ir.A. van Bruwaeneraadgevend directeur-generaal,ondernemingen SBBM, BrusselUitvoeri.ng van de .zeesluis teZeebrugge1a-bSituatie in 12e en 15e eeuw; de verzandingvan het Zwin1400NOORDZEEBrugge oSf.Kruiso Km 5Kort gesc:hiedkundig overzic:ht van de haven van Brugge - ZeebruggeHet zal alle lezers bekend zijn dat v??r de Middeleeuwen de delta der Lage Landen eenzeearm rijkerwas: het Zwin. Op de plaats waar zich nu Knokke en Heist bevinden, spoelde deZee. De streek Cadzand - Breskens was een eiland tussen de Honte (Westerschelde) en hetZwin (fig. 1). Sluis en Damme (Brugge) lagen op de oevers van de zeearm. In de 15eeeuw wasvoornamelijk door inpoldering het vullingsdebiet van het Zwin zo klein geworden, dat hetverzandde.Brugge, op 10 km van de zee gelegen, heeft echter met een niet aflatend geduld, een nieuweuitweg naar zee gezocht. Eerst de vaart naar Damme, later uitgebreid naar Sluis. Maar debeslissing van de Belgische regering in 1894 'een haven aan diepwaterte bouwen, op iederogenblik toegankelijk voor alle zeeschepen' was de uiteindelijke doorbraak. In 1907 werd dezeehaven met het kanaal Brugge-Zeebrugge ingehuldigd (foto 2). Maar reeds in 1944 nadelaatste Wereldoorlog was Zeebrugge niet langer toegankelijk voor alle zeeschepen.Met de toename van de tonnage van tankers na het sluiten van het Suezkanaal in 1967, wasdat zeker niet meer het geval. Een commissie (naar haar voorzitter de 'commissie Verschave'genoemd), door de Belgische regering aangesteld om het probleem te bestuderen, kwam tothet besluit dat de uitbouw van Zeebrugge tot een polyvalante diepzeehaven, voor Belgi? deminste risico's inhield om de uitdaging van 1967 te beantwoorden.Grosso modo werd de lay-out van figuur 3 gekozen voor de voor- en achterhaven. Daarbijkwam de sluis praktisch op de bestaande kustlijn te liggen. Deze plaats had natuurlijk zijnvoor" en nadelen, zoals geologie van de ondergrond, nabijheid van bebouwing, inkrimpingvan de voorhaven, onderbreking van weg- en spoorwegverkeer, golfslag tegen de sluisdeu-ren, aanwezigheid van de uitwateringskanalen enz.In 1972 werden de werken aan de sluis aangevangen met de omleiding en inkokering van hetLeopold- en Schipdonkkanaal.Ontwerp van de sluisDe hoofdafmetingen van de nieuwe sluis zijn aangegeven op figuur 4.totale lengte: 694 mnuttige lengte: 500 mbreedte sas (sluiskolk): 57mdrempel Z -15 m, d.w.z. 15 m onder GLLW (gewoon laag laagwaterstand) in Zeebrugge (=NAP - 2,45 m).Het waterpeil in de dokken is Z + 3,50 m, het waterpeil in zee varieert meestal van Z + Q,5mtot Z + 5,00 m maar kan uitzonderlijk dalen tot Z-1 m en stijgen tot Z + 7 m.2Inhuldiging van de zeehaven in Zeebrugge,1907Cement XXXIV (1982) nr. 9Het oorspronkelijke ontwerp voorzag een sluis in licht gewapend, massief beton (ongeveer700 000 m3) te bouwen in een droge, open bouwput, uitgegraven tot Z - 20 m. Er zijn vierroldeuren van het kruiwagentype voorzien. De deurkamers van ongeveer 11 m breedte en64,50 m lengte kunnen door het aanbrengen van een afsluitcaisson omgevormd worden totdroogdokken voor herstel en onderhoud der sluisdeuren.Een eerste pompproef in 1972 met onttrekking van het grondwater tot een niveau van Z-10m, veroorzaakte in de dorpskom van Zeebrugge belangrijke zettingen, wat tot volksprotestaanleiding gaf. De werken aan de sluis werden stilgelegd. Het was duidelijk dat het droog-zuigen van de veenlagen onvermijdelijk aanleiding zou geven totbelangrijke schadeGeologieEen overzicht van de grondlagen en een geologische doorsnede ter plaatse van de sluis isgegeven in figuur 5. De grens tussen het tertiair en kwartair bevindt zich op Z - 26 m bij deingang van de toegangsgeul en op Z - 30 ? 32 m aan het bovenhoofd van de sluis.De contactlaag tussen tertiair en kwartair bestaat uit Bartoonklei, vermoedelijk Assiaan.Deze laag welft op naar het noorden tot op de zeebodem voor Heist, maar wigt uitonder hetbovenhoofd van de sluis. Onder deze Bartoonklei treft men een zandig pakket aan van 50 mdik.525ZEEBRUGGEII ._ Achterhaven -t_Io lOOm--..... Sas-,?---C--_?- -Kolkmuur???????f?..?r?????]""????! ?????T??,.?"~,,'C,i!E,,;,,'~~H.f;fAc'C,\,,;~i~i,i't},!Jf!f!1'''o!Hg1'HJJ~ii(',HH!!"))I~i~:::~,,~H(!;~1f~~~t;,~,U------------AfvoerduikerI--~~---~-- '8'.'0 ----_----j----fJ....HEiST,+Zee ?~?-e--f-!?++H?-1I-.. -1H, ,I', II II I:: .'"',,''''!'.,~'~.,: f, I, II INoordzeeScherm inkleicementKolkmuur Sas Kolkmuur23.00~---+--~--57.00--~-~1-23,0018.'5t, , A voerduiker----::----+----.......Scherm in kleicementPolderklei~38.50Huizen II _3.504aPlattegrond van de zeesluis4bDwarsdoorsnede3Plan voor de nieuwe zeehaven te ZeebruggeScherm in kleicementScherm inkleicement"-32.50PolyethyleenfolieAktieveputten_9.00On/spanningsbronnenScherm inkleicement---':-32.50foliePolyethyleeno----.r--~l---.., -,..' --- ,- - ,'--,.._3.50Sas57.00~~-------70.00-9.o~1,I Cellen IfH-----l~f"_+_Jt_~H-+-+~-if-T~I:( PlattestalenJ-15.00 : damplanken):iiiiiiiiiiiiiiii;iiiil*'..:....:i;;;;;i:-.:io;;;;;;ii;;;l;;;;;::-~~...:__iiiii~~ 1-22.0051..- : I4cLangsdoorsnede over de deurkamers4dDwarsdoorsnede over de deurkamersBoven het tertiair komt de zandige afzetting van Oostende tot ongeveer Z-14 m. De basis ende top (grof zand met schelpen) geven zeer hoge conusweerstanden; de middenmoot uitmiddelgrof zand geeft hoge conusweerstanden. Hierboven vindt men de afzetting vanUitkerke (van Z-14 m totZ-6 ? 7 m) uit de laatste ijstijd: middelmatig fijn zand met laagjesfijn zand, zandleem, klei en sporen van plantenresten. De weerstand is betrekkelijk laag aande basis en hoog voor de top van de laag.Van Z-6 ? 7 m totZ-2,0 m ontmoet men de afzetting van Calais, hoofdzakelijk fijn zand metkleilensjes en plantengruis. De conusweerstand is in deze waddensedimenten wisselvalligen eerder laag. Boven deze laag van Calais werd klei afgezet met veengroei (het Hollandsveen) met een dikte schommelend tussen 0,5 m tot 3 m. Dit veen werd gedeeltelijk wegge?-rodeerd door de invallende zee tijdens de afzetting van Duinkerke. Deze laag bestaat uit klei(op het veen) en zand (in de geulen in het veen uitgeschuurd). De weerstanden erin zijn laag,zeker in de kleikommen, en zeer laag in het veen.500mm---l--/3 contactpunten4eDoorsnede damwandprofielHydrologieEen eerste vaststelling is dat de lagen tussen Z - 6 m en het maaiveld van wisselendesamenstelling, weerstand en doorlatendheid zijn. Bij nader onderzoek bleek ook dat zekervoor het benedenhoofd, waar de klei van Asse (Bartoonklei) aanwezig is op een diepte vanZ - 32 m, er drie onderscheiden waterlagen zijn. De onderste is gelegen onder het Assiaan, detweede boven het Assiaan in de zanden van Oostende en Uitkerke, de derde in de afzettingenCement XXXIV(1982) nr. 9 526qc ( Statische conusweerstand )Achterhaven +OpwaartsZand en leem ----.:--:::::1~:.:;=~:::.~.:;:~+:.=:.~~=--::;-------Afzettin vanE..U~~k~?..AfzettingvonCo/ais. -6-7~~--Afzeffing von!!!!~k:1..';!i-Alzelfing vonOostende----------w'* WWWWffi11Toepassing van een stalen kooi voor hetheien van de platte damwandplanken.f - - - - - - - 790mm ---~----I12Horizontale doorsnede over een stalenkoker, toegepast voor de uitvoering van hetzand-klei-cementschermCement XXXIV (1982) nr. 9het inspuiten van de mortel (fig. 12). Als samenstelling van de mortel werd gekozen 250 kgklei, 1000 kg zand, 100 kg cement en 520 liter water. De volumieke massa bedraagt 1,8kg/m3 . De menging tot collo?dale mortel geschiedt in een horizontale tegenstroombeton-molen.De kokers worden door trillen en spuiten ??n voor ??n ingebracht. Vervolgens wordt deeerste van de 10 kokers uitgetrokken, terwijl onder hoge druk het mengsel wordt ingespotenom de vrijkomende ruimte op te vullen. Het uitgetrokken profiel wordt vervolgens op heteinde van de rij opnieuw ingedreven enz. Daar het mengsel slechts zeer langzaam verhardt,was het op deze wijze verkregen scherm praktisch naadloos.Bij het vrijbaggeren van de voorwand bleek dat op grotere diepte (10 m en meer) sommigepalen beduidend van hun theoretische lijn waren afgeweken door hindernissen, ongelijk-matige grondweerstand enz. Meerdere voegen moesten daarom achteraf door duikers metbehulp van injecteren worden bijgewerkt.De klei-zand-cementwand bleek bij controle-uitgravingen volstrekt naadloos en water- enzanddicht. Door het uitwijken van sommige dampalen sloot hij echter niet overal tegen dedampalenrij aan, zodat enkele zandinsluitingen tuSsen de wanden waren achtergebleven.Drain rond de sluisHet waterpeil in het sas (de sluiskolk) varieert met het tij tussen ongeveer Z en Z+5 m. In depolder bevindt het water zich op ongeveer Z+2,5 m en in de dokken op Z+3,5 m. Bij laagwater kunnen aldus zeer grote waterdrukken naar het sas toe optreden. Om dit ter vermij-den, werd rond de sluis een ring-drain aangelegd. De waterdruk achter de kademuur wordtmet deze leiding verbonden door drains in grind onder en boven de vloerplaat van de muren.Aan de zeezijde is dit drainagesysteem bij hoog water afgesloten door schuiven. Dezeopenen zich bij een waterhoogte van Z+3,5 m. Aan de dokzijde is een overlaat voorzien opZ+3,7 m. Aldus stijgt de waterdruk bij hoog water achter de sluismuren nooit hoger dan 3,50m en volgt deze het getij tussen Z+3,50 m en laag tij. Zodoende kon de waterdruk voor hetberekenen van de muren sterk verminderd worden.BemalingenZoals reeds in de paragraaf geologie aangehaald, was de moeilijkheid bij hetbemalen veruithet grootst voor het bovenhoofd en de naastgelegen brugkelder. Op die plaats is namelijkde kleilaag grotendeels wegge?rodeerd. Wat zou het effect zijn op het grondwaterniveauonder Zeebrugge bij bemalen tot ongeveer Z - 21 m, binnenin de waterdichte schermen,reikende tot Z - 32 m? Daartoe dienden in de eerste plaats de horizontale en verticaledoorlatendheidco?ffici?nten van de lagen tussen Z - 3 en Z 32 m alsook tussen Z - 32 enZ - 60 m bepaald te worden.Uit pompproeven uitgevoerd in 1976 voor de brugkelder en later door de firma Tjaden voorde hervoeding, alsook door metingen in boorgaten tot Z - 60 m werden de volgendewaarden afgeleid:531Khor. (m/sec) KVerl. (m/sec)ZZ3 totZ - 32m32totZ - 60m1,50x 10-40,30 x 10-40,80 x 10-40,20x 10-4De horizontale doorlatendheid was dus ongeveer 1,5 ? 2 maal zo groot als de verticale, en dedoorlatenheid van de kwartaire zandlagen 4 ? 5 maal groter dan dievan de tertiaire lagen.Bemaling binnen de omheining van de brugkelder aan het bovenhoofdZoals reeds hiervoor gezegd, werd deze kelder als een verkleind model van het bovenhoofdbeschouwd. Het grondwaterpeil werd tijdens een pompproef 14 m verlaagd. De waterstan-den binnen en buiten de bouwkuip (32 x 39 m, met diepwanden tot Z-32 m) werden in 15peilfilters opgemeten. De resultaten van de proef dienden om een computerprograrnma(RABAT van firrna SBBM), gebaseerd op de theorie van De Glee, te ijken (fig. 13). Deresultaten zijn bovendien nagerekend door middel van de eindige elementenmethode vooraxiaal symmetrische stromingen, alsook met een elektrisch model welke rekening hield metde vijver, gevormd door de bouwput van de sluis. De bemaling tot peil (het niveau Z - 21 m)met Q = 135 m3/hgaf de berekende en gemeten bemalingscurven van figuur 13.1000500250Vergelijking van de berekende en de werkelijk opgemelenwater.standsverfagingen builen de diepwand bijafmalingbinnenin tot het peil-21in JQ: 135m3/hJVERKLARING .-'0 Berekende waterstandsverfagingd.m.v. hetmathematisch model (methode der eindige elementen)2 Programma" RABAT" ( S.B.8.M.)aj Minimum a/maling evenwijdig aan de as van de sluisb) Maximum afmaling loodrecht op de as van desJuis3 Werkelijk opgemefenalmalingen aan de buitenzijde vande kelder ( tussen 9.6.76 en 5.12.76)? Peilfilters in de richting/oodrechtopde as van de sluis? Peilfilters evenwiidig aan de as van de sluis'0 Metingen op een electrisch model rekening houdenmet het bestaan van een vijver rondom de kelder( geen? hervoeding )3100'"0..501910-+,,!!------+-~:?UI100+;=-E~----+~.S;-!!~I~O.Ol-+---L----L-~__r_-'----t__J..lJl1---"----'r---"---.--'---t__-'-c..:A:..:(s=ta::.:nd=-:..:to.:..:1h="c..:1 ...,...,-,-__middenVili'J de helder13Bemalingscurven voor de brugkelder aanhet bovenhoofd (berekend en gemeten)Aldus was het ook mogelijk de beste oplossing voor het bovenhoofd uit te zoeken. Devolgende 3 alternatieven werden onderzocht:1. aanbrengen van een waterdichte laag tussen diepwanden door silicaat-injecties opZ-32 m;2. verlengen van de waterdichte diepwanden tot Z - 45 m;3. bemalen binnen omheining tot Z - 32 m en aanbrengen van hervoedingsputten tussen hetsluishoofd en het dorp.De keuze viel op oplossing 3 en de berekeningen wezen uit dat de verlaging van dewaterspiegel bij het droogzetten van de deurkamers geen gevaar zou opleveren.UitvoeringDe bouwput werd bemalen door 38 filterputten met een capaciteit van 25 m3/h. Voor deCement XXXIV (1982) nr. 9 532tOOm!Pompproef opgrote schaal~. Achterhaven - ..ol.Brugkelder0'?i????.?.0.-::............f:Bovenhoofd~?~~Sas--~?---- ~---_._-- -WaterdichJ scherm~+------~~,48HO'~--------t-Benedenhoofd?..t.?.?.?.?? .?..???.??.?????????..~ D?~:n \\ 0 \ Hervoedingsputten~u ~~Ij f; \./.oUIJ \1 ~ .o ~~(~ O~???...:..m",W~\~~t1qC)~'Brugketder.. Zee14Overzicht van de bemaling van de sluis methervoedingsputten15Luchtopname na voltooiing van debouwkundige werken. Op de achtergrondde aanleg van het LNG-terrein buitengaatshervoeding werden 146 putten ge?nstalleerd met een buitendiameter 0 40 mm (fig. 14). Defilterputten leverden het water voor de hervoeding. De onzuiverheden en ijzerzouten werdenweggenomen in filterbakken, die soms tweemaal per week moesten worden gezuiverd.De natuur bleek ook hier de ingenieur enigszins te helpen. Gaven de berekeningen aan datongeveer 700 m3/h onttrokken en 400 m3/h hervoed moest worden om het peil onder debebouwing te handhaven, in werkelijkheid bleek een debiet van 450m3/h en een hervoedingvan 325 m3/h voldoende. Nochtans dient erop gewezen dat van de hervoedingsputtenpraktisch steeds een op drie buiten gebruik is voor het zuiveren derfilterbakken en de puttenzelf. Er dient dus minstens 1,5 maal het theoretische debiet te worden ge?nstalleerd.Cement XXXIV (1982) nr. 9 533OpdrachtgeverMinisterie van Openbare Werken - Dienstder Kustinspecteur-generaal: ir.R.Simoendirecteur: ir.P.Kerckaertleidend ingenieur: ir.J.FremoutUitvoeringondernemingen SBBM (+ Sogetra/TRT)ontwerpstudie: ir.E.Berleuruitvoeringsstudie: ir.H.Philipswerfleiding: ir.H.Houben - ir.L.Hemerijck16De gerede zeesluis landinwaarts gezien. Ingebruikname zal nog geruime tijd op zichlaten wachten, gezien de toestand van deachterhavenCement XXXIV (1982) nr. 9Uitvoeringsprogramma en financi?nDe eerste aanbesteding had plaats op 21-10-'71. De aanneming werd toegewezen aan de NVSogetra welke de werken aanving op 1-3-'72. Daar de sluis in den droge moest wordenuitgevoerd, werd reeds in april 72 aangevangen met een proefbemaling met het eerderbeschreven gevolg. De bemaling werd op 30-6-'72 stilgelegd.Einde 1972 werden enkele proeven met hervoeding gemaakt. Deze gaven weinig of geeneffect, gezien de uitgebreidheid van de te hervoeden zone. De aannemer legde eind '72 dewerken stil. In november '72 werden doorhet gerecht een aantal experts aangewezen, die inoktober '74 hun bevindingen uitbrachten.In 1973 werd ondertussen een variant-ontwerp voor de inkokering van de uitwateringskana-len uitgewerkt (3 rijen damwandplanken met doorlatende vloer en een plafond bestaande uitprefab-blaken, als wegdek opgevat). Deze inkokering is in '73-'74 uitgevoerd zonder bema-ling. Ook de bouwput voor de sluis was ondertussen uitgebaggerdtotZ-2 m.In april '75 stelden de ondernemingen SBBM een ontwerp voor, om aan de moeilijkhedeneen einde te maken. Met bijakte nr. 1 (principi?le wijziging van het bestek) van 26-6-'75droeg het bestuur de uitvoering der werken volgens dit ontwerp op aan de tijdelijke vereni?ging Sogetra/SBBM. De aanvangsdatum was vastgesteld op 1-2-'76, de uitvoeringstermijnop 48 maanden. De prijs, exlusief BTW, bedroeg ongeveer 2300000000 BFr (peildatum1-4-'75). Dit bedrag was te vermeerderen met 4,2% voor studiekosten.De uitvoering werd opnieuw ter hand genomen..Enkele moeilijkheden met deomleiding vande Kustbaan en meerwerk in grondaanvullingen zorgden voor wat vertraging. Daardoorkwam eerst een verlenging van de uitvoeringstermijn tot juni '81. Om het droogzetten" derdeuren (niet in de aanbesteding begrepen) en het installeren ervan binnen de bouwtijd tekunnen voltooien, werd naderhand de uitvoeringstermijn tot eind '82 uitgebreid. In werke-lijkheid waren eind '81 praktisch alle bouwkundige werken gereed.De uiteindelijke aanneemsom kwam op 2500000000 Bfr, excl. BTW, prijspeil april '75.534