Logo
Royal HaskoningDHV Nederland B.V.
MEMO Aan Van Kopie Dossier Project Betreft
: : : : : :
Lars Hoogduin Ilse Hergarden Esther van den Akker BA8401-103-105 Zomerbedverlaging Beneden IJssel Onderzoek invloed inrichting uiterwaard op veiligheid primaire waterkering
Ons kenmerk Datum Status
: LW-AF20130077 : 25 januari 2013 : eindconcept
Inleiding Zomerbedverlaging Beneden IJssel is een van de maatregelen uit de Planologische Kernbeslissing (PKB) Ruimte voor de rivier. Bij deze maatregel wordt het zomerbed van de IJssel door middel van vergraving verlaagd (doelstelling waterveiligheid). Vanuit de doelstelling ruimtelijke kwaliteit is de inrichting van uiterwaarden voorzien. In de bijlage bij de aanvraag watervergunning (LW-AF20122221 d.d. januari 2013) is voor een 4-tal uiterwaarden en 9-tal maatregelen een beschrijving gegeven. Voor 2 locaties geldt dat de maatregelen plaats zullen vinden nabij de primaire waterkering.
Vraagstelling Voor de maatregelen in de uiterwaard Scherenwelle en de uiterwaard Vreugderijkerwaard moet het volgende worden aangetoond (vraagstelling overgenomen uit Bijlage bij aanvraag watervergunning): • Door de activiteiten neemt de stabiliteit van de waterkering niet af; • Door de activiteiten wordt de waterkering niet zodanig waterdoorlatend dat risico’s ontstaan in de vorm van piping en kwel; • Door eventuele bemaling tijdens de activiteiten geen schade wordt veroorzaakt aan de (grondlagen in de) waterkering en naastgelegen ondervelden1. De te beschouwen waterkering is onderdeel van dijkring 10 (Waterschap Groot Salland), traject Zwolle-Wilsum en Wilsum-IJsselmuiden. Scherenwelle bevindt zich nabij kilometerraai 992 en hectometrering 10,2-11,2. Vreugderijkerwaard ligt tussen kilometerraai 984 en 985, bij hectometrering 4,0.
Beschrijving maatregelen in de uiterwaard De volgende, voor deze beschouwing relevante maatregelen zijn voorzien (gebaseerd op de omschrijving zoals opgenomen in bovengenoemde bijlage en tekeningen C9783-001-DO-OVZ-DP-001 en -003 d.d. 17-10-2012): •
1
Scherenwelle - graven laagtes en herinrichten hanken: o Kleine vergravingen en verflauwen oevers van bestaande sloten en poelen; o Bestaande hanken opschonen en één hank eenzijdig aantakken; o Verbreden bestaande geul; o Duiker vervangen. De ontgravingsdiepte van de verschillende onderdelen varieert tussen NAP -0,2 en -0,4 m nabij de dijk en NAP -1,0 m ter plaatse van de niet-aangetakte hank. Het bestaande maaiveld heeft een niveau van circa NAP +0,5 m. De ontgravingen zijn dus ca. 1 à 1,5 m diep.
Deze vraag is als volgt geïnterpreteerd: eventueel benodigde bemaling mag geen zetting veroorzaken.
Royal HaskoningDHV is een internationaal advies- en ingenieursbureau dat wereldwijd actief is en kantoren heeft in Europa, Afrika, Azië en NoordAmerika. Royal HaskoningDHV Nederland B.V. is onderdeell van Royal HaskoningDHV. Kamer van Koophandel nr. 56515154. Het kwaliteitssysteem van Royal HaskoningDHV is gecertificeerd volgens ISO 9001.
Royal HaskoningDHV Nederland B.V.
•
Vreugderijkerwaard – verbetering bestaand rietmoeras: o Verflauwen enkele oevers van bestaande sloten; o Graven van greppels; o Verdiepen van bestaande poel. De ontgravingsdiepte van de verschillende onderdelen varieert tussen NAP 0 en -0,3 m. Het bestaande maaiveld heeft een niveau van circa NAP +0,7 m. De ontgravingen zijn dus ca. 1 m diep.
Effecten van maatregelen Ingrepen in de uiterwaard kunnen de veiligheid van de dijk beïnvloeden. Bovengenoemde maatregelen hebben de volgende effecten: 1. 2. 3.
Verandering van geometrie van het voorland: vergraving nabij de teen van de waterkering ondermijnt de dijk en kan de stabiliteit van de dijk beïnvloeden. Vergraving dóór de deklaag: nieuw intredepunt tijdens hoogwatersituaties waardoor de stijghoogte van het grondwater in het watervoerend pakket kan veranderen en de pipinglengte korter kan zijn. Verandering grondwaterstand: verandering in het peil in de IJssel kan door aantakken van hanken dieper in de uiterwaard doordringen en hiermee de grondwaterstand beïnvloeden. Verlaging van de freatische grondwaterstand tot onder de bestaande de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) kan tot zetting van samendrukbare klei- of veenlagen leiden.
Gevolgen voor veiligheid waterkering De veiligheid van primaire waterkeringen wordt op 2 hoofdsporen beoordeeld: • Hoogte (HT); • Stabiliteit (ST). De stabiliteit (ST) van een dijk wordt beoordeeld op de volgende onderdelen: • Piping / Heave (STPH); • Macrostabiliteit binnenwaarts (STBI); • Macrostabiliteit buitenwaarts (STBU); • Microstabiliteit (STMI); • Bekleding (STBK); • Voorland (STVL). Hoogte De kruinhoogte van de dijk kan worden beïnvloed door optreden van zetting ten gevolge van verlaging van de grondwaterstand tot onder de GLG. De verwachtte verlaging van de GLG is beperkt (informatie van geohydrologish adviseur): • Voor de Vreugderijkerwaard geldt dat geen invloed op de waterhuishouding wordt verwacht. Er is geen verandering van de GLG. • Voor Scherenwelle geldt dat de GLG maximaal 5 cm zou kunnen dalen ten opzichte van de huidige situatie. Echter, in het verleden (voor aanleg van de Afsluitdijk) zijn lagere IJssel- en grondwaterstanden in het gebied opgetreden. De GLG daalt niet tot onder die oude waarden. Voor beide locaties geldt dat geen zettingen ten gevolge van het vergraven van de uiterwaard te verwachten zijn. De huidige kerende hoogte van de waterkering wordt niet beïnvloed. Piping Stabiliteitsverlies door piping kan ontstaan wanneer te veel gronddeeltjes uit de onderliggende (zandhoudende) grondlagen (horizontaal) worden meegevoerd door een kwelstroom bij (langdurige) hoge waterstanden.
LW-AF20130077
25 januari 2013 -2-
Royal HaskoningDHV Nederland B.V.
De weerstand tegen piping wordt onder andere bepaald door: • Kwelweglengte (afstand tussen intredepunt op het voorland en uittredepunt in het achterland); • Korrelverdeling van het zandpakket; • Dikte en gewicht van afdekkende laag. Voor de beoordeling van de veiligheid ten aanzien van piping is gebruik gemaakt van de rapportage Veiligheidstoetsing dijkring 10 (Fugro 2006). In onderstaande tabel zijn de kenmerken van de dijk in de huidige situatie aangegeven. Tabel 1 Pipinganalyse huidige situatie (toets 2006) Uiterwaard Profiel L-voorland L-dijk Ltotaal-aanw L-benod oordeel (m) (m) (m) Scherenwelle 10-101 48 50,8 98,8 70,9 goed 10-107 1) 23 56,5 79,5 81,9 onvoldoende Vreugderijkerwaard 10-41 12,2 63,9 76,1 90,0 2) voldoende 1) binnendijks kolk aanwezig, bodem in zandlaag, waterstand kan maximaal tot maaiveldniveau stijgen; 2) filterconstructie in sloot aanwezig, hierdoor kan geen piping optreden, ondanks berekende kwelwegtekort. In de analyse (2006) is uitgegaan van de aanwezigheid van de voldoende dikke deklaag bestaande uit klei. De aanwezige lengte van deze deklaag tussen de buitenteen van de dijk en het intredepunt is weergegeven in de kolom “L-voorland”. In 2012 zijn milieukundige boringen uitgevoerd in de uiterwaarden. Op basis van de resultaten van dit onderzoek blijkt dat: • Scherenwelle: op een aantal locaties is geen kleiige deklaag aangetroffen, vooral aan de westelijke zijde van de uiterwaard. Aan de oostelijke zijde is een deklaag van klei aangetroffen met een dikte variërend tussen 0,7 en 1,5 m. • Vreugderijkerwaard: een deklaag van klei is aangetroffen met een dikte van 1,2 tot >2 m. Bij de voorgenomen inrichting van de uiterwaarden verandert mogelijk de aanwezige lengte van de deklaag in het voorland. Voor Scherenwelle geldt dat de afstand van de nieuwe ontgravingen tot de buitenteen van de dijk varieert: • Kleine vergravingen: minimaal 15 m uit de buitenteen; • Verflauwen oevers van bestaande sloten en poelen: gedeeltelijk binnen beschermingszone (in huidige situatie ook al) op minimaal 30 m uit de buitenteen; • Hank eenzijdig aantakken: buiten de beschermingszone op minimaal ca. 12,5 m uit de buitenteen; • Verbreden bestaande geul: buiten de beschermingszone op 15 tot 120 m uit de buitenteen; • Duiker vervangen: tijdelijke ontgraving op 12,5 m uit de buitenteen (op grens beschermingszone). Uitgaande van een ontgraving van 1 à 1,5 m diep en de aanname dat de aanwezige kleiige deklaag dan wordt doorgraven tot in/op het zand, neemt de lengte in het voorland in de maatgevende doorsnede dan af tot 12,5 m. Voor Vreugderijkerwaard geldt het volgende ten aanzien van de afstand van de ontgravingen tot de buitenteen: • Graven van greppels: minimaal ca. 20 m uit de buitenteen; • Verdiepen van bestaande poel: ca. 15 m uit de buitenteen. Uitgaande van een ontgraving van 1 m diep en de aanname dat de aanwezige kleiige deklaag 1,2 m dik is, mag geen deklaag worden meegerekend. De aan te houden lengte in het voorland op basis van de ontgravingscontouren is dan 15 m.
LW-AF20130077
25 januari 2013 -3-
Royal HaskoningDHV Nederland B.V.
In onderstaande tabel zijn de kenmerken van de dijk in de toekomstige situatie aangegeven. Tabel 2 Pipinganalyse toekomstige situatie (na vergraving uiterwaard) Uiterwaard Profiel L-voorland L-dijk Ltotaal-aanw L-benod oordeel (m) (m) (m) Scherenwelle 10-101 12,5 50,8 63,3 70,9 onvoldoende 10-107 12,5 56,5 69,0 81,9 onvoldoende 1) Vreugderijkerwaard 10-41 15 63,9 78,9 90,0 voldoende 1) filterconstructie in sloot aanwezig, hierdoor kan geen piping optreden, ondanks berekende kwelwegtekort. Op basis van deze analyse blijkt dat de kwelweglengte in Scherenwelle onvoldoende kan worden. In de Vreugderijkerwaard blijft ook een kwelweglengtetekort, maar hier is een filterconstructie aanwezig in de sloot waardoor geen piping op kan treden. Maatregelen om het pipinglengtetekort te voorkomen zijn bijvoorbeeld: • aanbrengen van klei onder ontgravingsbodem (minimaal 1 m dik); • verplaatsen van ontgravingen tot een afstand van minimaal 25 m uit de buitenteen; • aanleg filterconstructie in sloot aan de binnenzijde; • plaatsen van scherm of geotextiel. Macrostabiliteit binnenwaarts De maatgevende situatie voor de beoordeling van macrostabiliteit binnenwaarts is het optreden van MHW. De geometrie van de dijk, maatgevende waterstand en overige uitgangspunten als bodemopbouw en grondparameters veranderen niet ten gevolge van de inrichting van de uiterwaard. De stijghoogte van het grondwater in het zandpakket kan wel wijzigen als de deklaag over grotere oppervlaktes wordt verwijderd. Dit kan van invloed zijn op de stabiliteitsberekeningen. In dit geval geldt dat: • Scherenwelle: op verschillende plekken is op dit moment al geen deklaag aanwezig. Er is al op meerdere plekken een direct contact met het watervoerend zandpakket, locale extra ontgravingen zullen de stijghoogte niet beïnvloeden. Bovendien wordt nabij de kolk de waterstand in het zand ter plaatse van de binnenteen begrensd op maaiveld. • Vreugderijkerwaard: de stijghoogte kan aan de binnenzijde maximaal oplopen tot maaiveld vanwege de aanwezigheid van de filterconstructie ter plaatse van de sloot. De inrichting van de uiterwaarden zal geen invloed hebben op de macrostabiliteit binnenwaarts van de dijk. Macrostabiliteit buitenwaarts Bij het bepalen van de veiligheid voor wat betreft macrostabiliteit van het buitentalud wordt de situatie na val van hoogwater beschouwd. De geometrie van de dijk, maatgevende waterstand en overige uitgangspunten als bodemopbouw en grondparameters veranderen niet ten gevolge van de inrichting van de uiterwaard. Voorwaarde voor voorkomen van beïnvloeding is dat de uitgraving (verlaging van het maaiveld) buiten de invloedszone van de dijk blijft om ondermijning van de dijk te voorkomen. Een vuistregel om de grootte van de invloedszone van een dijk te bepalen (uit: Handreiking Constructief Ontwerpen) is uit te gaan van de kerende hoogte van de dijk maal 4 plus een reserve van 5 m. • Voor Scherenwelle geldt dat de kerende hoogte circa 5,5 m is, de invloedszone is dan ca. 27 m uit de buitenteen;
LW-AF20130077
25 januari 2013 -4-
Royal HaskoningDHV Nederland B.V.
Voor Vreugderijkerwaard geldt dat de kerende hoogte circa 6 m is, de invloedszone is dan ca. 29 m uit de buitenteen. Een aantal van de voorgenomen ontgravingen liggen (ruim) buiten de op deze manier bepaalde zone. •
Voor de ontgravingen dichter bij de teen van de dijk is het resultaat van de stabiliteitsberekening (Fugro file p10_101-STBU) gebruikt. Hiermee kan, op basis van het uittredepunt van een glijcirkel, de invloedszone van de dijk nauwkeuriger worden bepaald. Uit de berekening blijkt een uittredepunt ter plaatse van de buitenteen. De dikte van de deklaag is beperkt (1 tot 2 m). de invloedszone vanaf de teen van de dijk zal dan ook beperkt zijn. Als invloedszone kan een afstand van 10 m vanaf de buitenteen worden aangehouden. De geplande ontgravingen met een beperkte ontgravingsdiepte van maximaal 1 à 1,5 m en taluds niet steiler dan 1:2 op een afstand van minimaal 12,5 m van de buitenteen zullen de macrostabiliteit buitenwaarts van de dijk niet beïnvloeden. Microstabiliteit De belastingsituatie ten aanzien van het mechanisme microstabiliteit zal niet verslechteren ten gevolge van de ontgravingen in de uiterwaard. Maatregelen zijn niet nodig. Bekleding De belastingsituatie ten aanzien van de bekleding zal niet verslechteren ten gevolge van de ontgravingen in de uiterwaard. Maatregelen zijn niet nodig. Voorland Instabiliteit van het voorland kan tot instabiliteit van de waterkering leiden. De 2 te beschouwen mechanismen in het voorland zijn: • Afschuiving: Erosie van het voorland of instabiliteit van het talud van de ontgravingen kan tot afschuiving van de vooroever leiden; • Zettingsvloeiingen: Zettingsvloeiingen kunnen optreden in los gepakt zand en een ongunstige geometrie van het talud (steile, hoge helling). Ook hier kan erosie van het voorland een oorzaak van de verweking zijn. Om instabiliteit van het voorland (afschuiving of zettingsvloeiing) te voorkomen, en daarmee aantasting van de veiligheid van de dijk, wordt geadviseerd de taluds van de ontgravingen (diepte, helling en materiaal, bekleding) dusdanig te ontwerpen dat deze stabiel zijn. Verder dient de vergraving op een dusdanige afstand van de dijk te worden aangelegd dat deze buiten de invloedszone valt (minimaal 10 m uit buitenteen). Vervangen duiker De bestaande duiker zal worden vervangen. Hiervoor zal een ontgraving nodig zijn (zie analyse piping) en zal eventueel een bemaling nodig zijn om in den droge te kunnen werken. De opdrachtnemer moet ervoor zorg dragen dat de ontgraving en de bemaling geen negatief effect hebben op de omgeving. Eventueel kunnen sleufbekistingen worden toegepast om een stabiele ontgraving te kunnen uitvoeren en bemaling te beperken. Dit is een opgave voor de uitvoerende partij.
Conclusie Voor de maatregelen in de uiterwaard Scherenwelle en de uiterwaard Vreugderijkerwaard geldt het volgende: •
De kwelweglengte neemt af en wordt onvoldoende lang. Hierdoor kan in Scherenwelle een pipingprobleem ontstaan. Maatregelen (zie onderstaande bulltes0 zijn nodig. In Vreugderijkerwaard zijn in de huidige situatie al maatregelen tav piping genomen (filterconstructie). Hier kan daardoor geen piping optreden;
LW-AF20130077
25 januari 2013 -5-
Royal HaskoningDHV Nederland B.V.
•
•
•
Door de activiteiten neemt de stabiliteit van de waterkering niet af: indien ontgravingen op een minimale afstand van 10 m uit de buitenteen worden uitgevoerd en aanvullende maatregelen worden genomen om de kwelweglengte te handhaven. Door de activiteiten wordt de waterkering niet zodanig waterdoorlatend dat risico’s ontstaan in de vorm van piping en kwel: indien aanvullende maatregelen worden genomen om de kwelweglengte te handhaven. Hiervoor kan bijvoorbeeld klei op de bodem van de ontgravingen worden aangebracht. Door eventuele bemaling tijdens de activiteiten geen schade wordt veroorzaakt aan de (grondlagen in de) waterkering en naastgelegen ondervelden: deze eis meegeven aan opdrachtnemer.
Verificatie: geotechnisch onderzoek Geotechnisch onderzoek, bestaande uit boringen tot een diepte van 5 m op de locatie van de ‘grootste’ ontgravingen, is voorzien. Echter, vanwege het hoogwater was het tot op heden niet mogelijk deze boringen uit te voeren. Zodra het water in de uiterwaarden is gezakt zullen deze boringen alsnog worden uitgevoerd. De resultaten van de boringen worden gebruikt ter verificatie van hetgeen in deze memo is opgenomen. In de analyse zijn conservatieve (worstcase) aannames gedaan. Op basis van de resultaten kan de situatie iets gunstiger blijken, waardoor maatregelen eventueel beperkt/niet nodig zijn.
LW-AF20130077
25 januari 2013 -6-
