ir.W.van der KieijHoofdingenieur Rijkswaterstaat,Dienst LauwerszeewerkenAfsluiting van de LauwerszeeU.D.C. 627.53(429.71):624.157.382.012.45Inpoldering in Friesland met betonnen caissonsOp 23 mei klonken voor het laatst de sirenes van de sleepboten, de laatste twee caissonsvan de Lauwerszee waren geplaatst en daarmee was een belangrijk onderdeel van eentechnisch boeiend project voltooid. Niet alleen boeiend voor de 'natte waterbouwer'; debelangrijkste elementen van de sluitingsoperatie, de doorlaatcaissons, zijn juist voor debetontechnicus voor wie dit tijdschrift in de eerste plaats is bedoeld, interessant in voor-bereiding en uitvoering. Het kader van dit artikel laat echter niet toe, diep op de beton-bouwkundige problemen in te gaan; wij zullen ze hieronder slechts in vogelvlucht de revuelaten passeren.De Lauwerszee draagt alle kenmerken van een typisch waddenlandschap: een ondiepezee, waarvan de bodem wordt doorsneden door een stelsel van geulen en prielen. Bijlaagwater vallen grote delen droog en het water stroomt door de geulen weg, bij vloedwordt via de geulen, het land weer overstroomd. In de nu afgesloten Lauwerszee stroomdehet water voor het grootste deel in en uit door ??n hoofdgeul, het vaarwater naar Oost-mahorn. In deze geul was het sluitgat voor de 13 km lange afsluitdijk geprojecteerd (ziefig. 1), een dijk die dus voor het grootste deel op de hogere zandplaat kon worden aan-gelegd (fig. 2).Er bestaan op het ogenblik in hoofdzaak twee methoden om een dergelijk sluitgat tedichten: de geleidelijke sluiting, bij voorbeeld met een stenen dam, en de sluiting ineens,de zogenaamde caissonsluiting. Voor de Lauwerszee is de keus gevallen op de laatstemethode.Een caissonsluiting komt, in zijn huidige vorm, eigenlijk neer op het bouwen van eengeprefabriceerde spuisluis die de waterbeweging zoveel mogelijk ongestoord laat door-1Situering van de caissonreeks in het 900 mbrede sluitgat2Ligging van de afsluitdijkCement XXI (1969) nr. 83483De caissons op de bouwplaats; duidelijkzijn de doorstroomo eningen zichtbaarpfoto: Cement/BJ. de Ruitergaan en die op een geschikt moment wordt afgesloten. De onderdelen, de caissons, wordendrijvend naar het af te sluiten gat gebracht en daar op de fundering, de zogenaamdedrempel, afgezonken.De drempel in het sluitgat van de Lauwerszee is gelegd op een diepte van 6,50 m --NAP, delengte van het sluitgat werd bepaald op 900 m. Tijdens elk getij verplaatste zich 120 mil-joen m3water door deze opening. Hiermee zijn in principe de hoofdafmetingen van hetcaisson bepaald; uit de drempeldiepte volgt de hoogte en uit sterkteoverwegingen volgtdaaruit de lengte; de breedte volgt uit stabiliteitsoverwegingen. Zo zijn de Lauwerszee-caissons 12 m hoog, 33 m lang en 15 m breed geworden. Er waren totaal 25 caissonsnodig. Uit de eis dat de caissons een onderdeel moeten vormen van een geprefabriceerdesluis, volgt in grote trekken de constructie: een betonnen bak met doorstroomopeningen,- bij de Lauwerszeecaissons zes stuks per caisson (foto 3) -, die afgesloten kunnen wordenmet stalen kleppen. Om een caisson na het afzinken te beletten onder invloed van dewaterdruk over de drempel te verschuiven, moet het verzwaard worden. Dit gebeurt doorzand te spuiten in de zogenaamde ballastbakken, die worden gevormd door de bovenbouw.De doorstroomopeningen moeten, om de caissons voldoende drijfvermogen te geven,worden afgesloten met houten drijfschotten, die na het afzinken verwijderd worden. Wellichtkan fig. 4a-b bovenstaande, wat summiere beschrijving, verduidelijken.Constructief gezien geeft het ontwerp van een caisson nogal wat problemen: het geheelmoet zo licht mogelijk zijn om de vereiste geringe diepgang (3,60 m) te verkrijgen. Omdatanderzijds tijdens en na het plaatsen en ballasten grote krachten in de constructie optre-den, is het zaak de berekening zoveel mogelijk te verfijnen. Zo werd de berekening vanhet hoofddraagsysteem uitgevoerd met een computer. Dit hoofddraagsysteem bestaat uitdrie spanten, waarvan de onder- en bovenregel gevormd worden door opstaande wanden'van de bodem en de bovenin gelegen ballastbak; de verticalen worden gevormd door dekolommen tussen de doorstroomopeningen en de plaatselijk verzwaarde delen van dekopwanden, terwijl voor het opnemen van grote dwarskrachten, in de doorstroomopenin-gen stalen diagonalen zijn aangebracht.Bij de berekening van dit hoofdsysteem werd er van uitgegaan dat het caisson, na hetplaatsen op de toch altijd min of meer ongelijke drempel, ?f alleen in het midden, ?f alleenonder de uiteinden wordt ondersteund. Metingen na de plaatsing bevestigen dat een derge-lijk uitgangspunt zeker niet te pessimistisch is geweest.4Constructie-tekening van de caissons(links: horizontale doorsnede en boven-aanzicht, rechts verticale doorsneden enzijaanzichten)Cement XXI (1969) nr. 8 3495Eerste caisson bij Groninger landhoofd wordtafgezonken m.b.v. een afvierponton; doorsleepboten en de lieren op de ponton wordthet caisson op de juiste plaats gebrachtfoto: H. de Vries, Leeuwarden6Twee aan elkaar gekoppelde caissonsworden naar de afzinkplaats gesleept, rechtsonderaan het uiteinde van de reedsgeplaatste caissonsBij ??n caisson liepen de spanningen zo hoog op, dat tussen het beton en de stalendiagonalen, die met voorspanstaven in het beton zijn verankerd, een 1,5 mm brede spleetontstond. Een vermindering van het gewicht kon verder worden bereikt door toevoegingvan een luchtbelvormer aan de betonspecie en een, voor tijdelijk werk, nog juist toelaat-bare minimum betondekking.De plaatsing van de caissons spitst zich toe op twee problemen: snelheid en kracht.De geplaatste caissons vormen, ondanks de geopende kleppen, toch nog altijd een belang-rijke profielvernauwing voor het er door stromende water; in het overblijvende gat loopt desnelheid steeds hoger op. In de sluitingsperiode zijn snelheden van bijna 4 m per secondeopgetreden. Deze hoge snelheden vormen niet alleen een gevaar voor de stabiliteit vande zware stortsteen waaruit de drempel is opgebouwd, zij kunnen ook ontgrondingenbuiten de bezinkingen ter weerszijden van de drempel veroorzaken. Zo zijn tijdens desluitingsperiode ontgrondingen van 9 m diepte opgetreden. Om te voorkomen dat dezeontgrondingen zo ernstig worden dat de stabiliteit van de drempel in gevaar komt, moetde sluitingsoperatie een race tegen de tijd worden (foto 5).Zo werden tussen 1 mei en 23 mei 23 caissons geplaatst. Omdat dit niet op alle dagenkon geschieden (noodzakelijk moesten enige reservedagen worden ingelast in verbandmet uitstel door slecht weer) werden enige plaatsingen met twee aan elkaar gekoppeldecaissons uitgevoerd (foto 6). De caissons werden hierbij met behulp van staalkabels ennylon rekkers met een voorspankracht van 10 ton aan elkaar verbonden.Cement XXI (1969) nr. 8 3507De laatste gekoppelde eenheid is geplaatst;de Lauwerszee is afgesloten, 23 mei 1969Het plaatsen van dergelijke lange eenheden bleek een groot succes; het gedrag als schipvan een lange eenheid bleek zelfs beduidend beter dan dat van een enkel caisson.Het probleem 'kracht' was een zaak van voldoende sleepbootvermogen. Voor het ver-slepen van de bouwput naar het sluitgat was niet veel kracht nodig; des te meer echtervoor de eigenlijke plaatsing, waarbij het caisson dwars tegen de stroom in, in de as vanhet sluitgat moet worden gebracht om met de stroomkentering te worden afgezonken.Ook deze manoeuvre is een race tegen de tijd: hoe korter voor de kentering de handelingplaats vindt, hoe geringer de benodigde krachten zijn.Totaal is, op grond van uitgebreide proeven in het waterloopkundig laboratorium, eensleepbootvermogen ingezet van ruim 7000 pk, verdeeld over 8 havensleepboten. De botenbleken het caisson volkomen in hun macht te hebben, zelfs bij een plaatsing die onderuitzonderlijk slechte weersomstandigheden (windkracht 7) werd uitgevoerd. De moeilijkelaatste plaatsing op 23 mei, waarbij een gekoppelde caissoneenheid met een speling van7 m in het overgebleven gat moest worden gebracht, is feilloos verlopen.Een moeilijke factor bij dergelijke operaties blijkt het menselijke uithoudingsvermogen tezijn. Op het personeel van de aannemer, de sleper en de directie wordt gedurende eenmaand lang een zwaar beroep gedaan. Er moet lang worden gewerkt onder hoge span-ningen. Niettemin is ook deze krachtproef glansrijk doorstaan. In een goede samenwerkingen een uitstekende sfeer kon het grootste caissonsluitgat, dat tot op heden in Nederlandis aangevat, gedicht worden (foto 7).Directie: Rijkswaterstaat, dienst Lauwerszeewerken, Leeuwarden.Aannemer: Combinatie Lauwerszee, waarin samenwerken: van Hattum en Blankevoort N.V.,Beverwijk; Dirk Verstoep, Den Haag (betonwerken); Zanen Verstoep, Den Haag; N.V. vander Hoeven, Rotterdam.Sleper: P.Smidt jr., Rotterdam.Zinkwerken: N.V. Zinkcon.Cement XXI (1969) nr. 8 351