Afstudeeronderzoek Korff

ZWEL BIJ DIEPE BOUWPUTTEN MET TREKPALEN

Mandy Korff
huidig adres: GeoDelft, Postbus 69, 2600 AB Delft

Abstract

Bouwputten worden steeds dieper. Dat betekent ook dat de vermindering van de korrelspanningen door ontgraven steeds groter wordt. Onderzocht is welke aspecten een belangrijke rol spelen. De belangrijke conclusie is dat de zwel sneller verloopt en minder groot is dan tot nu toe werd verwacht. De bouwfasering heeft een grote invloed op de uiteindelijke zwel. Het heien van grondverdringende palen kan alleen dan de zwel beperken, indien dit plaatsvindt binnen de consolidatieperiode.

Inleiding

In dit afstudeerwerk is in samenwerking met GeoDelft onderzoek verricht naar het verschijnsel "zwel" dat optreedt bij het ontgraven van bouwputten. Zwel is het uitzetten van de grond onder ontgravingsniveau, dat veroorzaakt wordt door het verminderen van de belasting. Door het toepassen van steeds diepere bouwputten bestaat onzekerheid over het optreden van zwel en het belang ervan. Vooral wanneer dikke kleipakketten voorkomen zijn de grootte en snelheid waarmee de zwel optreedt alsmede de invloed van de zwel op eventueel aanwezige constructies zoals trekpalen en vloeren niet goed bekend.

Model

Er is een model gemaakt voor het bepalen van de vrije zwel van de bouwputbodem, de zwelspanning die na het aanbrengen van een afsluitende vloer ontstaat en de zwelkracht op eventueel aanwezige trekpalen. Hiervoor is een casestudie gebruikt; de startschacht van de Sophiaspoortunnel aan de Oostzijde ter plaatse van Oud Alblas. Er zijn twee mogelijke bouwputten beschouwd; een met het polderprincipe en een met een vloer met trekpalen. 
Als invoer voor het model dienen de uitvoeringsgegevens van de casestudie. Hieruit zijn de spanningsveranderingen in de ondergrond bepaald. Met laboratoriumonderzoek in de vorm van triaxiaal- en oedometerproeven is het gedrag van de klei bij ontlasten bepaald. Met de nu bepaalde parameters is de zwel door aanpassing van korrel- en waterspanningen tijdens consolidatie van de klei bepaald. 
Na het aanbrengen van een afsluitende vloer zal geen zwel meer mogelijk zijn, maar ontstaat een zwelspanning tegen de onderzijde van de vloer. 
Aanvullend is voor de bouwput met trekpalen de invloed van de paalinstallatie bepaald. Met verschillende methoden is de invloed van de zwellende grond op de palen berekend. In de laatste modelleringsfase is de compenserende invloed van de paalinstallatie op het zwelgedrag van de grond meegenomen en is opnieuw de zwelkracht op de palen berekend.

Resultaten

De zwel van de Kedichemklei onder de startschacht van de Sophiatunnel als functie van de tijd. Na ongeveer een half jaar is met ruim 1 cm zwel de eindsituatie bereikt. De wateroverspanning in kPa direct na het inbrengen van een grondverdringende paalgroep, bestaande uit 9 palen op een grid van 2,5 bij 2,5 meter.

Conclusies

De belangrijkste conclusies zijn:

• Zwel verloopt sneller en is minder groot dan tot nu toe verwacht werd. Dit wordt met name veroorzaakt door de volgende punten.
  1. Een belastingsvermindering wordt niet voor 100% opgenomen door de waterspanning. Bijvoorbeeld slechts 20% van de belastingsafname leidt tot wateronderspanning die een vertraagde zwel veroorzaakt. De rest van de belastingsafname veroorzaakt een instantane zwel.
  2. De stijfheid en consolidatiecoëfficiënt bij ontlasten zijn groter dan de verwachte waarden. Beide parameters zijn spanningsafhankelijk.
• De bouwfasering heeft een grote invloed op de uiteindelijke zwel. Elkaar snel opvolgende fasen kunnen de hoeveelheid zwel beperken. Indien de uitvoeringsfasen langer duren dan de consolidatietijd, zullen deze juist geen invloed van elkaar ondervinden en zal de maximale zwel optreden.
• De verschillende onderdelen van een bouwput (grond, grondkeringen en trekpalen) beïnvloeden elkaars gedrag. Deze interactie is in het huidige model slechts zeer beperkt aanwezig. Met een eindig elementen programma kan deze interactie beter worden bepaald.

Afstudeercommissie: 

prof. ir. A.F. van Tol (TU Delft)
ing. H.J. Everts (TU Delft)
ir. P. Meijers (GeoDelft)
ir. H. Pachen (Gemeentewerken Rotterdam)
dr. ir. P.J. Visser (TU Delft)