Inleiding. Onderwerpen. Theo Salet en Stefan Buykx Witteveen+Bos. Theo Salet en Stefan Buykx Witteveen+Bos

30-6-2009

Inleiding

Diepe bouwputten in stedelijk gebied Metrostation Ceintuurbaan Noord/Zuidlijn Amsterdam

Onderwerpen > Korte inleiding in het ontwerp en de uitvoeringsmethode van metrostation Ceintuurbaan > Groutstempel in relatie tot de stedelijke omgeving > Ontgraving in relatie tot de diepte van de (bouw)put

Theo Salet en Stefan Buykx Witteveen+Bos


Ontwerp en uitvoeringsmethode

Groutstempel in relatie tot de stedelijke omgeving

Ontwerp > diepwanden met voorzetwanden > dak en vloeren > voorgespannen stempels > groutstempel

Doel > beperking vervormingen belendingen met paalfundering op 3-4 m afstand tot 25 mm > vroegtijdig d ffixeren diepwanden d d

Uitvoeringsmethode > wanden-dak

> het 1,5 m dikke stempel heeft geen waterkerende functie

Omstandigheden > slappe grond > hoge grondwaterstand > belendingen nabij (3 m)

Realisatie groutstempel





Ontwerp en uitvoering > Geometrie > Geotechnische uitgangspunten met name eigenschappen Eemklei relevant

Ontwerp en uitvoering > Wijziging uitvoering vanaf maaiveld in plaats van onderdaks

5

9

11

> klein window stijfheid stempel op basis b van zettingen : > 1000 MPa diepwand : < 2200 MPa

10

12 8 4 7 6 1 3

Geometrie en typisch Amsterdamse bodemopbouw


> bijzondere ontwerpopgave met inzet van observational method

2

Aanleg jetgroutstempel


1

30-6-2009



Ontwerp en uitvoering > Ontwerp groutstempel bestaat uit een lay-out van overlappende kolommen

Ontwerp en uitvoering > Coordinaten gatgenerator zijn overgenomen in een 2D FEM model (DIANA) 18

> Optimalisatie l tussen overlap l en risico op schaduwwerking is onderzocht door middel van Monte Carlo Analyse

> Kinematische h randvoorwaarden d d en belastingen volgen uit 2D FEM model (Plaxis)

16

14

12

10

8

-

positie maaiveld vertikale tolerantie diepte Resultaat gat generator diameter

> De gereduceerde stijfheid bij de gekozen layout ligt tussen 0,87 (5%) en 0,95 (95%)

6

4

2

FEM model

0 -2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28





Ontwerp en uitvoering > Groutsamenstelling is proefondervindelijk bepaald tijdens uitvoerig a.h.v. testkolommen (550 kg cement/m3)


18 16

Strength (MPa))

14

> Materiaaleigenschappen zoals duksterkte, E-modulus en kruip zijn experimenteel vastgesteld tijdens de uitvoering (148 kernen)

12 10 8 6 4 2 0 1400

1450

1500

1550

1600

1650

1700

1750

Density (g/m3)


Sterkte versus volumieke massa

7000

6000 y = 318,61x 2 R = 0,6972

5000 E-modulus (M MPa)

20

4000

3000

2000 1000

0 0




Ontwerp en uitvoering > Onzekerheden leiden tot onvoldoende gedefinieerd stijfheidsgedrag groutstempel

1,0 C2/100

0,9

C3/100

8

10

12

14

16

18

20

C4/100

0,8

C6/100 C7/100 C / 00

07 0,7

C15/50

E(t)/Eini (-)

6

Sterkte versus stijfheid


0,6

C16/50 C17/50

0,5

C19/50 C8/33

0,4

C11/33

0,3

mean 100 mean 50

0,2

> Flexibiliteit l bl in ontwerp geïntroduceerd door gebruik te maken van de observational method

mean 33 fit 100

0,1

fit 50

0,0

fit 33

0

20

40

60

80

Time (days)

100

> Diverse typen kolommen, blauw, groen en rood

Genormaliseerde stijfheid versus tijd


4

Strength (MPa)



2

Kolomdifferentiatie


2

30-6-2009



Ontwerp en uitvoering > Semi probabilistische analyse toont de spreiding in de stijfheid van het groutstempel als functie van de te realiseren kolomtypen :

Back analysis > Uiteindelijk zijn alle groene en oranje kolommen gerealiseerd 1,0

> Invloed uitvoering is vastgelegd d door d de inclinometers l in d de diepwanden (blauwe lijn, 2006)

0,9

Cumulative probability (-)

0,8

vlnr : groene kolommen groene en oranje kolommen alle kolommen

Ceintuurbaan Station

0,7 0,6

Plaxis results for phase excavation NAP-25.6m

Inclino meter results panel 105 CTB

0

0

-5

-5

-10

-10

-15

-15

-20

-20

-25

-25

-30

-30

-35

-35

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Gap factor (-) Green columns

Green and orange columns

> Op een ontgravingsdiepte van NAP -25,6 zijn de vervormingen bij het stempel slechts enkele mm

-40

-40

-45

-45 -30

All columns

-20

-10

0

Horizontal displacement [mm]

-30

-20

-10

0

Horizontal displacement [mm] Groutstrut installed [ Feb'06]

Stijfheid stempel als functie kolomtypen



Excav. NAP-6. 2m [Sep'07]

FEM backanalysis en meetresultaten

E_groutstrut=400N/mm2

Half-symmetrical, plane strain FEM mesh Plaxis v8.6

Excav. NAP-19.4m [Apr'08]

E_groutstrut=1200N/ mm2

Excav. NAP-25.6m(1) [Oct'08]


Excav. NAP-25.6m(2) [Feb' 09]


Ceintuurbaan Station

Plaxis results for phase excavation NAP-25.6m

Back analysis > Op basis van FEM analyses varieert de stijfheid tussen 2000 en 3800 MPa (spreiding sparing tussen kolommen 0,61-0,77) > Deze stijfheid komt overeen met initiele stijfheid van grout. Dit verondersteld geen kruip.

0

0

-5

-5

-10

-10

-15

-15

-20

-20

-25

-25

-30

-30

-35

-35

-40

> Metingen enkele maanden later bevestigen deze bevinding.


Inclino meter results panel 105 CTB

Ongewenste bij-efecten > Grote kolomresten als gevolg van retourspoil > Afname stijfheid zandlagen tot 35%

-40

-45

-45 -30

-20

-10

0

Horizontal displacement [mm]

-30

-20

-10

0

Horizontal displacement [mm] Groutstrut installed [ Feb'06]

Grote groutresten

Excav. NAP-6. 2m [Sep'07]

FEM backanalyses en meetresultaten

Half-symmetrical, plane strain FEM mesh Plaxis v8.6

E_groutstrut=400N/mm2

Excav. NAP-19.4m [Apr'08]


Excav. NAP-25.6m(1) [Oct'08]


Excav. NAP-25.6m(2) [Feb' 09]



Ontgraving in relatie tot de diepte van de put

Ontgraving in relatie tot de diepte van de put Breedte B=10,5m

Verticaal evenwicht > 1. Gewicht grond (G) > 2. Opwaartse waterdruk (O) > 3. Wrijving grond-grond (W) > 4. Wrijving grond-diepwand (W) > 5. Breedte bouwkuip (B) > 6. 6 3D-effecten 3D effecten (spreiding & variatie) > 7. Stijghoogte Tussenzandlaag > 8. Groutstempel > 9. Doorbuiging diepwand > 10. Ontgravingslengte > 11. Vervorming belendingen > 12. Luchtoverdruk (L) > 13. Verticale kwel > 14. Lekkage door diepwand

Ontwerp en onderzoek 5

Verticaal evenwicht 1D 9

11

10

> Grond G = 310 kN/m2

12

Ontgr.niv.=NAP-30,5m

> Water O = 440 kN/m2

8 4 7 6 1

> OS = 0,7 (Overall Safety) O

3e Zandlaag=NAP-47m Stijghoogte H=NAP-2,75m

2


G

3


3

30-6-2009



Ontwerp en onderzoek


NEN6740, smalle bouwput

NEN6740, smalle bouwput “Extra”

“Extra”

> Grond G = 310 kN/m2 > Extra E = 330 kN/m2 > Water O = 440 kN/m2

> Grond G = 125 kN/m2 > Extra E = 150 kN/m2 > Water O = 350 kN/m2

> OS = 1,4

G O

> OS = 0,8 t.o.v. Tussenzandlaag

G

Stijghoogte H=NAP-2,75m

O Stijghoogte H=NAP-2,75m





stempels


Verticaal evenwicht

niet getekend

Besteksontwerp: luchtoverdruk

Zonder luchtoverdruk? +1,6bar

> Grond G = 310 kN/m2 > Lucht L = 160 kN/m2 > Water O = 440 kN/m2 > OS = 1,1

Berekenen wandwrijving: > horizontale korrelspanning > max. schuifspanning τ ~ c’ + σ’ * tan δ’ > ∫τ dz langs diepwandsnede > betrouwbaarheid

G

Value engineering Air

Ground+Air ≥ Pore-pressure

G

O

P

Stijghoogte H=NAP-2,75m

Ground+Friction ≥ Pore-pressure

F

G

P

N.B. Effect groutstempel verwaarloosd.






Horizontale korrelspanning > Plaxis Hardening-Soil model

'h [kPa]


Wrijving grond - diepwand

300 K_0;nc v_ur / (1-v_ur)

200

s'v*Kp + 2c'sqrt(Kp)

> Theorie Schmidt / Mayne > σ’h = σ’v * (1-sinϕ’) * OCRsinϕ’ > OCR = σ’v;max / σ’v;ontgr.

Hardening-Soil 100

> graven diepwandsleuf - reductie Kini ? > bentoniet filter cake - reductie δ ?

K0 - OCR (Mayne)

> ontwerp: 0,5 < δ/ϕ < 0,9 0 0

100

200

300

' v [kPa]

> verificatie: visuele inspectie diepwanden > verificatie: direct-shear tests Eemklei/glad beton proef 19 [Deltares]



4

30-6-2009




Ontwerp en onderzoek Reliability function; failure = Z<0

Ontwerp diepe ontgraving: 5000

F (1358)

G (3923)

F (1358)

G (3923)

P (4620)

3000

4000

75

Probability density function

100

> analytisch model o.b.v. Mayne > stochastische variabelen: grondparameters en stijghoogten > Monte Carlo analyse m.b.v. Excel > 100.000 berekeningen per snede

Probability density function

100

5000 Reliability function; failure = Z<0

50

P (4620)

75

4000

50

4000

25

25 0

0 -100 -50

0

50 100

3000

-100 -50

0

50 100

3000 2000

1000

2000 0 -100

200

500

800

1100

1400

1000

2000

3000

4000

[kN/m']

> resultaat: faalkans Pf > toetsing: β ≥ 3,6 (NEN6702)

5000

1000

0 -100

200

500

> faalkans ≤ 1,6 *

800

10-4

1100

⇔

1400

1000

β ≥ 3,6

2000

⇔

[kN/m']

5000

OS ≈ 1,15





Ontwerp en uitvoering

Back analysis

> atmosferisch ontgraven van circa NAP-20m tot NAP-26m mogelijk

> Ceintuurbaan zonder overdruk ontgraven tot NAP-26m, okt. ’08

> lagere overdruk (dan bestek) bij resterende ontgraving

> Test luchtdruk installatie tot 2 bar overdruk, jun. ’09



Conclusie > Diepe bouwputten vragen engineering buiten de kaders van normen. Hoe dragen we de opgedane kennis over? > Handmatig modelleren kan/moet nog! > Systematisch materiaalonderzoek is noodzakelijk > Back-analyses tonen de waarde van de analyse


5

Inleiding. Onderwerpen. Theo Salet en Stefan Buykx Witteveen+Bos. Theo Salet en Stefan Buykx Witteveen+Bos

Recommend Documents