Een mega-vibrator in China trilt 130 buispalen van 22 meter diameter en 40 meter lengte de zeebodem voor de aanleg van twee kunstmatige eilanden. Een wereldrecord, waarvoor Nederlandse bedrijven de kennis en de kunde hebben geleverd. Diezelfde techniek wordt binnenkort gebruikt voor het funderen van windmolens in de Noordzee.

 

Voor wie het even niet heeft opgelet: De Verenigde Staten zijn niet langer meer het land waar alles groter, beter en sneller is. Die positie is overgenomen door China dat voorop loopt in het uitvoeren van enorme projecten.

Een van die projecten is de aanleg van een brug-tunnel verbinding over de monding van de Parelrivier tussen Hongkong en Macao en verder naar Zhuhai, een metropool op het vasteland. Die verbinding is het paradepaardje van China’s technologisch kunnen. Met zijn dertig kilometer wordt hij langer dan de langste brug-tunnel combinatie van dit moment, die over de Oresund tussen Denemarken en Zweden.

Komend vanaf Hongkong rij je straks eerst over een brug van 5 kilometer lengte, even lang als de Zeelandbrug. Dan duik je een tunnel in van 6 kilometer, de lengte van de Westerscheldetunnel. Vervolgens rij je weer 23 kilometer over een brug tot Macao. Een tochtje van dertig minuten, waar het nu drie uur duurt om met de boot van Hongkong naar Macao te komen.

 

Kunstmatige eilanden

Op de overgang van brug naar tunnel en van tunnel naar brug komen twee kunstmatige eilanden. ‘In Nederland zouden we ze opspuiten’, zegt Peter Middendorp, geotechnisch ingenieur en directeur van Allnamics in Den Haag.  Opspuiten van een eiland vraagt meer tijd en dat is niet handig in een gebied waar tyfoons alles in een keer weg kunnen spoelen

Voor de Parelrivier is daarom gekozen voor het aanleggen van een kuip bestaande uit buizen en damwanden, die wordt vol gestort met zand. In een periode van zeven, acht maanden levert dat  een tyfoonbestendig eiland op.

De kunstmatige eilanden zijn peervormig. Ze hebben een lengte van 625 meter en een omtrek van 1550 meter. Om die contour aan te leggen worden per eiland 65 buispalen de zeebodem in getrild met een tussenruimte van twee meter. De tussenruimte wordt gedicht met damwand, die eveneens de bodem in worden getrild.

Tot zover lijkt het routine. Ook in Nederland worden dagelijks paalbuizen en damwanden de bodem in getrild en nog wel langere ook. Het imposante van dit werk is de diameter van de buizen. Die is 22 meter, ongeveer even breed als een vierbaans snelweg, zonder middenberm, maar met vluchtstroken.

De lengte van de buizen is 40 meter. Ze moeten iets boven het wateroppervlak uitsteken, om het eiland te beschermen tegen de golven. Bij een waterdiepte van twaalf tot vijftien meter, steekt er een kleine 15 meter paal boven de zeebodem uit. De resterende 25 meter moet de bodem in.

 

Grijze haren

‘In september vorig jaar werden we gebeld door onze leverancier van trilblokken in de Verenigde Staten’, vertelt Aat de Neef, directeur van Cape Holland in Beilen. ‘De China Harbor Engineering Company had hen gevraagd om met een voorstel te komen om hele dikke buizen de zeebodem in te heien. “Aat, we hebben je grijze haren nodig”, zeiden ze.’

De Neef is tien jaar geleden begonnen met Cape Holland. Als expert op het gebied van heien zag hij een gat in de markt voor het ontwerpen en bouwen van complexe hei-installaties en het verhuren ervan. Desgewenst inclusief een expert op heigebied.

Met twintig werknemers is Cape Holland een klein bedrijf, dat wereldwijd actief is. Zo zit er permanent een medewerker in Tsjernobyl voor het begeleiden van het heiwerk van de nieuwe sarcofaag (New Safe Confinement) van de in 1986 geëxplodeerde kernreactor. Het heien komt nogal precies, omdat het beton van de oorspronkelijke sarcofaag na een kwart eeuw straling nogal brokkelig is geworden.

Terug naar China. Zoals wel vaker gebeurt bij ingewikkelde klussen had De Neef geotechnisch ingenieur Peter Middendorp gevraagd om met hem mee te gaan. Hij is een van de weinige mensen in de wereld die met behulp van bodemgegevens kan vaststellen wat er nodig is aan hei- of trilcapaciteit om een paal met een bepaalde lengte en diameter op de gewenste diepte te krijgen.

In zijn Haagse kantoor vertelt Middendorp hoe dat in zijn werk gaat. ‘Meestal krijg ik de bodemgegevens aangeleverd door de opdrachtgever. Ze hebben de mechanische weerstand gemeten en grondboringen gedaan. Dat geeft je informatie over de grondsoort, de korrelgrootte en de grootte van de poriën tussen de bodemdeeltjes.’

 

Intrillen

Bij het intrillen van de paal wordt een versnelling opgewekt die groter is dan 1 G (eenmaal de zwaartekracht). Bij die versnelling worden de zandkorrels opgetild, waardoor de paal steeds een stukje verder kan zakken.

Onder water gaat dat nog iets makkelijker omdat de poriën tussen de korrels gevuld zijn met water. Je kunt het vergelijken met het strand. Op het droge stuk kun je je voeten ingraven door te wiebelen. Op het natte stuk, vlakbij de zee, gaat het bijna vanzelf.

Bij het intrillen van buizen gooien kleilagen soms roet in het eten. Ze remmen nogal af, omdat de ‘kleef’ (wrijvingskracht) van klei groter is dan de versnelling die de trilling opwekt. ‘En als je een rots tegenkomt’, zegt Middendorp, ‘bijvoorbeeld een zwerfkei uit de IJstijd is het helemaal einde oefening. Dan moet je een stukje verderop.’

Met de gegevens van de opdrachtgever maakte Middendorp een computermodel van de bodem van de monding van de Parelrivier. Met een speciaal programma simuleerde hij vervolgens wat voor vermogen je nodig hebt om een buis van 22 meter diameter en een gewicht van 450 ton dertig meter diep de bodem in te krijgen, de zogeheten intrilpredictie.

‘Het bijzondere van ons programma is dat we de paal niet als een massa beschouwen’, vertelt hij. ‘Bij lange palen duurt het even voordat de trilling die je aan de bovenkant teweeg brengt, onderin is aangekomen. Dat gaat met de snelheid van het geluid, in staal is dat circa 5000 meter per seconde. Je moet dus rekening houden met een zekere vertraging. Bovendien kaatst de trilling in de paal ook weer terug, waardoor je trillingen gaan overlappen.’

Op basis van de berekende versnelling rekende Middendorp uit hoe groot de trillingen moeten zijn om de paal de grond in te krijgen. En dat is weer bepalend voor het aantal trilblokken dat nodig is en het vermogen. Bij deze bodem en deze palen is gekozen voor acht trilblokken met een gezamenlijk vermogen van bijna 10.000 paardenkrachten.

Middendorp: ‘Met  zes had het net gekund, maar zeker op zee wil je er zeker van zijn dat de buispalen er ook daadwerkelijk in gaan.’

 

Zeven minuten

Na dat eerste bezoek in september ging het snel, vertelt Martijn Kleine, verkoopmanager van Cape-Holland. In december kregen we de opdracht en vervolgens is in vier maanden tijd de trilinstallatie in elkaar gezet. Dat hebben de Chinezen zelf gedaan naar ons ontwerp.

De ‘Octa Kong’, de naam zegt het al, bestaat uit een achthoekig dubbel frame  van stalen balken. Op de hoekpunten zijn de trilblokken opgehangen. Ze zijn met elkaar verbonden door een assenstelsel zodat ze allemaal synchroon draaien.

In mei 2011 is de eerste paal de zeebodem in getrild. Dat gebeurde in slechts zeven minuten. Daarvoor waren de technici van het Chinese havenbedrijf overigens wel drie uur bezig om met GPS de paal op de goede plek te krijgen.

In oktober stonden de palen en damwanden van het eerste eiland op hun plek. De palen en damwanden voor het tweede eiland moeten in april 2012 geplaatst zijn.

Ondertussen dient zich een nieuwe uitdaging aan. Onlangs is Cape Holland gevraagd om de techniek van het intrillen van buizen ook toe te passen op de Noordzee. Niet voor een kunstmatig eiland, maar voor een windmolenpark in het Duitse deel.

Kleine: ‘Met 7,5 meter is de doorsnede van de paalbuizen kleiner dan die van het kunstmatig eiland. In samenwerking met Allnamics hebben we berekend  dat we geen acht, maar vier trilblokken nodig hebben. Maar ze moeten wel dieper de bodem in, veertig meter, omdat zo’n enorme windmolen (5 megawatt) behoorlijk wat krachten oproept.’

De zandige Noordzeebodem is in principe prima geschikt voor heien. Toch is ook hier gekozen voor trillen. Niet zozeer vanwege de snelheid, maar vooral om heien teveel lawaai onderwater. Weliswaar wonen daar geen mensen, maar ook zeehonden en dolfijnen zijn daar erg gevoelig voor. Hoewel  trillen ook niet geluidloos is, hebben ze daar blijkbaar minder last van.

Toen de schrijver/gezant Joan Nieuhof in 1656 het Chinese Hof bezocht, bleek dat de Chinezen in de veronderstelling leefden dat de Hollanders geen vast land tot hun beschikking hadden. Ze dachten dat we permanent op zee leefden. Inmiddels weten ze beter: Hollanders leven niet op zee, maar maken gewoon land uit zee. In de monding van de Parelrivier is dat weer eens bevestigd.

Kader: TRILBLOK

Het hart van het trilblok is het carter, waar de trillingen worden opgewekt. Dat gebeurt door sneldraaiende, cilindervormige gewichten, waarvan het zwaartepunt iets uit het midden ligt. Door ze twee-aan-twee tegen elkaar in te laten draaien (zie tekening) versterken ze elkaar in de verticale richting en heffen ze elkaar op in horizontale richting. Dat levert in de paal een trilling op (een sinusgolf) met een bepaalde amplitude die zo groot moet zijn, dat hij de paal op en neer laat bewegen en de grondweerstand vermindert. De paal zakt vervolgens door zijn eigen gewicht de losgetrilde bodem in. Als het nodig is kun je paal of damwand er ook weer uit trekken. Het trilblok bestaat verder uit een ‘trekkop’ waarmee het aan de kraan is bevestigd. De trekkop bevat grote rubberen veren om de trillingen van het carter te absorberen. Aan de onderkant bevindt zich de klem waarmee de paal in het trilblok wordt geklemd.

 

Gepubliceerd in KIJK nr. 4, april 2012