Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat -Generaal Rijkswaterstaat Bouwdienst Rijkswaterstaat
DAIV1VvAN
DAMWANDEN
EN
ONGEWAPEND ONDERWATERBETON ALS DEFINITIEVE CONSTRUCTIE
Bouwdienst Rijkswaterstaat Hoofdafdeling Droge Infrastructuur Afdeling Tunnelbouw datum: 01-02-93 leden werkgroep F. H. W. L. G. R. F. A.
Damwanden
de Graaf Burger (tot 01-07-92) Leendertse Tan Wolsink KnuIst van de Heuvel van Aart (auteur)
in Zicht
INHOUD 1
INLEIDING
1
2
OPDRACHT
2
3
CONSTRUCTIE PRINCIPE 3.1 KOSTEN 3.2
3 3 3
4
KRITISCHE ONDERDELEN DAMWAND 4.1 ONDERWATERBETON 4.2
6 6
5
CONCLUSIE
6.
LITERATUUR
10
EN VOORSTEL
12 13
i
~
INLEIDING sinds januari 1992 is de Grondwaterwet van kracht waarin staat dat het onttrekken van grondwater zoveel mogelijk moet worden beperkt. Alleen het onttrekken van grondwater t.b.v. hoogwaardige doeleinden zal in de toekomst worden toegestaan. Het onttrekken en lozen van grondwater t.b.v. het droogmaken van bouwputten behoort zeker niet tot voornoemde doeleinden en in de toekomst zullen er vermoedelijk geen vergunningen meer voor worden verleend. Voor de bouw van verdiept gelegen wegen en afritten van tunnels kan men bij gebrek aan ruimte moeilijk gebruik maken van een bouwdok. Een droog bouwdok vereist veel continue bemaling. Het bezwaar tegen de toepassing van een folieconstructie is eveneens het ruimtebeslag met daarnaast een toenemend risico in geval van een diepe ligging. Men is vaak aangewezen op het maken van bouwputten met damwanden en onderwaterbeton op trekpalen, figuur 1 (traditionele constructie). In de bouwputten worden de definitieve constructies gebouwd van gewapend beton. Na gebruik van de bouwputten is het trekken van de damwanden kostbaar en vaak niet mogelijk. De getrokken damwanden moeten een bestemming hebben, de sloten schoongemaakt, gecali~reerd en zonodig opnieuw worden gericht. De trekpalen worden alleen bij droogvallen van de bouwput volledig benut. De belasting neemt spoedig af na het aanbrengen van de uitvullaag en het maken van de gewapend betonconstructies. Het onderwaterbeton heeft na gereed komen van de gewapend betonconstructie helemaal geen functie meer en kan ook niet worden verwijderd. De dure bouwput met damwanden en onderwaterbeton op trekpalen wordt slechts voor korte tijd, enkele maanden, gebruikt.
1
~
OPDRACHT De staf van de afdeling Tunnelbouw (DIU) heeft naar aanleiding van het bovenstaande de werkgroep opdracht gegeven onderzoek te doen naar de mogelijkheid om de dure bouwput met damwanden en onderwaterbeton op trekpalen beter te benutten.
2
~
CONSTRUCTIE Als uitgangspunt is genomen het rapport "Rijksweg gedeelte verdiepte weg door Voorburg en aquaduct onder De Vliet" van R. KnuIst dd. 1991.
3.1
14
PRINCIPE De beschouwde constructie bestaat uit damwanden met een onderwaterbetonvloer met daaronder trekpalen, figuur 2. Op de onderwaterbetonvloer wordt een drainagelaag gestort (zand) waarop uiteindelijk de weg wordt aangelegd. De traditionele gewapend betonnen wanden en vloer op de onderwaterbetonvloer blijven dus achterwege. De onderwaterbetonvloeris ongewapentl. De vloer wordt ondersteund door trekpalen van 600 kNo De momenten in de vloer worden opgenomen via drukbogen in de vloer. Om zeker te zijn van de drukboogwerking dient de vloer voldoende dikte te hebben. Met betrekking tot de dwarskracht dient rekening gehouden te worden met pons.
3.2
KOSTEN De kostenweergave betreft de extra directe kosten van de afwijkende constructiedetails van de beide methodes ten opzichte van elkaar per meter constructielengte. Het verschil hiertussen is het bedrag dat de ene constructie duurder is dan de andere. Na vergelijking volgt dat de alternatieve constructie voor de gegeven afmetingen ongeveer fl. 10.250,-jm goedkoper is dan de traditionele constructie.
3
- traditionele constructie Voor de berekening zijn de volgende aangehouden: * wanddikte gemiddeld 0.8 m * wandhoogte 6.5 m * vloerdikte gemiddeld 0.75 m * vloerbreedte 21 m * wandwapening 75 kgjm3 * vloerwapening 100 kgjm3
afmetingen
kosten: * wapening fl. 2.100,-jton * beton fl. 168,- + fl. 75,- = fl. 243,-jm3 (materiaal en verwerking) * wandkist fl. 85,-jm2 * vloerkist fl. 150,-jm2 * hydrofobeerlaag fl. 8,-jm2 * ZOAB f L, 100,-jton of fL 140,-jm3 (asfalt 1400 kgjm3) wandconstructie: * achter- en voorkist 2*6.5*fL 85,* beton gemiddeld 0.8*6.5*fl. 243,- = * wapening 0.8*0.075*6.5*fl. 2.100,-
fl. 1.105,fl. 1.265,fl.
820,-
fl. 3.190,vloerconstructie: * drainagelaag 21*fL 15,-jm2 = * vloerkist 21*fL 150,- = * beton 0.75*21*fl. 243,- = * wapening 0.75*0.100*21*fl. 2.100,* hydrofobeerlaag 20*fL 8,- = * ZOAB 0.05 m 20*0.05*fl. 140,- =
=
fl.
315,-
fl.
3.150,-
fl.
3.825,-
fl.
3.310,-
fl.
160,-
fl.
140,-
fl. 10.900,fL
totaal
4
14.090,-
- alternatieve constructie Voor de berekening zijn de volgende aangehouden: * wandhoogte 6.5 m * vloerbreedte 21 m
afmetingen
kosten: * grind fl. 40,-/m3 * aanvulzand fl. 15,-/m3 * filterdoek fl. 10,-/m2 * drains en rioleringen fl. 24,-/m + fl. 25,80{m * gr~ndasfaltbeton fl. 90,-/ton of fl. 125,-/m * ZOAB fl. 100,-/ton of fl. 140,-/m3 * voorzetwand dik 10 cm incl. plaatsen fl. 100,-/m2 * metselwerk fl. 1.000,-/m3 wandconstructie: * voorzetwand 2*6.5*fl. * metselwerk muur * gewapend
2*O.52*fl.
betonnen 0.5*1*fl.
100,- = 1.000,-
sloof 243,-
=
vloerconstructie: * grindlaag 21*0.25*fl. 40,- = * zandlaag 21*0.50*fl. 15,- = * filterdoek 21*fl. 10 = * drains en riolering 3*fl. 24,- = 3)Z*fl. 25,80 * asfalt
20*0.21*fl. 20*0.05*fl.
125,- = 140,- =
=
fl.
1.300,-
fl.
1.040,-
fl.
122,-
fl.
2.462,-
fl.
210,-
fl.
158,-
fl.
210,-
fl. fl. fl. fl.
72,77,40 525,140,-
fl. 1.392,fl. 3.854,-
totaal
5
~
KRITISCHE
4.1
DAMWAND
ONDERDELEN
a. Lekkage uit damwandsloten.
*
Oorzaak.
Voor het heien van de damwanden is speling in de sloten noodzakelijk. Water kan hierdoor van buiten naar binnen gaan. Ook kan water door het slot van beneden naar boven stromen.
*
Gevolg.
Lekkage door het slot zal op den duur een smerig aanzicht geven, vooral indien het water veel ijzer bevat. In de winter kan het water bevriezen. Bij doorlopende lekkage zal het ijs groeien. Bij sterke groei zoals bij de Drechttunnel wordt de voorzetwand kapot gedrukt.
*
Mogelijke
maatregelen.
1. De speling in de sloten kan worden opgevuld met plastisch materiaal zoals Beltan of Polyurethaan strip. De vulling dient vanaf het maaiveld tot tenminste 1.0 m onder het onderwaterbeton te worden aangebracht. 2. Indien de vulling niet afdoende is kan de lekkage worden verholpen door de damwandsloten in de droge bouwput dicht te lassen, met plastic strippen te dichten of te injecteren met cement-bentoniet. 3. Een gotenstelsel langs de damwand, zie figuren, is noodzakelijk om het lekwater op te vangen en af te voeren naar de pompenkelder. 4. Om esthetische redenen zal een voorzetwand noodzakelijk zijn om het zicht van de lekkage en eventueel aangebrachte strippen te camoufleren. Overwogen dient te worden of een tegen de damwand aangestorte wand niet de voorkeur verdient, dit met het oog op eventuele lekkage achter de wand. Kruip van de ... damwand en. grong kan echter scheureii-in--de wand--veroorzaken. --5. van veersro~en -Cffenaderhand met cement-bentoniet wordt geïnjecteerd. 6. Voor de goten en voorzetwanden moet tijdens het ontwerp reeds rekening worden gehouden met de benodigde ruimte.
T-oepa~seI1-
6
7. Indien lekkage optreedt over een groot oppervlak dan kan door middel van een constructieve betonwand de lekkage gedicht worden, figuur 3. b. Lekkage
*
door uit het slot lopen van de damwanden.
Oorzaak.
uit het slot lopen van damwanden kan veroorzaakt worden door: tijdens het heien niet goed geleiden of wringen van de planken; zware grondslag; aanwezigheid van obstakels in de grond.
*
Gevolg.
Tijdens het ontgraven van de bouwput kunnen reeds ontgrondingen voorkomen. In de droge bouwput zal de ontgronding meer overlast veroorzaken en gepaard gaan met lekkage.
*
Mogelijke
maatregelen.
1. De gaten zullen onder water moeten worden gedicht door middel van stalen platen. De platen moeten onder wa~er tegen de damwand worden gelast of gekneveld. Om oppersen van de grond te voorkomen moet de platen tot tenminste 1.0 m onder de onderkant van het onderwaterbeton reiken. 2. De lekkage kan na het droogpompen van de put worden gedicht. 3. Een gotenstelsel langs de damwand is noodzakelijk om het lekwater op te vangen en af te voeren naar de pompenkelder. 4. Om esthetische redenen zal een voorzetwand noodzakelijk zijn om het zicht op de lekkage en eventueel aangebrachte strippen te camoufleren. Overwogen dient te worden of een tegen de damwand aangestorte wand niet de voorkeur verdient, dit met het oog op eventuele lekkage achter de wand. Echter kruip van de damwand en de grond kan scheuren in de wand veroorzaken. 5. Bij zwaar heien kan het risico van het uit het slot lopen verminderd worden door ter plaatse van de sloten de grond voor te boren en de gaten met bentoniet te vullen. 6. Het uit het slot lopen van de damwanden kan worden gedetecteerd door gebruik te maken van verklikkers.
7
7. Voor de goten en voorzetwanden zal tijdens het ontwerp reeds rekening moeten worden gehouden met de benodigde ruimte. c.
Lekkage ter plaatse van de aansluiting onderwaterbeton.
*
met het
Oorzaak.
Lekkage kan worden veroorzaakt doordat: het beton niet goed aansluit op de damwand. Dit als gevolg van het niet goed schoon maken van de damwand of het niet goed verwijderen van het slib. Bij het schoonspuiten van de damwandkassen kan grond worden weggespoten. De ontstane kuil kan met slib worden opgevuld waardoor bij het storten van beton het slib wordt opgeperst en ingesloten. Bij het leegmalen van de put wordt het slib door het verschil in waterdruk weggespoeld; de damwand verdraait als gevolg van de slappe grondslag onder het onderwaterbeton.
*
Gevolg.
Tijdens het leegpompen van de bouwput kan water de put in stromen. Naarmate de grond slapper is, is de kier tussen de damwand en het onderwaterbeton groter waardoor niet alleen water maar ook grond in de bouwput komt. De trekpalen kunnen hierdoor worden ondermijnd.
*
Mogelijke
maatregelen.
1. Heel goed aandacht schenken aan het schoonmaken van de damwanden en het verwijderen van het slib. De spuit lans horizontaal in de richting van de damwand richten. 2. Nadat de kassen zijn schoongemaakt de bodem opnieuw opschonen en de ontstane gaten uitvullen met zand. 3. Het onderwaterbeton vanuit het diepe gedeelte naar het ondiepe gedeelte storten om het stortfront zo kort mogelijk te houden. 4. Bij slappe grond veel aandacht besteden aan de hoekverdraaiing van de damwand als gevolg van het leegpompen van de bouwput en het kruipgedrag van de grond. Het toepassen van stijve damwanden zoals combiwanden is aan te bevelen. Bij zeer slappe grond is het niet aan te bevelen deze methode als definitieve constructie te kiezen.
8
5. Een gotenstelsel langs de damwand maken om het lekwater op te vangen en af te voeren naar de pompenkelder. 6. Voor de goten zal tijdens het ontwerp reeds rekening moeten worden gehouden met de benodigde ruimte. 7. De constructie getekend in figuur 4 is een mogelijke oplossing in geval van ernstige lekkage. Aan te houden bouwvolgorde - weghakken beton ter plaatse van lekkage - tijdelijke drainage aanbrengen - draadankers inlijmen - bekisting op drainage aanbrengen - ankers aan damwand lassen - beton storten (gewapend) - voeg tussen beton en onderwaterbeton afdichten met afdekkap, voorzien van rubberprofielen De ankers die aan de damwand gelijmd worden dienen als verankering voor de prop beton die op de drainage gestort wordt. d. Bezwijken
*
van de damwandconstructie.
Oorzaak.
De damwandconstructie kan door de volgende oorzaken bezwijken: door brand als gevolg van een ongeval met een tankauto; kruipen of bezwijken van de verankeringen; corrosie of aantasting door corrosieve stoffen.
*
Gevolg. De temperatuur bij een brand kan tot 1200 oe oplopen. Door opwarming van de damwanden verliest het staal zijn sterkte waardoor de constructie bezwijkt. Indien de verankeringen bezwijken komen grotere buigende momenten in de damwanden waardoor de constructie bezwijkt. Het staal, ook dat van de verankeringen, komt in aanraking met lucht en zuurstofhoudend water. Ook kan het staal in aanraking komen met en aangetast worden door corrosieve stoffen waardoor de sterkte van de constructie in de tijd afneemt.
9
*
Mogelijke
maatregelen.
1. Tegen brand de damwanden en verankeringen beschermen door een voorzetwand of een tegen de damwanden gestorte wand. Tijdens het ontwerp zal reeds rekening moeten worden gehouden met de benodigde ruimte. De voorzetwand kan bestaan uit betonnen panelen of panelen voorzien van een slagvaste, keramische laag. De panelen dienen bevestigd te worden tegen een stalen frame, waardoor ze relatief eenvoudig te inspecteren, te repareren en eventueel te vervangen zijn. 2. Hoge eisen stellen aan de verankeringen. De ankers tijdens de bouw beproeven. Na het beproeven de ankers voor de veiligheid aflaten en niet opnieuw opspannen. De vervorming van de damwanden opvangen door een voorzetwand te plaatsen. 3. De damwanden en ankers conserveren (bv. bitumen-epoxy-deklaag) tenzij ze worden ingestort in de betonwand. Om reparaties uit te kunnen voeren, moeten eventuele voorzetwanden verwijderd kunnen worden. 4. Een gesloten rioleringstelsel voor de damwand voorkomt eventuele aantasting van de damwanden door corrosieve stoffen welke van de weg afkomen. 5. In geval van corrosie door zwerfstromen dienen de trein- en trambanen geïsoleerd te worden. 4.2
ONDERWATERBETON a. Lekkage
*
uit scheuren.
Oorzaak.
Door krimpspanningen kunnen scheuren in het onderwaterbeton voorkomen, waardoor water in de bouwput kan stromen.
*
Gevolg.
Tijdens de bouwfase kunnen de scheuren eenvoudig worden opgemerkt. Door middel van injecties kunnen de lekken worden gedicht. Bij grote lekkage in de gebruiksfase kan het zand op het onderwaterbeton worden uitgespoeld waardoor wegverzakkingen kunnen ontstaan. In de winterperiode kan opvriezen veroorzaakt worden.
10
*
Mogelijke
maatregelen.
1. Onderwaterbeton een winterperiode laten liggen om de kans op scheuren in de gebruiksfase te verkleinen. 2. Watervoerende scheuren injecteren. Bij injecteren zorgdragen dat geen stroming aanwezig is. Dit kan bereikt worden door een pijp in de scheur te lijmen en tijdens het injecteren de druk weg te halen. 3. Op de onderwaterbetonvloer een laag grind, dik 0.25 m, aanbrengen. Hierop een filterdoek leggen waarna een zandlaag van voldoende dikte wordt gestort. Het doek voorkomt dat het zand in de grindlaag wegzakt. Met het oog op lekkage, in het diepste gedeelte rekening houden met de vorstgrens. 4. Wanneer geen grind wordt toegepast, een draineersysteem in het zand leggen voor afvoer van eventueel lekwater naar de pompenkelder. Drainage- en rioleringsysteem gescheiden houden. 5. Het lekwater in de grindlaag afvoeren naar de pompkelder. Zorgen dat geen waterophoping kan ontstaan waardoor uitspoeling of bevriezing veroorzaakt kan worden. 6. In geval van een grote scheur plaatselijk een gewapend betonnen vloer maken met CLAYMAX afdichting. Aan te houden bouwvolgorde: 1. draadeinde inboren en vastlijmen 2. bekisting plaatsen 3. gewapend betonblok contramallen (hijsogen) 4. na verharding blok verwijderen en onderzijde voorzien van claymax 5. betonblok plaatsen en vastzetten 7. Bij lange compartimenten scheurinleiders toepassen. 8. De trekpalen door het onderwaterbeton laten uitsteken tot een theoretische paallengte. In geval de onderwaterbetonvloer niet voldoet kan dan, door middel van het snellen van de paalkoppen, alsnog de traditionele constructie aangelegd worden.
11
5
CONCLUSIE
EN VOORSTEL
Naar aanleiding van het bovenstaande is een damwandconstructie met onderwaterbeton als een definitieve constructie een goed alternatief, mits bewust naar de risico's wordt gekeken en bij de uitvoering voldoende aandacht wordt besteed aan de kritische onderdelen. Om de risico's bij voorbaat al te beperken dienen onderstaande details of maatregelen als standaard in de constructie te worden opgenomen. 1. De sloten opvullen met een plastisch materiaal (Beltan of Polyurethaan strip) vanaf het maaiveld tot tenminste 1.0 m onder het onderwaterbeton. 2. Langs de damwand dient een gotenstelsel te worden aangebracht. 3. Voor de damwand dient een voorzetwand te worden aangebracht. 4. Met de ruimte die in beslag wordt genomen door de voorzetwand en het gotenstelsel dient in het ontwerp reeds rekening te worden gehouden. 5. Bij het verwijderen van het slib voor de damwand dient de spuitlans horizontaal te worden gehouden. Het schoonspuiten dient zorgvuldig te gebeuren. 6. Na het schoonspuiten dienen de bodem te worden opgeschoond en de ontstane gaten te worden uitgevuld met zand. 7. Het onderwaterbeton dient te worden gestort vanuit het diepe gedeelte naar het ondiepe gedeelte toe. 8. De verankeringen van de damwanden dienen tijdens de bouw beproefd te worden. De ankers mogen niet worden opgespannen. De vervormingen van de damwand dienen te worden gecamoufleerd door de voorzetwand. 9. Er dient een gesloten rioleringstelsel te worden aangebracht voor de damwand voor de afvoer van (corrosieve) stoffen afkomstig van de weg. 10.0p de onderwaterbetonvloer dient een laag grind van 0.25 m te worden aangebracht met daarbovenop een filterdoek. 11.Indien er sprake is van lange compartimenten dan dienen er in de onderwaterbetonvloer scheurinleiders te worden toegepast. 12.De palen door het onderwaterbeton laten uitsteken. De paalkoppen snellen en de wapeningç9nserveren. In geval de onderwaterbetonvloer niet voIdo-ët-kan dan alsnog de traditionele constructie aangelegd worden.
12
~
LITERATUUR 1. Van Splunder Funderingstechniek. Veersloten ten behoeve van waterdichte damwand. 2. Adviesburo voor bouwkonstrukties Wagemaker bv. Rapportage ontwikkeling damwandverklikkersysteem. 3. R. KnuIst. Rijksweg 14 gedeelte verdiepte weg door Voorburg en aquaduct onder De Vliet. 4. Werkgroep OWA. Rapportage onderwaterbeton scheuren. 5. G.W. Wolsink Corrosie damwanden.
13
"
;'
~
""~ THEORETISCHE PAAL LENGTE
Tt SLOPEN PAAL KOPPEN WAPENING IN VLOER OPNEMEN
GRONDANKERS
-----
UJTVULLAAG
figuur
1
TRADITIONELE
OPLOSSING
VOORGESPANNEN
BETONPAAL
OW -I3ETON
-.:
~~~~~~
,,-
,,<,
~
PREFAB
WAND
(iIHlNllANI
THEORETISCHE
I
PAAL LENGTE
FIL TERDOEK
RIOLEr~ING
-DRAINAGE GOTEN STELSEL
---- ONDU1W AHJ1l3E TON
UITVULLAAG
figuur 2
ALTERNATIEVE
OPLOSSING
VOORGESPANNEN
BETONPAAL
-- PRE FA 13 W 1\ NI)
-r~IOLEHIN[j
CiDTENSTEL SEL-
3
MAATREGEL
f-:lAI\LLFNCifE
0-
___' L_, _'_~ ....:...~_
figuur
--lIIEOfH-:IISCIIE
BIJ ERNSTIGE
SLOTLEKKAGE
, . ,ó--+-UI
-:.._~--I~----:"'-:"'-'---'-..:---1
IVlJLLA;\(j
_______
PREFABWAND METSEL WERK AAN
RIOLERINCj
DAMWAND
VAST
ST AALPLAA
T MET
VEf~HARDIN(]
NIET
TE
DAAROP
FIL TERDOEK DRAINAGE CONS TRUC TIEBETON BEKIS TING OW -BETON
IN TE
DRAINAGE
.1···
.
····.·1.:·: -. 1< .:: ..:... ;... .: ~ ..
figuur 4
MAATREGEL
LIJMEN
BIJ LEKKAGE
TUSSEN O.W.-BETON
UITVULLAAG1(
EN DAMWAND
DRAADANKER
ANKEF~S
2 RUBBERPROFIEU::N
AANGEGEVEN
GOTENSTELSEL
TIJDELIJKE
LASSEN
