ing.O.W.de HaanDosbouwir.J.M.van Geest en ir.F.F.M.de GraafRijkswaterstaat, directie Sluizen en StuwenBijzon.dere aspecten~SE 3 FILTERMuIHet ondervullenHet ondervullen vindt plaats als de drempel isaangebracht en de grindzak goed als bekis-ting kan functioneren. Het vulproces wordtuitgevoerd vanuit de droge caissonruimte inde pijlervoet, die via verticale schachten in depijlerwand in open verbinding staat met deverkeersbrug (fig. 4-6).voeg wordt bepaald doordeO,5 mhoge steun-ribben. Daarmee is voldoende ruimte ge-cre?erd om het vulproces betrouwbaar tekunnen uitvoeren.5Ondervullen per compartiment4Ondervullen met volle capaciteit6Navullen met lage capaciteitEisen aan de vullingDe voegvulling zal een sterkte moeten hebbendie overdracht van de optredende horizontaleen verticale krachten mogelijk maakt. Vooralin verband met de horizontale krachten is devereiste sterkte vastgesteld op 5 ? 10 N/mm2.Bij deze sterkten is weliswaar rekening ge-houdenmet een niet volledige vu11ing, maarinverband met het piping-bezwaar en ook denoodzaak van een gelijkmatige tegendruk opde pijlervloer is praktisch een zeer hoge vul-lingsgraad vereist.De vulling zal ten slotte duurzaam en stro- Figuur 2mingsresistent moeten zijn.Om de voegvulling in een redelijk beheerstproces te kunnen aanbrengen en de vereistehoge vullingsgraad te kunnen garanderen,dientde ondervulruimte goed afgeschermd tezijn. Het loskorrelige pakketonderen naast devoeg is echter niet 'groutdicht', ook niet voor Figuur3zand-cementspecie. Daarom wordt de topvan de fundatiemat voorzien van een zand-dicht kunststofdoek, terwijl de zijkant van devoeg wordt afgesloten door een grindzak, diegroutdicht is bevestigd en opgehangen aande pijlerrand en waarvan het grindgewicht ennaderhand het drempelgewicht de afdichtingop de mat van het fundatiebed tot standbrengt. Ook de grindzak bestaat uit een zand-dicht kunststofweefsel. De hoogte van deKeuze van de bouwelementenEen praktische invulling van genoemde eisenleidt tot de keuze van een verkittende specie.Gezien de grofkorrelige omgeving waarbin-nen zo'n specie moet worden aangebracht, isde oplossing gezocht in een lijvige zand"ce-mentspecie.1. Voeg tussen pijler en fundatiebedNoodzaak van de voegvullingBij het plaatsen staat de pijler slechts met hetbeperkte oppervlak van de beide steun ribbenop het fundatiebed. In de bouwfase wordtdaarmee voldoende stabiliteit aan de fundatieontleend. Onder de belasti ngen van de geslo-ten kering moet het gehele grondvlak van depijlervoet als fundatievlak worden gemobili-seerd. Daarom moet de gespaarde ruimte tus-sen pijler en fundatiebed worden gevuld (fig.1-3).Anderszins is het vullen ook noodzakelijk omhet gevaarvan piping en dus erosie te voorko-men. Figuur 1Cement XXXI (1979) nr. 12 581Vanuit de caissonruimte zijn afsluitbare door-voeren door de bodem gemaakt voor de spe-cietoevoer. Afvoeren zijn voorzien vanuit devoeg doorde caissonru imte naar de buitenzij-de van de pijler. Die afvoeren zijn daarmeeaan- en af te sluiten en te controleren.De ruimte onder de pijlervoet is in beperktemate gecompartimenteerd door enkele lageribben, die niettot aan hetfundatiebed reiken.Elk compartiment is voorzien van toe- en af-voerleidingen. Hetvullen wordt als een conti-nu proces uitgevoerd, waarbij de specie van-uit het eerst te ondervullen vak uitloopt naarde naastliggende ruimten onder de pijler.Door een slang onder elke toevoer wordt despecie op bodemniveauingevoerd. Door hetporeuze fundatiebed wordt overtollig waterweggedrukt. Het onderste deel van de vullaagvormt tijdens het proces meer en meer eenkorrelskelet, stijft op en is dan niet meer instaat zich ondertransportdruk te verplaatsen.En mits er voor het te vullen compartimentwordt overgeschakeld op een hoge toevoervan specie wordt er voldoende weerstand terplaatse van de ribben ondervonden om dedruk in dat compartiment zodanig te verho-gen dat de ruimte geheel wordt gevuld. Hetingesloten water stroomt weg door de hoog-gelegen afvoeren en tenslotte wordt ook spe-cie weggepompt. Dan worden de afsluiters opde afvoeren gesloten en wordt gedurende eenhalf uur heel spaarzaam specie toegevoerdonder een overdruk van maximaal 100 kN/m2 ?Daardoor wordt de vulling enigermate ver-dicht en het hydratatieproces versneld.Als tijdens het overschakelen op de hoge toe-voer nog geen drukverhoging wordt bereikt,dient deze fase van het vulproces nog uitge-steld te worden.De ondervuluitrustingIn de caissonruimte wordt een drietal beton-pompen opgesteld, elkmet een capaciteit van40 m3/u. Elke pomp wordt rechtstreeks ge-voed vanuit een standleiding door de pijler-schacht. Een trechter bovenop de standlei-ding, op het brugniveau, vormt de bufferwaardoor de standleiding niet leeg behoeft tekomen. De aanvoer van despecie vindt plaatsover de brug.Vanaf de pompen voert een gedeeltelijkflexibelleidingstelsel naar de toevoeren doorde bodem. Naast de ca. 50 toe- en afvoerendoor de pijlerbodem, alle voorzien van denodige afsluiters en manometers worden percompartiment ook enkele doorvoeren aange-bracht om de overdruk van de specie in deondervulruimte te meten. Dit gebeurt doormanometers of waterspann ingsmeters.De betonpompen zijn uitgerust met een hy-draulische fijnregeling zodat op de gewenstemomenten met uiterst kleine debieten kanworden gewerkt. De regeling kan wordenkortgesloten op de manometers van de door-voeren en opdespeciedrukmeters in devloer.Er is uitgegaan van een netto capaciteit voortwee pompen te zamen van 50 m3 /uur. Dederde pomp is reserve en daarom in dezebeschouwing niet meegeteld. Bij een beno-digde produktie van 400 m3 specie per cais-son,betekentditeen netto pomptijd van Buur.Inclusief het afpersen van de vakken, waarbijCement XXXI (1979) nr. 12op veel geringere produktie moet worden ge-rekend, en het verwisselen van leidingen zalde netto ondervultijd ca. 12 uur bedragen.ComplicatiesEr moet met complicaties en onvolkomenhe-den in het bouwproces rekening worden ge-houden.1. Het opschonen van zand van het fundatie-bed, direct voorafgaand aan het plaatsen vande pijlers, is moeilijk te controleren en dusevenmin voor 100% te garanderen. Boven"dien kan erin dekorte periodetussenopscho-nen en plaatsen van de pijler opnieuw enigezandafzetting plaatsvinden.Op zich vormt zo'n zandlaag een acceptabelonderdeel van de voegvulling mits het zandniet kan verdwijnen. En dat laatste is het ste-riotype probleem in elke Oosterschelde-ont-werpfilosofie. Daarom wordt de fundatiemat,waarop de pijler wordt neergezet, aan debovenzijde voorzien van betonstenen, 'puk-kels', te vergelijken met de blokkenmat voorde bodembescherming.De blokken zijn zo hoog dat ze uitsteken bo-ven de verwachte zandafzetting. En deverhar-dende voegvulling draagter zorg voordat eenzandlaag op de blokken wordt ingesloten. Dekrachtsoverdrachtkan via de blokken plaats-vinden, het zand op de mat mag door erosieverdwijnen.De aansluiting van de grindzak langs de randvan de pijler moet uiteraard groutdicht zijn.Daartoe wordt de ruimte tussen de blokken,waar de grindzak moet aansluiten, reeds inhet fabricageproces van de mat afgedicht.2. Een tweede complicatie wordt gevormddoor de aangroeimc;)elijkheden van schelp-dieren. Dit probleem is moeilijk af te schatten.Veiligheidshalve zijn de doorvoeren door debodem aan de onderzijde voorzien van plasticdoppen, die indringing van vers wateren dusaangroei in de leidingen voorkomen. Vooraf-gaande aan het vulproces worden de doppendoor wateroverdruk verwijderd. Ten aanzienvan aangroei tegen de onderzijde van depijlerzijn de prognoses dat hetmilieuweinigmoge-lijkheden biedt door de geringe waterverver-sing. In het ergste geval zal zoetwaterinjectieervoor zorgen dat eventuele aangroei wordtafgestoten.3. Bij het vullen van de voeg is inspectie vandevullingsgraad alleen indirect mogelijk doorhet vaststellen van specietransport door deafvoerleiding. Volgens deuitgevoerdemodel-proeven op grote schaal is dit steeds eengoede indicatie gebleken, maar het kan nietabsoluut uitgesloten worden, dat er plaat-selijk nog enkele waterbellen zijn ingesloten.Ook eventuele schuimvorming zal tegen depijlerbodem blijven hangen. En juist in descheiding tussen onderkant vloer en boven-kant vullaag moeten horizontale krachtenworden overgedragen. Daarom is de onder-kant van de horizontale vloerdelen geprofi-leerd, zodat eventuele waterbellen en slechtespecie zich in de toppen van de profileringzullen concentreren en de krachtsoverdrachtnaar de wat dieper liggende goede vullaagmogelijk blijft.582OnderzoekAchter de bovenstaande uiteenzetting staateen grote hoeveelheid onderzoek, waarin demogelijkheden en randvoorwaarden voor hetondervullen van de pijler zijn afgetast.Er zijn verkennende proeven gedaan met spe-cie in een drukketel Om de vorming van hetkorrelskelet onder invloed van de drukhoogtena te gaan. In dezelfde opstelling is onder-zocht door welke korrelgraderingde specienog werd doorgeperst.In een viertal grootschalige proeven zijn demethoden voor het ondervullen onderzocht.In een afgesloten ruimte, met afmetingen ophaast ware grootte en ook overigens goedrepresentatief voor de werkelijke situatie, zijnde aspecten vullingsgraad, invloed comparti-menteringsrib, verhangen, ontmenging,sterkte en dergelijke nagegaan.Ten slotteheeft op kleine schaal een optimali-seringsonderzoek naar de samenstelling vande specie plaatsgevonden. Hieruit is de sa-menstelling grof zand, cement en bentonietals favoriet naar voren gekomen. Met ditmengsel zijn nog enkele controleproeveninde drukketel uitgevoerd.2. Vallende stenenNadatde pijlers zijn geplaatst, wordt de drem-pel aangebracht. De drempel bestaat uit na-tuursteen in diverse graderingen. Heteenvou-digste is om deze stenen te storten vanaf hetwateroppervlak. Na ca. 5 m krijgen de stenendan hun evenwichtssnelheid en met die snel-heid 'bombarderen' zij de betonconstructie.Daardoor kunnen twee vormen van beschadi-ging optreden, namelijk verbrijzeling aan deoppervlakte en overbelasting van de con-structie door de stootkracht.Als eis is gesteld dat bij beschadiging de dek~king op de wapening minstens 50 mm dientteblijven en dat geen overbelasting mag optre-den. Aanvankelijk is gepoogd de te verwach-ten stootkracht rekenkundig te benaderen.Daar dit veel aannamen vergde en de aldusberekende stootkracht nogal hoog was,zijnook valproeven gedaan.De eerste serie proeven is uitgevoerd op eenhorizontale stapeling van reeds aanwezigebetonplaten met een dekking van 30 mmo Detotale massa bedroeg ca. 250 ton.Op deze platen zijn stenen van 500 kg en 3 tongevallen. De valhoogte was zodanig dat detrefsnelheid overeenkwam met de even-wichtssnelheid van de stenen onderwater. Deinvloed van het water is verwaarloosd. Uit deproeven bleek dat de diepte van de beschadi-ging binnen de 30 mm resp. 50 mm bleef, datde stootkracht 20 x kleiner was dan de bere-kende stootkracht en dat het meeveren van deop het zand gestapelde platen te verwaarlo"zen was.Uit de beschadigde vlakken zijn kernen ge-boord waarop vriesproeven zijn uitgevoerdom na te gaan of haarscheuren dieper door-drongen in het beton. Dit bleek overigens niethet geval te zijn. De proeven gaven dezelfderesultaten voor de hardere basaltsteen alsvOOr de zachtere kalksteen.Betonblokken met een even grote massa ge-ven beduidend lagere stootkrachten.6.00Aan het eind van het vulproces wordt metkleppen, die aan de twee retourleidingen inhet dek zijn bevestigd, gecontroleerd of devoet gevuld is en zonodig wordt het proceshiermee bijgestuurd dooreen van de kleppendicht te zetten. Per pijler moet ca. 5000 m3zand worden aangebracht. Hiervoor is ca. 40uur uitgetrokken. De toevoer geschiedt meteen toevoerleiding 0 350 mm met een debietvan ca. 850 m3 /uur en een zandconcentratievan 15%.Beschrijving vu/systemen (fig. 10)De pijlervoetbestaat uit zes compartimenten.De scheidingswanden tussen deze comparti-menten hebben een sparing van 1,7 x 2,0 menzijn geperforeerd met 17 gaten 0 0,45 m en 4gaten 0 0,35 m. De grootte van de gaten iszodanig gekozen dat zettingsvloeiing van hetzand door de gaten mogelijk is. Plaats enafstand van de gaten in relatie met de optre-dende taluds in het zand zijn dan maatgevendvoor de optredende gronddrukken.De compartimenten worden 'in den natte' ge-vuld met een zandwatermengsel. Het zandbezinkt en het overtollige water wordt afge-voerd. Het zandwatermengsel wordt aange-voerd door de grootste van de twee doorlo-pende sparingen in de schacht en bezinkt ineerste instantie in de middelste compartimen-ten. De afvoer van water geschiedt via dekleinste sparing in de schacht.Deze sparing heeft ?enyerbinding met elk vande twee randcompartimenten. De voor hetrondstromen van het water benodigde drukwordt opgebouwd door verschil in stijghoog-te in de twee sparingen. Om overdruk in depijlervoet te vermijden is de toevoerschachtvoorzien van een verbinding met het buiten"water waardoor tevens de stijghoogte nage-noeg constant is. In de afvoerschacht wordtde stijghoogte, afhankelijk van de benodigdestuwdruk, lager gehouden. De benodigdestuwdruk zal toenemen naarmate de pijler"voet meer gevuld wordt. Het zandtransporttussen de verschillende compartimenten ge-schiedt enerzijds door het rondstromen vanhet water, anderzijds door zettingsvloeiingenvan reeds bezonken zand door de gaten in dewand.3. Zandballast systeem pijlerDe voet van de pijler bestaat uit een trape"ziumvormige holle constructie. Door dezevormgeving is het mogelijk, in verbandmetdestabiliteit, gewicht te ontlenen aan het om depijler gestorte drempelmateriaal en bal-lastmateriaal dat in de voet wordt aange-bracht. Om te komen tot een keuze van hetballastmateriaal is er een optimalisatie uitge-voerd met als variabelen de soortelijke massavan het ballastmateriaal en de afmetingen vande pijlervoet. Alsballastmaterialen kwamen inaanmerking zand, zware toeslagmaterialenen onderwater beton. Aangezien bij verklei-ning van de voet zowel het weerstandsmo-ment van het grondoppervlak als het eigendrijfvermogen afnemen en omdat het aan-brengen van zand relatief goedkoop is, is ge-kozen voor zand als ballastmateriaal.Alleen de laatste gaf een goede beschermingvoor stenen tot 1000 kg. De oppervlaktebe-schadiging is dan beduidend minder en destootkracht gehalveerd. Overwogen wordtonder meer een bekleding met gewapendebetonplaatjes toe te passen op plaatsen waarte grote oppervlaktebeschadiging wordt ver-wacht.HetvaHen van stenen zwaarder dan 1000 kg isniet Overal acceptabel. Overwogen is de ste-nen te zetten met behulp van kranen. Dit werdechter niet voldoende bedrijfszeker geacht.Voorts is het aanbrengen van tijdelijke be-schermingsconstructies onderzocht, met eenfendering op het dak van de pijlervoet. Hierbijbleek het niet mogelijkalle kwetsbare delen tebeschermen. Een andere mogelijkheid is depijler in te pakken met 'vriendelijker' materia-len. Dit is gevonden in de vorm van verpaktsteenasfalt, dat gestort wordt als het asfaltnog warmen plastisch is. Na het storten ver-hardt het materiaal en is dan voldoendestroombestendig. Op de plaatsen waar tezware stenen nodig zijn, wordt de pijler inge-pakt in een schil van steenasfalt. Het overigezware drempelmateriaal wordt aangebrachtmet een glijgoot, zodat het 'verdwalen' vanstenen is uitgesloten.Het laat zich aanzien dat voor de aanstortin-gen van dedorpelbalken aan de zeezijde te-gen het schuine vlak betonblokken en aan deOosterscheldezijde tegen het verticale vlakstenen van 1tot 3 ton toegepast gaan worden.Bij aanbrengen van de materialen met eenglijgoot vereist dit vermoedelijk geen uitge"breidere voorzieningen dan het beschermenvan de hoeken en de voorspankastjes.Voor de volgende proevenseries werd eenproefstuk (fig. 7) gemaakt met horizontale enschuine vlakken. De helling van het schuinevlak komt overeen metde helling van de pijler-voet. De dekking was vergroot tot 70 mmo Opdit proefstuk zijn stenen van 500 kg, 3 tonenbetonblokken van 2,5 ton gevallen.De hoeveelheid stenen voor de valproevenwas steeds zo groot dat de resultaten zichleenden voor statistische verwerking. Uitdezeproeven bleek dat het vergroten van de dek-king geen invloed op de beschadigingsdieptehad. De resultaten zijn in de figuren 8 en 9aangegeven.Valproeven op de hoeken gaven aanmerkelijkgrotere beschadigingen. In het water kunnenstenen door hun onregelmatige vormgevingeen richting krijgen, die afwijkt van de verti-caal, voorts kunnen in een sortering stenenvoorkomen, die zwaarder zijn dan de boven-grens aangeeft. Dit samen geeft stootkrach"ten die groter zijn dan de gemeten waarden.In de drempel worden de volgende sorterin-gen verwerkt: 10-60 kg, 60-300 kg. 300-1000kg, 1-3ton ,3-6 ton en 6-10 ton (zie fig. 3). Uithet onderzoek bleek dat stenen tot 1000kg vrijkunnen vallen op de pijler. De dekking is ver-groottot 1OOmm,waardooreen beschadigingtot 50 mm toelaatbaar is. De voorspankastjesen de hoeken moeten dan wel beschermdworden. Onderzocht zijn beschermingen metstaalplaat, kunststof en zachthout dik 60 mmop p5 MASSA(!)AFvoeR WATER44 5 MASS~Il)33_--S"%GRENS/_--:"":' hor. vlak2VERBINDING METBUITENWATERoTOEVQERZAND- WATER MENGSELoDIEPTE van deBESCHADIGING(cm)54Figuur 9FiguurB7Proefstuk?BE].llio00 ~~.[ill00: , : 0 00. _ c :: 0 _: 0 1;1 0 ,0 IJ 0 : 0 '-'oao-: 000 ,.000: ,ooc: 00 - 000[) [J: :: c- 0 : :: 0 c? : 0 0 0 . .. -0 _0 _ IJ 0 0o 0 0.? 0 co .?. 0 '0.0 .0 00 . ZAND.: 1J 0: : oao: - , . 0 0 0. . . . . .ot),..,o1000900 STOOTKRACHT ./.lVLAK(tf)800 1 ....""'5% GRENS.... hor. vlak700 // ./600 //500 //400 /300 // 5% GRENS200 /. _s