IWATERBOUW ICONSTRUCTIEF ONTWERP IBEREKENINGCAD-TECHNIEKEN BIJONTWERP WATERKRACHT-CENTRALE LINNEir.R. van Limbergen. Haskoning, NijmegenIn tegenstelling tot d? andere twee waterkrachtcentrales in aanbouw in Nederland,is de centrale te Linne gebouwd als een pneumatisch afte zinken caisson. Ditbetekent dat bij de dimensionering van de constructie met bijzondere belastingenmoet worden gerekend. Gezien de complexe geometrie van de constructie is bijHaskoning een computerberekening gemaakt met de eindige-elementenmethode.Bij het opstellen van de invoer is gebruik gemaakt van een interactiefgrafischsysteem. Een ontwerpproces met geavanceerde technieken.In opdracht van de NV ProvincialeLimburgse Elektriciteits Maat-schappij (NV PLEM) wordt naast destuw in de Maas bij Linne een water-krachtcentrale gebouwd (fig. 1). Hetwa-terpeil bovenstrooms van de stuw is+ 20,80 m ten opzichtevan NAP en be-nedenstrooms + 16,75 m bij normalewaterstand. Het maximale verval is on-geveer 4,0 meter. Het ontwerpdebietbedraagt 400 m3/s. Op basis hiervanmatisch afZinken. De centrale wordtdan in een ondiepe bouwput gemaakt,om vervolgens 14 meter in de grond teworden afgezonken. De grondwater-stand hoeft hierbij niet te worden ver-laagd. Eenvoordeel van deze methode isde kortere bouwtijd, omdat het afZink-proces minder tijd vergt dan het makenvan een bouwkuip. Deze uitvoerings-methode brengt, naast de kostenvan hetafzinkproces zelf, ook andere extra kos-ten metzichmee.Ermoetonderde con-structie een snijrand en een werkkamerworden gemaakt. Ook moet de con-structieworden gedimensioneerd op debelastingen die tijdens het afzinken opkunnen treden. De dikte van de vloerende wanden zal hierdoor groter moetenzijn en ook zal er meer wapening moe-ten worden toegepast dan voor de feite-krijgt de centrale, metvierstroomkana- ,--------------------------------,1 Artist itnpression van delen, een vermogen van 11 Megawatt en waterkrachtcentrale, in de Maas bij Linne~~u~b~~~~~~ffir-------------~~iiiiiiii~iiiii~igeproduceerd.Het civiele ontwerp van de centrale isgemaakt door Haskoning BV en hetwerkwordt uitgevoerd door de Kombi-natie Waterkrachtcentrale Limburg(KWL), bestaande uit de HollandscheBeton- en Waterbouw (HBW) en deLimburgse bedrijven Foeckert BouwBV en AannemingsbedrijfCremers BV.De turbines worden geleverd door hetOostenrijbe bedrijf Voest-Alpine. Decentrale zal vanafbegin 1989 gefaseerdin gebruik worden genomen.Keuze uitvoeringsmethodeDe waterkrachtcentrale ligt in de Lin-nerweerd, een natuurgebied waarin degrondwaterstand niet verlaagd magworden; dit heeft uiteraard consequen-tiesvoorde uitvoering.Daarbij komtdathet maken van een waterdichte bouw-kuip in het ter plaatse aanwezige grind-pakket nogal moeilijk en kostbaar is.Verder moet er bij het maken van eenbouwkuip rekening worden gehoudenmet de stabiliteit van de naastgelegenstuw.Eenalternatiefvoor hetbouwenineen bouwkuip is de methode van pneu-50 Cement 1988 nr. 9lijke gebruikssituatie noodzakelijk is.Verder moeten de vier stroornkanalentijdens het afzinken door middel vankopschotten aan beide zijden wordenafgesloten.Op basis van eenvergelijkingvan kostenenbouwtijdis gekozenvoorde methodevan pneumatisch afzinken. Er wordt di-recrin hergrind afgezonken. Uitoverlegmet enkelein pneumatischafzinkenge-specialiseerde bedrijven bleek dat ditgoed mogelijk moest zijn. Dit is in depraktijk bevestigd. Het afzinken, dat in-middels is voltooid en ongeveer 12 we-ken in beslag heeft genomen, is in ditbo.llo.st (SJTTt!!! froverdruk (0 J2 Belastingen op het caisson tijdensafZinkenrsnijro.ndbelnstinggrond - &wo.terdrukopzicht zonder veel problemen verlo- ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1pen en het caisson staat binnen de ge-stelde toleranties op zijn plaats.Belastingen bij pneumatisch afzin-kenAan de onderzijde van het caisson be-vindt zich over de gehele omtrek eensnijrand. Door de grond uit de werkka-mer te verwijderen komt het caisson opde snijrand te rusten. Het oorspronkelij-ke ontwerp voorzag in een twee meterhoge werkkamer, nodig voor een natteafzinkmethode, waarbij de grond doormiddel van spuiten en pompen uit dewerkkamer wordt verwijderd. De aan-nemer had echter voorkeur voor eendroge ontgravingsmethode. De grondwordt door middel van kleine graafma-chines (bobcats) bijeengeschoven en inkubels via de schachten afgevoerd. Inverband hiermee is de werkkamer, endus de snijrand,verhoogd totdriemeter.Cement 1988 nr. 9Om de ontgraving ookonder grondwa-terniveau mogelijk te maken moet in d?werkkamer een overdruk worden aan-gebracht. Deze overdrukdraagteen deelvanhet gewichtvanhet caissonenwerktderhalve het afzinken tegen. Er kan eenaantal maatregelen worden genomenom het afzinken te bevorderen:- de wrijving langs de wanden van hetcaisson wordt verminderd door eenbentonietsmering aan te brengen;- de neerwaarts gerichte belasting kanworden verhoogd door het caisson teballasten (bijvoorbeeld door het ge-deeltelijk met water vullen van een ofmeerdere kanalen);- de luchtdrukinde werkkamer kan tij-delijk worden verlaagd (aflaten).De belastingen,zoals deze tijdens het af-zinkenop het caissonwerken, zijn gege-ven infiguur 2. Devoorwaarde, waaraanminimaal moetworden voldaan om hetcaisson te laten zakken, luidt:G+B>W+ODe belastingen die op het caisson wer-ken, veranderen naarmate het afzink-proces vordert. Er zijn drie gevallen teonderscheiden, die de maatgevende be-lastingen opleveren:1. Ongelijkmatige snijrandbelastingenBij aanvang van het afzinken, als dewerkkamer geheel is ontgraven, is desnijrandbelasting maximaal omdat indat stadium de opwaartse belastingendoor de overdruk en de wandwrijvingnog niet aanwezig zijn. Over het alge-meen zal de snijrandbelasting niet ge-lijkmatig over de omtrek verdeeld zijn.Oorzaken hiervanzijn onregelmatighe-den in de grondslag en verschillen inontgraving om het afzinken te sturen. Inlit [2] is voor eencaisson met alleen snij-randen over de omtrek, een drietal snij-randbelastingen gegeven (fig. 3J. Aange-nomen wordt dat deze drie belastingge-vallen maatgevend zijn voor alle moge-lijk optredende ongelijkmatige snij-randbelastingen.2. Scheefstand van het caissonVolgens [1] moet de situatie worden be-schouwd dat het caisson excentrischwordt ondersteund. Hierbij ontstaatpassievegronddruk tegeneenvan dezij-wanden of kopschotten. Dit belasting-geval is als volgt uitgewerkt (fig. 4J.Aan-genomen is dat een zijde van het caisson10 cm meer zakt dan de andere zijde.Deze scheefstand heeft ook horizontaleverplaatsingen van het caisson tot ge-volg. Door deze horizontale verplaat-singen ontstaat passieve gronddruk te-gen een van de zijwanden ofkopschot-ten. Aangenomen is dat de passievegronddruk recht evenredig is met dehorizontale verplaatsing (dus een overde hoogte constante horizontale bed-dingconstante), echter gelimiteerd totde maximale passieve gronddruk. Erontstaat dan een driehoekige grond-drukflguur.3 Ongelijkmatigesnijrandbelastingen511WATERBOUW ICONSTRUCTIEF ONTWERP IBEREKENING~l ~scm I. Scm ?1~=====---------------,---,/ t .E--------- 1IIIII //////r//" hor. verp laa Sin 9----------- It-----"'''J-f0 cm passievegronddruk