themaSluis met enkele draaideuren6201320themaSluis met enkeledraaideurenDeomleggingvandeZuid-Willemsvaartbevattweenieuwesluiscomplexen:HinthamenEmpel.VandezetweesluizenisSluisEmpelhetmeestaansprekend.Dezesluiswordtnamelijkpersluishoofdvoorzienvaneenenkeledraaideurenvormthetsluitstukvanhetnieuwekanaal,deaansluitingopdeMaas.1Het sluitstuk van de Zuid-Willemsvaart: Sluis EmpelSluis met enkele draaideuren 62013 21sluis met dubbele puntdeuren21 m 21 m12,6 m 12,6 msluis met enkele draaideur 32aanvaar-beveiligingbrugEmpelse dijkkanaalMaasspui/gemaalvoorzieningsluiskolk sluishoofdSluis Empel is op het moment van schrijven van dit artikel inuitvoering en zal geschikt worden voor het schutten van CEMTklasse-IV-schepen. De sluis heeft een effectieve kolkafmetingvan 115,5 ? 12,6 ? 3,5 m. De kolk wordt aan beide zijden afge-sloten met een sluishoofd, voorzien van een enkele draaideur.Deze deuren zijn 13 ? 14 m2groot, hebben een gewicht vancirca 100 ton en zijn daarmee de grootste enkele draaideurenvan Nederland. Ter bescherming van de deuren tegen een schipdat doorschiet, worden in de kolk twee aanvaarbeveiligingengeplaatst. Naast de sluis bevat het complex een spui-/gemaal-voorziening om het overtollig water van het kanaal op de Maaste lozen. Ook is er een hooggelegen brug die de verkeersverbin-ding over de Empelsedijk hersteld (fig. 2).De sluisdeuren scheiden het kanaal van de Maas. Het kanaal-peil wordt beheerst op NAP +2,0 m, terwijl de waterstand opde Maas kan vari?ren tussen NAP -0,9 m en NAP +7,8 m. Ditbetekent dat Sluis Empel `dubbelkerend' is, het water in deMaas kan hoger of lager zijn dan in het kanaal. De sluis moetdus vanaf twee richtingen water kunnen keren. Wanneer hetwater op de Maas lager staat dan het kanaalpeil, moetenschepen van het kanaal naar beneden worden geschut(ca. 345 dagen per jaar). Als het water in het kanaal hoger staatdan de Maas, moeten deze schepen van het kanaal omhoogworden geschut (ca. 15 dagen per jaar). Hierbij is de eis gestelddat de totale schuttijd, inclusief het openen en sluiten van dedeuren en het nivelleren van het waterpeil, nooit meer dan10 minuten in beslag mag nemen. Er wordt alleen geschut bijwaterstanden op de Maas tussen NAP -0,5 m en NAP +4,4 m.Ontwerp & werkvoorbereidingDe discipline Werkvoorbereiding is zeer nauw betrokken bij hetontwikkelen van het Voorlopig Ontwerp (VO) en het DefinitiefOntwerp (DO). In het VO zijn in samenwerking met Werk-voorbereiding de verschillende ontwerpafwegingen gemaakt.Daarnaast zijn in het DO door de disciplines Geotechniek enWerkvoorbereiding de werkzaamheden in en rondom de bouw-putten en de sluiskolk afgestemd. De fasering is namelijk nietalleen van invloed op het ontwerp, maar ook op een voorspoe-dige uitvoering. De Werkvoorbereiding heeft de fasering aanhet eind van het DO vastgelegd in een Plan van Aanpak. Deresultaten van deze samenwerking zijn terug te zien bij debouw: de complexe fasering wordt voortvarend uitgevoerd ende nauwe toleranties worden probleemloos gerealiseerd.Onderdeel primaire waterkeringIn het Trac?besluit is vastgelegd dat het sluiscomplex moetzijn voorzien van een dubbele onafhankelijke waterkeringtegen hoog water op de Maas. Deze dubbele keringir. ramon de groot,ir. rogier schippersVolker InfraDesign bv,WillemsUnie v.o.f.1 Luchtfoto sluiscomplex Empel, 9 juli 20132 Impressie sluiscomplex Empel3 Bovenaanzicht van de twee sluisdeurconceptenthemaSluis met enkele draaideuren6201322oostwandhalsbeugelgrendelcilinderwestwand5halsbeugelverticale aanslagtaatshorizontaleaanslag(drempel)6Enkele draaideurenDe keuze voor enkele draaideuren is een direct gevolg van deeis dat Sluis Empel `dubbelkerend' moet zijn. Per sluishoofd isdan slechts ??n deur met grendel nodig. De WillemsUnie heefthet concept van enkele draaideuren in de tenderfase bedachtals alternatief voor het toepassen van een dubbele set puntdeu-ren per sluishoofd (fig. 3). Het contract bood de mogelijkheidde uiteindelijke beslissing over de aanbesteding heen te tillen(methode inschrijven met onzekerheden). Hierdoor is debeslissing om daadwerkelijk enkele draaideuren te gebruiken,in samenwerking met Rijkswaterstaat en het Waterschap Aa enMaas, genomen in de VO-fase.Het toepassen van enkele draaideuren is een goedkoper alterna-tief dan de dubbele set puntdeuren, zonder dat er wordt getorndaan de betrouwbaarheid, beschikbaarheid en veiligheid van desluis. De twee grootste voordelen van enkele draaideuren zijn,dat er inclusief reservedeuren slechts drie grote in plaats vantien kleine deuren nodig zijn en dat de bouwkuip en het beton-werk van de sluishoofden kleiner kan zijn (12,6 m in plaats van21 m). Dit formaat enkele draaideur bevindt zicht wel op degrens van wat zowel logistiek als technisch mogelijk is.De draaias van beide enkele draaideuren ligt aan de oostzijde(fig. 5). Op dit punt wordt de deur aan de onderkant vastgehou-den door de taats en aan de bovenzijde door de halsbeugel. Alsde deur dicht is, rust hij tegen de aanslag (foto 6). Dit is eenstalen profiel dat zowel in de drempel als in de wanden is aange-beschermt onder andere 's-Hertogenbosch en Rosmalentegen overstromingen (fig. 4). De eerste primaire waterkeringbestaat uit nieuwe dijklichamen, lokaal voorzien vandamwandplanken, die de bestaande Empelsedijk verbindenmet het noordelijk sluishoofd. Indien de noordelijke deurfaalt ten tijde van hoogwater op de Maas, treedt de tweedeprimaire waterkering in werking. Deze tweede primairewaterkering wordt gevormd door binnendijks gelegen dijk-lichamen en het zuidelijke sluishoofd.Bescherming tegen overstroming van het sluiscomplex is vangroot belang in zowel de gebruiksfase als de realisatiefase.Daarom zijn het ontwerp en de bouwfasering opgesteld innauw overleg met Waterschap Aa en Maas. Met behulp van eenrisicodossier zijn diverse faalmechanismen per fase uitvoerigonderzocht en zijn maatregelen getroffen om de risico's opverantwoorde wijze te beheersen.4 Bovenaanzicht Sluiscomplex waarin de eerste en tweede primaire waterkeringzijn aangegeven5 Bovenaanzicht sluishoofd, met in te storten voorzieningentekening: 4 en 6: Jansen Venneboer6 Sluishoofd met aan te storten aanslag en halsbeugel, 18 juli 20131e primaire kering2e primaire kering4Sluis met enkele draaideuren 62013 23aangrijpingspuntcilinderhalspentaatskomrinketschuiven34002100200012780damwand damwanddeuvelsdeuvelsonderwaterbeton constructievloerGEWI220014 8507belast. Hierdoor komt het sluishoofd als het ware op poten testaan, waardoor er geen wrijving kan ontstaan aan de onder-zijde. Bovendien kunnen de palen geen horizontale belastingopnemen. Gevolg is dat alleen belasting kan worden opgeno-men in het verticale vlak tussen het sluishoofd en de grond.Om deze reden is de vloer van het sluishoofd met deuvelsverbonden aan de definitieve damwanden (fig. 8). De dam-wanden worden op deze manier gemobiliseerd om de schuif-kracht op de grond af te dragen. De bouwkuipwanden wordennamelijk niet getrokken, maar in de definitieve constructieopgenomen.In het sluishoofd van 12,6 m lang kan niet genoeg wrijvingworden ontwikkeld om weerstand te bieden aan een hoogMaaspeil. Om toch voldoende wrijving te cre?ren, is ook in dekolk een owb-vloer aangebracht. Deze vloer is 1,2 m dik enbevindt zich onder de naastgelegen eerste 25 m van de kolk.Hierop kan het sluishoofd de overgebleven kracht afdragen.Deze owb-vloer draagt vervolgens zijn kracht af op dekolkwanden, zodat er voldoende wrijving ontstaat en het hori-bracht. Door middel van een rubber op de deur wordt de water-dichtheid gegarandeerd. Aan de westzijde van het sluishoofdzorgt de grendel ervoor dat de deur dicht blijft, ook als hetwater in het kanaal hoger is dan het Maaspeil (negatief keren).De deur wordt open en dicht bewogen door middel van decilinder die zich ook aan de oostzijde bevindt. Omdat de deuralleen open kan als het waterniveau aan beide kanten gelijk is,bevat de deur rinketschuiven (fig. 7). Door deze te openen,nivelleert het waterniveau in de kolk.SluishoofdenDe sluisdeuren dragen de waterdruk af naar de sluishoofden.Een van de belangrijkste onderdelen bij het ontwerp van eensluishoofd is het borgen van het horizontale evenwicht.Wanneer het maximale Maaspeil optreedt, moet het sluishoofdeen druk van meer dan 16 MN kunnen weerstaan. Hiervoorwordt gebruikgemaakt van de wrijving tussen de grond en hetsluishoofd. Aan de onderzijde van het sluishoofd kan geenwrijving worden ontleend, omdat de onderwaterbetonvloer(owb-vloer) van de bouwkuip op Gewi-palen (verticale treke-lementen) is gefundeerd. In de bouwfase nemen deze ankerpa-len trek op om de owb-vloer beneden te houden, maar tijdensde gebruiksfase van de sluis worden de Gewi-palen op druk897 3D-weergave enkele draaideur8 Doorsnede van het sluishoofd bij de deurnis9 Bovenaanzicht wrijving noordelijk sluishoofd met de grondwrijving langshet sluishoofdsteenbestorting kolkingegoten metcollo?daal betonsluishoofd OWB in de kolkwrijving lansde kolkwandthemaSluis met enkele draaideuren620132410hamerstukoostzijde westzijdekolkslagboom remcilinder11deuvels13005007506900damwandanker betonschilzontale evenwicht is gewaarborgd (fig. 9). Ten behoeve van hethorizontale evenwicht van het zuidelijke sluishoofd is ook in dezuidelijke voorhaven een owb-vloer gestort.Het sluishoofd is een zeer robuuste betonnen constructie. Devloer is 2 m dik en de wanden zijn tussen de 2,2 en 4,2 m dik(fig. 8). Hierdoor ontstaat een zeer stijve U-bak. Er treedt eenvervorming op, loodrecht op de sluisas, van maximaal+/- 20 mm in de gebruiksfase. Deze vervormingen ontstaan alsgevolg van wisselende waterstanden en bovenbelasting.Tijdens de bouw vervormen beide wanden theoretisch nog30 mm, bovenop de vervorming in de gebruiksfase. Daarnaastmoet rekening worden gehouden met de bouwtoleranties vanhet beton (+/- 20 mm). De optelling van de vervormingen ende toleranties is te groot om de `In Te Storten Onderdelen'(ITSO's) voor de deur te plaatsen. Om de deur goed af tekunnen stellen, moeten deze namelijk met een tolerantie van+/- 2 mm worden ingestort. Om die reden worden de ITSO'svoor de sluisdeur als taats en aanslagen (foto 6), gespaard enpas aan het einde van de bouw ingestort. De halsbeugel wordtin de laatste stort (bovenste 3 m van de wand) meegenomen.Vervolgens worden de taats en de aanslag uitgelijnd op de inge-meten positie van de halsbeugel.AanvaarbeveiligingenZoals eerder vermeld, worden in de sluiskolk twee aanvaarbe-veiligingen geplaatst (fig. 2). Deze aanvaarbeveiliging moetervoor zorgen, dat de deur niet kan worden aangevaren dooreen schip die doorschiet in de kolk. De aanvaarbeveiligingtreedt in werking als het waterniveau van de Maas zich bovenNAP +2,75 m bevindt. Op dat moment kan het water bij eenkapotte deur over de kanaaldijken stromen.De aanvaarbeveiliging wordt uitgevoerd als een slagboomwaaraan zich een staalkabel bevindt (fig. 10). De slagboom valtmet een hamerkop in een stalen sponning, zodat de staalkabelvastzit. Een remcilinder zorgt ervoor dat een gelijkmatige span-ning op de kabel staat als de slagboom naar beneden is.Op het moment dat de deur in het noordelijke sluishoofd open-gaat, komt de slagboom van de zuidelijke aanvaarbeveiligingnaar beneden en vice versa. Als een schip zou doorschieten,wordt de slagboom kapot gevaren en remt de staalkabel het10 Aanvaarbeveiliging Sluis Empeltekening: tekening Janssen Venneboer11 Doorsnede van de kolkwandSluis met enkele draaideuren 62013 251212 Uitvoering kolkwanden, 28 juni 2013schip binnen 5,5 m af. Hierbij kan maximaal een energie van2000 kNm worden opgenomen.KolkDe kolkbodem bestaat voor het grootste deel uit een steenbe-storting met open collo?daal beton. De wanden bestaan uit eencombinatie van staal (damwand) en (deels) gewapend beton(fig. 7). De stabiliteit wordt verzekerd met schroefgroutankers.De damwand is aan de binnenzijde voorzien van een 6,9 mhoge betonschil van 500 mm dik en deze reikt tot een 0,5 monder de laagste waterstand in de kolk (fig. 11 en foto 12).Zowel de verticale als horizontale doorsnede van de samenge-stelde constructie is gemodelleerd.In de verticale doorsneden zijn externe en grondbelastingen inrekening gebracht met behulp van D-Sheet Piling (geotech-nisch verenmodel). Op basis van de momenten en dwarskrach-ten die uit dit model volgen, zijn de verticale wapening en deschuifspanning tussen de damwand en de betonschil bepaald.Om deze schuifspanning op te nemen, worden deuvels op dedamwand geschoten. Het moment en dus ook de schuifspan-ning zijn beide het grootst rondom het anker. Dit is meegeno-men in de deuvelconfiguratie (fig. 11).In de horizontale doorsnede is het beton gemodelleerd in een1D-staafwerkmodel. Op deze doorsnede werken scheepsstoot-en trosbelastingen. Deze belastingen worden in het model overeen wandhoogte van 2 m gespreid. De interactie met de gronden de schroefgroutankers is met veren gemodelleerd.Effici?ntieBij het aanbrengen van de ruim 240 m kolkwand is effici?ntievan groot belang. Daarom is in het ontwerp al rekeninggehouden met een aantal uitvoeringsaspecten:? Bij de plaatsingstolerantie van de damwand (+/- 90 mm) is meteen betonschildikte van 410 mm gerekend, in plaats van met detheoretische dikte van 500 mm.? De haalkommen zijn in het beton verankerd en niet directbevestigd aan de damwand. Hierdoor kunnen ze direct op dekist worden aangebracht en in ??n keer voor het achternetworden geplaatst. Dit leidt ook nog eens tot een mooie strakkeuitstraling aan de voorkant van de betonschil (foto 12).? In de fasering is meegenomen dat de kolk tot een 0,5 monder de onderkant van de betonschil wordt uitgegraven.Hierdoor kan tijdens de bouw van de betonschil vanaf hetzand worden gewerkt. Nadat de wanden klaar zijn, wordtde sluis pas tot op de uiteindelijke diepte ontgraven.? Het beton in de kassen van de damwand is, op de kassen bijvoegen na (om de circa 15 m), niet gewapend.Dit alles leidt tot een soepele uitvoering, vrijwel zonder afwij-kingen.