themaKruisend water door Sifon Aa6201314themaKruisend waterdoor Sifon AaDoor de aanleg van een nieuw deel van de Zuid-Willemsvaartworden bestaande verbindingen doorbroken. Dit geldt nietalleen voor het aanwezige wegennet en de bestaande kabelsen leidingen. Waterverbindingen worden evenmin ontzien, zoook het riviertje de Aa. Een indrukwekkende betonnen sifonzorgt voor een kruising van deze rivier onder het nieuwekanaal. In het ontwerp zijn verschillende uitdagingenaangegaan om aan alle eisen te kunnen voldoen.Ongelijke kruising van rivier de Aa met Zuid-WillemsvaartKruisend water door Sifon Aa 62013 156 7 8 9 10 11 12 1313 000 12 650 12 650 12 650 12 650 13 00017 6004.500+5.550-1.550-4.000+2.050-0.500+6.250+7.175-14.500-6.175-(moot 2) 21 250 (moot 3) 22 000 (moot 4) 22 000 (moot 5) 22 5004008 4242 942 2358 71421659 4100 1659126 5893500500500155035005005003500500500525050050050050035005003500500N.A.P.ASAS AS ASASdilatatiedilatatiedilatatiedilatatiedilatatiestortnaadstortnaadstortnaadstortnaadA B C D E F G1705 5250 5150 5150 5250 17054.500+5.550-1.550-4.000+2.050-0.500+6.050-6.175-7.175-28.500-1.000+0.125-1.125-7.000-12.500-4.000-24 2106.250+32006.175-7.175-6.175-7.175-12.500-3.750+600 4750 400 4750 400 4750 400 4750 60021 400150 150N.A.P.?610*16 (S235J2)MV. bestaandMV. 3.350+G.H.W. 2.700+G.L.W. 2.400+gem. grondwater 2.600+AZ24-700 (S355GP)AZ24-700 (S355GP)ontlastbuisfilter gedeeltein stijgbuisontlastbuisfilter gedeeltein stijgbuis231 Sifon Aa in uitvoering, juni 20132 Dwarsdoorsnede3 LangsdoorsnedeDe kruising van het riviertje de Aa met de Zuid-Willemsvaartvindt plaats met een sifon, een betonnen kunstwerk dat zorgt voorde onderdoorgang van het riviertje. De sifon moet hierbij hetmaatgevende afvoerdebiet van de Aa kunnen verwerken en moetgedurende het belangrijkste deel van het jaar te passeren zijn voorvissen. Vooral de grote spreiding in het af te voeren debiet, vanminimaal 1,5 m3/s tot maximaal 74 m3/s (1/100 jaar), was bepa-lend voor de dimensionering van de constructie. Ook de kruisingonder een hoek van 35? was constructief een grote uitdaging.De betonconstructie bestaat uit vier kokers en is 110 m lang encirca 21,50 m breed (fig. 2 en 3). De kokers hebben een inwendigeafmeting van 4,75 ? 3,00 m2. In totaal wordt in de constructiecirca 4000 m3beton en 670 ton wapeningsstaal verwerkt.Gezien de grote lengte van de sifon is deze door middel vandilataties opgedeeld in zes afzonderlijke moten. Hiermeeworden de invloeden van verhinderde krimp-, kruip- entemperatuurvervormingen beperkt.Het geheel staat op 516 Gewi-trekpalen die gecombineerd met deondergrond de paal-/plaatfundering vormen.VariantenBij de inschrijving is bewust gekozen niet meer dan een schets-ontwerp te maken. Door middel van een risicogestuurde aanpak1ing. roel HovingArcadis Nederland bv, WillemsUnie v.o.f.ing. Berry HolGMB Civiel bv, WillemsUnie v.o.f.Kruisend water door Sifon Aa6201316thema051015202530354045500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20zetting[mm]funderingsdruk [kPa]staalfunderingpaalfundering45 6en veiligheid, in combinatie met de beschikbare ruimte, heeftuiteindelijk geleid tot de keuze voor optie 3, een volledig in hetwerk gestorte sifon in een droge bouwkuip.VispasseerbaarheidIn het Trac?besluit ligt verankerd dat niet alleen de waterverbin-ding in stand moet worden gehouden, maar dat ook de vismigra-tieroute intact moet blijven. Uit onderzoek is gebleken dat eenvispopulatie niet snel een hindernis in een watergang zal nemen.Daarom is hier in het ontwerp veel aandacht aan besteed. Doorervaringen van ecologen te delen en gebruik te maken van aanwe-zige kennis bij het waterschap, zijn de belangrijkste randvoor-waarden gesteld ten aanzien van de vispasseerbaarheid. Vooral detoegestane minimale en maximale stroomsnelheid waren hierbijbepalend. Het doel was de stroomsnelheid zo veel als mogelijkbinnen 0,10 m/s en 0,50 m/s te houden.Vanuit het waterschap bestond tevens de wens om de sifon tekunnen gebruiken voor peilbeheer op de rivier `de Aa'. In drievan de vier kokers van de sifon wordt hiertoe een automatische`klepstuwconstructie' aangebracht. Hierdoor kunnen deis uit een aantal principevarianten een keuze gemaakt. Hierna zijnde grootste kostendragers bepaald en geprijsd. Voor de uitvoeringvan de sifon was in een vroeg stadium al afgestapt van bouwme-thoden als (pneumatisch) afzinken en boren. Een zwaarwegendargument hiervoor was de aanwezige beschikbare ruimte, waar-door het niet nodig was te zoeken naar snelle, ruimtebesparendeen hinderbeperkende bouwmethoden.Met een traditionele aanpak (droge bouwkuip en in het werkgestort beton) als uitgangspunt, zijn tijdens de inschrijving driesubvarianten overwogen:1 een prefab hangduiker;2 stalen damwanden met onderwaterbetonvloer en in het werkgestort dek;3 volledig in het werk gestort.Een extra randvoorwaarde was het in stand houden van de Aatijdens de uitvoering van de werkzaamheden. Bij de eerste tweevarianten is overwogen tijdens de uitvoering de rivier deelsdoor de kuip te laten stromen. Alleen bij optie 3 werd uitgegaanvan een volledig omgelegde rivier, noordelijk buiten de bouw-kuip van de sifon (foto 4). De relatieve eenvoud, degelijkheidKruisend water door Sifon Aa 62013 1710001255005014060paallengteoplenging20075350OWBanker ?40 (hoog)/?63.5(laag)grout ?200betonwand boven ankers-0.125/-6.175-1.125/-7.175-16.000 (?40)/-26.500/-28.000 (?63.5)moot 5: -25.500/-27.000 (?63.5)afm. schotel 60*350 mmkoppel-/verloopstuk-0.325/-6.375?40 oplengen met ?50)oplengen met ?50)FFFFe e7897 Horizontale verplaatsing moot8 Horizontale verplaatsing sifon in lengterichting9 Verbinding anker in constructie4 Luchtfoto Sifon Aa, 3 juli 2013foto: Sander Meijering5 Steenbestorting vergelijkbare sifon Wamberg6 Zettingsverloop moot 4 sifon AaHet meeste af te voeren lekwater in de bouwkuip werd veroor-zaakt door uit het slot gelopen damwanden ontstaan door deaanwezigheid van zeer stijve zandlagen.Paal-/plaatfunderingTen behoeve van de realisatie van de bouwkuip zijn Gewi-trekpa-len toegepast om de onderwaterbetonvloer te verankeren. Hettoepassen van deze palen als drukpalen voor de definitieve funde-ring lag dan ook zeer voor de hand. De navolgende aspectenspeelden bij de keuze voor de fundering een belangrijke rol:? De funderingsdruk onder de vloer van de sifon zal lager zijndan de optredende korrelspanningen direct naast de sifon, alsgevolg van de aangebrachte grondophoging. Een funderingop staal behoorde dan ook tot de mogelijkheden, aangeziengrondmechanisch bezwijken als gevolg van de funderings-druk onder de sifon is uitgesloten. Vanwege de optredendetrekbelasting bij onderhoud in de gebruiksfase blijven trekan-kers echter noodzakelijk.? Hoewel geotechnisch bezwijken van de fundering van desifon is uitgesloten, bleken de te verwachten zettingen onderde constructie, bij een volledig op staal gefundeerde situatie,behoorlijk fors te zijn: berekend op maximaal 220 mm voorde zwaarst belaste moot.? Het voor de bouwfase benodigde puntniveau van de Gewi-trekpalen (op trek) was rekentechnisch onvoldoende om ookvoor de eindfase het benodigde draagvermogen op druk tekunnen leveren in het geval van een volledige fundering oppalen.omstandigheden in de vierde koker, de zogenoemde `viskoker'qua stroomsnelheid worden geoptimaliseerd.Naast de juiste stroomsnelheid zijn er meer specifieke zakenwaarop is ingespeeld. Zo is de koker voorzien van een grovesteenbestorting (60-200 kg per stuk) om luwten (=rustplaatsen)voor de vissen te cre?ren (foto 5). Tevens worden drempels inde viskoker voorkomen door een gelijke aansluiting op dewaterbodem. In de krooshekken zijn speciaal vormgegevenopeningen voorzien om de vis zo natuurlijk mogelijk de sifonin te geleiden.Optimalisatie onderwaterbetonAl in een vroeg stadium van het ontwerp bleek dat er, conformCUR-Aanbeveling 77, een zeer dikke vloer (circa 2,2 m) nodigwas om aan de eisen ten aanzien van de waterdichtheid van devloer te kunnen voldoen. Omdat voor de bezwijkveiligheid meteen beduidend dunnere vloer (circa 1,0 m) zou volstaan, isbinnen de mogelijkheden van CUR-Aanbeveling 77 gezocht naareen optimalisatie van de vloerdikte. Deze optimalisatie is gevon-den door slim gebruik te maken van de waterremmende werkingvan de aanwezige kleilaag, direct onder het aanlegniveau van hetonderwaterbeton (en de hieronder aanwezige ziltige zandlagen).Uit conservatieve berekeningen bleek (o.a. rekening houdend metwatervoerende scheuren in de vloer), dat het debiet door dezekleilaag zeer beperkt zou blijven (0,5 ? 5,0 m3/uur voor de gehelebouwkuip met een oppervlakte van circa 2650 m2). Door hettoepassen van ontlastbuizen in de kassen van de damwandennaar de zandlaag tussen het onderwaterbeton en de kleilaag, konhet lekwater eenvoudig worden afgevoerd (fig. 2). Door bij hetstorten van de vullaag alle kassen met een uitsparing te verbin-den, kon het water met een dompelpomp eenvoudig worden afge-voerd zonder hinder voor de bouwwerkzaamheden. Tijdens deuitvoering bleek het debiet door de kleilaag zeer beperkt te zijn.themaKruisend water door Sifon Aa6201318614181861420101090990922201818opstort 500*150*18 mm + glijfolie 2 mmopstort 500*150*18 mm + glijfolie 2 mm15001500150030015425007402074050015422010buis verlopend in diameter?130?60ankerschotel 220*220 t = 45 mmkoppelanker Dywidag ?40 L = 6000 mm,gesegmenteerd in 3 gelijke delenopstort 1250*200*18 mmglijfolie 2 mmankerschotel 220*220 t = 45 mm ?60101110 Detail nok11 Ankerverbinding in buitenwandhooggelegen moten12 Visualisatie instroomzijde sifon Aaheden in de ondergrond in rekening gebracht. Deze waarde ligtruimschoots binnen de vervormingscapaciteit van het toegepastevoegprofiel (W9U).De berekeningen van het paaldraagvermogen conform de normbetreffen uiteraard een ondergrens van het daadwerkelijk televeren paaldraagvermogen. Hierdoor zullen de daadwerkelijkezettingen van de sifon naar verwachting lager uitvallen. Voor dekrachtswerking in de betonvloer is ervan uitgegaan dat de Gewi-palen het benodigde (druk)draagvermogen leveren. Een beddingonder de vloer is niet in rekening gebracht, om de zetting van deondergrond onder de sifon in rekening te kunnen brengen.Horizontale stabiliteit sifonDe sifon kruist de nieuw aan te leggen Zuid-Willemsvaartonder een hoek, waardoor de moten van de sifon in bovenaan-De combinatie van bovenstaande factoren hebben ertoe geleiddat uiteindelijk is gekozen voor een gecombineerde paal-/plaat-fundering.Om de invloed van Gewi-palen op de optredende zettingen vande sifon te kunnen berekenen, is de navolgende proceduregevolgd:? Voor diverse (aangenomen) waarden van de funderingsdrukwordt de zakking van de sifon berekend.? Voor diverse (aangenomen) waarden voor de optredendepaalbelastingen wordt de zakking van de sifon berekend.Hierbij is aangenomen dat de volledige negatieve kleef inrekening moet worden gebracht tot en met de diepst gelegenkleilaag boven het niveau van de paalpunt.? Op basis van de in rekening gebrachte belasting op de palenkan een resterende funderingsdruk worden bepaald.? Door de (resterende) funderingsdruk grafisch uit te zetten tegende berekende zakking van de sifon voor zowel een fundering opstaal als een fundering op palen, kan ter plaatse van het snijpuntvan de beide lijnen de resterende funderingsdruk onder de sifonen de zakking van de sifon worden afgelezen (fig. 6).Uit de figuur volgt een maximale zetting van de zwaarst belastemoot van de sifon van circa 42 mm (exclusief dookwerkingonderwaterbeton). Voor de aangrenzende moot is op vergelijk-bare wijze een zetting berekend van 21 mm, wat resulteert in eenverschilverplaatsing van (42 ? 21 =) 21 mm over de voeg. Dooroverlapping van de spreiding van de funderingsdrukken in deondergrond zal deze waarde verder nivelleren. Conform art. 10.8van NEN 6740 hoeft er maar 50% in rekening te worden gebrachtals de daadwerkelijke optredende verschilverplaatsing over devoeg (50% ? 21 mm = 11 mm). Hiermee worden ongelijkmatig-Kruisend water door Sifon Aa 62013 1912in zijwaartse richting tegen elkaar gedrukt. Hierdoor wordenongelijke verplaatsingen in zijwaartse richting voorkomen enzijn de benodigde steundrukken van de omringende grondbeperkt. De nokken zijn zodanig uitgevoerd dat vervormingenin lengterichting van de sifon niet worden verhinderd en eenhaakse wandaansluiting wordt verkregen met voldoenderuimte voor het dilatatievoegprofiel en de koppelankers.Ter plaatse van de eerste en laatste voegovergangen in de hoog-gelegen moten zijn in de buitenwanden Dywidag ?40 staventoegepast (fig. 11). Hierdoor wordt het openstaan van dezemootvoegen, als gevolg van rotatie, voorkomen. Eventueledrukkrachten worden ook direct afgedragen (beton op beton).Door de trekankers van een gesloten celschuimomhulling(20 mm rondom) te voorzien, wordt voorkomen dat de ankersop een verticale afschuifkracht worden belast als gevolg vanongelijke zakkingen tussen de moten onderling.Tot slotDe aanpassing van een wegverbinding met een brug over eenkanaal zal door velen als een logische en vanzelfsprekendeoplossing worden gezien. De aanpassing van een waterverbin-ding is minder vanzelfsprekend, zeker in deze afmeting. Ditkomt deels omdat deze vaak aan het zicht wordt onttrokken:een groot deel van de sifon zal permanent onder het nieuwekanaal verdwijnen. Maar in technisch opzicht is een sifonminstens even uitdagend als een brug.Momenteel is het object in uitvoering en de verwachte inge-bruikname is medio november 2013. De constructie is geschiktom voor onderhoud te worden drooggezet. Echter door detoepassing van onderhoudsarme producten kan het nog weljaren duren voordat dit ook werkelijk zal gebeuren en deconstructie weer opnieuw daglicht ziet. zicht een parallellogramvorm hebben. Hierdoor treedt er eenexcentriciteit (koppel) op tussen de resultante van de optre-dende gronddruk tegen de beide buitenwanden van een moot.De moten van de sifon zullen hierdoor zijdelings willenverplaatsen en om hun zwaartepunt willen roteren (fig. 7).Tevens is de sifon aan het uiteinde afgeschuind waardoor delengte van de beide buitenwanden, en dus de grond- en water-drukken aan weerszijden van de eindmoten, niet gelijk zijn. Ditzal het zijdelings verplaatsen en roteren van de eindmotenversterken.Door de resulterende waterdruk (in de lengterichting) van degehele sifon op de sifonvloer van moot 2 en 5 (fig. 3), wordt even-eens een aandrijvend koppel (fig. 8) geleverd dat tegengesteld is.Bij een ongedilateerde sifon zal een beperkte steundruk van deomringende grond al snel voldoende weerstand bieden. Bij eengedilateerde sifon is een aanzienlijke steundruk nodig om eenrotatie van de afzonderlijke moten tegen te gaan, wat gepaardgaat met grote horizontale verplaatsingen. De verdraaiing vande dilataties ten opzichte van de lengteas (parallellogramvormvan de moten) versterkt dit belastingseffect.Om de horizontale stabiliteit van de sifon te waarborgen, zijnde volgende maatregelen genomen:? Door de lengte van beide buitenwanden gelijk te houden,worden ongelijke horizontale grond- en waterdrukken aanweerszijden van de sifon beperkt. De sifon is hiertoe uitge-breid met een open bak en de sifonvloer eindigt recht (fig. 8).? Aan weerszijden van de uitstroom is de hoogte van het maai-veld geminimaliseerd op NAP +4,50 m.? De eerste en laatste sifonmoot worden ter plaatse van devoegen gekoppeld met de naastgelegen moten.Om de rotatie tussen twee moten onderling tegen te gaan, zijnhet dak en de vloer voorzien van `horizontale nokken' (fig. 10).Met de gekozen vormgeving van de `nokken' worden de moten