PRIJS 10,00 ONDERZOEKSRAPPORT M52014 LEI

PRIJS € 10,00

LEI
ONDERZOEKSRAPPORT M52014

COB - CENTRUM

ONDERGRONDS

BOUWEN

Het Centrum Ondergronds Bouwen wil als kennisnetwerk oog en oor zijn voor alles wat met ondergronds bouwen te maken heef!. Vanuit de visie dan ondergrond ruimtegebruik en essenti;;le bijdrage levert aan een mooi, leefbaar en slagvaardig Nederland, stimuleert het COB de dialoog tussen aile mogelijke partijen die een rol spelen bij de verkenning van belemmeringen en mogelijkheden van het bouwen onder de grond. Naast het (mede) uitvoeren van onderzoeken, is het COB actief op het gebied van communicatie, kennismanagement en onderwijs, onder meer door de ondersteuning van een leerstoel ondergronds bouwen aan de TU Delft en het lectoraat ondergronds ruimtegebruik aan de Hogeschool Zeeland. Meer dan honderd organisaties uit het bedrijfsleven, de overheid alsmede kennisinstituten bundelen in het COB hun krachten en expertise. Het COB maakt deel uit van het CUR.NET en stemt zijn activiteiten af met andere deelnemers aan dat netwerk, zoals CU R, Habiforum en SKB. Oaarnaast heef! het COB een Memorandum Of Understanding met de Japan Tunneling Association (JTA) en stimuleert het internationale uitwisselingen met andere landen. COB is mede initiatiefnemer van het nieuwe onderzoeksprogramma ECON en werkt nauw samen met Delft Cluster.

COB NA 2003

In 2003 loopt de tweede onderzoeksperiode van het COB af. In nauw overleg met de participanten is een businessplan opgesteld voor de periode 2004-2007. Hierin wordt ook een aangepaste programmeerwijze voorgesteld waarbij een grote nadruk op afstemming tussen vraag en aanbod zal worden gelegd. De in het businessplan genoemde speerpunten, voortgekomen uit een brede consultatie van het COB netwerk, vormen het uitgangspunt voor de programmering van onderzoeksprojecten. De speerpunten bieden een focus voor de programmering en doen recht aan de visie van de komende jaren: 'Samenwerken aan het verantwoord ontwikkelen, bouwen en beheren van ondergrondse ruimte'

MS-?O"-ILI

~

.'L81I~

VWS Geotechniek

..... LEKDETECTIE Onderzoek naar praktijkervaringen

Opdrachtgever:

CUR/COB

02

BJA

17-9-99

01

BJA

15-6-99

Deelplan CUR/COB M522-2

Rev.

Auteur

Datum

Omschrijving

Statuscode: onder redactie A ter informatie B C voor commentaar ter controle D definitieve versie E

-

VWS Geotechniek

PvD

PvD

LMO

LMO

Gecontroleerd

GeveriFieerd

Aantal bladzijden

Projectnummer

Revisie

Status

31

96700-18140

0

E

Bestandsnaam:

is onderdeel

P:\99015 - COB-lekdetectie\03. Verslagen. afspraken, e.d\Concept Il.doc

van Koninklijke

Volker Wessels

Stevin nv

1~1:4:'!!!!I

VWS Geotechniek

.'1'1=1-"1-"1.0,)1:.'1

::Ji_-

INHOUDSOPGAVE Biz. SAM ENVATTI NG

3

Hoofdstuk 1 INLEIDING

5

Hoofdstuk 2

LITERA TUURSTUDIE

7

Hoofdstuk 3

IN NEDERLAND GEBRUIKTE METHODEN VOOR LEKDETECTIE VAN BOUWPUTTEN

8

Hoofdstuk 4 TELEFONISCH INGEWONNEN INFORMATIE NAAR ERVARING OF KENNIS OVER LEKDETECTIE IN NEDERLAND

10

Hoofdstuk 5

14

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

LEKDETECTIESYSTEMEN

GEVONDEN IN DE LITERA TUURSTUDIE

ECR Methode EFTMethode Faseroptische temperatuur meting Thermische lekdetectie methode GTC Groundwater flow sensor Onderwater radar metingen Het gebruik van tracers

14 15 15 16 18 18 19

Hoofdstuk 6 KOSTEN INDICATIE VAN ENKELE METHODEN

20

Hoofdstuk 7 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

22

LITERA TUUROVERZICHT

-

23

2

-

IMI:<'!!!'

VWS Geotechniek

lI'I'J::J."J.":I.:d.'I

Samenvatting

studieopdracht

""iNVENTARISATIELEKDETECTIESYSTEMEN"

COB project M520, deelplaan M522 Ir. B.J. Admiraal (VWS Geotechniek)

In deze studie" Inventarisatie Lekdetectiesystemen " zijn bestaande lekdetectiesystemen ge'inventariseerd die betrekking hebben op het onderzoeken van onvolkomenheden in waterremmende constructies. Deze waterremmende constructies zullen in toenemende mate gerealiseerd worden als gevolg van de grote behoefte om tot grotere diepte in de ondergrond te gaan bouwen. Ook de eisen ten aanzien van de maximaal te onttrekken hoeveelheid grondwater tijdens de bouw worden steeds strenger. Uit ervaring is bekend, dat een imperfectie aan een waterremmende constructie waarvan men het lek niet snel genoeg kan lokaliseren grote technische maar vooral ook financiele gevolgen kan opleveren. Tot nu toe werd in Nederland meestal een pompproef toegepast waarbij veel peilfilters worden gemeten om te controleren of de hydraulische weerstand voldoet aan de gestelde eisen. Voor dat doel is de methode geschikt, maar om een lek op te sporen is deze methode in de zeer gelaagde grondstructuur van Nederland minder geschikt. Alternatieve method en zoals gasdetectie, injecteren met warm water en het gebruik van tracers zijn geprobeerd

maar niet echt geschikt gebleken.

.

Uit de literatuurstudie van deze inventarisatie werd het duidelijk datmen in Berlijn, waar de laatste jaren enorme bouwactiviteiten plaats vinden, ook veel problemen had met bouwputten, waar het af te pompen debiet groter was dan voorzien. Om de plekken met een verhoogde doorlatendheid te detecteren zijn in Duitsland nieuwe technieken ontwikkeld en op grote schaal toegepast. In het kader van de kwaliteitsborging worden deze technieken in sommige gevallen reeds voorgeschreven door de opdrachtgevers. Indien er lekken of locaties met een extreem hoge doorlatendheid worden geconstateerd is het eenvoudiger om met die kennis de reparatie uit te voeren om het debiet te verkleinen. De meettechnieken waar het hier om gaat zijn de ECR methode (Electro Chemical Response) ook wel uitgebreid tot de ECR-EFT methode (Electric Flux Tracking multisensorenmeting) en een thermische lekdetectiemethode. Bij ECR methode meet men de veranderingen in de locale chemische samenstelling van de bodem. Dit is mogelijk geworden door de ontwikkeling van zeer gevoelige sensoren waarmee heel geringe elektrische spanningen gemeten kunnen worden. De meting vindt simpel plaats door het plaatsen van grote aantallen sensoren op het maaiveld. Wanneer toestroming van lekwater, bijv. door horizontale waterremmende grondlagen gering is, kan de methode uitgebreid worden met de EFT methode. Door het aanbrengen van elektroden wordt een stroomstoot opgewekt waardoor alsnog betere resultaten verkregen kunnen worden. Een andere veelbelovende methode is de thermische lekdetectiemethode waarbij men via in de grond aan te brengen buisjes, tot een diepte van max. 30 m, sondes aanbrengt waarmee men de temperatuur kan meten van het grondwater op verschillende dieptes. De methode is gebaseerd op het waarnemen van temperatuurswisselingen in de bodem als gevolg van grondwaterstromingen of van warmteontwikkeling door bijv. hydratatiewarmte van beton. Dankbaar gebruik wordt gemaakt van het feit dat een temperatuursfront zich zeer langzaam in de grond voortplant. De grond heeft als het ware een geheugen, waardoor men zelfs nog geruime tijd een temperatuurswisseling kan meten nadat de lekstroom al is gestopt.

-

3

f~'r('!!!I

VWS Geotechniek

-- -

.'I\a::J.-s.-s.,d-'l

Beide genoemde methoden zijn snel toepasbaar en vergen voor een bouwput van ca. 1500 m2 slechts enkele dagen aan metingen, zodat men na een week over de resultaten kan beschikken. De kosten van deze method en zijn niet hoog en belangrijk is ook dat het bouwproces niet langdurig wordt opgehouden. In Nederland hebben er echter de laatste jaren een aantal ontwikkelingen plaatsgevonden op het gebied van lekdetectie. Een, hoewel waarschijnlijk niet volledige, stand van zaken is middels een informatieronde hierover verkregen. Een beknopte beschrijving van de betreffende methoden, aangevuld met de mogelijkheden en de beperkingen, zijn in het rapport opgenomen. Bij het ontwerpen van bijvoorbeeld een bouwput moet er echter wel rekening meehouden dat het te verwachten lekdebiet niet alleen bepaald wordt door het gemiddelde lekdebiet van de horizontale en verticale keringen. Andere aspecten die een significante invloed kunnen hebben op het af te pompen debiet en eventuele waterstandveranderingen in de omgeving zijn: - Doorlatendheid van de omringende grondpakketten. - Variatie in dikte en doorlatendheidseigenschappen van de keringen. - Uitvoeringstoleranties.

-

4

1;l.;lt4:"!!!I

VWS Geotechniek

-- ~-

..'I'':'''"1-"1.'-I1'J

HOOFDSTUK 1: INLEIDING In het CUR/COB project M 500 " Grondverbeteringstechnieken" zijn door de uitvoeringscommissie M 510 "Inventarisatie grondverbeteringstechnieken " aanbevelingen gedaan voor nader onderzoek van een aantal grondverbeteringstechnieken, waaronder Jetgrouten. Ook bij het project Noord/Zuidlijn van de gemeente Amsterdam is behoefte aan nader onderzoek naar de mogelijkheden en onmogelijkheden van enkele grondverbeteringstechnieken voor de Amsterdamse situatie. In een samenwerkingsverband tussen gemeente Amsterdam, de Stichting Ondergronds Bouwen en de Technische Universiteit Delft wordt onderzoek gedaan naar drie technieken. Voor COB worden de werkzaamheden begeleid door de uitvoeringscommissie M520. Het gezamenlijk onderzoek richt zich op de technieken "Jetgrouten" , "Compenserend Grouten" en "Chemische Injectie". Hoewel jetgrouten niet altijd betrekking heeft op waterremmende toepassingen en ook al deze technieken worden toegepast voor het maken van horizontale- of verticale waterremmende constructies, heeft de commissie M520 om praktische redenen besloten het onderzoek naar detectie methoden voor onvolkomenheden in waterremmende constructies onder te brengen onder de noemer Jetgrouten. In Nederland bestaat in toenemende mate de behoefte om tot grotere diepte in de ondergrond te bouwen, terwijl de eisen ten aanzien van de maximaal te onttrekken hoeveelheid grondwater tijdens de uitvoering steeds meer worden aangescherpt. Er zijn genoeg bekende en onbekende projecten waarbij het maximaal toegestane ontrekkingsdebiet werd overschreden of waar zelfs lekkages met hinderlijke gevolgen voor de omgeving of het bouwproces optraden. Deze problemen zijn het gevolg van een ontwerpfout, een uitvoeringsfout of omdat men bewust bezig is op de rand van de technische mogelijkheden. Indien het laatste het geval is moet met behulp van een uitgebreide risicoanalyse en kwaliteitsprocedures mogelijke problemen worden onderkend c.q. getracht worden de problemen zo veel mogelijk te voorkomen. Een te groot waterbezwaar zonder zichtbare watertoestroming is wel een probleem, maar dit kan nog gezien worden als een financieel risico. Zichtbare watertoestroming eventueel gepaard gaand met ontgronding vormt een veel ingrijpender probleem. Indien deze lekkages na (gedeeltelijke) ontgraving waarneembaar optreden, gaat dit namelijk veelal gepaard met hinderlijke gevolgen als hinder bij de uitvoering, vertraging van de uitvoering tot zelfs verzakkingen in de omgeving of ontoelaatbare onttrekking van grondwater in verband met stringente eisen van de verleende vergunningen. Het optreden van een te grote watertoestroming is middels een pompproef nog wel te kwantificeren al kunnen hiermee geconcentreerde lekkages niet worden gelokaliseerd. Er bestaat dus grote behoefte aan een detectiemethode, waarmee voorafgaand aan de ontgraving onvolkomenheden in de waterremmende voorzieningen, die tot de genoemde problemen kunnen leiden, worden opgespoord. Deze onvolkomenheden kunnen zijn onderbrekingen c.q. gaten in horizontale voorzieningen als natuurlijke afsluitende grondlagen, waterremmende grondinjecties of jetgroutlagen (HDI), maar ook in verticale voorzieningen zoals bijvoorbeeld damwanden, diepwanden of dichtwanden. In deze studie is een inventarisatie gemaakt van reeds gebruikte en nog in ontwikkeling zijnde detectiemethoden voor onvolkomenheden in waterremmende constructies. De

-

5

VWS Geotechniek

('~I[~-J.'I\{~-J..-s

-- -

r:I

inventarisatie heeft plaats gevonden op basis van een literatuuronderzoek en interviews met partijen, die deze systemen toepassen.

-

6

~I:C,!!!,

VWS Geotechniek

.'I'I:~""1.,d.1

JJ.-

HOOFDSTUK 2: LlTERATUURSTUDIE Bij het zoeken naar literatuur over het onderwerp " lekdetectie " bleek dat de meeste literatuur buiten Nederland gevonden wordt. Daar deze studie een deelplan is van het onderdeel van de grondverbeteringstechniek " Jetgrouten" is gezocht naar lekdetecties die betrekking hebben op bouwputten die bestaan uit verticale wanden uitgevoerd in diepwand, boorpalenwand of damwand met een bodemafsluiting die bijv. kan bestaan uit een jetgroutlaag, chemische injectielaag of een natuurlijke afsluitende kleilaag die op een diep niveau op de wanden aansluiten. Bij het zoeken naar het onderwerp lekdetectie wordt betrekkelijk veel informatie gevonden die betrekking heeft op lekdetectie in celmembranen die toegepast worden voor bijv. vuilstort locaties om de inhoud te isoleren van het onder en of naastliggende grondwater. Bij deze groep van toepassingen gaat het om relatief ondiepe bassins waarbij men in de gelukkige omstandigheid is om vooraf voorzieningen te treffen in de constructie waarmee men het detecteren van een lek mogelijk kan maken. Omdat deze detectie methoden niet toepasbaar zijn de bovengenoemde diepe bouwputten worden deze lekdetectie methoden niet behandeld in dit rapport. In de literatuurstudie werden geen toepassingen van nieuwe technieken in Nederland gevonden. Dit was wel het geval voor een groot aantal toepassingen in Duitsland en Oostenrijk. Bij het maken van vele diepe bouwputten bijv. in Berlijn werden een aantal nieuwe technieken toegepast die veel belovend zijn terwijl deze technieken of een afgeleide ervan ook toegepast worden bij de aanleg van dijken en dammen. In het engelse vakblad Groundengineering werd een toepassing gevonden waarbij de bron werd genoemd namelijk Texplor, Exploration & Environmental Technology Gmbh. Deze firma heeft sinds 1996 heel veel ervaring opgedaan bij zeer veel verschillende projecten in Duitsland en Oostenrijk waarbij verschillende technieken werden toegepast. Door benadering van deze firma zijn we in het bezit gekomen van een aantal papers van enige symposia m.b.t. lekdetectie. Een interview met een specialist van deze firma heeft een goed inzicht in de toegepaste technieken gegeven. Navraag bij grote Duitse aannemers in de funderingstechnieken leverde een andere bron op die veel heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van nieuwe technieken namelijk GTC Kappelmeijer, Technogie fabrik. Een gesprek met de specialist van dit bedrijf, die auteur is van vele publicaties over deze techniek, heeft veel kennis opgeleverd over de ervaring die men tot nu toe heeft opgedaan Referenties van de gevonden literatuur zijn verzameld in het hoofdstuk

-

literatuuroverzicht.

7

1r.;1{~:I- VWS Geotechniek

-- -

.'I'~*I.."1"~

HOOFDSTUK 3: IN NEDERLAND GEBRUIKTE METHODEN VOOR LEKDETECTIE VAN BOUWPUTTEN Bij de constructie van bouwputten wordt in Nederland tot op heden gebruik gemaakt van simpele meettechnieken om aan te tonen dat een bouwkuip voldoet aan bepaalde bestekseisen. De bestekseis voor een horizontalebodemafsluiting van bijv. een chemische injectie laag, jetgroutlichaam of een bestaande kleilaag wordt meestal uitgedrukt in een hydraulische weerstand C. Om deze weerstand te kunnen meten wordt een pompproef uitgevoerd. Hiermee wordt, voordat ontgraven gaat worden, de waterstand in de bouwput verlaagd tot het gewenste niveau behorend bij het voorgenomen diepste ontgravingsniveau. Omdat er nog niet ontgraven is kan er bij een eventueel aanwezig zijnd groot lek geen gevaarlijke situatie ontstaan zoals piping of opbarsten. .. De hydraulische weerstand van de waterremmende laag C kan worden bepaald door meting van de benodigde verlaging, het oppervlak van de bouwput en het waterbezwaar. De hydraulische weerstand wordt dan bepaald volgens: C

= (A x M1)/Q

waarin: C = hydraulische weerstand van de waterremmende laag [ dagen ] A = oppervlakte van de bouwput [m2]

~H = het verschil in stijghoogte over de waterremmende laag [ m1 ] Q = water bezwaar; te onttrekken debiet [m3/dag] Het onderzoek naar de hydraulische weerstand moet minimaal bestaan uit: 1. Het aanbrengen van peilbuizen met filter direct boven de waterremmende laag. De peilbuizen hebben hierbij een tweeledig doel: controle van de weerstand van de waterremmende laag en om een indruk te krijgen van de waterspanning boven de waterremmende laag. Het aantal aan te brengen peilbuizen is afhankelijk van de grootte van de bouwput Bij een bouwputbreedte tot 10m kan worden volstaan met een rij peilbuizen in de lengterichting en dient de afstand van de peilbuizen niet groter te worden gekozen dan 20 m. Indien de bouwputbreedte groter is dan 10m dient een dubbele rij peilbuizen te worden toegepast. De onderlinge afstand in een rij mag niet groter zijn dan 25 m. Afhankelijk van het bemalingsplan kunnen voor het lokaliseren van mogelijke lekken in de waterremmende laag, meerdere peilbuizen worden bijgeplaatst. 2. Het verlagen van de grondwaterstand tot onder het uiteindelijke ontgravingsniveau. en uitvoeren van peilbuiswaarnemingen. 3. Het op laten komen van het grondwater en het uitvoeren van peilbuiswaarnemingen. 4. Het opnieuw verlagen van de grondwaterstand tot onder het ontgravingsniveau en het meten van het opgepompte volume grondwatero. 50. Het herhalen van stap 3 en 4. Ais de uitslag van deze pomptest bevredigende gegevens oplevert kan men aannemen dat er geen grote lekkages aanwezig zijn. In het geval dat de hoeveelheid opgepompt water te groot is zal er ergens een lek in de waterremmende laag of in de verticale wanden aanwezig

-

8

1l.\1:C:'!!!I

VWS Geotechniek

---~

.'111'1-"'"'1.<11'1

zijn. De uitgevoerde test is dan meestal te grof om aan te kunnen geven waar het lek zich bevindt. Door het aantal peilbuizen te vergroten en dat niet alleen in de bouwkuip maar ook door ze aan de buitenzijde van de kuip aan te brengen kan de locatie van het lek ongeveer bepaald worden. Men zal daarna een afweging moeten maken of men het peilbuizen netwerk nog meer verdicht of dat men een groter gebied voor een tweede maal gaat behandelen met injectie technieken. In de praktijk is gebleken dat deze manier van lekdetectie niet eenvoudig is. Dit wordt in hoge mate veroorzaakt door de heterogeniteit van de grond waardoor soms zeer misleidende informatie wordt verkregen. Niet allen de heterogeniteit van de grond maakt lekdetectie ingewikkeld maar ook de geometrie. Zo kan ook lekkage optreden door constructieve elementen in de grond zoals damwand constructies en speciaal gemaakte aansluitingen.

-

9

~1:4:'i!!!I

VWS Geotechniek

.'I'~:J..,...t.
---~

HOOFDSTUK 4: TELEFONISCH INGEWONNEN INFORMATIE NAAR ERVARING OF KENNIS OVER LEKDETECTIE IN NEDERLAND Gemeentewerken

Rotterdam: dhr. G. Hannink. Op diverse werken is onderzoek gedaan bijv. Willemspoortunnel en Metrostation Wilhelminaplein waar voornamelijk peilbuismetingen werden toegepast. Deze methode gaf op de Willemspoortunnel wel uitsluitsel over de locatie van de lekken. Deze locatie behoefde echter niet zeer nauwkeurig te worden gedetecteerd. Het ging er hier om aan te tonen waar de oorzaak van de lekkage zich bevond, in casu: de aansluiting van een jetgroutscherm op de afsluitende kleilaag ("Kedichem"). lie voor meer bijzonderheden het artikel 'Afmaling bouwput haalbaar dank zij chemische injectie' van ir. K.F. Brons en ir. A.F. van Tol, Civiele Techniek nr.1, 1992. Bij het project Metrostation Wilhelminaplein was een grondvoerend lek ontstaan onder de bestaande tunnel. Een exacte inmeting van het lek is niet gelukt, waarna men besloot om niet het lek te dichten, maar om een nieuw scherm aan te brengen. Fugro: dhr O. Dijkstra Voor een project in Groningen werden eerst peilbuizen h.o.h.15 m geplaatst. Op de locaties werden h.o.h.7,5 m sonderingen uitgevoerd met conus met specifieke waterspanningsmeter. Deze waterspanningsmeter had een zeer hoge nauwkeurigheid, ook in het lage meetbereik en de opnemer was bestand tegen hoge wateroverspanningen in kleigrond. In de sondeerconus was tevens een kleefmeting ingebouwd en een x,y helling meting. Dit is noodzakelijk omdat de x, y-en z coordinaat van elke meting nauwkeurig bekend moet zijn. Bij grote sondeerdieptes zijn hellingen van 5 tot 10 graden niet ongewoon, wat tot relatief grote plaatsingsafwijkingen t.o.v. de verticaal leidt. Voor een project in Groningen heeft Fugro deze conussen in 1998 samengesteld. Over een diepte van ca. 20 tot 40 m is daarbij gesondeerd, waarbij elke 3 m een dissipatietest is uitgevoerd. In het fijnkorrelige zandpakket boven de potklei duurde elke dissipatietest 10 tot 20 minuten. Daar waar zich waarschijnlijk minder waterremmende plaatsen in de wand van de bouwput bevonden zijn op basis van de waterspanningsmetingen en de x,y,z positie van elke meting isohypsen bepaald. Deze methode om isohypsen te bepalen gaf goede resultaten bij de waterkerende wand van de bouwkuip. Minder waterremmende locaties in de afsluitende potkleilaag, bijvoorbeeld als gevolg van varierende diktes en discontinu"iteiten aan de onderzijde van de bouwput, konden met deze methode niet worden bepaald, hoewel de aanwezigheid hiervan door middel van sonderingen wel waren aangetoond.ln figuur 1 is het resultaat van een dissipatie test weergegeven. De test is uitgevoerd om een lek in een damwand te vinden. In de omgeving van het lek in geinjecteerd om het te dichten. De gestippelde lijnen zijn de isohypsen voor de injectie en de doorgetrokkenlijnen zijn de isohypsen na de injecties. De resultaten van de methode zijn naar aile waarschijnlijkheid o.a. in grote mate afhankelijk van de doorlatendheid van het omringende grondpakket. De methode kan daarom alleen in bepaalde omstandigheden worden toegepast om locaties van minder waterremmende plekken vast te stellen. De voorwaarden die gelden voor deze omstandigheden zullen echter nog moeten worden vastgesteld. Vaststaat wel dat m.n. in gelaagde of anders wisselende grondstrukturen zeer voorzichtig moet worden omgegaan met het vaststellen van conclusies. Tevens stelt geeft deze

-

10

IMI:.:"!!!'

VWS Geotechniek

.11\~:J."""1~f,I IL"'__"]'"~

Figuur 1 Resultaten dissiepatietest

-

11

~1:4:~-

VWS Geotechniek

"I'I::J."f..~"1"I

--

~-~

methode, net zoals de meeste andere detectiemethoden, geen kwantitatieve informatie over de doorlatendheid of het

GeoDelft: dhr. G.J. Mulder. Ten behoeve van deisolatie van bodemverontreinigingen in het Griftpark te Utrecht heeft GD een methodiek opgesteld om de doorlatendheid van de wanden C.q. de onderafsluiting te bepalen. Bij dit project zijn tot in de afsluitende kleilaag op ca. 60 m diepte dichtingswanden gegraven. Het oppervlak van het terrein bedraagt ca. 80.000 m2. Over het terrein verspreidt zijn 20 a 25 meetbuizen geplaatst. In deze buizen werd de stijghoogte van het grondwater nabij de afsluitende kleilaag gemeten en in de buizen nabij de wanden eveneens op een hoger niveau. Bij diverse onttrekkingsdebieten zijn vervolgens in een regelmatig tijdsinterval de stijghoogten gemeten. De tijdsduur van meten per ontdekkingsdebiet was lang gehouden om de invloed van bergingscapaciteit van de bodem en de invloed van hemelwater te kunnen bepalen. Met behulp van de zeer grote hoeveelheid meetdata die hieruit voorkwam (het totale meetprogramma besloeg ca. 6 maanden) kon m.b.v. een berekeningsprogramma de relatieve verdeling van het totale lekdebiet over de wanden cq. de onderafdichting worden bepaald. Vervolgens kon hiermee de gemiddelde doorlatendheid van de wanden c.q. de onderafsluiting worden berekend. Deze methode geeft een indicatieve waarde met een nauwkeurigheid van +/- 25%. Met een groter net van meetpunten en meerdere pompconfiguraties is de nauwkeurigheid wellicht te verbeteren. De mogelijkheid hiertoe is echter afhankelijk van de locale omstandigheden. Het als bijlage 6 opgenomen artikel uit "Land en Water" geeft een completere beschrijving van de methode. Opgemerkt moet worden dat dit artikel een beschrijving geeft van de testput. Op het project zelf is een meer uitgebreid meetprogramma toegepast. De genoemde methode is dus niet bedoeld om potentiele lekken op te sporen Wellicht dat door middel van meerdere peilbuizen en meer variatie in het afpompen m.b.v. het berekeningsprogramma hiervoor wel een mogelijkheid is. De opbouw van de grond speelt hierin een belangrijke rol. De tijdsduur van het meetprogramma is eveneens afhankelijk van de grondopbouw, maar tevens van grootte van het project. Met een totale beproevingstijd van minimaal 4 weken, exclusief uitwerken meetdata moet rekening worden gehouden.

GeoDe 1ft: dhr J. Taat In samenwerking met de Bouwdienst van Rijkswaterstaat heeft GD deelgenomen aan een proefproject om middels gasinjectie lekken te kunnen opsporen. Het Duitse bedrijf CGD had, bij monde van prof. Dr. W. Ernst, aangegeven, dat zij over ruime ervaring beschikte inzake deze techniek. De theorie hierachter is dat door het injecteren van gas aan een zijde van een scherm in de grond en het meten van gasconcentraties aan de andere zijde, eventuele lekkages kunnen worden gedetecteerd. Hiertoe wordt aan 1 zijde van het scherm, op 5 a 10 m afstand korte injectielansen (ca. 2 m) in de grond geplaatst. Deze lansen zijn daarbij schuin in de richting van de onderzijde van de wand gericht. Het uitgangspunt van CGD is dat bij gasinjectie het gas zich in de gegeven richting inde grond zal verspreiden en via de eventuele lekken aan de andere zijde zich weer zal verspreiden in de grond. Een net van meetpunten vlak onder het maaiveld meet dan vervolgens de concentratieverhogingen. De verdeling en de grootte van de concentratie wordt vervolgens gebruikt om de locatie van een lek te berekenen. Deze methode is 2-maal in Nederland beproefd. De eerste keer vond dit plaats op bouwdok Barendrecht. In de daar aanwezige cement-bentonietwand waren op 3 locaties gaten in de wand geboord. De beproeving m.b.v.C02 -gas leidde op slechts 2

-

12

~1[4:'!!!I

VWS Geotechniek

-- ~-

.'1'.1=1-"1-"1.'11'1

locaties tot meetbare CO 2 concentraties, die echter nauwelijks afweken van de natuurlijke waarden. De tweede proef yond plaats te Etten-Leur bij een damwand. Hierbij is zowel met CO2 en Helium ge'injecteerd Helium heeft het voordeel dat de natuurlijke concentratie zeer laag is. De proef zou in fasen worden uitgevoerd, waarbij in eerste instantie de gasconcentraties aan de injectiezijde van het scherm werden gemeten. Omdat dit niet tot meetresultaten leidde (er werden geen concentratie verhogingen gemeten) is de proef niet voortgezet. Hoewel reeds voor aanvangvan de proeven grote scepsis over de theorie bestond, zijn de proeven toch uitgevoerd. Dit omdat referenties van uitgevoerde werken in Duitsland en Oostenrijk uitwezen dat een goed resultaat mogelijk was. AI met al moet echter worden geconcludeerd dat de methode vooralsnog onbetrouwbaar is gebleken.

-

13

(,l.\I[{'!!!I

VWS Geotechniek

a'I\"~"'"1.o,JA

=.-

HOOFDSTUK 5:

LEKDETECTIESYSTEMEN LITERA TUURSTUDIE

GEVONDEN IN DE

5.1 ECR Methode De ECR methode (Electro Chemical Response) is door Texplor ontwikkeld. Texplor exploration & environmental technology Ltd heeft als achtergrond geofysica geologie en geochemie. Deze firma heeft een aantal technieken ontwikkeld die interessant zijn voor dit onderzoek. Ais eerste heeft men de ECR methode ontwikkeld waarmee men voor het milieu relevante veranderingen in grond en grondwater kan meten. De fysische basis van deze meting is het meten van veranderingen in de locale electrochemische samenstelling van de bodem, zowel in de verzadigde als in de onverzadigde toestand, Grondwaterstromingen veroorzaken een versterkte H+ ionen transport in het natuurlijke elektrische veld van de bodem. Men heeft zeer gevoelige sensoren ontwikkeld die heel geringe elektrische spanningen (milli, micron en nanD volt) kunnen meten. Deze sensoren zijn zeer stabiel en worden niet be'invloed door aanwezige elektrische velden die zich in de buurt van deze sensoren bevinden. Door een zeer speciale telemetrische meettechniek is men in staat om enige honderden sensoren (max. 4000 stuks) tegelijk te meten en te registreren. Deze signalen worden met behulp van een speciaal computer programma bewerkt tot duidelijke kaarten waar de resultaten grafisch op worden weergegeven. Een groot voordeel van deze methode is dat de metingen plaats vinden op het maaiveld simpel door daar de sensoren op te plaatsen. Meestal worden deze sensoren in een stramien van ca. 2,5 x 2,5 m geplaatst of kleiner als men nauwkeuriger wil meten. De sensoren worden in groepen van 4 stuks verbonden met een microprocessor. De microprocessoren worden verbonden met de meetwagen. In de meetwagen komen de meetgegevens binnen en worden daar gefilterd, versterkt en gedigitaliseerd. Bijlagen 1 en 2 geven een goed overzicht van de meetopstelling. De meting wordt normaal gestart met een nulmeting. Oat is de situatie waarbij nog niet afgepompt wordt als het een af te pompen bouwput betreft. De volgende metingen vinden plaats als er door het pompen een waterstandsverschil is ontstaan waardoor eventuele lekken worden geactiveerd. Het is mogelijk om de metingen met zeer korte tussenpozen te herhalen waardoor een indruk wordt verkregen hoe de stroming verloopt. Dit wordt een dynamische meting genoemd. Bijlage 1 geeft de resultaten van twee projecten weer. Bij het eerste project gaat het om zowel de omsluitende dichtwand als de waterafsluitende bodem. De rode vlekken geven duidelijk aan waar de lekkage zich bevindt. Omdat deze methode alleen aangeeft waar de anomalie in het elektrisch veld van de bodem zich bevindt is er voor een verticale wand nog meer informatie nodig als men de diepte van het lek wil vaststellen. Daarvoor wordt een boring gemaakt op de plaats van het lek en wordt de temperatuur over de gehele verticaal gemeten. De afname van de temperatuur geeft dan duidelijk aan op welke diepte het lek zich bevindt. Bij het tweede voorbeeld wordt de gemeten lekkage in de jetgrout putbodem ruimtelijk weergegeven als resultaat van metingen met een meetraster van 1,4 x 1,4 m. De blauwe microprocessors zijn duidelijk zichtbaar op het maaiveld.

-

14

~ml:4:'!!!1

VWS Geotechniek

.'I'I."..,.,,:.JA

--

Bijlage 2 geeft nog twee voorbeelden van metingen ten behoeve van de controle van de waterdichtheid van dichtwanden die naast rivieren zijn gelegen. Ook hier werd gemeten met sensor afstanden van 2,5 x 1,0 resp. 1,8 x 1,8 m. De locaties van de aangetroffen lekken in de wanden zijn duidelijk zichtbaar met de rode vlekken die in dit geval aan beide zijden van de wand aanwezig zijn.

5.2 EFT Methode Texplor heeft nog en aanvullende meettechniek ontwikkeld de zogenaamde " Electric Flux Tracking multisensorenmeting EFT. Wanneer er in het grondprofiel dat boven de afsluitende bodemafsluiting bestaande uit jetgrouten of een injectie laag sterk waterremmende lagen bevinden, die de toestroming van lekwater belemmeren of wanneer er om wat voor reden dan ook nog geen nulmeting heeft kunnen plaatsvinden, kan men door het plaatsen van twee elektroden een stroomstoot opwekken en het resultaat daar van meten. Het plaatsen van elektroden kan op grote afstanden tot wel 300 m plaatsvinden. Voor de stroom stoot, die werkt als een elektrische tracer kan een accu aangewend worden. De EFT methode werd onder meer toegepast voor een lekdetectie in de folie van een afvalstortlocatie. Bijlage 3 geeft een doorsnede van de afvalstortlocatie met het resultaat van de meting. De ECRIEFT methode geeft een 2-dimensioneel beeld omdat de meet sensoren zich op het maaiveld bevinden. De aanwezigheid van niet homogene stoorlagen, in het bijzonder lekkages door de bouwput wanden kunnen niet worden gedetecteerd in afhankelijkheid met de diepte. Indien een lek is gedecteerd, maar de diepte ervan niet duidelijk is aan te geven, is een combinatie met lokale thermische detectie mogelijk. De door Texplor gehanteerde methodiek is praktisch gelijk aan de beschrijving in paragraaf 5.4.

5.3 FASEROPTISCHE

TEMPERATUUR METING

Het principe van deze methode is in de 80 er jaren ontwikkeld voor de controle van hoogspanningkabels en kan toegepast worden over een afstand van 40 km. Deze techniek wordt toegepast bij de bouw van dijken, dammen en bij het storten van grote massa's beton. De uitvoering van deze methode is zeer simpel omdat er slechts gebruik wordt gemaakt van een glasvezel kabel. Er zijn dus geen kwetsbare sensoren nodig. Het basis principe van deze methode is dat de optische eigenschappen van de kabel afhankelijk zijn van de locale omgevingstemperatuur. Hoogwaardige meettechnieken maken het mogelijk om temperatuursveranderingen om te zetten in een temperatuursverdeling langs de gehele kabel. Door een laser wordt een optische impuls in de kabel gezonden. Dit signaal wordt over de gehele kabel gereflecteerd waarbij het signaal nauwelijks minder wordt in intensiteit. Door middel van een hoog ontwikkelde frequentie analyse is men in staat om de temperatuur te meten met een zeer hoge nauwkeurigheid tot:!: 0,2 graden Celsius terwijl

-

15

1l.\1~'!!!I

VWS Geotechniek

.'I'I:J.'f..':..JA

-- ~-

men uit de optische impulsen van de laser de afstand van de meting met een nauwkeurigheid van :t: 0,5 m kan bepalen (fig. 1). De meetkabel met diameter van 10 mm bevat 4 glasvezel kabels. Voor de meting moet er een duidelijk temperatuurverschil bestaan tussen het water van het gevulde bassin I waterloop en het grondwater waarnaar het zou kunnen lekken. Dit betekent dat de kabels niet te dicht bij de bassinbodem of dijk bekleding mogen zitten. Minimale diepte is ca. 1 m waarbij de kabels bij voorkeur in sleuven opgevuld met grof drainage zand worden gelegd. Deze methode wordt de Gradienten Methode genoemd. Omdat deze voorwaarde van de 1 m afstand als bezwaarlijk werd ervaren heeft men de Aufheiz Methode (Heat-up Methode) ontwikkeld. Bij deze methode brengt men een koperdraad in de kabel aan, die men door stroom toevoer warm kan laten worden (fig.2). De temperatuurtoename in de onmiddellijke omgeving van de kabel is afhankelijk van de warmte capaciteit en het geleidingvermogen van de omringende bodem. De door een lek ge'initieerde waterstroming zal warmte afvoeren en dat kan weer gemeten worden als een temperatuuranomalie. Men zal de metingen bij voorkeur stroomafwaarts uitvoeren. In Duitsland zijn beide methoden al vele malen met succes toegepast bij metingen in kanaal bodems, in taluds van dam men en bij zeer grote beton storten om de hydratatie warmte te meten (fig.3) Toepassing van deze methode, om het asfaltbeton bekleding van de taluds van het Mittlerer Isar kanaal op lekken te onderzoeken, resulteerde in een goed voorbeeld van de toepassing van deze techniek. In fig. 4 wordt de plaats van de lekkage duidelijk zichtbaar aan het grote temperatuursverschil tussen het kanaalwater en de gemeten temperatuur in de fiber kabel. Ook door de bepaling van de correlatiecoefficient, tussen de tijdsafhankelijke temperatuur van het kanaalwater met de temperatuur gemeten langs de kabel, geeft een duidelijke indicatie (fig.5). Een toepassing van de Heat-up methode bij de hoge Ohra- Dam in 1998 geeft aan, dat de methode goed werkt, wanneer de fiber optische kabel wordt aangebracht in een drainage laag tussen de beide afsluitende asfaltlagen (fig.6). Het resultaat van de temperatuur metingen, geeft door de verschillen tussen de gemeten waarden in de kabel en het grondwater duidelijk aan, waar de lekkage zich bevindt (fig.7). De methode is beperkt bruikbaar omdat de benodigde meetkabels op een zodanige plaats moeten liggen dat dit meestal slechts mogelijk is nadat de ontgraving reeds heeft plaats gevonden.

5.4 THERMISCHE

LEKDETECTIE

METHODE GTC

Metingen van de bodem temperatuur tot een diepte van 30 m worden reeds sinds 1990 door GTC Kappelmeyer GmbH (patent) uitgevoerd. Hiervoor worden buisjes met een diameter van 22 mm in de grond geboord waarin meetsondes worden ingebracht met sensoren op verschillende dieptes meestal op onderlinge afstanden van 1 m. Met deze sensoren, die men gelijktijdig kan meten, is men in staat om temperatuur- diepte profielen en horizontale en verticale isothermen in verschillende doorsneden te maken.

-

16

IMI((':!,!!!I

VWS Geotechniek

.'I'J:~"""1:J!:.'I

Lp....

De methode is gebaseerd op het waarnemen van temperatuurswisselingen in de bodem als gevolg van grondwaterstromingen of van warmteontwikkelingen door bijv. de hydratatiewarmte van beton. Een gelukkige bijkomstigheid is dat temperatuurswisselingen als gevolg van weersinvloeden in de bodem snel met de diepte afnemen. Dagelijkse temperatuursversehillen treden op over een hoogte van enkele dm. Jaarlijkse versehillen kunnen nog gemeten worden tot op dieptes van 10 a 20 m. Antropogene invloeden zoals leidingen, watergangen, kelders, tunnels etc. be'invloeden de bodemtemperatuur in de stadsbodem, meestal een verhoging van de temperatuur. Bij het aanbrengen van diehtwanden, diepwanden, onderwaterbeton vloeren, injeetielagen en jetgrout-afsluitingen worden hydratatie temperaturen van +30 tot + 50 graden C ontwikkeld. Door afpompen van water wordt er watertransport gei'nitieerd waardoor een verandering in het temperatuursveld van de bouwput ontstaat. In verzadigde grond verplaatst het temperatuursfront met een snelheid van 10-6 a10-7 m/see. dat zijn snelheden van enige em tot dm per dag. Daarom kan men ook metingen verriehten als de lekstroom al is opgehouden. De grond heeft een "geheugen " waarin wordt bewaard wat er aan temperatuur anomalieen heeft plaats gevonden. Uit de ervaringen blijkt dat met de metingen nog goede resultaten bereikt werden meerdere maanden na het aanbrengen van de diehte laag. In het algemeen zal men met een grofmazig netwerk beginnen en pas na het vaststellen van een lek situatie het netwerk fijnmaziger maken om de juiste locatie van het lek te kunnen vaststellen. De werkmethode op de bouwplaats wordt enigszins inziehtelijk gemaakt in bijlage 4. Praktijkvoorbeelden van deze methode vinden we in Berlijn waar reeds enige jaren zeer veel diepe bouwputten zijn gebouwd. De eerste toepassing vond plaats in 1997 in een bouwput waarvan de vertieale wanden bestonden uit zowel een boorpalenwand als een diepwand met daarin aangebraehte damwand profielen. De horizontale afdiehting bestond uit een jetgrout laag. De bouwput was ca. 18 m diep. Toen bij de eerste pompproef bleek dat er niet voldaan werd aan de eis van 1,5 I/see per 1000 m2 vloer oppervlakte werden versehillende pogingen gedaan om het lekken te verminderen die geen resultaat opleverden. De eerste thermisehe meting (fig.8) die vlak boven de jetgroutlaag werd uitgevoerd geeft duidelijk aan, dat er nog betrekkelijk hoge temperaturen boven de 25 graden C werden gemeten, te rwijI de jetgroutlaag reeds enkele maanden daarvoor was gemaakt. Plaatselijk werden eehter temperaturen van onder de 15 graden C gemeten overeenkomend met de grondwatertemperatuur gemeten naast de bouwput. Het binnenstromende lekwater heeft dus lokaal de aanwezige warmte weggevoerd en is dus afgekoeld. Na herstel injeeties aangebraeht te hebben werd nogmaals een pompproef uitgevoerd met een tweede thermisehe meting (fig.9). Deze meting geeft duidelijk aan dat de lekkage in het midden van de bouwput gestopt is maar dat aan de randen van de bouwput nog steeds lekkage optreedt, wellieht betreft het de aansluiting van wand op vloer. Bij een tweede toepassing bij een bouwput in Berlijn heeft men enige weken nadat de jetgroutlaag was aangebraeht een nulmeting met de thermisehe methode uitgevoerd (fig. 10). De gemeten temperatuur varieerde tussen 26 en 36 graden C. Deze versehillen worden waarsehijnlijk veroorzaakt door het versehil in ouderdom van de vloer die al enige weken oud was.

-

17

1l.;ll~'i!!!!'

-- -

VWS Geotechniek

.'I'I
Het resultaat van de meting tijdens een pompproef (fig.11) toont aan dat er door het instromen van lekwater temperatuursdalingen werden geconstateerd. In de bouwput, werd op een plaats waar geen lekkage was waargenomen, een meetsonde aangebracht in het traject tussen de bovenkant van de jetgroutlaag en het maaiveld. Figuur (12) geeft het resultaat van de gemeten temperatuur op verschillende tijdstippen. Er vinden geen temperatuur veranderingen plaats. Een meetsonde, die werd aangebracht in de nabijheid vaneen lekkage (fig. 13), geeft heel duidelijk aan dat het water direct bij de jetgroutvloer wordt afgekoeld en dat het warme water naar boven wordt weggedrukt. Ais derde voorbeeld een bouwput waar thermische metingen werden uitgevoerd direct bij de eerste pompproef in het kader van het kwaliteitssysteem en de hoge tijdsdruk bij de constructie van de bouwput. Het voordeel van deze methode is dat men snel resultaat krijgt zodat men bij een lekkage snel de benodigde reparatie uit kan voeren. Figuur (14) geeft de temperatuursveranderingen als gevolg van instromend lekwater op drie plaatsen. De meting en naast de verticale wand van de bouwput (fig. 15) geven aan dat er water op verschillende locaties binnen stroomt en wel op de scheiding van de bouwput bodem en de verticale wand.

5.5 GROUNDWATER FLOW SENSOR Field Test of the In Situ Permeable Ground Water Flow Sensor In deze paper wordt een ontwikkeling beschreven van een meet instrument waarmee het mogelijk wordt gemaakt om in situ een grondwaterstroming te meten en wel in drie

richtingen.

.

De flow sensor is 0,76 m lang en heeft een diameter van 50 mm. De sonde moet ge"installeerd worden in verzadigde grond waar men de grondwaterstroming wil meten. De sensor bezit een aantal weerstandjes die de aquifer constant verwarmen waarna men de temperatuur variaties als gevolg van de grondwaterstroming kan meten. Na plaatsing van de sensor en calibratie kan zowel de grondwatersnelheid als de richting in drie dimensies worden gemeten door gebruikmaking van een thermische perturbation techniek. Met behulp van het programma Flow worden de metingen vertaald naar Darcy snelheidsvectoren. De grondwaterstroming componenten worden gemeten in een volume water van ca. 1 m3 rondom de sensor. Stroomsnelheden van 1x 10-3 tot 1 m per dag zijn te meten. De hoeken van de stromingsvectoren zijn met een nauwkeurigheid van ::I:10 graden te meten. Door het meten van zowel de stroomsnelheid als de richting van het grondwater op een aantal verschillende locaties lijkt het mogelijk om een lek te kunnen detecteren.

5.60NDERWATER

RADAR-METINGEN

Het bedrijf Texplor heeft scuba-radar ontwikkeld waarmee men in staat is onderzoek uit te voeren in water met een diepte tot 40 meter. Met deze methode is men in staat om de dikte

-

18

~1:~'i!!I

VWS Geotechniek

-- ~-

.'I\I~"'"1"!:"I

van bijv. een onderwater betonvloer te meten waarbij ook wapening, eventuele scheuren en andere imperfecties zijn op te sporen. Daarnaast is het met deze methode ook mogelijk een sedimentair grondprofiel vast te stellen. Men heeft de beschikking over een aantal verschillende uitvoeringen. De uitvoering met een 900 Mhz antenne heeft een indringingsdiepte van ca. 1,0 m in beton, met de 500 Mhz antenne wordt een diepte van ca. 6,0 m bereikt en voor een sedimentair grondprofiel kan met een 100 Mhz antenne een profieldiepte van 20 m onderzocht worden. Metingen worden uitgevoerd vanaf een ponton waarmee de scuba apparatuur over de bodem wordt gesleept veelal met de hulp van een duiker. Door het meten van een aantal profielen is het mogelijk om een overzicht te maken van het onderzochte oppervlak waarop de dikte van de betonvloer wordt aangegeven. Bijlage 5 geeft een goede indruk van de apparatuur en de resultaten behaald bij het onderzoek van een onderwaterbetonvloer. Deze methode is beperkt bruikbaar voor lekdetectie. Het meten van een plaatselijk lek is een toevalstreffer gezien de afstanden van de meetraaien van 1 tot 3 m. Voor verticale betonwanden is de methode beperkt bruikbaar indien deze wanden bereikbaar zijn met de apparatuur.

5.7 HET GEBRUIK VAN TRACERS Lekkage kan ook getraceerd worden door het gebruik van tracers. Deze methode wordt weinig toegepast. Tracers zijn vloeistoffen, die een bepaalde goed herkenbare kleur hebben, die ook na verdunning nog goed herkenbaar is. Ook heeft men vloeistoffen met een lage radioactiviteit toegepast. De vloeistof wordt op een discrete locatie stroomopwaarts in de grond ge'injecteerd Op een aantal plaatsen stroomafwaarts moet men dan meten of de tracer daar wordt terug gevonden. Er kleven een aantal bezwaren aan de toepassing van deze methode. Ais de stroomsnelheid van de lekkage hoog is zijn grote hoeveelheden tracer nodig, te rwijI bij een lage stroomsnelheid veel tijd nodig is om een meting uit te kunnen voeren. Bij gebruik van kleurstoffen kan de concentratie ervan ook afnemen door biodegradatie. Slecht afbreekbare tracers hebben het nadeel dat bij de natuurlijke zeer lage stroomsnelheden een tracer decenia lang aanwezig blijft en dus de mogelijkheid van toekomstige proeven uitsluit. Uit milieu oogpunt is er dikwijls weerstand om deze methode toe te passen i.v.m. het gevaar voar de kwaliteit van het grondwater.

-

19

('~I;<,!!!,

VWS Geotechniek

.'II"'''''J.':I.'IA

--

--

HOOFDSTUK 6: KOSTEN INDICATIE VAN ENKELE METHODEN Van de genoemde methoden zijn er feitelijk slechts twee gevonden die volgens de informatie kunnen bogen op goede resultaten en een redelijk aantal toepassingen bij het testen van diepe bouwputten met HDI en een waterremmende injectielaag. Er is veel meer ervaring met HOI in Ouitsland omdatdaar zeer veel beperkingen aan het toepassen van injectiemiddelen zijn in verband met het milieu. Uitde interviews met de technici van de beide systemen is een redelijk goed beeld verkregen wat de directe kosten, in Nederland van zo'n onderzoek zullen zijn voor een oppervlakte van 1500 a 3000 m2. Uiteraard zijn er altijd onzekerheden over b.v. het benodigde meetraster dat afhankelijk is van de reactie van de bodem. Van de Thermische lekdetectie methode GTC ( 5.4 ) en de ECR I EFT methode van TEXPLOR (5.1) zijn de kosten van een onderzoek bepaald. Helaas is er geen onderzoek bekend waar beide methoden werden toegepast. Men zou dit wensen omdat de meetmethoden zo verschillend zijn.

THERMISCHE METHODE GTC Bij het meten van de temperatuur in de bodem met de GTC methode moeten de meetsondes in de bodem gebracht worden. Bij metingen voor een HOI oplossing betekent dat er boringen met een diameter van 22 mm gemaakt moeten worden om de sondes in te kunnen plaatsen. Oit is mogelijk tot dieptes van maximaal 30 m. Wanneer onderzoek verricht moet worden voor een injectie laag kan gebruik gemaakt worden van de pvc - injectie buizen waardoor het onderzoek aanmerkelijk goedkoper wordt. Een ander belangrijk punt is de aanwezigheid van de hydratatie warmte in de grond. Ais de meting uitgevoerd wordt enige maanden na het aanbrengen van de HDI of korter bij gebruik van injectie vloeistof, dan hoeft men geen warmte meer toe te voegen aan de bodem. Vindt de meting later plaats dan moeten er elektrische warmte bronnen in de bodem aangebracht worden hetgeen duur is en extra tijd kost. Oe kosten hiervan zijn moeilijk in te schatten. Kosten test voor oppervlakte van 1500 m2 bij diepte afsluitende laag van 10m Werkzaamheden

Bij injectielaag met gebruikmaking van injectiebuizen

Boren van gaten

n.v.t.

1e dag meten + rapportage 2 extra meetdagen

OM 8.000 OM 8.000

Totaal kosten

OM 16.000

-

Bij HOI - laag stramien 10 x 10 m

Bij HOI-Iaag stramien 7 x 7 m

150m1 = OM 10.500 OM 8.000 OM 8.000 OM 26.500

300 m1 = OM 21.000 OM 8.000 OM 8.000 OM 37.000

20

il.\Iti:'i!!I

VWS Geotechniek

.'I'(:J..~"I=-II:.'II

=--

ECR I EFT methode van Texplor Bij deze methode zijn geen boringen nodig omdat de sensoren op het maaiveld aangebracht worden. De afstand van de sensoren is afhankelijk van de hoeveelheid lekwater en van de gelaagdheid van de bodem. Bij geringe lek zullen de afstanden ca. 1,25 m bedragen terwijl een stramien van 2,5 x 2,5 m normaal is. Men begint met een nulmeting op dag 1 en meet daarna als er met afpompen een mogelijke lekstroom is opgewekt. Dit vergt een hoge pompcapaciteit. Aile sensoren worden tegelijk gemeten bij bepaalde tijdsintervallen. Een sterk gelaagde bodem vergt meestal meerdere metingen. Een sterk gelaagde bodem kan het noodzakelijk maken om extra metingen uit te voeren. Door het plaatsen van twee elektroden op grote afstand wordt dan een stroomstoot opgewekt, dit is de zogenaamde EFT methode. Kosten onderzoek met de TEXPLOR methode (alleen ECR meting) oppervlakte 1500 m2 Werkzaamheden Vaste kosten, aan - en afvoer materieel rapportaQe + 2 meetdagen a DM 14.000 Totaal kosten onderzoek

-

Kosten DM 12.000 DM 28.000 DM 40.000

21

M,r':"!!!1

VWS Geotechniek

"'j\("""J."1~A

:1i.-

HOOFDSTUK 7: CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Uit de inventarisatie van kennis en ervaring blijkt dat het aantal oplossingen voor een goede lekdetectie zeer beperkt is. Ook het onderzoek in de octrooien leverde niets meer op dan de reeds bekende octrooienvan de beide in Duitsland en Oostenrijk toegepaste methoden die werden gevonden in de literatuurstudie. Uit de gesprekken met specialisten van geotechnischeingenieursbureaus, zoals Fugro, GeoDelft en Ingenieursbureau R'dam bleek, dat men in Nederland naast de pompproef met veel peilfilter metingen ook meer en meer geavanceerde sondes toe past, waarmee men naast de conusweerstand en de plaatselijke kleef ook de helling en de waterspanning meet en dissipatietesten uitvoert Met de combinatie van de pompproef met deze meettechnieken kunnen goede resultaten geboekt worden bij het opsporen van een lek. De gevonden methoden van Texplor ( ECR-EFT methode) en van GTC (thermische lekdectiemethode ) die met succes in Duitsland en Oostenrijk worden toegepast lijken veelbelovend en verdienen het om ook in Nederland toegepast te worden. De methoden lijken goed bruikbaar om de kwaliteit van een gemaakte bouwput te kunnen bewijzen na het gereed komen. Voorwaarde bij de thermische lekdetectie methode is dat er door een bouwproces temperatuursverhoging in de bodem is aangebracht bijv. door het aan brengen van HDI, injectielaag of diepwand. Deze werkzaamheden mogen wellanger dan een maand voor de meting hebben plaats gevonden. Seide methoden zijn snel uitvoerbaar en voor een bouwput van bijv. 1500 m2 zullen na enkele dagen meten de resultaten reeds na een week bekend kunnen zijn tegen redelijke kosten. Omdat beide methoden werken met totaal verschillende uitgangspunten zou het zinvol zijn om een test uit te voeren met beide methoden op een zelfde locatie. Voor zo'n test zou dan bij voorkeur een grondprofiel gekozen moeten worden met enkele horizontale waterremmende lagen die voor een extra moeilijkheids graad kunnen zorgen.

-

22

Iliu:':"!!!1

VWS Geotechniek

.'IIL"''''"1.OII:.'J

::Jit_-

LITERA TUUROVERZICHT

Markus Auflleger, TU Munchen , Jurgen Dornstadter, GTC Kappelmeyer GmbH "Faseroptische Temperaturmessungen "Anwendungen im Wasserbau ,Wasserbau Symposium, Garmisch - Partenkirchen ,1998 , pp583 - 594 J. Dornstadter,GTC Kappelmeyer GmbH, F. Huppert, Bilfinger + Berger, "Thermische Leckortung an Trogbaugruben mit tiefliegenden Sohlen ", Baugrundtagung Stuttgart, 1998 , pp 179 -187 Jurgen Dornstadter, GTC Kappelmeyer GmbH, " Nachweis von Sickerstromungen mittels Bodentemperaturmessungen " Z. dt. Geo!. Ges. Hannover, 1992 , pp421 - 425 Technische infomatiebladen van GTC Kappelmeyer GmbH Thermische Leckortung, - abgedichtete Trogbaugruben Faseroptische Leckortung, Fruherkennung von schaden an Dammen und Deichen Leckortung durch Temperaturmessungen, -Beispiele I WasserbauIn situ Messung der Porengeswindigkeit, - Heat Pulse Method H.Armbruster & I.Troger Bundesanstalt fur Wa sserbau, Karlsruhe, J.Dornstadter, GTC Kappelmeyer, O. Kappelmeyer, GTC Kappelmeyer, " Detection of seepage and flow phenomena by temperature measurements in soil ",Tracer Hydrology, Hotzl & Werner, 1992, pp93-95 M. Aufleger,TU Munchen,J. Dornstadter & A. Fabritius, GTC Kappelmeyeer, TH.Strobl,TU Munchen, "Fibre optic temperature measurements for leakage detection - Applications in the reconstruction of dams" 66th ICOLD Annual Meeting ,New Delhi, 1998, pp181-189 E.Geutebruck, TEXPLOR GmbH, " Flachenhafte Qualitatskontrollen von Dichtbauwerken und dammen ", Wasserbau -Symposium Planung und Realisierung im Wasserbau, Garmisch- Partenkirchen, 1998, pp1-6 Technische informatiebladen van TEXPLOR , exploration & environmental technology GmbH Scuba- Radar Unterwasser - Messungen Fehlstellermittlung in Stauhorizonten, Abdichtungen & Dichtbauwerken Referenzliste Radar -Messungen, Bodenradar, Unterwasserradar, Bohrlochradar, FIuid Logging. Referenzliste ECR tm- Qualitatscontrolle von Dichtsystemen A.S.Alden & C.L.Munster, " Field Test of the In Situ Permeable Ground Water Flow Sensor" FALL 1997, GWMR, pp81-88

-

23

1\?ft1:':'!!!1

VWS Geotechniek

.'III.:J."t-"t.OIA

~

Ir. G.J.Mulder, Dr.ir. H.Selimeyer, Ing. T. Rath "Schermwand voor Griftpark beproefd met testput. " Land + Water nr.7 1994 pp 50 - 55 Ir. K.F.Brons, ir.A.F.van Tol" Afmaling bouwput haalbaar dankzij chemische injectie" Civiele Techniek nr.1 1992

-

24

~I:':'!!!!I

VWS Geotechniek

"II':"''''"l.OIR

::J_-

FIGUREN

-

25

FASEROPTISCHE TEMPERA TUUR METING

1-0,2 °c 1-0,5 m

leakage detection system 'Stokes-Light'

optical wave distribution -.....-.........-.......

[ LASER

. fibre

-.-...........

.. .. . .

.

, ..

concrete temperature measurements

Fig. 1

:l.

Gradient method

I

I

d fibre

LASER

t~~f~\ll~~lf~it1~~~~rft{~I~~Ji~t~ij~t!t@~f~1I.J~t1.f1~jli\\.il1iJ

Tw :.water temperature TG :.ground temperature ~T : increase of temperature as a result of heating I

... .

:

, LASER

I

..

Y -=-

..

Heat-up method'

:: I'

.. .. "::

"tW

:.

..

"tW

.

fibre

dam (clay core)

channel (asphaltic

or concrete facing)

.i..

fl.~. .Fig. 3

: Gradient

method

:

.<~~<m"~~j,~<=:<:::'iI>-:::~%~::=~~<~«,*,~~"",U:'~~m"" "-. : '..." . .-'sealing'system"':; -:::;.' ';'~: ;'.c:.~:: ./iel
Fig. 2

embankment

...

.

- examples

for the arrangement

of lib res within

emba nkment dams

..:.

.."'

temperature 18.0

(DC)

I channel

water

temperature

local seepage approach flow from the non rehabilitated channel section

16.0 14.0 12.0 10.0

3.400

3.600

4.000

3.800

4.200

4.400

km Fig. 4

Temperature

distribution

correlation coefficient (-) 1 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.9~.20

4.25

In May 1998 (km 3.35 - km 4.435)

local seepage approach flow from the non rehabilitated channel section

culvert beneath the channel

4.35

4.30

4.40

km .Fig. 5

Correlation

coefficients (October 1997

- January 1998;km 4.20- 4.435)

."

Fig. 6

RehablUtated asphaltic: racing or the Ohra.Dam - Arrangement or the fibres

Mittlerer Isarkanal

Isar

.~ ~ifi;

:!/

(lJ!.f1

~,

temperature

10 I

r::

e - ~(lJ :;:,

Igroundwater temperature

-

wet area

e

"!' ~:~

(°C)

-...

CII

/J/~

8

~

~~/ 0/ .i:!

6 4

t800

1.850

1.900 km Fig. 7

Situation in January

1.950 1998

2.000

I'

15

17.5

.

,

20

22.5 rOC]

Bodentemperatur

.'

Ffg:'rT';~/SChe

Leckortung In der durch Dberschnlttene Bonrprehlwllnde und Schlltzwllnde, sowle durch elne tlef/legende. HDI-Sohle ebgedlchteten Baugrube Nr.1 - Bodentemperaturen auf HDI-Sohle. 1. Messung (nach mehrerenPumpversuchen)

. ..i<

"\. .,..

.. "

t! IQ

..

t

.

,

. - -..

..

, . .~:~. .. "J~W' r'" ~" ~.~;>:

''to', 17

18

19

w

Bodentemperatur

21

22

I'C)

Fig. 9: Beugrube Nr. 1: Bodentemperaturen auf HDISohle nach 48 Stunden Pumpversuch 1mAnschluB an elne Sanlerung

'2S

'l1I

N

l!todentemp.f.tUf

..a

~

rCI

n,

19. Thermische Leckortung in der durch SchfitzwlJnde uno durch elne tiefliegende HDI-Sohle abgedlchteten auf HDI-Sohle, Baugrube Nr. 2 - Absoluttemperaturen Nu/lmessung vor dem ersten Pumpversuch

I

12

16

20

24

28

32

Bodentemperatur rC]

Fig. 11

Baugrube Nr. 2: Temperaturanderungen

Sohle nach 48 Stunden Pumpversuch

auf HDI-

36

;.

16 14 .... E ""'12 .!! .c ~10

14 ..... E ""'12 .!!

.c 0

..!.

~!f8

!f 8

:§ 6

;§ 6

CII

CII

... CII

.c

:0 ::J:

... CII

.

nach 17 Stunden

:J:

01

Fig.

vor dem Pumpversuch

;g 4

4 2

-

10

12 Thermische LeckOltung Boaenremperatur-7ielen-Profile. einer dichlen Sohle und Wand

-.............. I

in tier Baugrube Nr. 2 MefJpunkt A im Bereich-

2

nach 24 Stunden

0

nach 30 Stunden

Fig.

13: Baugrube Nr. 2: BoctenlemperalurTlefen-Profile. Meflpunkt B im Abslrom einer Leckage in der HDI-Sohle

'.

.7

.5 .3 .1 1 3 Bodentemperaturdifferenz

5 7 [K]

.

Br5

Fig. 14

Thermlsche Leckortung In der Baugrube Nr. 3: BodentemperaturlJnderungen auf HDt-Sohle nach 48 Stunden Pumpversuch. tm Anstrom de, Brunnen , und 2 tritt Wasser durch Leckagen in der HDI-Sohle zu

Me&profll.Entfernung [m

E .....

..9! J: 0 tit

C J: :!. G) ,Q ::= G) J: :0 :::t:

125

150

175

I

9 8 7 6 5 4; 3

100

75

50

25

0

200

225

250

.,..L- --

T~

.;

2 -j 'I -; O-~

:Sudseite :

~

~

Sudseite

~

~

- Tleftell

1

Bodentemperaturdifferenz

: Nordseite - Tiefteil

357 [K]

Innerl'1alb der Baugrube 15' Baugrube Nr. 3: BodentemperaturlJnderungen en/lang elnes vert/kalen Schnittes IlJngs der Abwicktung der Baugrubenwand. Wasserzutritte finden hier im Verschneidebere/ch Wand/Sohle statt

Fig.

Ostselte

!Nordselte:

Westseite

1l.;1[4:~

VWS Geotechniek

---~

.'I'I:~':I":l.OI!:.1

Bijlage 1

-

26

TE(~L01

ECR - QUALITA TSKONTROLLE DICHTBAUWERK IIIi1AGE8ILD DER STRCMUNGSANOIli1AUEN ECR.QUALITY

CONTROL

OF SEALING CONSTRUCTION

SPUNDWAND

- FEHLSTELLEIl.EAKAGE

IN SLURRY

WALL

42.j 40!

361 34i 32!

1&'

14;

.

12~ 10:

1-4FEHLS~-SOHLE 1 - 4 LEAKAGES

. , ,~

8~-~, 40

IN BASEMENT

42

44

46

48

. , 50

, , r .

-.

52

54

56

.

58

60

62

BEGLEITENDE Te4?ERA~G (ECR.ANOMAUE) TEJl/lPERATURE MEASuREMENT (ECR.ANOMAL Y) WANDNAHER PEGEL (WELL CLOSS TO WALL)

64

66

68

70

ECR.QUAlITATSKONTROLlE EINES TROG8AUWERKES 168 SENSOREN. SPACING 1.4 X 1.4 METER MESSRAStER 12 ST1.JNOENI ZEJTRASTER1 S'1tJNDE ~.ot1""T"I"COftJM'lt.M"M'..t".,.COOf'J~

.

rFW= IM~O£R£ICHWAND/:JOt;fU! n.oW

IN DOAROCRINQ

ARI!A

WAU.'

OA3CMCNT

-T-

»

-v- ... ... "0~..) ..... .... -6' ~ .,... -w- .~...

-~\

.; .... ...v- ...... -e G .au "'''''

\.~ -

8

18 17 18'. IS" 14 13,

1

FEHLSTELLE HDI-SOH1.E u:AKAGE IN BASEMENT

12" n.

Pt!caA

10- ,

9-'

+ .

!I SI

.~

~7'r-r-

.;J:J:~

;1 ~I I

"'~'~ ",~\

.,~ '

\ ~.- -. -... "

,;)

~

\

:

.~\"

~\,.,,-. ,.'

~

.:: ,I / .. r' t . I . I I . I I . 1Tf'l'Tf' 1 I I . I . I I ~I" I'T ' ' ' ' ' ~1314'$~17~~~~=~~~~V~N~).nn~»MY T~("Q

"r .

:)

r ~

or

-

~

..:..

" ~~c

~+

~ 1- + ~ ~ ~ i- !-

~ :- :!

r I

4

- :..f.-''", :

r

-L

,\

+

1J~~.~ .~.~~ -. " - :--;:~~:f ~ ).,..

.. ~ ~ ~ .~ -+. :..:..:-

r-

~

~,

""~!.'

...

:,+,,:,,'~":",-T'~.'1~~.,-'.'

~ -:-- - .. . Pe«LO. r + .~ r i-' :. ~ f- :- .~ +

I~'

.

.

~

~ceI. 0

~ I : I C 1234

~

: : : , . . ; I I I , I : j-'

S 8789

: -,'

I I ; ~ I I I : ; : : ;

1011 1213141SI817181920212223Z42S2627Z8Z9303132333043S

'-

..

TEMPERATURE DECLINE

~,. I

';~ TE:A?ERATURASNAH:.se

: ~7 r

-I-tr (,00-.+

..y'

4 I

~~~

~

.. ~

+

pe:ca.C

ECR-QUALITATSKONTROLLE EINES TROGBAUWERKES 168 SENSOREN. SPACING 1.4x 1.4 METER MESSRASTER 12 STUNDEN I ZEITRASTER 1 STUNDE f:CR~JAlITYr..oNTROf

Of'

~ALINO

:

T~i?LO~

~TmJCTlC)t\l

FEHLSTELLE

HDI-SOHLEILEAKAGE

IN BASEMENT

~I:<~

VWS

Geotechniek

a'I\.I:~"i-1:~A

-- -

Bijlage

-

2

27

ECR-DICHTWANDKONTROLLE DYNAjIJnSCHE MESSUNG, 88 SENSOREN, ECR-OUALITYCONTROL OF SEALING WALL

m

'

,'. .

"'

~"'

SPACING

- -'

TE1(i'LO~

2.5 x 1.0 METER

..

"--a--_--

-- .- ....----

18.00

16.00

14.00

12.00

,;.;.~ ..:

10.00

8.00

.'~~~il~

~.It~:~.:

".~':,h

1> '

:CR-OUALITATSKONTROLlE ~

SENSOREN.

I :CR.QUALITY

SPACING

DICH1WANDI

1.8 x 1.8 METER,

STATISCH

DAMMBEREICH

-SEALING WALUDAMM

& DYNAMISCH

CONTROl.. SEALING WALt.

dom:>oI>.1Id

25

.20

15 DURCHSTROMUNG DER DlCHiWAND LEAKAGE OF SEAUNG WALL

~~

45

40

T

T

T

35

30

25

, 20

T

15

em]

Bijlage 2

1~1:<'i!!I

VWS Geotechniek

.'I'.:"...,.-s.OIA --,="p....

Bijlage 3

-

28

TE(.i'L01 EXPLORATION & ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY GMBH 0-14772 BRANDENBURG A.D.HAVEL FOHRDER LANDSTRASSE 1

FEHLSTELLERMITTLUNG IN STAUHORIZONTEN, ABDICHTUNGEN & DICHTBAUWERKEN ELECTRIC FLUX TRACKING-MULTISENSORMESSUNG

(EFT)

,"","..,j IEMEROIIEB.

.~

--~ -".;

EKTR ODEN

XXI... 8P'A"NUHO:200'dOC".eA 9'4CINO'

'

:

"<

:

0""'"

-,'..~

.

~-:.~=j{.~.~.'_.~~

.~._

-"-.. STAUHQIUZONT

.IJIf

.iIf

"iff

~'.-

.

~

;~

JI 1

:" ,.

. . .~ ,ff.

"iff

."--"?""""

-

::

.

I '~- ':-..:2~'i."...:'-, "

~

';.

0'

~-~:<""

~

I

f

f

~F-

"",,:O'.(..Ut J

..

""1-"

KONTAMNIERTE

--.. ..

,-'~'.

Li1

,of'" "

.1

""".of< 'Z' ""

I

I

I I

i

SICKERWASSER

A8GESEHKTERORUNDWASSERSPIEGEl URS'ROKOLCHER

QlWNOWASSERSPIEOEL

ELEKTRISCHE AKTIVIERUNG VON DICHTSYSTEMEN ZUR DURCHLASSIGKEITSKONTROLLE: (STATISCHE & DYNAMISCHE SYSTEM E) NATORLICHE STAUER & MINERALISCHE ABDICHTUNGEN, DICHTWAND- & TROGSYSTEME ZVKLlSCHE MESSUNG DES ELEKTRONENFLUSSES SICHTBARMACHUNG LOKALER SPANNUNGSANOMALIEN 1M FEHLSTELLENBEREICH

WEGSAMKEIT

I DEPONIEPROJEKT! FEHLSTELLENERKUNDUNG

IN EINEM NATORLICHEN

STAUER

ABGRENZUNG VON VERPRESSBEREICHEN

EmV/h

5 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30

c

-"'-

. .

.

-20

EINSATZBEREICHE: DICHTWAND & TROGSYSTEME 1M SPEZIAL TIEFBAU DEPONIEUMSCHLIESSUNGEN, -ABDICHTUNGEN & -UNTERGRUND TEL: ++49-3381-718208 FAX: ++49-3381-718206 E-MAIL:[email protected] MOBIL: ++49-172-6039099 ++49-172-3790860

Bijlage 3

-

~1:4:~

VWS Geotechniek

.11\"~-J."I
Bijlage 4

-

29

I .j

,:H ~/

/..' .:,: , ",,: ,

,(".p

~,

~;...:

.: ,-

".1' &;\

- - ~~~

'''/'

'. .i

:.~

X

A ~/

t

:

I I °t ," 0: '"~o~:'; t." ,

.

\/.~ : .

.

"

\

~~:

.... ,

,.~

~ 0-

./;

...

~\ .f

J

,~.

/>. A~ . ,

,~

~

,/:~

~

r'~

"'~

'""~~~, ~. ~.

'/..:

~

;;.

-',:~. ~-=1-.

~ ~;{'r~

'.~

.:~,:.-

\ \

~

:-~~~~

:~ ',' .~J~~t

~:;:.~.-

';~"

Bijlagc

.j.

~ml:<'!!!1

VWS Geotechniek

.'I'I:J."'J.-s.OIA

"''1...""...-

Bijlage

-

5

30

TEJ(i'LO~ QUALITATSKONTROLLE

EINER UNTERWASSERBETONSOHLE

. -,-,_. ~'--:""'-'".- -''',''

.

...-

.-. ---

......--.

--- .---.-.-

lINTE RWASSERMESSUNGF \()(J Mill ANTFNNF

N -(:

.

2

--4---

-

10

11

x (m)

I"JI'U''''

STARKE EINER UNTERWASSERBETONSOHLE FLACHENHAFTE OARSTELLUNG

rA-O <> I

_. -

-

I -t I I

- J-

P02

IR - PFAHL - ACHSE AUF DER WAND IR - PF)l.HLE SCUBA-RADAR

PROFIL

P02

-------'S

l.o\ffK~ 11I1)

:1,

~.~t , '

, ,,~,

x

~

I I I I

- J

BAUGRUBE GEl ENZT

,-':'1\,1'

---l-,1'/\,,0

-.I.- ':'IJ'j'i

--1-';i!lf,(i

-.1.-'ltlfO

-1--"HH;~) (11111

--L):'11,")

--

--.I..-','HliO

.

- ntm;;"

I?WIIJ

Bijlagc S

1,'

(ftlt4:"!!!1

VWS Geotechniek

-- -

.'I\I::J."'~OIA

Bijlage

-

6

31

STUDIE

Vervangende

weerstand

blijkt ruimschoots voldoende

Schermwand voor Griftpark beproefd met testput De verontreinigde

grond onder het Griftpark in

Utrecht wordt niet afgegraven,

maar ge"jsoleerd

met een betonnen schermwand. zoeken of de voorgestelde

am te onder-

constructie

voldoet

aan de eisen, is een testput aangelegd. male vervangende

weerstand

De mini-

van de wand bleek

ruimschoots

voldoende.

n het Utrechtse Griftpark heeft tussen 1850 en 1965 een gasfabriek gestaan. De bodemverontreiniging die daardoor is ontstaan wordt nu aangepakt in het sanenngsproject Griftpark. Dit gebeurt volgens de isolatiemethode. Door aan de kern van de verontreiniging water te onttrekken, wordt een grondwaterstroming gecreeerd in de richting van de verontremiging. Hierdoor blijft de verontreiniging op haar plaats. Omdat zich onder het park een watervoerend pakket bevindt van ongeveer 50 m dikte zou dIe wateronttrekking een groot debiet inhouden. am dit debiet te verkleinen, wordt rond het park een verticale afdichting geplaatst De afdichting bestaat uit een schermwand van plastisch beton met een dikte van circa 80 em. Het plastische beton is een mengsel van cement, bentomet, zand en water De wand wordt 1200 m lang en 50 a 60 m diep. Omdat in Nederland nooit eerder een schermwand met zo'n diepte is aangelegd, is vooraf een

lr Gert-Jan Mulder Dr I[ Hans SellmelJer lng Ton Rath

[]

Een verticale joorsnede van de testput met de waterstromen en de ingestelde en de gemeten standen van het grondwater.

loods ~

~

~

~

~

HI mv. NAP H2

-30m

-SOm

-10m

jO

't

~

~

~

testput gemaakt. Deze testput diende vier doelen. Allereerst is met de testput de werkmethode van de aannemer vastgesteld en ziJn tegelijkertijd ,de door hem opgestelde kwalIteitsplannen getoetst. Ten tweede zijn de uitgangspunten van de isolatiemethode voor het Griftpark geverifieerd Het voomaamste criterium hierbij was het debiet dat door de wand stroomt. Ten derde is de geschiktheid van de toe te passen matenalen getest. En ten slotte is informatie verzameld voor de testprocedure dIe wordt uitgevoerd als de gehele wand is gereallseerd Inrichting testput am ervoor te zorgen dat de waterdichtheid van de wand werd getest en met die van de bod em, IS voor de test put een locatle gezocht waar het klellagenpakket op NAP -50 m voldoende masslef IS. Zo'n locatle IS gevonden in het noordelIjke deel van het park. Hierdoor kan een van de ZIJden van de testput m de toekomst onderdeel uitmaken van de schermwand De testput meet circa 7 bi) 18 m BiJ een diepte van 50 m IS de oppervlakte van de bod em ill vergelijkmg

met die van de wand zeer gering. am de aanwezigheid van de kleilaag te verifier en zijn in de directe omgeving van de testput twee sonderingen doorgezet tot maaiveld -60 m. Hieruit bleek dat zich op maaiveld -50 m inderdaad een kleilagenpakket bevindt. In het bestek was de diepte van de wanden van de testput gesteld op 53 m Bij aanleg tot deze diepte zou de schermwand dus 3 m in het kleipakket steken. Zo werd ruimschoots voldaan aan de bestekeiS dat de minimum ingravmg m de kleilaag 2 m moest zijn. Dit om zeker te zijn van een goede aanslliltmg. Vervolgens heeft de aannemer, de combinatie Heijmans/Soletanche, in de bodem panelen uitgegraven van 7,40 m lengte en 0,82 m breedte 20 is uitemdelIjk een rechthoekige testput gevormd van 6.80 bij 19,96 m (inwendige maten) (Het aanbrengen van de schermwand is al besproken in Land + Water van september 1993) De testput bestond lilt vier schermwanden, een afdekking, een pompput en zes waarnemingsputten. De langswanden zijn doorgezet om via insniJdmgen van de kopwanden een goede aansluiting in de hoe-

Lanc1 ... Water

nllmmer

7/1994

STUDIE

~

ken te krijgen. Een paneel bestond uit 3 graafsneden: 2 primaire sneden van 2,80 m lengte en daartussen een secundaire snede Van 1.80 m. Na het starten en verharden van de vuiling van de primaire panelen zijn de aanslUltende secundaire panelen gegraven met een overlap van minimaal 30 em. Hiermee was rekening gehouden in het 'panelenplan'. Om storende invloeden van regenval uit te sluiten is de testput afgedekt. Oit geschiedde met een Romneyloods. Oe waterotlttrekking vondt plaats met een volkomen filter. Oit filter bevond zich over de gehele hoogte van de testput, waardoor de invloed van de heterageniteit van de testput werd verminderd en het water horizontaal naar de pompput stroomde. Verder is een aantal waarnemingsputten gemaakt. In deze putten zijn, verdeeld over de diepte, 2, 3 of 4 filters geplaatst. Proeven In het laboratorium van Grandmechanica Delft zijn proeven uitgevoerd op monsters van het plastische betonmengsel. Oaaruit kwam naar varen dat de doorlatendheid van de 0,8 m dikke schermwand kleiner is dan 5 x 10-9 m/s. Hiermee correspondeert een weerstand van meer dan 1850 dagen Oaarnaast zijn tijdens de testprocedure meetgegevens verzameld om de mate van waterondoorlatendheid van de gehele wand en daarmee de wandweerstand in situ (de 'vervangende weerstand' tegen waterstroming) zo betrouwbaar mogelijk te bepalen. Voor de berekening van deze wandweerstand in situ is een model opgezet voor de waterbalans van de testput. Hierin zijn be halve de onttrekking ook de in- en uitgaande grondwaterstromen vIa de schermwand en de bodem opgenomen.

...n.'

1

dms8t 10dms8t

datnat

,.

r 5

0,05 Voor versehillende datasets zijn de wandweerstanden berekend bij uiteenlopende bergingscoeffieienten. De data sets I, II en 1+11behoren bij de periode met verlaging van de grondwaterstand; in de datasets III en IV zijn respeetievelijk het begin en het volledige trajeet van de 'stopproef' verwerkt. De datasets 1.11en 1+11leverden bij een bergingseoeffieient van 0,1 een minimale vervangende wandweerstand op van 2300 dagen. Uit de analyse van de datasets IIIen IV volgde een minimale vervangende wand-

Oe waterbalans is opgesteld aan de hand van stijghoogtemetingen in de dertig filters in en rand de testput. Hierbij is ervan uitgegaan dat in de testput nauwelijks een verhang aanwezig is. Oe kleilaag op de bodem van de testput zorgde ervoor dat de hoeveelheid toestromend grondwater door de bodem zeer gering was en door de Romneyloods was aanvulling van infiltrerend regen water uitgesloten. Op sommige meetdagen was sprake van een aanzienli]ke verlaging van

',..:..'. r

r

..~ l;,

19,9Sm

1

.~.

owp

r

.pp

e

r

a

L

ca CZJ~

OWp

1:. I"

r

r

sondering

. PP:pampput 0 WP:w88memingspunt =

primair paneel secundalrpaneel

Water

nummer 7/1994

= land,

".;'

IV -<>-

ontwel\lels --

°wp ---L

II -0-

d8tu8t 1+11+dalas8t III -

!: oWP

".'1

r

2~ 0 WP

weerstand van eirca 10.000 dagen. Voor de datasets I. II, 1+11,IIIen IV zijn ook analyses uitgevoerd waarin zowel met het direct vrijkomende bergingswater (coefficient Sdirect) als met het vertraagd nageleverde grondwater (coefficient SSoulton) rekening is gehouden. Ook deze berekeningen zijn uitgevoerd voor bodemweerstanden van 2000 en 100.000 dagen. Ze resulteerden in een vervangende wandweerstand van 4000 dagen. De bovengrens ligt echter aanzienlijk hoger, namelijk op ongeveer 10.000 dagen.

de grondwaterspiegel. Voor de lek door de wand en de kwel door de bodem is daarom uitgegaan van gemiddelde waarden, zowel in plaats als in tijd. Oit houdt in dat een gemiddelde over de actuele meetdag en de vorige meetdag werd berekend. Nadat de panelen van de testput wa-

ren uitgehard en de peilbuizen en de pompput waren geinstalleerd, is de meetprocedure gestart. In de eerste fase is binnen de testput een verlaging van de grondwaterstand tot circa NAP -5 m gerealiseerd (het maaiveld ligt op NAP +2 m). Deze verlaging kon gedurende een week nagenoeg stabiel worden gehouden onder onttrekking van een constante hoeveelheid grondwater. Dagelijks zijn in aile filters de stijghoogten van het grondwater gemeten. evenals het onttrekkingsdebiet over de voorafgaande dag. Voor de testput kon vervolgens voor elk tweetal meetdagen een balans worden opgesteld van de in- en uitgaande grondwaterstromen. Om de wandweerstand in situ zo betrouwbaar mogelijk vast te stellen, IS in de meetprocedure een tweede fase opgenomen, waarin de verla-

.

Een horizontale doorsnede van de testput met de prima ire en secundaire panelen en de meetpunten.

51

STUDIE

ging binnen de testput is opgevoerd tot circa NAP-10m. Vanwege het grotere verschil in waterdruk aan weerskanten vande wand werd hierdoor de toestroming van water door de schermwand vergroot. Ook deze sitUatie heeft zich gedurende een week voorgedaan onder onttrekking . van een constant debiet. Vervolgens is door het InstitUut voor Grondwater en Geo-Energie TNO (IGG-TNO) een

een

constante

waarde

Ontwerpeis De uitkornsten van de berekeningen zijn uitgezet in grafieken. Deze grafieken wijzen uit dat de minirnale vervangende weerstand duidelijk groter is dan de ontwerpeis van 1000 dagen.

weerstand 5000 a 7000"dagen. Verder valt op dat bij een gekozen bergingscoefficient groter dan 0,20 de berekende vervangende weerstand sterk gaat varieren. Dit wijst erop dat de veronderstelling dat de bergingscoefficient voor de totale dataset van de verlagingsperiode constant is, niet is gerechtvaardigd. Uit analyse van de datasets waarin

aantal.tlow-metin-

gen uitgevoerd om informatie te verkrijgen over de verdeling van de toestroming over de hoogte van de schermwand. Ten slotte is de pomp uitgeschakeld. Door de toestroming van water kwam de QTondwaterspiegel geleidelijk omhoog. Hiermee is een zogenaamde 'stopproef' uitgevoerd. Door de stijging van de grondwaterspiegel te relateren aan de toestroming van water door de schermwand werd een derde onafhankelijke meetsituatie verkregen voor de bepaling van de vervangende weerstand van de wand. Software Op basis van de metingen van de grondwaterstandverlagingen zijn waterbalansanalyses uitgevoerd. In zo'n waterbalans komen drie onbekende grootheden voor: de weerstand van de kleibodem van de testput, de weerstand van de schermwand, en de bergingscoefficient van de te ontwateren grondlaag. Door de weerstand van de bodem en de bergingscoefficient rekenkundig te varieren kunnen uitspraken worden gedaan over de in situ weerstand van de schermwand. Daarom heeft Grondmechanica Delft voor dit doel een computerprogramma ontwikkeld. Met dit programma zijn alie verzamelde gegevens opgeslagen en verwerkt en de waterbalansanalyses uitgevoerd. Hierbij werden de sluittermen van de waterbalansen die zijn opgesteld voor elk tweetal opeenvolgende meetdagen geminirnaliseerd door toepassing van de kleinste kwadratenmethode. Bij een zeer groot veronderstelde weerstand van de kleibodem van de testput - bijvoorbeeld 100.000 dagen - is toestroming van water door de bodem verwaarloosbaar klein. Hierdoor wordt het debiet door de schermwand in geringe mate overschat, zodat gesproken kan worden van een 'minirnale vervangende wandweerstand'. Verder is er bij de balansberekeningen van uitgegaan dat de bergingscoefficient over de gehele dikte van de te ontwateren

Land + Water

grondlaag heeft.

nummer 7/1994

Om de wandweerstand

in situ vast te stellen is

.een model voor de waterbalans van de testput opgezet. Hierin zijn behalve de onttrekking ook de in- en' uitgaande grondwaterstromen schermwand en de bodem opgenomen: Qs

= Qo - Qk

via de

Ok

- Qw + Qb (m3/dag)

Qs = de te minimaliseren sluitterm van de waterbalans die is toe te schrijven aan niet beschouwde invloeden; Q de hoeveelheid water die op de beschouwde 0 = dag wordt onttrakken aan het geisoleerde gebied (meetgegeven); Qk = de kwel via de bodem, berekend op basis van de stijghoogte binnen (Ho) en onder (H2) het geisoleerde gebied en de vervangende weerstand van de bod em vermenigvuldigd met het oppervlak van de bodem; Qw = de lek door de wand, berekend op basis van de stijghoogte binnen (Ho) en buiten (H 1) het geisoleerde gebied en de vervangende weerstand van de wand vermenigvuldigd met het oppervlak van de wand; Qb = het debiet door een stijghoogteverandering binnen het gei~oleerde gebied in de afgelopen 24 uur. Het debiet voigt uit de stijghoogteverandering in Ho, vermenigvuldigd met de geschatte bergingscoefficient en het oppervlak van het geisoleerde gebied. De waterbalans is opgesteld aan de hand van stijghoogtemetingen in de dertig filters in en rand de testput. Hierbij is ervan uitgegaan dat in de testput nauwelijks een verhang aanwezig is. Op sommige meetdagen was sprake van aanzienlijke verlagingen van de grondwaterspiegel. Voor de lek door de wand en de kwel door de bodem werd .

daarom

dat een geri1iddelde over de actuele m~etdag en de vorige meetdag (aangeduid met accenten) werd berekend. De lek door de bodem werd hierdoor;

uitgegaan

van

- naar

plaats en tijd - gemid-

delde waarden van HI - Ho en H2 - Ho. Dit houdt in

De datasets uit de verlagingsperiode leverden bij een realistische ondergrens voor de bergingscoefficient van 0,1 een minirnale vervangende weerstand op van circa 2300 dagen. Als de bergingscoefficient in de testput op het traject NAPtot NAP10 m groter zou zijn, zou de vervangende weerstand aanzienlijk hoger uitvalien. Bij een bergingscoefficient van 0,25 bijvoorbeeld bedraagt de

Ak[(H,-H,,)+(H~ 2C.

-If.,)][m'

Idag)

Voor de lek door de schermwand speelt het natte oppervlak Av, van de wand een aparte' rol. Door een verlaging van de grondwaterstand in de testput neemt over het bovenste deel van de wand het verschil in waterdruk af. De gemiddelde lek door de schermwand werd hierdoor;

Ow

L.,[H' +H,H, +(H\)' -Ho' -HoH~ -(H~)'][m' 6Cw

Idag)

waarbij:

Ak = oppervlakte van de testput (6.80 bij 19,96 m): 136 m2; de schermwand: circa 2600 ~ = oppervlakte van . m2; van de schermCw = hydraulische weerstand . wand: 1000 dagen; Ck = hydraulische weerstand van de scheidende kleilaag: 2000 dagen; in de testput: Ho = in te stellen grondwaterstand NAP

- 5.5

tot

- 10.0

m;

HI = stijghoogte grondwater in het eerste watervoerende pakket: NAP- 0.0 m: H2 = stijghoogte grandwater in het tweede watervoerende pakket: NAP- 0.2 m: K, = doorlatendheid eerste watervoerende pakket: 50 m/dag; l.y. = lengte van de schermwand rond de testput: 56.7m; eerste watervoerende n' = bergingscoefficient pakket:

0,20.

respectievelijk het begin en het volledige traject van de 'stopproef zijn verwerkt, voigt een vervangende wandweerstand van minirnaal 10.000 dagen. Verder zijn berekeningen uitgevoerd waarbij is uitgegaan van een bodemweerstand met een geschatte representatieve waarde van 2000 dagen. De verschillen in uitkomsten zijn niet groot voor de gevallen waarin een lage wandweer-

53

STUDIE

stand werd berekend. De aanname dat de bergingscoefficient constant is voar de gehele dataset, ofwel voar de gehele dikte van de te ontwateren grondlaag, is een wat ruwe benadering van de werkelijkheid. Enerzijds zal de hoeveelheid water die vrijkomt bij verlaging van de grondwaterspiegel varier en vanwege verschillen in de samenstelling van de bodemlaagjes tussen NAPen NAP-10 m. Het is in het algemeen bijzonder moeilijk om deze variatie te kwantificeren. omdat de waarden niet eenvoudig zijn te meten. Anderzijds komt bij een verlaging van de grondwaterspiegel niet al het water direct beschikbaar. Dit wardt aangeduid met de term 'nalevering'. Voar de genoemde datasets zijn ook analyses uitgevoerd waarin zowel met het direct vrijkomende bergingswater (coefficient Sdirect) als met het vertraagd nageleverde grondwater (coefficient SBoulton)rekening is gehouden. Ook deze berekeningen zijn uitgevoerd voar bodemweerstanden van 2000 en 100.000 dagen. Ze resulteerden in een vervangende wandweerstand van 4000 dagen. De bovengrens ligt echter aanzienlijk hoger, namelijk op

ongeveer 10000 dagen. De toetsing van de kwaliteitsplannen vaI:l de aannemer op grond van de proeven met de testput, heeft tot enkele wijzigingen geleid. Zo zijn de geometrische eisen voar de fabricage van de schermwand bijgesteld, met name voar de onderlinge aansluiting van de panelen. Verder zijn de werkprocedures voar de kwaliteitswaarborg van de schermwand aangepast. Deze aanpassingen betroffen voaral de produktie van het plastische beton en de problematiek van het storten. Ondanks het werken met een kwaliteitsbargingsysteem werd geconstateerd dat uitbreiding van de directie nodig was. 6ndermeer omdat het project een moeilijk civiel werk met hoge milieukundige eisen midden in een woongebied is. Op grond van de ervaringen met de testput en de uitgevoerde berekeningen kon uiteindelijk worden geconcludeerd dat het ontwerpmengsel geschikt is voar de locatie en het gestelde doel en dat bij een realistische ondergrens voor de bergingscoefficient van 0,10 en verwaarlozing van de watertoestroming via de bodem de vervangende wandweer-

BENTON lET Cebo Holland is de belangrijkste importeur van Amerikaanse, Aziatische en Europese bentoniet en stond tevens aan de basis van de civiele en milieutoepassingen daarvan in Nederland. Sinds 1982 heeft Cebo Holland meer dan 2.000.000 m2 bentoniet/zandafdichtingen vervaardigd met Cebo Gel Bentoniet. Voor bentoniet/cementdichtingswanden heett Cebo Hoiland de cement-stabiele Cebo Gel Bentoniet CSR ontwikkeld.

stand 2300 dagen bedraagt. Deze waarde l\gt ruimschoots boven de ontwerpeis van 1000 dagen. Als bovendien 'nalevering' van grondwater in de beschouwing wardt betrokken, valt de vervangende wandweerstand tussen een ondergrens van 4000 dagen en een bovengrens van 10.000 dagen. Een geschatte representatieve bodemweerstand van 2000 dagen resulteert in een maximaal enkele tientallen procenten gratere weerstand en een enigszins gratere bandbreedte. lnmiddels heeft de aannemer opdracht gekregen om de schermwand overeenkomstig de bijgestelde kwaliteitsplannen uit te voeren.

+ Water

nummer

7/1994

Ir. Gert-Jan Mulder en dr.ir. Hans Sellrneijer zijn werkzaam

bij

Grondmechanica Delft; mg. Ton Hath IS werkzaam

blj het

Projectbureau

Grift-

park

1/1

~~o:.,

:L48C-

NIEUWE STORT .

:;:;~~1t

18(.

BHfMNDE

STORT Teelaard.

~~,

~}~~~~;~i'"

..~.~~.

folio

.'.'

Benroniel-WIdItag

..

EgaJisali.luc. "-'

6W W" ,1Ifntmrie1-amen1

GW ...-

didniIIgmnd

Verkoopatdeling laboratorium en technische stat zijn graag bereid u over produkten en toepassingen te intormeren en te adviseren.

land

invloed

van regenwater uit te sluiten is over de testput een Romneyloods gebouwd.

DE OPLOSSING VOOR UW MILIEUPROBLEEM

Ervaring, con stante research en produktontwikkeling maken Cebo Holland toonaangevend. Het eigen laboratorium geeft daaraan leiding, verricht vooronderzoek, voert projecten uit, begeleidt deze en draagt de verantwoording m.b.t. de uiteindelijke kwaliteit.

Daarom kiezen voor Cebo Holland

Om de

INTERNATIONAL

ceeo

Hoofdkantoor: Bennebroekerdijk 218 2142 LD Cruquius Postbus 256 2100 AG Heemstede

HOLLAND 8'" 'so iG02

f~'~~ "'.,...,.""'& rTC:U

F"...tW'l

Tel. (023) 23 65 65. Telefax (023) 29 14 09 Telex 41935 cebo nl

...:.~

'I'()(~~':"'~ '"",.,

11..'13~

'1.1..0

,..,

KIWA-ATA

55

PRIJS 10,00 ONDERZOEKSRAPPORT M52014 LEI

Recommend Documents