themaBouwkuip met baretten5201016themaBouwkuipmet barettenEnergiebedrijf Electrabel (Groep GDF SUEZ) realiseert een nieuwe energiecentrale op deMaasvlakte in Rotterdam. Het betreft een ultramoderne biomassa-kolencentrale met eenvermogen van 800 MW. Belangrijk onderdeel van het project is het koelwatersysteem. Tijdensde bouw van dit onderdeel werd de aan de bouwkuip grenzende kademuur tijdelijkondersteund door baretten.1Energiecentrale Electrabel op de Maasvlakte (1)Bouwkuip met baretten 52010 17vijzelkade: vak126000529447458500voeg kadekade: vak11havenzijdedamwand langszijdedamwand langszijdedamwandkopzijdetrekelementendamwand kopzijdehelling 1:10buisstempelsMV-paaljetgroutbaretbaretbaretbaretbaretMV-paalbestaande kadeintakezijdehavenzijdeMV-paalcombiwandHet koelwatersysteem bestaat uit een koelwaterintake (inlaat),leidingen, siphonpit en outfall-constructie. Ter plaatse van deintake wordt het (koude) zeewater ingenomen en het vuil afge-scheiden. Het water wordt vervolgens verpompt naar het turbi-negebouw door middel van vier leidingen met elk een door-snede van 2 m. De intake is direct gepositioneerd achter debestaande zeekade van de Mississippihaven en bestaat voor hetovergrote deel uit een ondergrondse betonconstructie van50 x 20 x 14 m (l x b x d) (fig. 2).BouwkuipDe grondopbouw bestaat voornamelijk uit een zandpakket methoge conusweerstanden, afgewisseld met dunne kleilagen. Hetmaaiveld ligt op NAP +5,0 m. Vanaf een diepte van circa NAP-23 m is het Pleistoceen aanwezig.Om de betonconstructie van de intake te kunnen maken, is eenbouwkuip direct achter de bestaande zeekade gerealiseerd meteen diepte van 15 m beneden maaiveld. De verticale afschei-ding van de bouwkuip wordt gevormd door de damwandscher-men aan langszijde (loodrecht op de kade) onderling te stem-pelen met zware stalen buisstempels (?1420). Aan de water-zijde wordt de kering gevormd door de bestaande kade. Voorde aansluiting van het damwandscherm met de bestaande kadeis een jetgroutmassief aangebracht. Het tegenover de kadeliggende kopscherm bestaat uit een door trekankers verankerddamwandscherm (fig. 3).Opvang kadeDe bestaande kade is gebouwd in 1989 en bestaat uit een opeen combiwand gefundeerde, ruim 6 m hoge kokervormigebetonconstructie. De combiwand bestaat uit stalen buizen?1066 mm met een drievoudige tussenplank, beide onder eenschoorstand van 5:1 (fig. 4).De kade is in de huidige situatie voorzien van MV-palen (stalenprofielen die zich met behulp van grout hechten aan de grond).Deze palen staan onder een helling van 1:1 en dragen de trek-krachten naar de ondergrond af. De palen zijn voorzien vaneen scharnierende constructie en kunnen geen drukkrachten opnemen. Dekade is opgebouwd uit verscheidene moten van 42 m lengte. Tussen demoten zijn dilatatievoegen aanwezig om te grote spanningen door verhin-derde vervorming in lengterichting van de constructie te voorkomen. Dezevoegen zijn uitgevoerd met tandconstructies voor de overdracht van krach-ten in dwarsrichting.Om de bouw van de intake mogelijk te maken, moet de bestaande kadezowel in de bouwfase als in de gebruiksfase (eindfase) worden gesteund. Dekademuur is immers niet ontworpen om de optredende krachten als gevolgvan het waterstandsverschil bij het ontbreken van de (grond)steun aan de234ir. Maarten Baan ening. Stefan GeldofVisser & Smit Bouw1 De bouwkuip van de intake,links op de foto, ligt directachter de bestaande kadefoto: Electrabel Nederland BV2 Doorsnede intake3 Plattegrond bouwkuip4 Doorsnede bestaande kadethemaBouwkuip met baretten5201018HAVENZIJDEDOORSNEDEvijzelINTAKEZIJDEbestaandekadecombiwandMV-paalowb met gewi'sbaretstempelraamhavenzijdevak 11 vak 12bestaande kadevervormingslijnkade ongesteund(schematisch)intakezijde = landzijdebouwkuip intakevak 13bovenaanzicht kadeMkade;ongesteund= ? 240 ? 302= 21600 kNmMkade;capaciteit= 4200 kNm1105 Principe vervormingsgedrag kade indien ongesteund6 Het uiteindelijk gekozen alternatief met baretten7 Aanbrengen baret5 integreren definitieve betonconstructie reeds in de bouwfase(voortrekken definitieve constructie);6 baretten (diepwandpanelen) loodrecht op kade.Keuze voor barettenDe alternatieven zijn financieel en uitvoeringstechnischnaast elkaar gezet. Uiteindelijk is gekozen voor de baretten(fig. 6, foto 7). Hierbij heeft het volgende meegewogen:? de hinder van de hulpconstructie voor de uitvoering vanhet latere betonwerk moet minimaal zijn;? de vervormingen van de bestaande kadeconstructiemoeten gedurende de bouwfaseringen kunnen wordenaangepast;? de hulpconstructie moet robuust zijn. Er moet 12 m waterkunnen worden gekeerd.Vanwege de praktische uitvoerbaarheid is ervoor gekozen debaretten buiten het stramien van de definitieve betonwandente plaatsen en er niet in te integreren. Dit heeft als voordeeldat de positionering van de baretten minder kritisch is enachterzijde, op te nemen. Om die reden moet hij horizontaalworden gesteund. De stijfheid van de kade is echter zo grootdat bij een vervorming van enkele mm de momenten in dekadeconstructie te groot worden (fig. 5). Dit stelt bijzondereeisen aan ontwerp en uitvoering van de ondersteunendeconstructie.OplossingsrichtingenAan de hand van bestaande as-built tekeningen van de kade isde capaciteit van de kadeconstructie bepaald. Maatgevend zijnde voegconstructie en de buigende momenten in het vloerdeelvan de kokerconstructie. Slechts een kleine horizontale door-buiging van enkele millimeters van de kademoot vertaalt zichin ontoelaatbare interne krachten.Om tot de meest economische keuze te komen voor de steun-constructie van de kade zijn diverse alternatieven beoordeeld.De belangrijkste alternatieven zijn:1 schoorstempels tussen kade en langsdamwanden;2 groutankers richting havenzijde;3 stalen vakwerkspant evenwijdig aan kade;4 verzwaren van de bestaande kadeconstructie en aanpassenvan de MV-palen tot drukelement;567Bouwkuip met baretten 52010 19vervormingen [mm]-50 0 50 100 150 200max: 121,4-36-34-32-30-28-26-24-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202dwarskrachten [kN]-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000max: 1837,9 - min: -3125,0-36-34-32-30-28-26-24-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202buigende momenten [kNm]owbzand1 (30)Baret 0,6m-40000 -30000 -20000 -10000 0 10000max: 0,0 - min: -28238,4-36-34-32-30-28-26-24-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202diepte[m]klei, diepklei met zandlagenklei met zandlagenzand (diep)diepte[m]diepte[m]owb8 Moment, dwarskracht en vervorming in baretten9 Steunconstructie tussen kadevloer en barettendat het overnemen van de steunkracht van de tijdelijkesteunconstructie naar de definitieve betonconstructieeenvoudiger is.Met de plaatsbepaling van de baretten is rekening gehoudenmet de aanwezige MV-palen. Ter hoogte van de betonvloer vande kade (NAP -0,75 m) is tussen de baretten en de kade eenvijzelconstructie aangebracht om de steunkracht voor de kadete kunnen beheersen (foto 9). De maximale horizontale belas-ting op een diepwand is berekend op 2500 kN en treedt opwanneer de bouwkuip droog staat. Hierbij is rekening gehou-den met extreme waterstanden tijdens de bouwwerkzaamhe-den, gezien de lange bouwperiode en het bijbehorende risico.De overspanning van de kade wordt bepaald door deh.o.h.-afstand van de baretten. De krachten in de kade blijvenhierdoor gering en kunnen worden opgenomen. Door middelvan het opspannen van de vijzelconstructie kan worden gevari-eerd met de te leveren steunkracht om de kade stabiel tehouden. De vijzels zijn voorzien van een borgmoer en geschiktom voor langere periode in (zout) water te plaatsen.Nadat de bouwkuip is drooggezet, zijn de vijzels vervangendoor stoppingen. Indien noodzakelijk kunnen de vijzels sneltoch weer worden aangebracht om de steunkracht aan tepassen, bijvoorbeeld bij naderende extreme omstandigheden.89themaBouwkuip met baretten520102010 Droge bouwkuip met MV-palen bestaande kade,steunconstructie kade en buisstempels langsdamwandenMonitoringDe vervorming van de kade ten gevolge van de bouwwerkzaam-heden blijft beperkt door de steunconstructie op spanning tebrengen door vijzels. Het principe komt erop neer dat elke verla-ging van de horizontale belasting aan de achterzijde van de kade,door bijvoorbeeld ontgraven of leegpompen van de bouwkuip,wordt gecompenseerd door het opspannen van de vijzelconstruc-tie. Hierdoor blijven de vervormingen en krachten van debestaande kadeconstructie beperkt.De benodigde krachten, die moeten worden geleverd door desteunconstructie, zijn voor de verschillende bouwfasen berekend(tabel 1). Als controle wordt het vervormingsgedrag van de kade-constructie, discontinu gemonitord. Wanneer de doorbuiging vande kade de gestelde grenzen bereikte, werd de vijzelkracht aange-past, zodat de doorbuiging werd teruggebracht.Bij het ontwerp is rekening gehouden met de getijdenwerkingen extreme waterstanden, zodat de vijzelkracht niet wordtaangepast aan het continu veranderende waterpeil in de haven.De benodigde vijzelkracht is bepaald behorende bij een gemid-deld waterpeil in de haven. Fluctuatie in het waterpeil resul-teert in extra momenten en dwarskrachten in de kadeconstruc-tie. Door berekening is aangetoond dat deze interne krachtenkunnen worden opgenomen. In de berekening zijn die naastelkaar gelegen kademoten geschematiseerd met een totalelengte van 3 x 42 m = 126 m (fig. 11a).Het onderwaterbeton is verankerd aan de baretten. De baret-ten hebben zo een aandeel in het afdragen van de opwaartsebelasting op de onderwaterbetonvloer. Voor het overigewordt het onderwaterbeton door gewi-ankers verankerd. Eris een groot stijfheidsverschil tussen beide fundatietypen. Inhet onderwaterbeton ontstaan grote momenten die theore-tisch tot scheurvorming leiden. Een deel van het onderwa-terbeton rondom de baretten is daarom gewapend uitge-voerd. Na het leegpompen van de bouwkuip bleek de onder-waterbetonvloer geheel droog te zijn. Ongewenste scheur-vorming is niet opgetreden.In de eindfase (gebruiksfase) wordt de kade afgesteund tegende definitieve betonwanden van de koelwaterconstructie enworden de baretten verwijderd. Nabij de kadevloer is een glij-verbinding tussen de definitieve constructie en bestaande kade-constructie voorzien om vervormingsgedrag van de kade doortemperatuursveranderingen mogelijk te maken. In alle situatiestreedt een drukkracht op tussen de kade en de definitievebetonwanden. Vanwege de gewenste robuustheid wordt nabijde middenwand een trekverbinding tussen de kade en defini-tieve constructie aangebracht.Tabel 1 De benodigde krachten die moeten worden geleverd door de steunconstructie,berekend voor de verschillende bouwfasengrenswaarden voorwaterpeil in havenwaterpeil inbouwkuipbouwfase betreftvijzelnummer(nummercorrespon-deert metbaretnummer)voorspan-kracht (re-presentatievewaarde)hoog water laag waterkN NAP NAP NAP1+2verlagen gws totNAP-1,5. gefaseerdontgraven tot NAP-1,5 en opspannenkade per baretV1 10002,0+ 1,0- 1,5-V2 1400V3 1400V4 11503nat ontgraven totonderzijde onder-waterbeton NAP-9,95 en stort owb.V1 5502,5+ 1,5- 1,0+V2 800V3 800V4 650overgang 3naar 4betreft leegpompenbouwkuip samenmet aanpassenvoorspankrachtzie afpomp-schema4leeggepomptebouwkuipV1 11003,0+ 1,5- nvtV2 1600V3 1600V4 13005overbrengen stem-pelkracht op defini-tieve betoncon-structie inlaatV1 5502,0+ 1,0- nvtV2 -V3 -V4 -10Bouwkuip met baretten 52010 2111a Schematisatie kade voor bouwfase 411b Momentenlijn voor bouwfase 4 bij extreem hoog water.11c Vervorming kade in bouwfase 4 bij extreem laag water.11d Momentenlijn voor bouwfase 4 bij extreem laag water.Conclusie en resultaatTijdens de uitvoering functioneerde de tijdelijke steuncon-structie naar behoren en is de vervorming van de kadecon-structie binnen de gestelde grenzen gebleven. Tijdens de bouw-werkzaamheden is de vijzelkracht van de steunconstructieverschillende malen aangepast na inmeting van de vervormingvan de kadeconstructie. Tijdens de inmetingen is gebleken datde steunconstructie aan kruip onderhevig was. De benodigdevijzelkrachten komen bij benadering overeen met de berekendewaarden.De bestaande MV-palen, die binnen de definitieve inlaatcon-structie zijn gepositioneerd, vallen binnen het ruimtebeslag vande installaties van de intake. De functie van de MV-palen isvoor de nieuwe situatie komen te vervallen en zijn doorge-brand en verwijderd nadat de bouwkuip is drooggezet. De waardes die zijn toegepast bij de schematisering van dekademoten:kgrond;gemiddeld= 100 MN/m per m1kadekMV-paal/buispalen;gemiddeld= 15 MN/m per m1kadekbaret;gemiddeld= 350 MN/m per baretMcapaciteit;intakezijde= 4200 kNm voor momenten aan landzijdeMcapaciteit;havenzijde= 12000 kNm voor momenten aanhavenzijdeExtreem hoog water in bouwfase 4: NAP +3,0 mExtreem laag water in bouwfase 4: NAP -1,5 mIn de diverse bouwfasen is gerekend met vari?rende stijfhedenvoor de grond, MV-palen/combiwand en de baretten door uitte gaan van een factor 2 ten opzichte van de gemiddeldewaarde.In figuur 11b is een momentenlijn weergegeven van de kade-muur voor een droge bouwkuip bij extreem hoog water.Uit deze figuur kunnen verscheidende conclusies wordengetrokken:- De kade ondervindt over een grote lengte invloed van debouwkuip.- Variaties in stijfheden blijken van invloed op de waardenvoor het moment en dwarskracht- Mmax;intakezijde= 2237 kNm < capaciteit = 4200 kNm voormomenten aan landzijde- Mmax;havenzijde= 2151 kNm < capaciteit = 12000 kNm voormomenten aan havenzijdeDe capaciteit van de kade aan de havenzijde is groter dan decapaciteit aan de landzijde. Tijdens de uitvoering is de kadeextra richting de haven gevijzeld om zo over meer reserveca-paciteit te beschikken.Gevoelsmatig is extreem laag water niet maatgevend. Echtereen verlaging van het waterpeil in de haven resulteert in eenontlasting van de korreldruk bij het gedeelte naast de bouw-kuip.In figuur 11d is de momentenlijn bij extreem laag water weer-gegeven. Uit deze figuur blijkt:- Mmax;intakezijde= 2395 kNm < capaciteit = 4200 kNm voormomenten aan landzijde- Mmax;havenzijde= 1570 kNm < capaciteit = 12000 kNm voormomenten aan havenzijdeGebleken is dat een kleine vervorming van de kade al totgrote momenten in de kade leidt. Dit wordt veroorzaaktdoor de grote stijfheid van de kadeconstructie. ProjectGeGevenSopdrachtgever Electrabel Nederland NVopdrachtnemer Visser & Smit Bouw BVoplevering augustus 201111a11c11d11b