ir.J.C. le NobelHoofdingenieur voor bijz. dienstenDienst ZuiderzeewerkenDe uitwateringssluizeninde LauwerszeedijkU.D.C. 627.45UitwateringssluizenInleidingIn het jaar 1960 werd door de regering het besluit genomen om tot afsluiting van de Lau-werszee over te gaan. Al sedert ruim een eeuw waren er talrijke plannen voor de afsluitingvan deze inham in de Groningen-Friese kustlijn gemaakt, en wel in de eerste plaats, omdatde waterstaatkundige toestand van de beide noordelijke provincies een punt van aanhou-dende zorg was voor de beherende instanties. De afwatering via de zee-inham was in tij-den van hoge zeestanden en van grote neerslag onvoldoende, terwijl tevens de kustlande-rijen steeds aan verzilting onderhevig waren. In de tweede plaats werd het belang van land-aanwinning gezien. Aan dit laatste is in de laatste eeuw wel vrij veel gedaan in de vorm vanparti?le landaanwinning (kweldervorming en bedijking); de verbetering van de waterhuis-houding werd verkregen door de bouw van gemalen aan het Reitdiep voor Groningen enbij Tacozijl voor Friesland. Afdoende was dit niet, een goede afwatering via de Lauwerszeekon niet worden gemist./Situering2Overzicht werkeilandSydney, de moderne en zich snel ontwikke-lende havenstad van Australi?In het midden: de Australia Square Towerin aanbouw; boven rechts: het nu reeds be-roemde Operagebouw van de architect J?rnUtzon, eveneens nog in aanbouwfoto: David Moore/SydneyCement XX (1968) nr. 5 1693Bovenaanzicht en dwarsdoorsnedeWegens de hoge kosten van verbetering van deze afwatering door afsluiting en de daaruitvoortvloeiende beheersing van het peil op de Lauwerszeeboezem kwam het niet tot uitvoe-ring van allerlei plannen, die er in de loop der jaren voor waren gemaakt.Door de stormramp van 1953 echter, kwamen de plannen in een ander daglicht te staan.Het is gebleken, dat de dijken langs de Lauwerszee tijdens deze storm in een zeer precairetoestand hebben verkeerd, Het gevolg daarvan is geweest, dat de regering haar besluitnam tot afsluiting.Veiligheidsoverwegingen lagen dus aan het besluit ten grondslag, en de beslissing was temeer verantwoord, omdat dan tevens de waterhuishouding de zo noodzakelijke verbeteringkon verkrijgen.In 1961 is met de werken aangevangen, waarbij de regeling is getroffen, dat een inmiddelsopgerichte Dienst Lauwerszeewerken de waterbouwkundige werken zou verzorgen, terwijlaan de Dienst der Zuiderzeewerken het ontwerpen en uitvoeren van de kunstwerken werdopgedragen.Voor de afwatering van de Lauwerszeeboezem waren in de afsluitdijk uitwateringssluizennodig, terwijl in de afsluiting tevens een schutsluis moest komen om de bestaande scheep-vaart van Groningen (via de sluis bij Zoutkamp) en Friesland (via de sluis bij Nieuwe Zijlen)naar de Waddenzee te kunnen handhaven. Het kaartje van figuur 1 geeft de situatie van deLauwerszee aan.Voorts was het nodig om de bestaande sluizen bij Nieuwe Zijlen te vervangen door eennieuwe sluis. In de eerste plaats was de drempeldiepte van de bestaande scheepvaartsluisonvoldoende ten opzichte van het na de afsluiting in te stellen boezempeil op de Lauwers-zee, en in de tweede plaats zou de afwateringscapaciteit onvoldoende zijn. Besloten isnaast de oude sluizen een geheel nieuwe sluis te bouwen, die zo is ingericht, dat hij zowelvoor afwatering als voor scheepvaart geschikt is. Het doorstromingsprofiel, nodig voor deafwatering, is zo ruim dat er grotere schepen kunnen worden doorgelaten dan met de oudesluizen het geval was, en dit is uiteraard voor een zich ontwikkelend stadje als Dokkum welheel plezierig.Bij de bestaande sluizen nabij Zoutkamp kan met een eenvoudige verbetering wordenvolstaan.Cement XX (1968) nr. 5 170De sluizen in de afsluitdijk zijn gebouwd op een daartoe gemaakt werkeiland (z/e fig. 2).Gezien de benodigde bouwtijd voor deze sluizen werd dit werkeiland direct bij de aanvangvan de werken aangelegd. Allerlei andere voorzieningen zijn hier tevens gemaakt: eenhaven voor algemene doeleinden, opslagterreinen, een aanlegplaats voor de veerdienst naarSchiermonnikoog, een visserij-haven, enz. alsmede een bouwdok voor de, voor de afsluitingnodige caissons, dat later als recreatiehaven dienst zal doen.Beschrijving van de uitwateringssluizenBerekeningen van het noodzakelijke afvoervermogen van de uitwateringssluizen, gelet op deafwatering van Friesland, westelijk Groningen en noordelijk Drente, de beheersing onderalle omstandigheden van de waterstand op de Lauwerszeeboezem, mede in verband met alof niet inpolderen van deze boezem, en het verloop van de waterstand in de Waddenzee,hebben ertoe geleid, dat een totale sluiswijdte van ten minste 100 m bij een drempeldieptevan N.A.P. --5,00 m nodig was om aan de waterhuishoudkundige eisen te voldoen.De eisen van afwatering zijn echter niet alleen bepalend voor de te kiezen minimum-afme-tingen, omdat er andere, technische redenen waren om van de minimum-afmetingen af tewijken. Met name was dit het geval in verband met het gevaar dat de optredende uitstroom-snelheid ontgronding aan de uitstroomzijde zou veroorzaken.Dit gevaar is onderzocht met behulp van modelonderzoek in het waterloopkundig laborato-rium. Uit dit onderzoek is onder meer gebleken, dat een stroomsnelheid van 4 m/sec. niet,of bij uitzondering ?n korte perioden, mag worden overschreden om tegen ontgrondingbeveiligd te zijn. Aan deze voorwaarde zou bij de afmeting van 100 m niet geheel wordenvoldaan. Omdat de snelheid van 4 m/sec. in verband met de voorkomende waterstandeneen zeer belangrijke rol speelt, was dit de aanleiding om nog eens een aantal zeer extremegevallen van de afvoer te bezien. De conclusie was, dat geheel en al aan de eis inzakehet optreden van de gevaarlijke stroomsnelheid wordt voldaan, indien de doorstroombreedtevan de sluizen op 120 m in plaats van op 100 m werd gesteld. Andere mogelijkhedenwaren een drempelverhoging en onevenredige verbreding van de opening, of spuien metniet geheel vrije opening met verbreding van de opening. Om verschillende redenen wasechter de gekozen oplossing de meest passende.Nadat de afmetingen dus waren vastgesteld, moest een keuze worden gedaan inzake desplitsing van de breedte van 120 m in kleinere eenheden. De eerste gedachte was hetontwerp van ??n sluis met 11 openingen van 8,80 m; daarna werd overwogen om hetbenodigd aantal openingen over twee sluizen te verdelen, zulks met het oog op de nood-zaak van bedrijfsreserve in geval er onderhoudswerken moeten worden verricht, waarbijniet in stroming kan worden gewerkt. Ten einde dan twee gelijke sluizen te verkrijgen,werd de verdeling bepaald op 2 X 6 openingen van 8,50 m. Toen na het bovengenoemdmodelonderzoek de breedte op 120 m werd bepaald, is de onderverdeling andermaal inoverweging genomen.Uit het modelonderzoek was namelijk ook weer duidelijk gebleken dat, indien met slechtseen gedeelte van het spuivermogen moet worden gespuid, het van groot belang voor hetbehoud van de stortebedden is, wanneer dan symmetrisch wordt gespuid, zodat geendwarsstroming over de stortebedden optreedt. Het is duidelijk, dat aan deze eis belangrijkbeter wordt voldaan met drie sluizen in plaats van twee. Is dan ??n sluis geheel buitengebruik, dan kan met twee sluizen, respectievelijk met ??n sluis, worden gespuid, om hetsymmetrisch beeld te handhaven. De bedrijfsreserve is derhalve groter.Een ander motief om tot drie sluizen over te gaan, is ontstaan uit het grondmechanischonderzoek dat ten behoeve van de bouw van de sluizen werd verricht. De bodem bestaat uiteen vrij goed draagkrachtige laag van fijn slibhoudend zand tot ca. N.A.P. --15,00 m, waar-onder een laag potklei tot ca. N.A.P. --18,00 m, die rust op een tot grote diepte reikendezeer vaste zandlaag. Zou tot een fundering op palen worden besloten, dan moesten depaalpunten reiken tot op of in de vaste zandlaag, waarbij echter het heien door de dichtheidvan de potkleilaag ongetwijfeld er toe zou leiden, dat de vaste zandlaag niet zou kunnenworden bereikt, zelfs niet benaderd. Ten eerste zou dan een zeer onregelmatige stand vande palen ontstaan, en de standzekerheid bepaald niet zijn gewaarborgd. Ten tweede zoumen met (waarschijnlijk zelfs ongelijkmatige) zettingen rekening moeten houden.Een fundering zonder palen, dus op de natuurlijke putbodem, bleek ook mogelijk, zij het datdan met een grotere, eveneens waarschijnlijk ongelijke zetting moest worden gerekend. Bijde berekende gronddruk is een zetting (op de lange duur) van 7 ? 10 cm te verwachten.De keuze is inderdaad op de laatste methode gevallen, waarbij echter twee gedachten in deconstructie dienden te worden verwerkt, ni. de eenheden niet te groot maken en een in-wendig zeer stijve constructie te ontwerpen. Het voordeel van de verdeling in drie sluizenis derhalve duidelijk.Elk van de sluizen heeft een doorstroombreedte van 40 m. Betreffende de keuze van deonderverdeling speelt een groot aantal factoren een rol, en wel de bedrijfszekerheid, debedrijfsreserve, de hanteerbaarheid van de deuren, de overbrugging, de afmetingen vantussenpijlers en uiteraard ook de kosten. Sommige van deze factoren pleiten voor grotereopeningen, andere voor kleinere. Na ampele overweging is aangehouden, dat elke sluis vieropeningen van 10 m zal krijgen, af te sluiten door middel van hefdeuren.Voor de algemene vorm van de sluizen is in verband met de stijfheid de kokervorm geko-zen, in tegenstelling tot een open sluis, die door het ontbreken van een stijfheid-gevend dakCement XX (1968) nr. 5 1714Aanzicht vanaf de Waddenzee5Detail bovenbouwbelangrijk in het nadeel is (zie fig. 3). Een tweede reden, waarom de kokersluis werd geko-zen, is gelegen ?n een voor het sluisontwerp bepalend element, ni. de golfaanval. Een ver-gelijking van de beide sluistypen resulteerde ook in verband met deze golfaanval in eenduidelijke voorkeur voor het kokertype.Bij een open sluis zouden zeer hoge deuren nodig zijn (Deltastand N.A.P. +5,45 m, golf-drukf.oogte bijv. 3 m, deuren kerend tot N.A.P. +8,50 m), die blootstaan aan een waterdrukvan 9,5 tf/m2(N.A.P. +8,50 m buiten en N.A.P. --1,00 m binnen); bovendien zou met grotestootkrachten en trillingen tegen de deuren rekening moeten worden gehouden. Afgezienvan het feit, dat dus de deuren groot en zwaar moesten worden (derhalve ook zwarecontragewichten en beweg ingswerken), zou ook de bovenbouw (heftorens) zeer hoge afme-tingen krijgen.Het behoeft geen betoog dat een kokersluis belangrijk in het voordeel is, ondanks dekosten van de kokerafdekking. De deuren worden dan laag en moeten uiteraard zijn voor-zien van een bovenafdichting tegen het kokerdek. Zij staan wel aan dezelfde waterdrukbloot, doch de oppervlakte is veel geringer en bij een goede uitwerking is er van golfdruknauwelijks sprake. De grote golfdrukken komen dan tegen het sluisgebouw, doch ditgebouw is zonder speciale voorzieningen (extra sterkte) hiertegen belangrijk beter bestanddan de stalen deuren, waarbij de golfdruk en golfstoot-belastingen extra in de berekeningmoeten worden ingevoerd.De vorm van de dwarsdoorsnede van de sluizen is in figuur 3 aangegeven. Het hart van debouwwerken vormen de hefdeurschachten, twee in elke koker. Het dak van de kokers ligtop N.A.P. +0,50 m bij de deuren en op N.A.P. aan de zeezijde. Het heffen van de deurengeschiedt normaal tot in de ruimte boven het kokerdek. Deze ruimte is niet geschikt vooronderhoudswerkzaamheden van de deuren, de omgeving is hier te vochtig en loopt boven-dien bij elk vloedtij gedeeltelijk onder water. Voor onderhoudswerkzaamheden worden dedeuren daarom een verdieping hoger gehesen, met het grote voordeel, dat dan de vloervan deze ruimte op het niveau van de boven de sluis liggende verkeersbrug ligt.De constructie van de opbouw op de kokers is in het profiel van de aansluitende dijk afge-werkt. Wegens de optredende golfoploop moet de kering dan tot dezelfde hoogte als vandeze dijken zijn, nl. N.A.P. +9,00 m. Het onderste deel van de opbouw is een bak, gevuldmet elastisch materiaal, in dit geval schuimslakken, afgedekt met asfaltbeton en koperslak-blokken. Dit gedeelte reikt tot even boven de hoogste te verwachten stormstand. Degrootste kracht van golfklappen treedt op enige afstand onder het hoogste waterpeil op en6Aanzicht vanaf de LauwerszeeCement XX (1968) nr. 51727Doorkijk in ?angsrichting van debovenbouw, na montage van de hef-deuren en de contragewichtenwerkt uit op het enigszins elastische oppervlak. Het produkt schuimslakken is gekozenwegens het geringe soortelijk gewicht, zulks met het oog op de belasting op het kokerdek.Het bovengedeelte van de opbouw bestaat uit een holle betonconstructie, waarvan het op-pervlak alleen aan golfoploop blootstaat. Onder het boveneinde is een kabelgang inge-bouwd. De gevulde bak wordt gedraineerd door afvoerpijpen, lopende naar de binnenzijdevan de sluis. Aan de Lauwerszeezijde ligt over de kokers de verkeersbrug (2 verkeers-stroken + 1 strook voor langzaam verkeer + een smal voetpad), terwijl op pijlerhoogte eensmalle loopbrug, dienende als inspectiebrug, ligt.De deuren zijn uitgebalanceerd door contragewichten. Ten einde op breedte en hoogte vande bovenbouw te sparen, zijn deze contragewichten uitgevoerd als balkvormig lichaam, datbestaat uit een aantal dikke, door bouten aan elkaar verbonden platen.De hefdeuren wegen 35,5 ton, de contragewichten 30,5 ton, de laatste zijn lichter dan dedeuren, opdat in gesloten stand (de deuren grotendeels onder water) er nog een positievedrempeldruk is.De ophanging van de deuren en de bewegingswerken zijn opgesteld in de bovenbouw. Dezebovenbouw bestaat uit een aantal portaal-spanten (twee per koker), met hellende stijlen(uit esthetische overweging), waarvan de afstand wordt bepaald door de plaats van deophangpunten van deur en contragewicht. Tussen de spanten ligt op passende hoogte eenmachinevloer; de ruimte boven deze vloer is afgedekt door een betondak (met lichtkoepels);de wanden worden gevormd door betonnen gevelplaten.Het gedeelte van de bovenbouw tot aan de machinevloer (de onderhoudsruimte) is open.Gemeend werd, dat een gesloten ruimte minder doelmatig is voor het onderhoudsschilder-werk (vochtigheidsregeling, enz).De horizontale vorm van de sluizen is mede bepaald door het modelonderzoek, dat tenbehoeve van de stortebedden is verricht. Dit onderzoek betrof de vorm van de ?nstroom-opening, van de uitstroomopening, de onderlinge afstand van de sluizen, en de ligging enlengte van de stortebedden.Het laatste punt was wel het voornaamste. Verschillende mogelijkheden zijn onderzocht, waar-bij opgemerkt moet worden dat tussen deze verschillende mogelijkheden slechts een verge-lijkend onderzoek mogelijk is, in verband met de schaal van het model, en dat niet eenabsolute waarde aan de resultaten mag worden toegekend. Wat de ligging betreft, zijnonderzocht een horizontaal, een naar buiten oplopend en een naar buiten aflopend stortebed.Het gunstigst bleek een horizontaal stortebed met aan het einde een talud 1 : 4 naar debestaande afwateringsgeul. Dit geval gaf relatief de minst diepe en omvangrijke ontgron-dingen bij verschillende stromingsgevallen (ebstroom, vloedstroom, stromen met verschil-lende sluiseenheden). Volgens het modelonderzoek kan bij de gekozen lengte een ontgron-ding van ca. 20 m worden verwacht; deze ligt dan echter ver genoeg van de sluizen omgevaar voor deze sluizen op te leveren; de toekomst zal moeten uitwijzen of en welkebezinkingen hier nodig zullen zijn.De onderlinge afstand van de sluizen bleek, zoals te verwachten was, zo groot mogelijk temoeten zijn ten einde zo min mogelijk hinder te hebben bij duikerwerkzaamheden buiten??n van de gesloten sluizen tijdens stroming door een van de andere sluizen. Ten slottebleek, wat de vorm van de in- en uitstromingsopeningen betreft, de beste oplossing diemet cirkelvormige instromingsopeningen en parallelle uitstromingsopeningen, waarbij dedamwanden aflopen tot op de bodem (zie fig. 3).Aan de esthetische vormgeving van de bovenbouw is speciale aandacht besteed. Dit komttot uiting in de vorm van de spanten, de vorm van de eindwanden en de detaillering vanhekken, leuningen, alsmede in de afwerking van het beton. Aan de bekisting is bijzonderezorg besteed, terwijl na gereedkomen al het in het zicht blijvend betonwerk is behandeld metspeciale muurverf, nl. een grondlaag van Alphaskin en een deklaag van Sastonex (Slkkens).Ten slotte moge ik nog opmerken, dat de bovenbouw als betonconstructie is uitgevoerd,omdat in de eerste plaats dan in de zeer zilte omgeving weinig onderhoud mag wordenverwacht, waartoe de goed beschermende Sikkens-verven een belangrijke bijdrage zullenleveren, en ten tweede (niet minder belangrijk), omdat een esthetisch zeer bevredigendgeheel kon worden verkregen. Het architectenbureau Ir.K.F.G.Spruit B.N.A. te Haarlem ishierbij als esthetisch adviseur opgetreden.Eind 1967 is verschenenVOORGESPANNEN BETONVERHARDINGEN 84 biz eo ?., 9 tab, na iitt-opg.door ir. A.S.G.BruggelingHet eerste Nederlandstalige boekje over voorgespannen weg- en vliegveldverhardingen, in de nieuwe serie'Cement en beton in de wegenbouw'. 8,50 (voor abonnees van 'Cement' en studerenden aan een technische dagschool f 7,50)Een uitgave van deVERKOOPASSOCIATIE NEDERLANDS CEMENT Enci-Cemij-Robur N.V., Herengracht 507, Amsterdam-C, telefoon (020)-238531Cement XX (1968) nr. 5 173
Reacties