ing.C.G.PurmerRijkswaterstaat, directie Sluizen en Stuwenir.T. den HartighDosbouw~~~~~-r-~,'666050~40~..,30ii:20~10 ~~='F"=?-....,-.-l~rl--.-'-....,...-~,-.-~-I-o..:1980 1981 :1982 1983 1984.. J!roefvarenhefschip .pijler1Afstemmen van pijlers plaatsen op deproduktieCement XXXI (1979) nr. 12Plaatsing piliersen andereprefab-onderdelen;plaatsingseq.uipmentA. PLAATSEN PIJLERS1. AlgemeenDe verschillende typen pijlers die geplaatst moeten worden voor de stormvloedkering, wordengebouwd in een bouwdok met meerdere compartimenten, gesitueerd nabij het trac? van dekering.Na het gereedkomen van de pijlerbouw in elk van de compartimenten worden deze achtereen-volgens ge?nundeerd en wordt een deel van de ringdijk of compartimenteringsdijk weggebag-gerd, waarna het plaatsingsequipment (hefschip) toegang heeft gekregen tot de pijlers. In heteerste compartiment worden afmeervoorzieningen en parkeerplaatsen voorbereid. De par-keerplaatsen worden gebruikt om tijdelijkeen pijlerneerte kunnen zetten inde proefdraaiperio-de of bij het optreden van onvoorziene omstandigheden tijdens de uitvoering.De indeling van de compartimenten heeft een directe relatie met de plaatsingsvolgorde van depijlers. De pijlers worden namelijk op twee bouwfronten geplaatst. Op elk front wordt per faseeen groep van 4 pijlers achter elkaar geplaatst. Begonnen wordt aan de noordzijde van deHammen (plaatsingsrichting noord-zuid) en daarna aan de zuidzijde van de Roompot (plaat-singsrichting zuid-noord).Om de laatste pijlergroep per sluitgat te kunnen plaatsen, worden manoeuvreerplateausgebaggerd. Ter beperking van de afmetingen van deze plateaus en om de risico's voor hefschipen geplaatste pijlers te verkleinen, wordtdeze laatste groep vanaf het landhoofd geplaatst. Omdepijlerproduktie, deplanning van het plaatsen van de pijlersen de werkzaamheden die hieropaansluiten zo effici?nt mogelijk op elkaar af testemmen, washet belangrijk het plaatsingstempoen de benodigde plaatsingstijd vast te stellen.Gezien de gecompliceerdheid van het proces, de grote hoeveelheid aan gegevens en dealternatieven die resp. verwerkt en vergeleken moeten worden, is besloten om van het systeemeen model te maken en een computer-simulatieprogramma toe te passen. Hiervoor is gebruikgemaakt van hetGeneral PurposeSimulation Systeem Vvan IBM. Het resultaat isgepresenteerdin figuur 1, waarin tevens de relatie met de pijlerproduktie is aangegeven.De benodigde afmeervoorzieningen in de sluitgaten bestaan uit 2000 kN ankerpalen dieuitgerust worden met een verboeide voorloper. De ankerpaal heeft een tweede ankerpuntvoorziening van 600kN en is berekend op het gelijktijdig optreden van beide ankerkrachten.Hetaanbrengen van de ankerpalen is thans in uitvoering en deze worden uiteraard ook gebruiktdoor de andere vaartuigen die voor de bouw van de stormvloedkering worden ingezet.2. Hefschip 'Ostrea'2.1Historie van het huidige ontwerpIn 1977is besloten de stormvloedkering in deOosterschelde uiUevoeren met behulp van pijlers.De pijlers moeten vanuit het bouwdok naar het damtrac? vervoerd en zeer nauwkeurig geplaatst?worden. Bij de eerste opzetvan het hefschip hebben alIe varianten tijdens de plaatsingsfaseeenverbinding met de bodem om te garanderen dat de gevraagde nauwkeurigheid behaald wordt.Naeen gedegen studiewordt in hetbegin van 1978aan tweeprincipi?le mogelijkheden gedacht:? een gescheiden systeem, dat wil zeggen een hefeiland voor de plaatsingsfase en een apartetransportunit (fig. 2);? een ge?ntegreerd systeem (fig. 3).Bij het uitwerken van het gescheiden systeem bleek dat de verbinding van de pijler met dedrijvers, het manoeuvreren tussen de poten van het hefschip en het overbrengen van hetgewicht van de pijler naarhethefeiland, constructieve problemen opleverden. De voorkeur gingdan ook uithaar een ge?ntegreerd systeem, waarbij zowel het vervoer van het bouwdok naar hetsluitgat als het op z'n plaats zetten, door dezelfde materieeleenheid wordt uitgevoerd. Hetge?ntegreerde systeem bestond uit een U-vormig ponton, voorzien van 2 portalen.Om de gewenste plaatsingsnauwkeurigheid te garanderen, beschikte dit hefschip over 4 zwarespudpoten. Na het transport werd het hefschip in het sluitgat afgemeerd aan 8 ankerdraden.Nadat het schip met behulp van het ankersysteem in de gOede positie was gebracht werden depoten aan de grond gezet en werd het gehele ponton uit het water getild. Langs de poten werdeen opschoonframe neergelaten voorhetzandvrij maken van hetfundatiebed, het 'opschonen'.550-o2Gescheiden transport- en plaatsingsunit3Ge?ntegreerd plaatsingssysteem4Hefschip OstreaHierna begon het afvieren van de pijler vanaf het staande platform, De voet van de pijler washierbij ingeklemd in een frame, dat eveneens geleid werd door de poten. Het geleideframemaakte het mogelijk kleine statische correcties uit te voeren. De poten van het hefschipsteunden direct op de randen van het fundatiebed van de pijler.De tijdelijke aanwezigheid vande pootvoeten op het fundatiebed leidde tot problemen quamatbeschadiging,voorbelasting enontgronding, die niet eenvoudig opgelost konden worden.Een logische vraagstelling in deze fase was: is drijvend plaatsen mogelijk, dat wil zeggen eenomzeilen van de zojuist beschreven problemen en een besparing door het weglaten van depoten en het hefmechanisme. De moeilijkheid van drijvend plaatsen werd vooral verwacht in deminder grote nauwkeurigheid waarmee de pijler op z'n plaats gezet kon worden. Een drijvendponton, met 8 ankerdraden vastgelegd, beweegt onder invloed van stroom en golven meer daneen op de bodem staand platform. De afwijking ten opzichte van de theoretische plaats geeftverschillen in de onderlinge afstand tussen de pijlers. Boven een bepaalde grootte van deafwijkingen was het toepassen van de geprefabriceerde elementen, zoals schuiven en dorpel-balken met een vaste niet aan te passen lengte, n iet meer mogelijk. Naeen diepere studie van detoleranties bleek dat de lengtevan de schuiven en dorpelbalken zonder al te grotemoeilijkhedenaangepast kon worden. Bovendien bleek de aanpassing minderte kosten dan de investering inde hefpoten en het bijbehorende hefmechanisme.Het aantal pijlerplaatsingen per jaar gaf voorbeide werkmethoden geen verschil, zodat in juli 1978 definitief gekozen isom de pijlers met ??nmaterieel-eenheid, het hefschip (fig. 4) te vervoeren en drijvend te plaatsen. In verband met dekenteringsduurwerd eveneens bepaald dat de afmeerprocedure moet plaatsvinden metbehulpvan een reeds op de dam-as aanwezig afmeerpont?n. De afmeerponton bevat eveneens dereeds genoemde opschoonunit voor het zandvrij maken van het fundatiebed v??r het neerzet-ten van de pijler.Cement XXXI (1979) nr. 12 55147 meter= 9500 pk87,25 meter47,00 meter12,50 meter22/16 meter69,75 meterCement XXXI (1979) nr. 122.20ntwerpperiodeNa de definitieve keuze 'drijvend' plaatsen met ondersteuning van de afmeer-opschoonpontonvolgde de eigenlijke ontwerpperiode. Vele constructieve problemen, zoals de verbindingpijler-hefschip, het hijsgebeuren en eventueel manoeuvreervermogen vroegen om een oplos-sing. Bovendien diende een uitvoerig proevenprogramma op modelschaal de verlangde plaat-singsnauwkeurigheid en ondermeerhet optredende krachtenniveau in de verbindingen van hethefschip met de pijler te onderbouwen.De resultaten van de modelproeven, de hoofdafmetingen en een aantal constructieve onder-werpen in de definitieve uitvoering worden nader beschreven. De ontwerpperiode is eindaugustus 1978 afgesloten.2.3ModelbeproevingBij de opzet van een onderzoekprogramma is voortgebouwd op de resultaten van eerderonderzoekten behoeve van hetputten-pijlerschip. Zodoendekon hetonderzoek beperktbiijventotde toetsing van gedane aannamen ten aanzien van hetgedrag van de pijler, hethefschip en deafmeerponton als verankerd systeem in golven en stroom, met als specifieke punten:? de relatieve bewegingen van depijler in debeun van het hefschip;? de plaatsingsnauwkeu righeid met en zonder geleideframe;? de krachten in de verbindingen tussen het hefschip en de kopponton;? de krachten in de ankerdraden.Het onderzoek is in f?bruari en maart 1978 verricht door het Nederlands ScheepsbouwkundigProefstation te Wageningen. De resultaten van de proeven stemden doorgaans goed overeenmet de op grond van theoretischebeschouwingen ofberekeningen gedane aannamen. Uitzon~dering hierop vormden de krachten in de verbinding van het hefschip met de afmeerponton,terwijl de in het model gemeten nauwkeurigheid waarmee de pijler op het fundatiebed neerge-zetkan worden iets groter was dan voordien was aangenomen. Ondanks de scheepsbewegin-gen van het hefschip blijftde pijler in afgevierdetoestand zeer rustig hangen in de hijstakels, watdeels aan zijn grote afmetingen en massa moet worden toegesch reven. Opmerkelijkwas voortsdat een geleideframe aan de bovenzijdevan de pijler vrijwel geen invloed had op de resultatenvan de plaatsingsnauwkeurigheid. Omgerekend van modelschaal naar ware grootte waren deafwijkingen in het horizontale vlak op voetplaatniveau van de pijler niet meer dan ? 10 cm. Inwerkelijkheid moet nog wel rekening worden gehouden met onnauwkeurigheden veroorzaakttijdens verstellen met het ankersysteem, die eveneens geschat worden op ?10 cm. Nietteminwerd vastgesteld dat de maattolerantie van ? 30 cm (211) ookin de praktijk een haalbare kaart is.Voorts kon het geleideframe tijdens afvieren van de pijler vervallen, wat een aanzienlijkekostenbesparing opleverde.2.40ntwerpspecificatiesHet hefschip zoals thans in besteksvorm gereed, is hoofdzakelijk opgebouwd uit een U-vormigcasco, twee portalen, een pijlerhefsysteem met bijbehorende energievoorziening.Hoofdafmetingenlengtebreedte op de spantenholtebeunbreedtebeunlengtediepgang hefschip beladen ca. 10meter bij een pijlerdiepgang van 11 mhoogte ten opzichte van de waterlijn in geladen toestandgernstalleerd vermogenAccommodatieOp het voorschip is een uit meerdere lagen opgebouwd accommodatiedekhuis met bovenophet centrale bed ieningshuis geplaatst. De lessenaars in ditbedieningshuiszijnzodanig gegroe-peerd en ingedeeld, dat de bediening in de diverse fasen zoals oppakken van de pijlersin hetbouwdok, het vaarbedrijf ende plaatsingsfase in het damtrac?, optimaal kan verlopen.VoortstuwingVoor het zelfstandig manoeuvreren en tevens als reductie van het benodigde aparte sleepboot-vermogen tijdens het varen van bouwdok naar damtrac? vice versa, is het hefschipvoorzien vanvier stuurschroeven met straalbuizen, geplaatst op de hoekpunten van het schip. De beidestuurschroeven aan demachinekamerzijde worden direct met dieselmotoren aangedreven; deaandrijving van de twee stuurschroeven aan het open beuneinde gebeurt elektrisch.HefinstallatieVoor het heffen van de pijler is het hefschip uitgerust met 2 jukken die gehesen worden metbehulp van 8 stuks 28 partentakels, elk voorzien van een lier. Elk juk wordt uitgerust met eenevenaar, zodat twee takels per hoekpunt ontstaan enmet twee klauwconstructies, diebestemdzijn om de pijlers op te tillen via de op elke pijler aangebrachte betonnen nokken. Voorts is eenverend element (de zgn. draadstrakhouder) in elk juk aanwezig om de scheepsbewegingen dieontstaan op het moment datde pijler nog met een gering gewicht in de takels hangt, te kunnentoestaan.De beide takels van ??n hoekpunt zijn met elkaar verbonden via een doorgeschoren draad,zodat de belasting altijd evenredig verdeeld is over de beide takels. Tevens kan in noodgevallenmet ??n lier per evenaarhoekpunt doorgewerkt worden.552Cement XXXI (1979) nr. 12De onderdeks opgestelde lieren zijn van het zgn. continu-Iiertype, dat wil zeggen: een apartetreklier en haspellier voor de draadberging. De lieren worden hydraulisch aangedreven. Voorhet horizontaal fixeren van de pijlertijdenshettransportzijn inhetvoorste portaal en rondom opdekniveau hydraulische buffers aangebracht.EnergievoorzieningVoor de. directe schroefaandrijving zijn twee en voor het opwekken van elektriciteit voor hetscheepSnet zijn drie identieke diesels ge?nstalleerd in de machineruimte in het voorschip.Daarnaast worden voor het haven-/noodbedrijf twee aggregaten ge?nstalleerd. De drie hoofd-generatoren en de tweehulpgeneratoren verzorgen het 660 V scheepsnet. De bewaking van demachine-installatie is gecentraliseerd in een afgescheiden en geluid- en warmtege?soleerdecontroleruimte.2.5PlanningDe bestekken met de specificaties en ontwerptekeningen zijn in de maanden augustus enseptember 1979 afgerond. Het hefschip wordt in de tweede helft van 1979 aanbesteed. Voor debouw inclusief de beproevingen van het hefschip aan de werf en in de Oosterschelde, te zamenmet een pijler, wordt uitgegaan van 22 maanden. Het ontwerp van de bijbehorende afmeer- enopschoonponton en het bestek daarvan wordt uitgewerkt in de eerste helft van 1980.3. WerkmethodeDe werkmethode kan in de volgende hoofdactiviteiten worden onderverdeeld:a. bouwdokfase;b. transportfase;c. sluitgatoperatie.In de hierna volgende beschrijving worden verschillende aspecten nader toegelicht.3.1 BouwdokactiviteitenHet hefschip manoeuvreert met behulp van het eigen voortstuwingsvermogen in het bouwdok.Voordat het hefschip rond een pijler gemanoeuvreerd wordt,is het binnen een beperktafmeersysteem gebracht om gedurende enkele uren nauwkeurig ten opzichte van de pijlergepositioneerd te kunnen blijven liggen voor het aanbrengen van de hijsklauwen rond dehijsnokken van de pijler.In de afgemeerde positie wordt tevens de sluitbalk aangebracht. De pijler wordt nu opgehesenen de diepgang van het hefschip neemt toe van 6,5 m tot 9,30 ? 10 m, afhankelijk van hetpijlertype. De diepgang van de pijler bedraagt ca. 11 m. Het transport van deze diepstekendecombinatie stelt dan ook bijzondere eisen op het gebied van manoeuvreereigenschappen ensleepvermogen.Aanvankelijkwerd gedaCht aan eenhefschip dat alleen doorsleepboten verplaatst zou worden.Bestudering van de wijze waarop het hefschip in het bouwdok moet opereren gaf al aan dat eenzeker eigen voortstuwingsvermogen nodig is, vooral voor het manoeuvreren in de beperkteruimte in het bouwdok. Hulp van sleepboten is daar vrijwel onmogelijk, terwijl manoeuvresuitsluitend op ankerdraden zeer tijdrovend zijn. Een uitvoerig onderzoek wees uit, dat bijongeveer 8000 pk eigen voortstuwingsvermogen een optimum bereikt wordt tussen de kostenvan de extra investeringen aan roerpropellors en meer vermogen en desleepboothuur.Voordat methet transport vaneen pijler kan worden begonnen moet de pijler, met behulpvanhydraulische buffers op dekniveau en in het voorste portaal, horizontaal gefixeerd worden.3.2TransportDe pijlerdiepgang van ca. 11 m tijdens het transport impliceert een bodemdiepte van devaarroute van ca.NAP -15 m. De vaarroutes naardesluitgatenRoompoten Hammen resp. 22 en23,5 km lang zijn dan ook zodanig gekozen dat zo min mogelijk baggerwerk moet wordenverricht en de aanzand ing gedurendede uitvoering minimaal is, doordat gebruikwordt gemaaktvan reeds bestaande stroomgeulen (fig. 5). Een nadere studie wordt verricht naar de nodigemanoeuvreerbreedte dwars op de geul, het verkorten van de vaarroutes en de invloed van hetbaggerwerk op de morfologische aspecten.De hydraulische en klimatologische randvoorwaarden waarbij het transport moet kunnenworden uitgevoerd, tevens ontwerp-randvoorwaarden voor het hefschip voor deze fase zijn:significante golfhoogte H lf3 = 0,75 mgemiddelde golfperiode < 4 secmax. stroomsnelheid 2 m/secmax. windsnelheid 15 m/seczicht 500 mBij destudie naar de transportschema's, waarbij vele varianten mogelijk zijn, worden naast hetbenodigde additionele vermogen ook cyclusaspecten, commandovoering, risico en dergelijkebetrokken. Om het additionele vermogen te beperken, wordt uitgegaan van voorstroomstransport met een relatieve snelheid ten opzichte van het water van 0,50 m/sec, wat impliceertdat op het keerpunt een wachttijd wordt opgenomen. Naast beperking van het additionelevermogen is ook bij het vertrek uit het bouwdok de stroomsnelheid gelimiteerd tot max.0,75 m/sec en bij de nadering van de kering mag de stroomsnelheid niet groter zijn dan 1,25m/sec. Bij voorstrooms naderen betekent dit een afnemende stroomsnelheid, waardoor hethefschip het positie kiezen voor het afmeren uit kan voeren met het ge?nstalleerde voortstu-wingsvermogen.5535Vaarroutes van bouwput Schaar naar destroomgeulen Hammen, Schaaren RoornpotGedurende het transport wordt voortdu rend de actuele positie en vaarrichting van hethefschipbepaald rnet een radiografisch plaatsbepalingssysteem. De presentatie gebeurt voor beperktevaargebieden op een beeldscherm met diverse beelden en voorhet overall-beeld op eenplotter,waarbij geprepareerde kaarten met daarop aangegeven de vaargeulen, betonning, idealevaarlijn enz. worden gebruikt.6Cyclus hefschip en A en 0 ponton3.3SluitgatoperatieDe operatie in het sluitgat kan onderverdeeld worden in de volgende belangrijkste hoofdactivi-teiten (fig. 6):a. grof opschonen;b. afmeren hefschip;c. fijn opschonen;d. plaatsen van de pijler;e. ontkoppelen en ontmeren hefschip.70656055504511.0040353025stroomsnelheid Roompot (m/sec) , springtij in huidige ongestoorde situatie (geschematiseerd)2039.001501,51,050L L H L lWK0,511~tTIJDSCHAAL IN UREN ~g 2lJ 0 5 1it?c::liiQw9>13.1 E PIJLER I.2 01 3 100134 1 013.5 ,TRANSPORT 10013.6 10K211~1 1110~ 9~ATSEN 100~ 103