reihe der gefüllten Betonwagen, die darauf warteten, zum Gießen zu gelangen, rückte etwa eine halbe Meile zurück, bevor der Zug von der Kreuzung weggefahren werden konnte.
Der Prozess für das massive Gießen wurde ebenfalls sorgfältig geplant. Zwei Betonpumpenwagen wurden am Flussufer positioniert, Ein Ersatzpumpenwagen stand im Falle einer Panne bereit. Die Besatzungen installierten temporäre Gehbrücken, um das glatte Leitungsrohr zu halten und den Beton zu den Türmen zu transportieren. Ein Platzierungsausleger am Turm half den Besatzungen, den Beton auf die Fundamente zu richten. Die Ingenieure bestimmten ein sehr spezifisches Verlegemuster, um sicherzustellen, dass der gesamte Beton ohne kalte Fugen verlegt werden konnte. Sie stellten fest, dass eine minimale Gießrate von 100 cu yd pro Stunde in ungefähr 2-ft-Schichten erforderlich war, um sicherzustellen, dass das gesamte Fundament ein durchgehender Betonblock war.
Um sicherzustellen, dass der Beton reibungslos um die massiven Mengen an Bewehrungsstahl floss, optimierten die Ingenieure die Mischung mit einer Vierkomponenten-Zuschlagstoffmischung mit einem hohen Einbruch. Sie fügten Polycarboxylat-High-Range-Wasserreduzierer hinzu, um den Einbruch von 10 in zu erhöhen. zu 11 in. ohne Aggregat Segregation.
“Du hast nur eine Chance, das Gießen richtig zu machen, und du brauchst einen Spielplan, mit dem alle Spieler an Bord sind”, sagte Tavernaro.
Wärmeschutz
Angesichts dieser enormen Betonmenge, die gleichzeitig eingebracht wurde, war ein weiteres wichtiges Anliegen die thermische Kontrolle des Betons. Die Ingenieure wollten vermeiden, dass die Außenseite des Betons schneller abkühlt als die Innenseite. Um dies zu verhindern, mussten sie eine Temperaturdifferenz von weniger als 40º einhalten.
Das Designteam verwendete einen dreizackigen Angriff, um thermische Risse zu verhindern. Der Plan, von der CTL-Gruppe von Skokie entwickelt, Krank., beinhaltete eine leistungsbasierte Temperaturdifferenzgrenze, die eine Kurve zulässiger Temperaturunterschiede zwischen dem Kern und den Außenflächen in Abhängigkeit von der Festigkeit des Betons festlegte.
Zunächst verwendeten die Ingenieure eine spezielle Betonmischung, die weniger Wärme erzeugte. Sie ersetzten 70% des Zements in der Mischung durch eine gemahlene granulierte Hochofenschlacke, eine Mischung, die üblicherweise nicht verwendet wird. Da die Schlackenmischung eine geringere Hydratationswärme als Zement aufweist, begrenzt sie die Spitzentemperatur des Betons. Die Verwendung der Schlacke brachte ihre eigenen Herausforderungen mit sich, da solche Mischungen tendenziell weniger stabil sind. Die Ingenieure mussten sicherstellen, dass die Mischungen konsistent waren — insbesondere unter Berücksichtigung der Lufteintrag- und Absackkonsistenz der Mischung. Eine konsistente Mischung ist erforderlich, um konsistente Festigkeiten, Verarbeitbarkeit und Fließfähigkeit zu gewährleisten. Die Inspektoren führten sowohl im Werk als auch vor Ort einen sehr strengen Plan zur Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung durch, um sicherzustellen, dass der Beton alle gewünschten Qualitätsstandards erfüllt.
Zweitens verwendete das Team Kühlrohre, um die Wärme im Kern der Ausgießer zu reduzieren. Crews platziert Kunststoffrohre alle 5 ft vertikal und horizontal durch die Masse gießen. Ein kontinuierlicher Fluss von fast 40º Mississippi River Wasser wurde kontinuierlich durch die Rohre gepumpt Wärme aus dem Inneren der Masse abzusaugen gießt. Sobald der Beton genug abgekühlt war, wurden die Rohre abgeschnitten, um gleichmäßig mit dem Fundament zu sein, und mit einer Mörtelmischung gefüllt.
Schließlich wickelten die Arbeiter große Thermodecken um die Formen und vorstehenden Teile am Ende jedes Gusses. Diese Wärmedecken verhinderten, dass die Außenseite des Betons zu schnell abkühlte. Mit in den Beton eingebetteten Sensoren können die Ingenieure die Festigkeitsgewinne und die aktuelle Temperatur des Betons überwachen. Dies stellte sicher, dass der Beton die Temperaturdifferenzgrenze während der Aushärtungszeit nicht überschritt. Diese drei Methoden waren erfolgreich bei der Beseitigung von Rissen in den Fundamenten der neuen Brücke.
Nachdem die Arbeiten unter Wasser abgeschlossen sind und die Herausforderungen, große Mengen Beton hinter sich zu bringen, bestehen, werden die Besatzungen, die an der Brücke arbeiten, in den nächsten Jahren große Fortschritte erzielen. Die Arbeiten an den Türmen werden noch etwa sechs Monate dauern, und dann werden die Arbeiter beginnen, die für das Deck benötigten Träger und Kabel anzuschließen. Die Arbeiten für das Projekt liegen weiterhin im Zeitplan und die Crews freuen sich auf Anfang 2014, wenn der erste Verkehr die neue Brücke überqueren wird — ein Projekt, das den Gateway Arch an der Skyline von St. Louis ergänzen wird. R&B
