J.lJsselstijnR?kswaterstaat, directie Sluizen en Stuwen,UtrechtGemaal te IJmuiden1Situatie van het gerede kunstwerkMotiveringDe afwatering van een steeds groter wordend gebied in West-Nederland vindt plaats via hetNoordzeekanaal. De berging van dit kanaal is echter zeer beperkt, terwijl aan het handhavenvan een vast kanaalpeil steeds hogere eisen worden gesteld. Aan deze eisen kan tegemoetgekomen worden mits een goede afvoer van overtollig water naar zee gewaarborgd Is.Water-overlast en hoge zeestanden (regen en westenwind) gaan vaak samen, waardoor juist op dekritieke dagen de natuurlijke lozing via de spuisluizen wordt beperkt of zelfs onrnoqelljk is.Deze beperking is ontoelaatbaar, derhalve moet het water op kunstmatige wijze geloosdworden via een gemaal (fig. 1).Dit gemaal zal tevens worden gebruikt om de verzilting van het Noordzeekanaal tegen tegaan. Het toenemen van de scheepvaart te llmulden heeft ook het aantal schuttingen met desluizen doen toenemen, met als gevolg een grotere zoutbelasting op het Noordzeekanaal.Door een zoveel moqelijk continue waterafvoer naar zee, die slechts door een samenspel vanspuien en bemalen te realiseren is, kan de verzilting worden beperkt. Bovendien ligt het in hetvoornemen om tussen het sluizencomplex en de Velsertunnel de kanaalbodem te verlagen totNAP - 24 m, zodat een zout-bufferput gevormd wordt, waarin het binnenkomende zoute waterwordt opgevangen. Door in het buitenspuikanaal waarvan de bodemgedeeltel?k tot NAP- 25 m verlaagd zal worden een scherm te plaatsen, waarvan de onderzijde is gelegen opNAP 22 rn, wordt het mogelijk door de zo ontstane 3 m hoge spleet het water selectief teonttrekken (fig. 2).2Plaats zoutschermCement XXVI (1974) nr. 5 187N.Z. KANAALI ZOUT BUFFERPUT12003Pompen in aanbouw Stork te Hengelofoto's: StorkCement XXVI (1974) nr. 5Moet in de toekomst ook het uit de llsselmeerpolders uitgemalen water via het Noordzee-kanaal worden afgevoerd, dan zal een uitbreiding van het gemaal noodzakelijk worden. Inverband met het hoge chloridegehalte van het uit de IJsselrneerpolders uitgemalen wateroverweegt men dit water via het Noordzeekanaal te lozen in plaats van via het Ilsselrneer ende uitwateringssluizen in de afsluitdijk. Hoewel dit water ook op het Noordzeekanaal een extrazoutbelasting zal geven, wordt lozing via deze weg rninderbezwaarlijk geacht.BouwteamHet ontwerp van het gemaal is tot stand gekomen door samenwerking van een drietal Rijks-waterstaatsdiensten, te weten:1. Arrondissement Noordzeekanaal, ten aanzien van vooronderzoeken, motivering, randvoor-waarden, ontwerp van aan- en afvoerkanaal en co?rdinatie; 2. Dienst Zuiderzeewerken (thansDirectie Bruggen), voor het werktuigbouwkundige en elektrotechnische ontwerp; 3. DirectieSluizen en Stuwen, voor waterbouwkundig en bouwkundig ontwerp.Het hydraulisch onderzoek ten behoeve van zuig- en perskanalen binnen de betonconstructie,is uitgevoerd door Stork BV te Hengelo.De vormgeving van toe- en afvoerkanaal met stroomgeleiders tussen gemaal en spuisluis isbepaald door het Waterloopkundig Laboratorium te Delft.De esthetica van de bouwkundige constructie wordt verzorgd door architectenbureau DeVlaming, Salm en Fennis te Amsterdam,Stork BV en Heemaf BV hebben de pompen en elektrische installatie in uitvoering genomen.De waterbouwkundige en bouwkundige constructies zijn aangenomen door NV Aannemers-bedrijf Machiel van Dijk te Gorinchem.SitueringHet gemaal wordt direct ten noorden van de spuisluis gebouwd. Dit is nagenoeg de enigmogelijke bouwplaats in de hoogwaterkering waar voldoende ruimte aanwezig is. Bovendienzijn de kosten voor de aanleg van een aan- en afvoerkanaal bij deze situatie laag, daar erdirect aansluitingen op het binnen-en buitenspuikanaalgemaakt kunnen worden.Het later te bouwen zoutscherm wordt hierdoor zowel bij waterafvoer via het gemaal als bijafvoer via de spuisluis benut. Met het oog op de misschien noodzakelijke uitbreiding van hetgemaal en de toch al zeer beperkte ruimte werd besloten het gemaal zo dicht mogelijk tegende spuisluis aan te bouwen.Principe en capaciteitHet gemaal krijgt een totale waterverwerkingscapaciteit van 150 m3jsecbij een opvoerhoogtevan 1,20 m. Het kunstwerk is waarschijnlijk het grootste ooit gerealiseerde gemaal. De capa-citeit ervan wordt geleverd door vier pompen, elk met een vermogen van 37,5 m3jsec.Depompen kunnen in bedrijf blijven tot een opvoerhoogte van 2,30 m waarbij de capaciteit perpomp terugloopt tot 28 m3jsec.De opvoerhoogte van 1,20 m is gebaseerd op de normaal optredende waterstanden tijdensvloed: het kanaalpeil bedraagt normaal NAP 0,40 m en het zeewater reikt dan tot NAP+0,80 m. Bij hogere waterstanden dan NAP +2 m, moet het gemaal buiten bedrijf wordengesteld. Deze waterstand treedt op met een frequentie van ??n maal in de twee jaar.In verband met de bestrijding van het zoutbezwaar op het Noordzeekanaal bleek het wense-lijk tevens over een pompcapaciteit van 25 m3jsecte kunnen beschikken. Twee pompen zijndaartoe zodanig uitgevoerd, dat ze op een lager toerental kunnen worden ingesteld en degewenste capaciteit van 25 m3jsecbij een opvoerhoogte van 1,20 m kunnen verpompen.De zuig- en perskanalen zijn gedimensioneerd op een waterafvoer van 50 m3jsecI pomp. In detoekomst zal het wellicht verantwoord zijn pompen van deze capaciteit te bouwen om dehuidige te vervangen. De totale capaciteit van het gemaal kan dan worden vergroot tot 200m3jsec.Het gemaal is zo ontworpen, dat in de smalle strook die voor de bouw aanwezig is,bouwruimte voor nog zespompeenheden beschikbaar is, waardoor de mogelijkheid aanwezigis, het gemaal uit te breiden tot een totale capaciteit van 500 m3jsec.Om zulke geweldige hoeveelheden water over een smal front te kunnen verwerken was eeninstallatie overeenkomstig het gemaal Zwartsluis niet meer mogelijk. Er moest hier een smalleconstructie worden ontworpen. Een zo hoog mogelijk rendement met een minimale construc-tiebreedte wordt verkregen bij recht doorgaande diepgelegen pompkanalen. Om deze con-structie te kunnen realiseren, moest een nieuw pomptype ontwikkeld worden dat met aan-drijving en al in zijn geheel onder water geplaatst kan worden.De turbines, zoals toegepast in enkele centrales in de Moezel en in de getijcentrale vanLa Rance, hebben een enigszins vergelijkbare constructie. Deze turbines zijn echter vast inhet aan- en afvoerkanaal ingebouwd, terwijl de pompen in IJmuiden met behulp van een loop-kraan via een verticale schacht in hun geheel uit. het pompkanaal kunnen worden genomen.Bij periodiek onderhoud behoeft men dus niet de zuig- en perskanalen droog te zetten, maarkan men de pomp in zijn geheel boven water halen.De pompen hebben een eigen gewicht van ongeveer 145 ton, waarbij de afmetingen, lengte Xbreedte X hoogte bedragen: 6,80 X 6,40 X ca. 6,00 m (lnclusief klimschacht ca. 10 m hoog)(foto's 3-4-5). Voor het grovere onderhoudswerk zoals schilderwerk, kan de pomp boven deverticale schacht op een viertal poeren worden opgesteld. Ten behoeve van onderhoud aanhet elektrische of mechanische deel, kan de pomp door middel van de loopkraan in de onder-houdswerkplaats direct ten zuiden van het gemaal worden geplaatst.188POMP8ESTURING,VERLICHTING ETC. ,VENTILATIE.V G EN HIJSKRAAN.OMW.50 OMW.OMW. H .?. 66M OMW.10116Hoogspannings-verdeelinrichting5Pompen tijdelijl? opgesteld boven deputten; de afbouw geschiedt na elkaar inde onderhoudsruimte4Transport door Hengelo; vanaf Hengelo Z?nde pompen per schip vervoerd naarIJmuidenIn figlJur 6 is het elektrische systeem zeer schematisch aangegeven. Het PEN levert 10 kVhoogspanning die wordt getransformeerd naar 3 kV, de werkspanning van de omvormer-motoren. Tevens is een transformator opgesteld voor het leveren van elektriciteit ten behoevevan de algemene voorzieningen, zoals pompbesturing, ventilatie, verlichting, hijskranen enz.De omvormer bestaat uit een motor die een generator aandrijft, die op zijn beurt het Vermo-gen voor de pompmotor moet leveren. Deze tussenstap wordt gemaakt om de frequentie vande toegevoerde elektrische stroom, met een frequentie van 50 Herz, om te zetten in eenfrequentie van Herz. Daar het toerental van de pompmotor afhankelijk is van de frequen-tie, wordt het mogelijk de motor een laag toerental te geven, waardoor de schroef op de aan-drijfas rechtstreeks kan worden aangedreven, zonder tussenplaatsen van tandwielkasten.Twee omvormers zijn uitgerust met een extra motor, die op een lager toerental draait, waar-door de generator bij inschakeling van deze motor, een stroom meteen lagere frequentielevert, wat resulteert in een lager toerental van de pompmotor. Op deze wijze wordt de pomp-capaciteit van m3/secverkregen ten behoeve van het zgn. zoutwater malen. Het toerentalvan de schroef bij de max. capaciteit van 37,5 m3/secen een opvoerhoogte van 1,20 m,bedraagt ca. 66 omwentelingen per minuut. Bij een capaciteit van m3Jsecen dezelfdeopvoerhoogte bedraagt het toerental ca. 50 omwentelingen per minuut. De omvormers zijnluchtgekoeld. De benodigde koellucht bij vol bedrijf bedraagt ongeveer 000 m3/uurperomvormer.Om de aan- en afvoer van de totaal benodigde hoeveelheid koellucht te kunnen realiseren, isin het gemaal een kanalensysteem gebouwd. Aanvoer vindt plaats via een opening in deoostgevel van het bedieningsgebouw. Via een kanaal wordt de lucht door filters aangezogendoor middel van ventilatoren, die zijn opgesteld onder de omvormerruimte. De ventilatorenblazen op hun beurt de lucht door de omvormers via een afvoerkanaal weer naar buiten. Ookde pompmotor is luchtgekoeld, de koeling heeft plaats door circulatie binnen het pomphuts.de warmte wordt via een warmtewisselaar buiten op de pomp afgegeven aan het verpomptewater.Cement XXVI (1974) nr. 5 1897Stroomgeleiders kanaal- en zeezijdein aanbouw8Bouwput met primaire en secondairezekeringCement XXVI (1974) nr. 5/ ///Waterbouwkundige constructieKeerhoogtenHet gemaal wordt gebouwd in de zeekering. Met het oog hierop zijn de volgende eisengesteld:? keerhoogte van het kunstwerk tot NAP +8 m:? keerhoogte in de bouwfase tot NAP +6 rn, terwijl de bouwput bovendien van een secundairekering tot NAP +5 m moet worden voorzien (zie 8).Stroomgeleiders 7)Bij het waterloopkundig onderzoek bleek dat er zowel in het buitenspuikanaal als in hetbinnenspuikanaal, tussen spuisluis en gemaal een stroomgeleider gebouwd moest worden,om ongewenste dwarsstromen op deze kanalen te voorkomen. Ter plaatse van de stroom-geleider in het binnenspuikanaal bestond tevens behoefte aan een werkterrein voor debedrijfsvoering op het niveau van NAP + 1,50 m. Deze eis i s eveneens bepalend geweestvoor de vorm van de stroomgeleider. De minimale lengte van 75 m is duidelijk een hydrauli-sche eis. Zo ook de halfcirkelvormige afronding op de kop. De breedte van 35 m is gekozenom een zo groot mogelijk werkterrein te cre?ren.De vorm van de stroomgeleider in het buitenspuikanaal is op hydraulische gronden gekozen.Het gemaal wordt in een open bouwput gebouwd (fig. 8 en foto 9). Het is echter zo dicht bijhet binnen- en buitenspuikanaal geprojecteerd. dat tussen bouwput en beide kanalen eentijdelijke kering van kistdammen gebouwd zou moeten worden. Om deze tljdelijke construc-ties echter te ontlopen, zijn de stroomgeleiders in binnen- en buitenspuikanaal als kistdam-men berekend en uitgevoerd.a. Stroomgeleider kanaalzijde (blnnenspulkanaal) (foto 10-11)De stroomgeleider is uitgevoerd in stalen damwand, verankerd?an ontlastplaten op palen.De bovenzijde ligt in de eindsituatie op NAP + 1,50 m; in de bouwfase is deze constructie eenonderdeel van de secundaire kering en moet tot NAP +5 m worden verhoogd. De ophogingtussen NAP + 1,50 m en +5 m, is gevormd door een gronddam afgedekt met klei. De stroom-geleider fungeert in de bouwfase als afsluiting tussen buitenspuikanaal en bouwput. Geziende hoge belastingen op de damwandschermen bleek :de verankering aan een ontlastplaat oppalen de meest economische constructie te geven.1909Luchtopname bouwputfoto: KLM Aerocarto, Den HaagDe grondwaterstand binnen de 'kistdam' is door middel van twee diepwelpompen verlaagdtot ten minste NAP m. Een goede afsluiting aan de onderzijde is verkregen door de dam-wand in te heien in een kleilaag gelegen op ca. NAP -18,50 m. Deze diepte kwam overeenmet de theoretisch benodigde inheidiepte. De horizontale krachten op de ontlastplaten achterde noord- en zuidwand van de kistdam, worden opgenomen door een koppeling van trek-stangen tussen beide platen, waardoor het heien van schoor- en trekpalen overbodig was.De horizontale krachten uit de halfcirkelvormige kopwand worden voor een deel opgenomendoor schoorpalen en gedeeltelijk door het doorkoppelen van de ontlastplaten onderling inoost-westrichting door middel van wapeningsstaven. Alvorens de zuidelijke wand geheid konworden moest een aantal betonplaten vanhet ontvangbed van de spuisluis worden verwijderdDit is gebeurd door middel van een drijvende bok, nadat door een duiker aan deze platenbevestigingspunten waren aangebracht. Het aanaarden van dit scherm tot NAP 1,00 m (hetconstructieniveau van de ontlastplaten), is trapsgewijs uitgevoerd in samenspel met water-standsverlaging, om de nog vrijstaande damwand in evenwicht te houden.10-11Overzicht vanaf de kanaalz?de (links mei1973, rechts oktober 1973)Cement XXVI (1974) nr. 5b. Stroomgeleider zeezijde (foto 12)Ook deze stroomgeleider is uitgevoerd in stalen damwand. De noordelijke wand is verankerdaan ontlastplaten, de zuidelijke wand is als verankerde damwand uitgevoerd. Beide wandenzijn door middel van ankerstangen gekoppeld, waardoor onder de ontlastplaten geen schoor-en trekpalen benodigd waren.De bovenzijde van de constructie ligt in de eindsituatie op NAP + 3 m: in de bouwfase is destroornqelelder onderdeel Van de primaire zeekering en is een keerhoogte van NAP + 6 mvereist. De helhoogte van de zuldeljjke.wend :is daarom op NAP +6 m bepaald, deovertoll igelengte wordt later afgebrand.'19112Stroomgeleider zeezijde in aanbouw13Langsdoorsnede over gemaalEvenals bij de stroomgeleider aan de kanaatzijde, vormt deze constructie als 'kistdam' eentijdelijke afsluiting tussen buitenspuikanaal en bouwput. Op dezelfde wijze is grondwater-standverlaging tot NAP lam uitgevoerd en de inheidiepte van de damwanden op NAP-18,50 m bepaald. Aanaarding van de aanvankelijk vrljstaande zuidwand tot NAP -1,00 mis eveneens trapsqewlja uitgevoerd, waarbij de wisselende buitenwaterstanden een extrahandicap vormden.c. Noordwestelijke damwandvleugelDeze damwandconstructie :is eveneens geheid voor de ontgraving van de bouwput en ver-ankerd aan een ontlastplaat op palen. De ankerkrachten worden opgenomen door schoor- entrekpalen. Bij een eventuele uitbreiding van het gemaal moet deze constructie echter geslooptworden.d. Noordelijke damwandvleugelDe noordoostelllke damwandvleugel wordt uitgevoerd als verankerde damwand. In verbandmet een rnoqelijke uitbreiding is deze constructie de meest gewenste. Heien van de vleugel iseerst moqelljk na aanaarding tot het verankeringsniveau van NAP -1 m, zowel voor als achterhet scherm. De grond voor het scherm mag eerst na inundatie van de bouwput worden ont-graven in verband met belastingen op het scherm. Ook voor het noordwestelijke damwand-scherm was dit de meest gewenste oplossing, maar gezien de grotere belastingen op ditscherm, bleek deze constructie als verankerde damwand niet economisch realiseerbaar.Het gemaal (fig. 13-14-15)Het gemaal bestaat in hoofdzaak uit een in de kanaalas gelegen gewapend betonnen kanalen-systeem, met een daarop gebouwd dienstruimtenblok. Naast dit deel is het bedieningsgebouwopgetrokken, waarin zijn ondergebracht de bedienings-, dienst- en onderhoudsruimten.Het gemaal is gefundeerd op staal op een niveau van NAP -10 m. De betonconstructie heeftin oost-westrichting een lengte van 61,50 m en een breedte in noord-zuidrichting van 34,35 m.In lengterichting wordt de constructie door twee voegen in drie moten verdeeld. De lengtevan de middenmoot bedraagt 30 m en is bepaald door het verlopende deel van een zuig-kanaal, een pompschacht en een verlopend deel van het perskanaal met de persafsluiters.Cement XXVI (1974) nr. 5 1921540 I30BUITENSPUIKANAAL14Plattegrond op 1,60 m +NAP1 = omvormerruimte, 2 = laagspanningsruimte,3 = kabel ruimte, 4= c-v ruimte, 5 = transportgang,6 = was- en kleedruimte, 7 = maqaztjn, 8 = dieselnoodaggregaat, 9 = pompput. 10= schuivenkamer15Plattegrond op 5,10 m + NAP1 = bedieningsruimte, 2 = berging, 3 = hoog-spanningsruimte RWS, 4 =hoogspanningsruimte PEN,5 = hoofdingang, 6 = montagehalBRUGGINGBINNEN-SPUIKANAALSTROOMGELEIDER KANAALZIJDEiDe beide andere moten bezitten lengten van 15,50 m en 16 m. In breedterichting liggen 4pompen naast elkaar, met hart-op-hart afstanden van 8 m. In een pomp kanaal onderscheidtmen achtereenvolgens, gaande van kanaal- naar zeezijde (fig. 16):a. krooshek;b. zuigkanaal;c. pompschacht;d. perskanaal met persafsluiters;e. terugslagkleppen.Boven de perskanalen zijn voorts op het niveau van NAP - 0,70 men NAP +1,60 m, tweedienstruimten gebouwd, te weten de 'ventilatorenruimte' en de 'omvormerruimte'. In de venti-latorenruimte staan de ventilatoren opgesteld die de nodige koellucht door de omvormersblazen. In de ruimte erboven staan de omvormers opgesteld, de energieleveranciers voor depompmotoren.Boven de schuivenkamers wordt opeen rail een half-portaalkraan gemonteerd, voortuele montagewerkzaamheden aan schuiven en bewegingswerken. Boven de pompschachtenis op NAP + 18 meen loopkraan gemonteerd, voor het plaatsen en uithalen van de 145 tonwegende pompen.Cement XXVI (1974) nr. 5 19316Doorsnede pompas17Overzicht gemaal met bedieningsgebouwBedieningsjonderhoudsgebouw (foto 17)In dit gebouw, direct ten zuiden van het gemaal gelegen, zijn de verdere dienstruimten onder-gebracht zoals: kabelkelders, noodstroomaggregaat, magaz!jn, was-, kleed- en toiletruimten,hoog- en laagspanningsruimten, cv-installatie, onderhoudswerkplaats voor de pompen, waarinde kraanbaan doorloopt en de eigenlijke bedieningsruimte.Zowel gemaal als bedieningsgebouw vormen tot NAP + 8 m een onderdeel van de water-kering, waardoor een robuuste uitvoering tot dit peil noodzakelijk geacht werd. Tevens moethet kerende deel weerstand kunnen bieden aan een overdruk tot 1 pso als gevolg van even-tuele explosies. Tussen spuisluis en gemaal is een trafo-opstelling geprojecteerd, waar eentweetal trafo's worden opgesteld, die via de hoogspanningskabel van het PEN de energie-levering voor het gemaal verzorgen.Cement XXVI (1974) nr. 5 194