Bau der längsten schwimmenden Brücke der Welt

Die neue Evergreen Point Floating Bridge, die die State Route 520 (SR 520) führt, ist die längste schwimmende Brücke der Welt und erstreckt sich über 7.708,5 Fuß über den Lake Washington in Seattle, Washington. Die im April 2016 für den Verkehr eröffnete Brücke ersetzt die bisherige Schwimmbrücke SR 520, die 1963 fertiggestellt wurde und das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht hatte. Die neue Brücke wurde an Ort und Stelle neben und nördlich der alten Brücke gebaut. Der Bau der Brücke erforderte einen hochkoordinierten Prozess, um sicherzustellen, dass die Pontonfreibord- und Betonspannungen in den Pontons während der gesamten Bauzeit in akzeptablen Grenzen gehalten wurden.

Abbildung 1

Luftaufnahme des im Bau befindlichen Hochhauses State Route (SR) 520 Evergreen Point Floating Bridge.

Schwimmende Brücken des Staates Washington

Schwimmende Brücken sind seit 1940, als die erste schwimmende Brücke über den Washingtoner See gebaut wurde, ein wichtiger Bestandteil der Infrastruktur des Staates Washington. Washington beherbergt derzeit vier der fünf längsten schwimmenden Brücken der Welt; die William A. Bugge Bridge, die den Hood Canal überquert (6.521 Fuß), und drei Brücken, die den Lake Washington überqueren: die Lacey V. Murrow I-90 Bridge (6.620 Fuß), die Homer M. Hadley I-90 Bridge (5.811 Fuß) und die neue SR 520 Floating Bridge (7.708,5 Fuß). Die viertlängste schwimmende Brücke ist die Demerara Harbour Bridge (6.074 Fuß) in Georgetown, Guyana.

Die ursprüngliche schwimmende Brücke über den Lake Washington war die Idee von Homer M. Hadley, ein Ingenieur aus Seattle aus dem frühen 20.Jahrhundert und Namensgeber einer der beiden I-90-Brücken. Wegen der Tiefe des Lake Washington, über 200 Fuß an einigen Stellen, und sehr weichen Böden, die aus dicken Vulkanascheablagerungen bestehen, haben sich traditionelle Brücken als zu teuer erwiesen.

Brückenkonfiguration

Die neue Schwimmbrücke SR520 ist insofern einzigartig, als die gesamte Fahrbahn über die gesamte Länge der Brücke über die Pontons angehoben ist. Andere schwimmende Brücken am Lake Washington nutzen das Oberdeck des Pontons als Fahrfläche für einen Großteil der Länge. Der Vorteil der erhöhten Fahrbahn ist zweifach. Erstens hält es Fahrzeuge über dem Wellenspray und dem Spritzen des Sees, die bei großen Sturmereignissen auftreten. Zweitens bietet es einen Wartungskorridor unterhalb der Hochstraße, der dem Wartungspersonal den Zugang zu den Pontons ermöglicht.

Die Brücke verfügt derzeit über sechs Fahrspuren und einen 14 Fuß breiten Fahrrad- und Fußgängerweg auf der Nordseite. Es wurde auch für zukünftige Verbreiterungen vorgefertigt, die die Hinzufügung von zwei Stadtbahnlinien in der Mitte ermöglichen würden.

Abbildung 2

Ansicht der schwimmenden Brücke.

Eine in zwei Richtungen vorgespannte, segmentale, gerippte Betonfertigteilplatte, die als „Low-Rise“ bezeichnet wird, bildet das Zentrum 5.580 Fuß der erhöhten Struktur. Am östlichen und westlichen Ende der schwimmenden Brücke geht die erhöhte Struktur nach oben über, um akzeptable Navigationsfreigaben an den Anflugstrukturen zu gewährleisten. Dieser Teil der erhöhten Struktur wird als „Hochhaus“ bezeichnet und besteht aus vorgespannten Fertigteilträgern mit einem an Ort und Stelle gegossenen Deck, das an ort und Stelle gegossenen Querträgern und Säulen abgestützt ist. Die schwimmende Brücke wird von 190 Fuß langen Stahl-I-Träger-Übergangsspannen flankiert, die die schwimmende Struktur mit den festen Landstrukturen verbinden. Die Übergangsspannen und ihre Verbindungen sind so ausgelegt, dass sie alle sechs Grad Differenzbewegung aufnehmen können, die zwischen der schwimmenden Brücke und den festen Ansätzen auftreten können.

Pontons und Ballast

Das Rückgrat und der schwimmende Teil der Brücke sind die Pontons selbst, Porenbetonkastenkonstruktionen. Sie wurden außerhalb des Sees in Tacoma, WA und Aberdeen, WA gebaut und zur Montage zum Lake Washington geschleppt. Insgesamt 77 Betonpontons werden zusammengefügt, um die schwimmende Brücke zu vervollständigen. Es gibt drei Arten von Pontons: zwei Querpontons, die an den Enden der Brücke für zusätzliche Stabilität und Auftrieb hinzugefügt werden; 21 Längspontons, die den Rücken der Brücke bilden; und 44 zusätzliche Stabilitätspontons (SSPs), die an den Längspontons vorgespannt sind, um zusätzliche Stabilität und Auftrieb zu gewährleisten. Jeder Längsponton ist 360 Fuß lang, 75 Fuß breit und etwa 28 Fuß tief. Einmal bis zu ihrem Design-Freibord von 7 Fuß ballastiert, ziehen die Pontons 21 Fuß Wasser. Die Breite der Pontons wurde durch die 80-Fuß-lichte Öffnung des Hiram M begrenzt. Chittenden Schleusen in Ballard, WA, durch die die Pontons am Ende ihrer Seereise die Küste Washingtons von Aberdeen aus passieren müssen.

Abbildung 3

Querschnitt der Schwimmbrücke.

Die schwimmende Brücke ist im Wesentlichen eine fest verankerte schwimmende Struktur, die in Längs- und Querrichtung durch Ankerkabel mit einem Durchmesser von 3,125 Zoll seitlich gestützt wird. Es gibt insgesamt 50 Querankerkabel, die ungefähr alle 360 Fuß voneinander entfernt sind, und acht Längsankerkabel, die in der Nähe beider Enden der Brücke verbunden sind. Ankerkabel erstrecken sich bis zu 800 Fuß und sind an speziell konstruierten Ankerstrukturen am Grund des Sees befestigt. Die Ankerkabel haben 60 Tonnen Vorspannung, um ihre Steifigkeit zu erhöhen.

Ballast ist eine kritische Komponente der schwimmenden Brücke, die es dem Auftragnehmer ermöglichte, die Pontons in verschiedenen Bauphasen trimmen zu lassen oder die Pontons nach Bedarf anzuheben und abzusenken. Wasserballast, der leicht in die und aus den Pontons gepumpt werden kann, wurde während des Baus als temporärer Ballast verwendet. Wenn die Pontons zum Verbinden zusammengebracht werden, Benachbarte Pontons werden innerhalb eines halben Zolls voneinander ballastiert. Eine Reihe Rams und Handkurbeln werden benutzt, um die Pontons zusammen zu ziehen und Scherschlüssel auszurichten, damit große, 20 Fuß lange durch 3,5-Zoll-Durchmesser-Vorspannstangen, alias Bolzen, installiert sein können. An jeder Längsfuge sind insgesamt 80 Schrauben gleichmäßig um den Umfang verteilt. Außerdem muss während der Konstruktion der erhöhten Struktur kontinuierlich Ballast entfernt werden, um die Pontons innerhalb zulässiger Toleranzen zu halten und gleichzeitig Einrastspannungen entweder in den Pontons oder in der erhöhten Struktur zu vermeiden. Am Ende der Schwimmbrückenkonstruktion wurde der gesamte Wasserschotter entfernt und durch permanenten Kiesschotter ersetzt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Brücke so konzipiert wurde, dass eine ausreichende Menge an permanentem Reserveballast für eine zukünftige Verbreiterung zur Aufnahme von Stadtbahnen zur Verfügung steht. Die verbreiterte Konfiguration würde den Auftrieb von Reserveballast nutzen und erfordern, dass 26 zusätzliche SSPs entlang der Länge der Brücke hinzugefügt werden, um das zusätzliche Gewicht auszugleichen.

Abbildung 4

Draufsicht auf Pontons.

Floating Bridge Design Philosophy

Im Gegensatz zu traditionellen landgestützten Brücken im Bundesstaat Washington, die normalerweise von seismischen Lasten gesteuert werden, werden Schwimmbrücken von Wind- und Wellenkräften bestimmt. Die schwimmende Brücke wurde entworfen, um einem 100-jährigen Sturm standzuhalten, definiert als ein Sturm mit 98 Meilen pro Stunde Wind und 6-Fuß-Wellen. Die Pontons, die völlig vorgespannte Strukturen sind, sind für Nullspannungsdruck in den Pontons unter Betriebsbedingungen mit rigorosen Sprungkontrollkriterien für extreme Belastungskombinationen bestimmt. Bei der extremen 100-Jahres-Veranstaltung ist die Pontonrumpfverstärkung so ausgelegt, dass sie gut im elastischen Bereich bleibt. Die erhöhte Struktur wurde entworfen, um die auferlegten Ablenkungen von den Pontons und Beschleunigungen im Zusammenhang mit dem 100-jährigen Sturmereignis aufzunehmen.

Abbildung 5

Luftaufnahme der Mainline Bridge und des BCD Raft Ponton.

Bauinszenierung und -analyse

Die Montage der schwimmenden Brücke erforderte einen gut geplanten, koordinierten und choreographierten Aufwand, um mehrere Bauaktivitäten entlang der Brückenlänge zu ermöglichen. Zum Beispiel, während Pontons O und P verbunden wurden, Querträger und Säulen wurden auf Pontons S und T gegossen und Träger wurden auch auf Pontons U und V gesetzt.

Die Freibordkriterien des Projekts erforderten, dass der Freibordunterschied zwischen gegenüberliegenden Seiten der Pontons und entlang der Länge der Pontons über eine Entfernung von 360 Fuß während des Baus jederzeit weniger als 2 Zoll beträgt. Im Rahmen des Bauprozesses wurden über 1.500 einzigartige Bauschritte analysiert, um sicherzustellen, dass die Freibord- und Spannungskriterien während der gesamten Bauzeit eingehalten wurden. Zeitweise übertrafen die analysierten Belastungen die vertraglichen Freibordanforderungen, und die Pontons wurden für 50 Prozent der aus dem Gleichgewicht geratenen Baulast vorballastiert, um innerhalb der Projektfreibordtoleranzen zu bleiben.

Abbildung 6

Beton von der Hauptleitung zum BCD-Floß legen. Mit freundlicher Genehmigung von KGM.

Zur Durchführung der Baustadiumsanalyse wurde ein analytisches Modell der schwimmenden Brücke mit handelsüblicher Statiksoftware entwickelt. Für die vertikale und Torsionsbelastung wurde die schwimmende Brücke als durchgehender Balken auf einem elastischen Fundament unter Verwendung von Roll-, Pitch- und vertikalen Stützfedern entlang der Längsachse der Brücke analysiert, um die Fundamentsteifigkeit darzustellen, in diesem Fall basierend auf der Dichte von Wasser. Während die Brücke konstruiert wird, neigt der Schwerpunkt, in der Höhe zu wachsen, während Ballast von innerhalb der Pontons und der erhöhten Struktur entfernt wird, die oben konstruiert wird. Da die Rollsteifigkeit eines Pontons sowohl von der Wasserfläche als auch vom Massenmittelpunkt abhängt, wurden die Fundamentfedern während des gesamten Bauprozesses aktualisiert. Die Spannungsausgabe des Construction Staging Model wurde verwendet, um die Schwimmbrückenspannungen für jeden der 1500 analysierten Bauschritte zu überprüfen.

Die Eingabe für die Baustadienanalyse erforderte detaillierte Belastungsdaten des Auftragnehmers und des Marinearchitekten. Zunächst wurden die Arbeitsaktivitäten für jeden Bauschritt vom Auftragnehmer entwickelt und definiert. Diese Schritte wurden dann vom Marinearchitekten analysiert, der einen Ballastanpassungsplan entwickelte, um die Baulasten innerhalb der vertraglichen Freibordanforderungen auszugleichen. Zum Beispiel, wenn eine Reihe von Säulen oder Querbalken gegossen wurden, Eine entsprechende Aktivität, um eine proportionale Menge an Wasserballast zu entfernen, war erforderlich, um die Brücke trimmen zu halten. Nachdem die Bautätigkeiten und Ballastierungsanforderungen definiert waren, überprüfte der Statiker anhand des Strukturmodells die Spannungen in den Pontons und der erhöhten Struktur.

Pontons B-D Konstruktion erhöhter Strukturen

Die Pontonmontage und der Bau erhöhter Strukturen wurden sowohl am Ost- als auch am Westende der Brücke durchgeführt. Die letzten drei Pontons, Pontons B bis D, wurden im Juli 2015 gesetzt, wodurch die Montage der gesamten Pontonschnur abgeschlossen wurde. Eine der größten Herausforderungen für das schwimmende Brückenprojekt bestand darin, einen Weg zu finden, den Zugang von Fahrzeugen für Materialien vom Land zur Brücke zu gewährleisten und aufrechtzuerhalten. Das Ziel des Auftragnehmers war es, ein Meeresprojekt in ein Landprojekt umzuwandeln. Zum Beispiel ist die Fähigkeit, Beton-LKWs zu einem Gießort zu fahren, anstatt einen mit Beton-LKWs beladenen Lastkahn schleppen zu müssen, ein viel effizienteres und wirtschaftlicheres Mittel zur Lieferung von Beton.

Das östliche Ende der schwimmenden Brücke war aufgrund der Nähe zum Ufer zugänglicher als das westliche Ende. Eine provisorische Brücke und mehrere Lastkähne wurden in den frühen Stadien zu einem Zugangsböck verbunden, um den östlichsten Ponton zu verbinden, Ponton W., zu landen. Nachdem die östlichen festen Zufahrtsstrukturen und Übergangsspannen verbunden waren, verlagerte sich der Zugang vom Bock zur fertigen Fahrbahn am östlichen Ende. Am westlichen Ende der Brücke, Ponton A., Das ist weiter vom Ufer entfernt als Ponton W., war vom Land aus nicht leicht zugänglich. Um einen „Landzugang“ für den westlichen Teil der Brücke zu erreichen, wurde eine Drei-Pontonschnur, bestehend aus den Pontons B, C und D (bekannt als „BCD-Floß“), gebaut und dann neben den Pontons R, S und T am östlichen Ende der Brücke festgemacht. Der Überbau wurde auf den Pontons B, C und D gebaut, während er an dieser Stelle vorübergehend festgemacht war. Neben einem verbesserten Zugang konnten so alle Bauaktivitäten gleichzeitig stattfinden.

Abbildung 7

Land zu Wasser Zugang Bock.

Eine Reihe von Yokohama-Marine-Kotflügeln mit einem Durchmesser von 8 Fuß, vorhandenen Pollern und Festmacherleinen wurden verwendet, um das BCD-Floß an der Hauptschnur zu befestigen. Eine kleine Rampe zwischen den beiden Strukturen wurde für den Zugang gebaut. Sobald das Floß festgemacht war, konnten Baufahrzeuge und Besatzungen direkt vom Land auf das Floß fahren. Beton gießt für das westliche Hochhaus erhöhte Struktur auf BCD Floß wurden durch Inszenierung Pumpe und Beton-LKW auf dem östlichen Hochhaus Teil auf Pontons R getan, S und T. Säulen und Querträger wurden durch den Antrieb Pumpe LKW und Beton-LKW von der Küste direkt auf die BCD Floß gegossen. Die Decks wurden mit einem 61-Meter-Pumpwagen gegossen, der auf dem Überbau der Hauptstrecke stationiert war. Eine 100 Fuß lange Tremie-Rohrverlängerung wurde an das Ende des Pumpwagenauslasses angeschlossen und von einem 400-Tonnen-Kran in der Luft unterstützt. Im Juli 2015 wurde der Bau der BCD-Raft-Hochstruktur abgeschlossen. Das gesamte Floß wurde als eine Einheit, wie ein großes 1.000 Fuß langes Schiff, zum westlichen Ende der Brücke geschoben, wo es mit Ponton E und schließlich dem westlichsten Ponton A verbunden wurde.

Die feierliche Eröffnung der neuen SR 520 Evergreen Point Floating Bridge war ein historisches Ereignis, an dem am 2. und 3. April 2016 über 50.000 Menschen teilnahmen. Die Brücke wurde am 11.April 2016 offiziell für den Fahrzeugverkehr freigegeben. Derzeit ist die alte Schwimmbrücke SR520 stillgelegt und wird aus dem See entfernt. Die alten Pontons wurden verkauft und werden weltweit für Hafenerweiterungen, Marine-Entladeanlagen, Yachthäfen, eine Offshore-schwimmende Bühne und Wellenbrecher-Bauprojekte wiederverwendet.▪

Fun Fact

Die Brücke wurde im April 2016 vom Guinness-Buch der Rekorde offiziell als längste schwimmende Brücke der Welt anerkannt.

Projektteam

Eigentümer und Pontondesigner: Washington Department of Transportation

Hauptdesigner und Bauingenieure: KPFF Consulting Engineers, Seattle, WA, und BergerABAM, Federal Way, WA

Designer / Builder: KGM, ein Joint Venture bestehend aus Kiewit, Omaha, Nebraska; General Construction Company, Federal Way, WA, und Manson Construction Co., Seattle, WA

Marinearchitekt: Elliot Bay Design Group

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