Ontwerp van een verplaatsbare caissongolfbreker voor Maasvlakte 2

Abstract

Voorstudie Om de leidende rol die de haven van Rotterdam in de wereldhandel heeft te kunnen handhaven is het noodzakelijk voor de komende decennia ruimte te creeren in de nabijheid van de haven. Dit kan door het aanleggen van een tweede Maasvlakte, een landaanwinning in zee. Het is mogelijk gebleken deze Maasvlakte 2 technisch, morfologisch, milieuhygienisch en ecologisch op een verantwoorde manier in te passen in de huidige situatie. Ben referentieontwerp voor 2000 ha netto haventerrein in zee kost ongeveer 6.6 miIjard gulden. Een groot aantal mogelijkheden is geopperd voor de aanleg van het terrein en de benodigde zeeweringen en golfbrekers. Enkele reele oplossingen daarvan komen in aanmerking voor nadere bestudering. Als uitgangspunt voor het verdere ontwerp is voor de realisering van Maasvlakte 2 gekozen voor een met zand opgespoten terrein, dat wordt beschermd door een zeewering of golfbreker bestaande uit caissons. Door Projectorganisatie Maasvlakte2 is een viertal principevarianten voor de situering van Maasvlakte 2 beschreven, vergeleken en beoordeeld. Het is uit oogpunt van kosten en onbetrouwbaarheid van economische voorspellingen gewenst om Maasvlakte 2 gefaseerd aan te leggen. Daarom is onderzocht in welke van de beschreven varianten caissons, die in eerste instantie worden gebruikt als zeewering of golfbreker, opnieuw kunnen worden gebruikt als zeewering, golfbreker of kademuur bij de aanleg van een volgende fuse. Een caissonzeewering die in een volgende aanlegfase als kademuur wordt gebruikt lijkt in alle principevarianten een interessante optie. Verplaatsing van een caissongolfbreker bij een gefaseerde aanleg van de zogenaamde noordelijke aanlegvariant lijkt financieel aantrekkelijk en praktisch goed toepasbaar. Deze optie wordt in de vervolgstudie nader onderzocht. Enkele uitvoeringsaspecten die van belang zijn bij het verplaatsen van een caisson worden in het slot van deze voorstudie globaal besproken. Een aantal van deze aspecten wordt in het vervolgonderzoek verder uitgewerkt. Tevens worden in dit onderzoek de te verplaatsen caissons ontworpen. Eindrapport Voor de gefaseerde aanleg van de zogenaamde noordelijke aanlegvariant van Maasvlakte 2 is een golfbreker ontworpen, bestaande uit caissons die op een drempel van stortsteen worden geplaatst. De methode voor uitvoering en plaatsing van de caissons is zo gekozen dat de caissons bij de aanleg van een volgende fase eenvoudig kunnen worden verplaatst om er elders een nieuwe golfbreker mee te bouwen. De caissons worden gebouwd op een terrein dat wordt opgespoten langs de kust van Maasvlakte 1. Dit terrein zal later deel uitmaken van Maasvlakte 2. De betonnen bakken worden vanaf dit terrein op pontons gevijzeld en getransporteerd naar plaats van bestemming. Het caisson wordt vervolgens met een kraanschip, dat speciaal is ontworpen voor werkzaamheden in ondiep water, van het ponton getild en op de drempel geplaatst. Door gaten onder in de wanden vult het caisson zich met water. Na plaatsing wordt het caisson vol met zand gepompt en afgesloten met betonnen platen. Bij verplaatsing van de golfbreker worden de dekplaten en het ballastzand verwijderd en worden de caissons met het kraanschip weer op pontons geplaatst. De voordelen die het bouwen met een kraanschip biedt ten opzichte van het bouwen met drijvende caissons die in een dok worden geconstrueerd zijn talrijk: Het graven van een dok en het baggeren van een vaargeul is niet nodig. De tijd die nodig is voor het plaatsen van de caissons is veel korter, omdat de positionering van een caisson snel en nauwkeurig is en het transport en de plaatsing minder afhankelijk zijn van de weersomstandigheden. Het verplaatsen van een caisson is eenvoudiger. Een afgezonken caisson moet waterdicht worden afgesloten en worden opgedreven, hetgeen ingewikkelder is dan het optillen van een caisson met een kraanschip. De golfbreker is in eerste fase 7500 meter lang en wordt gebouwd in water met een diepte varierend van NAP -17.5 meter tot NAP -22.2 meter. De stortstenen drempel heeft een aanleghoogte van NAP -16 meter. De drempel is zo laag mogelijk ontworpen omdat blijkt dat over de diepte gezien een meter caisson goedkoper is dan een meter drempel en omdat een hoog caisson de haalbaarheid van de fasering en verplaatsing vergroot (het drempelmateriaal wordt verondersteld niet te worden hergebruikt). Voor het ontwerp van de caissons zijn twee computerprogramma's geschreven. Naast de beschrijving van en de berekening met deze programma's wordt aandacht besteed aan een groot scala van uitvoeringsaspecten die bij het bouwen van een caissongolfbreker aan de orde komen. Het eerste programma heeft als doel het bepalen van de hoogte en breedte van de caissons aan de hand van respectievelijk een golftransmissieberekening en stabiliteitsberekeningen voor verschillende faalmechanismen. De invloed van diverse ontwerpvariabelen op de benodigde hoogte en breedte kan met dit programma worden bepaald. Uit de berekeningen blijkt dat bezwijken van de ondergrond het maatgevende faalmechanisme is. De berekende hoogte van de caissons is 23.7 meter. De bij deze hoogte benodigde breedte is 26.0 meter. Het tweede programma berekent de goedkoopste oplossing voor de afmetingen van de cellen in het caisson, de caissonlengte en de bijbehorende dikte van de voorgespannen betonnen wanden en vloer van het caisson. Hierbij worden de kosten en hoeveelheden van het gewapend beton, de voorspanning, de bekisting, de ballast en de plaatsingskosten van het caisson beschouwd. In deze berekening is een maximaal ledig caissongewicht van 12.000 ton gehanteerd, gelijk aan de maximale hefcapaciteit van het kraanschip. Uit de berekeningen volgt dat de goedkoopste oplossing gerealiseerd wordt met caissons met een lengte van 51 meter. Deze caissons hebben een kostprijs van ruim fl 69.000,- per strekkende meter. De kosten voor transport en plaatsing van het caisson bedragen slechts 7% van dit bedrag. Inclusief de kosten voor de drempel, BTW en overige kosten kan de golfbreker in de eerste fase worden gebouwd voor fl Qf.500 per strekkende meter. Een gefaseerde aanleg van Maasvlakte 2 waarbij na 15 jaar 4000 meter golfbreker wordt verplaatst en 2000 meter wordt bijgebouwd blijkt technisch goed haalbaar en levert een besparing op van ruim 130 miljoen gulden ten opzichte van de aanleg van de gehele golfbreker ineens.