De Nieuwe Sluis Terneuzen (2) Ontwerp van de sluiskolk 1 De kolk van de Nieuwe Sluis Terneuzen in aanbouw (foto: P. Vanhopplinus) 1 6? CEMENT 4 20 23 De sluiskolk van de Nieuwe Sluis Terneuzen verbindt de twee sluishoofden met elkaar en biedt ruimte aan schepen tijdens het schutproces (fig. 2). De sluiskolk be- staat grofweg uit de volgende onderdelen: een oostelijk gelegen kolkwand en parallel hieraan een westelijke kolkwand met hierin geïntegreerd een nivelleerkanaal en een kolkbodem (bestaande uit een onderwater- betonvloer). De vloer is voorzien van nivel - leervoorzieningen in de vorm van bodem- doorlaten, meestal bodemroosters genoemd vanwege de vele ronde doorstroomopeningen in de bovenplaat. Nivelleersysteem Sterk bepalend voor de uiteindelijke vorm van een sluis en zeker voor een sluiskolk, is de wijze waarop het water in- en uitstroomt tijdens het schutproces, het zogenoemde nivelleren. Het eenvoudigst is nivelleren door sparingen in de deuren; er hoeven dan immers geen voorzieningen in de wanden en bodem van de sluis te worden opgeno- men. Voor de Nieuwe Sluis Terneuzen is door de opdrachtgever, op basis van initiële laboratoriumtesten (stromingen in de kolk tijdens het nivelleren en resulterende im- pact op de schepen), echter gekozen voor een nivelleersysteem met omloopriool. Binnen het contract is aan de op- drachtnemer de keuze gelaten uit twee ty- pen omloopriool-nivelleersystemen (met een voorgeschreven geometrie): een wand- nivelleersysteem of een bodemnivelleersys- teem. Bij een wandnivelleersysteem wordt genivelleerd via sparingen in de wanden van de kolk en sluishoofden, waarbij omlooprio- len aan beide zijden van de sluis de aan- en afvoer van water verzorgen van hoofd naar kolk en andersom. Een bodemnivelleer - s ysteem laat water via openingen in de kolk- bodem in- en uitstromen. Na een zorgvuldige afweging van alle voor- en nadelen, is gekozen voor het 2 Bovenaanzicht sluis met in het midden de sluiskolk met twee bodemroosters In het sluizencomplex in Terneuzen, dat toegang biedt tot de havens in Gent en Terneuzen, wordt momenteel gebouwd aan een nieuwe sluis, de zogeheten 'Nieuwe Sluis Terneuzen'. In het vorige artikel in deze serie (Cement 2021/2) hebben we kennisgemaakt met de bouwmethode en fasering, in dit artikel wordt ingezoomd op het ontwerp van de sluiskolk. PROJECTGEGEVENS project Nieuwe Sluis Terneuzen opdrachtgever Vlaams-Nederlandse Scheldecommissie (een samenwerkingsverband tussen het Nederlandse Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat en het Vlaamse Departement van Mobiliteit en Openbare Werken) opdrachtnemer Consortium Sassevaart (een samenwerking van BAM, DEME, Stadsbader Contractors, Van Laere en Equans) integraal ontwerp BAM Infraconsult, DIMCO, Equans, Van Laere en Dredging International ondersteund door onder andere Arcadis, IV Infra, Fugro en Royal HaskoningDHV 2 CEMENT 4 2023 ?7 nivelleren via de bodem en een enkelzijdig omloopriool aan de westzijde. Dat er voor een omloopriool aan de westzijde is gekozen heeft te maken met het feit dat zowel de deurkassen als de basculekelders voor de bruggen zich, in de beide hoofden, aan de oostzijde bevinden. Een omloopriool aan de oostzijde zou hier helemaal omheen moeten worden geleid, hetgeen vanzelfsprekend moeilijker en duurder uit te voeren is. Beschouwde varianten kolkwanden In het begin van het tendertraject is gezocht naar het optimale constructietype van beide kolkwanden. Diverse constructietypes zijn in een trade-off matrix tegenover elkaar gezet. Een van de onderzochte types is een beton- nen L-muur (onder meer toegepast bij de Kieldr echtsluis). Uitvoering van een dergelijke betonconstructie vergt echter een zeer grote bouwkuip, waarin droog kan worden gewerkt. Door de massieve constructie leidt dit tot zeer veel materiaalverbruik. Andere mogelijkhe - den die zijn bekeken, bestaan voornamelijk uit v arianten die ook vaak voor (diepzee-)ka - des worden toegepast, zoals een wand met een ontlastv loer op palen of een wand met meerdere ankerniveaus. De verankering be - staat hierbij gewoonlijk uit groutankers (ver- ankeringselement bestaande uit een staaf die aan het uiteinde in een cilinder van grout wordt ingebed) of legankers (stalen massieve staven gekoppeld aan een ankerwand). Uiteindelijk bleek voor dit project zowel de combiwand als de diepwand met één rij legankers een goede oplossing. Dit is vaak het geval in de Nederlandse praktijk, gezien de (relatief slappe) bodemsamenstelling en de ervaring die er is met beide wandtypes. Voor legankers is gekozen in verband met de hogere beschikbare ankercapaciteiten, zo- dat nog een werkbare hart-op-hart-afstand van de ankers was te realiseren. Ook alter- natieve verankeringen zoals MV-palen (sta- len profielen met zeer grote trekcapaciteit) zijn bekeken, maar bleken uiteindelijk eco- nomisch minder interessant. Ontwerp kolkwanden De gekozen ontwerpoplossingen van de kolkwanden zijn voor een belangrijk deel gestuurd door de uitgangssituatie bij de start van de bouw. De situering van de sluis in de bestaande situatie heeft geleid tot een weste- lijke wand in het bestaande land, met een maaiveldniveau van circa NAP +6,0 m, en een oostelijke wand ter plaatse van het kanaal met een bodemniveau van circa NAP -8,0 m. Westelijke kolkwand en nivelleerkanaal? De westelijke kolkwand (fig. 3, links), fungeerde ook als de grondkerende wand. Deze wand is uitgevoerd in de vorm van een diepwand. Vanwege de positie op het land zou zowel een diepwand als een combiwand mogelijk zijn geweest. Ook kostentechnisch zijn beide op- lossingen even goed toepasbaar. Omdat de westwand echter gecombineerd is met het nivelleerkanaal dat, gedicteerd door het con - tract, uit beton moest zijn opgebouwd, is de keuze op de betonnen diepwandoplossing ge- vallen. De dikte van deze wand bedraagt 1,5 m. 3 Dwarsdoorsnede van de sluiskolk ING. MARTIN DE GRAAF Ontwerpleider civiel Sassevaart / DEME Infra JOHN SNEPVANGERS BSC. Ontwerpleider civiel Sassevaart / DEME Infra IR. PAUL WERNSEN Technisch adviseur Sassevaart / BAM Infraconsult IR. MARC BOOL Integraal technisch manager Sassevaart / BAM Infraconsult auteurs 3 8? CEMENT 4 20 23 Vóór de grondkerende wand (diepwand), aan de kolkzijde, is nog een wand geplaatst. De tussenliggende ruimte, breed circa 5,5 m, vormt het nivelleerkanaal. De wand aan de kolkzijde keert enkel waterstandsverschillen en kon daarom lichter worden uitgevoerd dan de grondkerende wand. Omdat de wand aan de kolkzijde pas werd geplaatst op het moment dat de kolk was ontgraven, was de logische keuze een combiwand. Deze kon vrijstaand vanaf het water en bovendien, om- dat de uitgraving al had plaatsgevonden, zeer nauwkeurig worden geplaatst. Een nadeel is dat de combiwand, om - dat het nivelleerkanaal volgens het contract in beton moest worden, moest worden be- kleed met beton. Om hier invulling aan te geven, zijn tegen de combiwand aan nivel - leerkanaalzijde betonschorten afgehangen. Omdat dit onder water moest plaatsvinden is gekozen voor prefab schorten. De ruimte tus- sen schort en combiwand werd na afhangen, stellen en fixeren opgevuld met beton, zodat er één geheel voor het nivelleerkanaal ont- stond. Aan de onderzijde werd dit bereikt met behulp van de onderwaterbetonvloer. Aan de bovenzijde werden combiwand en diepwand met elkaar verbonden door middel van een betonnen kokerconstructie (fig. 4). De bovenzijde van de koker fungeerde als sluisplateau, de onderzijde sloot het ni- velleerkanaal van boven af. Het niveau van de onderzijde is lager dan het laagste schut- peil, zo is gegarandeerd dat het nivelleerka- naal altijd geheel gevuld is met water, het- geen een hydraulische vereiste is. Oostelijk kolkwand? De oostelijke kolkwand is uitgevoerd in de vorm van een combiwand. De buizen zijn Ø1320 mm met een wanddikte die varieert van 17 tot 24 mm. De belangrijkste reden om voor een combiwand te kiezen is uitvoeringstech- nisch: een combiwand kan op het water en in het water worden aangebracht. Een diep- wandoplossing was hier door de benodigde (deels tijdelijke) grondaanvulling tot circa NAP +5,0 m economisch niet rendabel. Kerende hoogte? De wanden van de sluiskolk moesten een hoogte keren van NAP +7,5 m (lokaal NAP +8,0 m) tot NAP -16,8 m; dit is tot bovenzijde onderwaterbeton. In de bouwfase was dit nog 1 m dieper. Ter plaatse van de bodemroosters moest lokaal nog 5 m dieper worden ontgraven, met toleranties en grind- bed komt dit op NAP -22,3 m. Om de totale kerende hoogte in de bouwfase te beperken is de hoogte van het maaiveld tijdelijk beperkt tot NAP +3,5 m. De ophoging naar definitief niveau werd uitgevoerd nadat de stempeling in de vorm van de onder w aterbetonvloer 4 3D-doorsnede wanden westzijde met nivelleerkanaal 5 3D-uitsnede kolkwand oostzijde De legankers zijn door middel van een anker- scherm van damwandplan- ken verankerd in de grond ARTIKELENSERIE Dit artikel is het tweede deel in een serie van vier over de Nieuwe Sluis Terneuzen. In het eerste artikel is het ontwerp, de fasering en de bouwmethode van de sluis op hoofdlijnen toegelicht. Het derde artikel gaat over de betonnen sluishoofden en het ontwerp van de deurkassen. Ten slotte zoomt het vierde artikel in op de betonconstructie van de brugkelder van de basculebrug. Buiten deze serie om is ook een artikel over de bodemroosters van de Nieuwe Sluis Terneuzen verschenen: 'Ontwerp en afzinken bodemroosters'. 4 5 CEMENT 4 2023 ?9 aanwezig was. Zo werd voorkomen dat de bouwfase maatgevend is ten opzichte van de definitieve situatie. Bovendien is er niet veel extra capaciteit meer te vinden in de diep- wand (wanddikte 1,5 m en lokaal een hoofdwapening van drie lagen Ø40 mm). Verankering? Beide grondkerende wanden zijn verankerd met behulp van legankers. Deze zijn door middel van een ankerscherm van damwandplanken verankerd in de grond (fig. 6). Als gevolg van de hogere beschikbare ankercapaciteiten ten opzichte van groutan - kers, was het eenvoudiger de gewenste hart- op-hart-afstand te realiseren. Bij de westelij- ke diepwand is deze 1,875 m (gedicteerd door de afmetingen van de diepwandpanelen en de hierin opgenomen wapeningskorven) en bij de oostelijke combiwand is deze 2,77 m, hetgeen overeenkomt met de hart-op-hart- afstand van de combiwandbuizen. Bij grout- ankers zou de maximale hart-op-hart-afstand circa 0,50 m zijn geweest, hetgeen zowel voor de maakbaarheid als voor de verankerings- wijze aan de combiwandzijde, een probleem zou opleveren. De afmetingen van de toege- paste leg ank ers voor de kolkwanden variëren van M120/110 aan de westzijde tot M160/125 aan de oostzijde, bij een lengte van 45 m. Kesp en schort? Voor beide kolkwanden is een betonnen kesp (ter plaatse gestort) aan de bovenzijde toegepast. Dit zorgt enerzijds voor een nette afwerking van de diep- en 6 Het onderwater- beton van de sluiskolk is ongewapend en niet verankerd, en daarom maar beperkt in staat om opwaartse belastingen op te nemen 6 Onderdelen kolkwand west en nivelleerkanaal LEGENDA 1 Diepwandpanelen 2 W estelijke kolkwand (combiwand nivelleerkanaal) 3 Legank ers ? op NAP +0,00 m 4 Ank erscherm (passieve ankerzijde) 5 Nivelleerkanaal 6 Holle ruimt e boven nivelleerkanaal, met actieve ankerzijde 7 Sluisplat eau: kesp met o.a. bolders, reddingsboeien, enz. 8 Bet onnen schort kolkwand met o.a. drenkelingenladders, haalkommen, ed., uitgevoerd tot NAP -4,69 m 9 Maximale schutpeil NAP +4 ,60 m10 M inimale schutpeil NAP -2,69 m 11 Onderw aterbetonvloer kolk, bovenzijde NAP -16,80 m 12 Onderw aterbetonvloer nivelleerkanaal, wordt in twee fases gestort, bovenzijde NAP -16,80 m 13 Pr efab voorzetwand nivelleerkanaal combiwand (aankleding als drenkelingen- ladders en haalkommen zijn erin opgeno- men) en anderzijds voor spreiding van belasting en zoals bolderkrachten. Deze betonnen bovenbouw is opge- bouwd uit moten van circa 28 m. Om een onderlinge krachtsoverdracht mogelijk te maken, noodzakelijk bij bijvoorbeeld de mo- gelijke uitval van een verankering, zijn de moten onderling verbonden door middel van een dook, een ingestorte met beton gevulde stalen buis. Deze dook verhindert verschil- vervormingen haaks op de lengterichting van de kesp, maar laat onderlinge rotatie en verlengen/verkorten van de kesp toe. Ontwerp kolkbodem De bodem van de sluiskolk bestaat uit een vloer van onderwaterbeton van 1 m dik (fig. 7). Deze onderwaterbetonvloer is onge- wapend en niet verankerd, en is daarom maar beperkt in staat om opwaartse belas- tingen zoals waterdruk op te nemen. In tegenstelling tot de bouwkuipen van de sluishoofden, waarin de constructies van de sluishoofden in den droge zijn gemaakt, hoeft de sluiskolk nooit te worden droog - g ezet. Dit geldt voor zowel de bouw- als de gebruiksfase. Het laagste waterpeil waarop de kolkwanden ontworpen zijn (NAP -5 m) in de bouwfase, is daarom significant hoger dan de ontwerppeilen in de sluishoofden. Om te garanderen dat de opwaartse druk onder de vloer nooit te hoog kan oplopen, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10? CEMENT 4 20 23 zijn meer dan vijftig bodemperforaties, verdeeld over het vloeroppervlak, toegepast. Iedere bodemperforatie bestaat uit een pre- fab betonblok van 2,00 m x 2,00 m x 1,00 m met vier sparingen, die zijn afgedekt met een filterconstructie van kunststof roosters en geotextiel, om dichtslibben van het grind- bed onder de onderwaterbetonvloer te voor- komen (fig. 8).De blokken zijn op het grindbed in de ontgraven sluiskolk geplaatst en opgenomen in de onderwaterbetonvloer. De toestroom van water door de perforaties is dusdanig klein dat dit een verwaarloosbare invloed heeft op het schutproces. De kolkbodem fungeert als stempel voor de kolkwanden en heeft daarmee een belangrijke definitieve functie. Zonder dit stempel zouden aanzienlijk zwaardere wand - constructies nodig zijn geweest. Ontwerp bodemroosters De bodemroosters, de constructies in de kolkbodem met een nivelleerfunctie, bestaan uit grote rechthoekige betonnen 'dozen', lengte 57 m, breedte 17 m en hoogte 5 m (fig. 9). Er worden twee bodemroosters toe- gepast: één op circa ¼ van de kolklengte en één op ¾ (conform het door opdrachtgever aangeleverde ontwerp van het nivelleersys- teem). Voor een in situ bouwmethode zou het nodig zijn geweest een droge bouwkuip te maken die, met onderwaterbetonvloer, tot circa NAP -23,5 m uitgegraven zou moeten worden. Omdat het ontwerp van de kolk - wanden dan nog veel zwaarder en daarmee mogelijk onhaalbaar zou worden, is een alternatieve bouwmethode bedacht. De 7 7 Doorsnede onderwaterbeton vloer sluiskolk 8 Isometrisch aanzicht (a) en doorsnede (b) bodemperforatie 8a 8b CEMENT 4 2023 ?11 bodemroosters zijn gemaakt in een tijdelijk bouwdok, in een bouwkuip in de (destijds) nog niet ontgraven sluiskolk. Na ontgraven van het zuidelijk deel van de kolk, is het wa- terpeil in de kolk verhoogd en is de bouw - kuip van de bodemroosters onder water ge- zet. De bodemroosters zijn geheel waterdicht gemaakt, waardoor ze konden opdrijven. Na prepareren van de kolkbodem zijn ze één voor één afgezonken op hun definitieve positie. Om de betonnen kolossen te laten drijven, is gebruikgemaakt van een iets lich- ter betonmengsel dan normaal zou worden gebruikt. Dit was nodig omdat de afmetin- gen en daarmee het volume aan lucht niet meer kon worden vergroot. De inwendige afmetingen volgden uit de hydraulische studie en lagen daardoor vast. Wanden, dak en vloer zijn zo slank mogelijk gehouden om het gewicht en de ontgravingsdiepte van de tijdelijke bouwput zoveel mogelijk te beper- ken. Het grote aantal gaten in het dak van de bo- demroosters, in combinatie met een dekking v an 70 tot 80 mm, reduceert de beschikbare ruimte voor de wapening flink. Om overlap - pingen in de hoofdwapening te voorkomen, is g ebruikgemaakt van doorkoppelankers. Zo kan de staaf over de gehele lengte van het dek dezelfde positie behouden en blijft de minimale staafafstand gegarandeerd. Dit alles resulteerde uiteindelijk tijdens het drijven in een vrijboord (afstand waterlijn tot bovenzijde constructie) van slechts 10 cm. Afzinkoperatie? De afzinkoperatie leek op die van een zinktunnel, met dat verschil dat er geen elementen aan elkaar gekoppeld hoefden te worden en er geen transport over open water nodig was. Ook hoefden de bo- demroosters niet te worden drooggezet voor hun uiteindelijke functie; ze blijven altijd geheel gevuld met water. Alleen bij het afzin- ken was de binnenzijde droog. Om de bodemroosters tijdelijk te laten drijven, is gebruikgemaakt van een iets lichter betonmengsel dan normaal 9 10 9 Isometrisch aanzicht/doorsnede bodemrooster 10 Realisatie van het bodemrooster in de tijdelijke bouwkuip in de sluiskolk 12? CEMENT 4 20 23 11 12 13 11 Betonwerk van het bodemrooster is gereed. 12 Binnenzijde van het bodemrooster, het betonwerk is gereed 13 De Nieuwe Sluis Terneuzen in aanbouw, met duidelijk zichtbaar de twee bodemroosters in hun tijdelijke bouwdok (foto: Mario Vermeirssen, droneteam Rijkswaterstaat) CEMENT 4 2023 ?13 Voor het afzinken is gekozen voor uitwendige ballast (staal). Omdat deze eenvoudig te plaatsen was en omdat er maar net voldoen- de drijfvermogen was, was er niet heel veel ballast nodig om de bodemroosters te laten zakken. Tijdens het afzinken werd het ele- ment gestabiliseerd door diverse lieren. Door de belasting op de hijspunten van de lieren constant op circa 10 ton te houden, kon het geheel stabiel en gecontroleerd worden afgelaten. In figuur 14 zijn de diverse bouwfaseringen van de bodemroosters weergegeven. Meer over het ontwerp en het afzinken van de bodemr oosters staat in het artikel 'Ontwerp en afzinken bodemroosters' uit Cement 2022/7. Integrale samenwerking De nauwe en integrale samenwerking tussen ontwerp, werkvoorbereiding en uitvoering in de voorbereidingsfase van dit werk en de toen gemaakte ontwerpkeuzen, hebben ge- leid tot een voortvarende realisatie van de kolk zonder noemenswaardige afwijkingen op het ontwerp. In een volgend artikel van Sassevaart wordt in detail ingegaan op het ontwerp en de bouw van de sluishoofden. 14 Fasering bodemroosters 14 Fase 1: Bouw van de twee bodemroosters tegelijkertijd in een tijdelijke bouwkuip/droogdok binnen de nog te ontgraven sluiskolk Fase 2: Ontgraven van de noordzijde van de sluiskolk, de bodemroosters zijn gereed en het bouwdok is klaar om onder water te worden gezet bouwkuip/droogdok bodemroosters 14? CEMENT 4 20 23 Fase 3: Drijvende bodemroosters tijdens de verdere ontgraving van de sluiskolk Fase 4: Het noordelijke bodemroosters wordt afgezonken op zijn definitieve positie, het zuidelijke bodemrooster wordt tijdelijk geparkeerd tijdens de verdere ontgraving van de zuidzijde van de sluiskolk Fase 5: De bodemroosters zijn afgezonken op hun definitieve positie en opgenomen in de onderwaterbetonvloer CEMENT 4 2023 ?15