UTILITEITSBOUW IcommucrffiFo~wlroNDEroN~N ICAISSONMETHODE VOOR DffiPEKELDERS IN DE UTILITEITSBOUW-ir. M.W. Kamerling, TH-Delft en ir. \lv.J. van den Boogaard, Adviesbureau D3BN, AmsterdamPneutnatische caissons zijn vooral bekend geworden doortoepassingen bij civiel-technische projecten. Maar ook voorde uitvoering van diepe kelders in de utiliteitsbouw kunnenzij goede diensten bewijzen. Als de grondwaterstand buitende bouwput niet tnag worden verlaagd, kunnen de kostenvoor een waterkerende constructie rond de bouwput hogerzijn dan die voor een pneutnatisch afgezonken caissonwaarin de kelder is opgenotnen.In dit artikel wordt ingega~nop kostenoverwegingen bij dekeuze voor de caissontnethode en ontwerpaspecten vanpneutnatisch afte zinken caissons. Met natnedeontwerpbelastingen tijdens de uitvoering van hetafzinkproc?d? kotnen aan de orde.-11------,11 ~Al deze voorzlemngen zijn duurdernaarmate het aanlegniveau van de kel-derconstructie lager ligt.voorbeeld het injecteren van de grondmet een bindmiddel (fig. 2). De diepte-ligging van deze laag onderde bouwputmoet zodanig zijn dat de gronddruk opde laaginevenwichtis metde opwaartsewaterdruk eronder. Een andere moge-lijkheid is de bouwput afte sluiten meteen dikke vloer van onderwaterbeton(fig. 3)..----~- pijlerfudering,-- onderwater~betongrondwaterKeuze van uitvoeringsmethodeBij de uitvoering van een bouwwerk ineenbouwput, moetde grondwaterstandworden beheerst. Dat vraagt om eengrond- en waterkerende constructierondom de bouwput. Ter voorkomingvan schade aan op staal gefundeerdege-bouwen ofwegen, mag dikwijls ook degrondwaterstand buiten de bouwputniet worden verlaagd.Bij het ontbreken van een waterrem-mende laag onderin de bouwput, zijnaanvullende voorzieningen nodig. Bij-De meeste caissons werden toegepastvoor civiel-technische werken. Maar debouwmethode isookbekend inde utili-teitsbouw. In het afgelopen decenniumheeft Adviesbureau D3BN een aantaldiepe kelders ontworpen, voornamelijkvoor bankgebouwen, die pneumatischwerden afgezonken.Een caisson is een koker- ofdoos-? vormige constructie. Een caissonwordt gebouwd op het maaiveldofin een ondiepe bouwputendoor ver-wijdering van de grond onder de con-structie op de gewenste diepte gebracht.Bij geringe afmetingen behoeven dewanden bij het afzinken niet door vloe-ren te worden gesteund. Dan kan degrond met grijpers worden verwijderd.Meestal gaat het dan om cilindervormi-ge constructies met een diameter van 2tot 5 m, wals die in het verleden ondermeer zijn toegepast voor funderingenonder brugpijlers (fig. 1). r-l--o~p-e-n-c~al-'ss~o-n~,-m-e-t-nam--e-to-e-g-ep-a-st----r-2--B-o-u-w-va-n-e-e-n-,k-e-,ld.,.--e-rc-o-n-st-ru-c-t-ie-i--'nBij grote afmetingen van het caisson voor cilindervormige constructies. een bouwput met eenmoeten de wanden wel door de vloeren Uitgraving geschiedt vanafhet ge?njecteerde bodemworden gesteund. De grond eronder is maaiveld. De afsluiting van de putniet meer met grijpers weg te halen. wordt gerealiseerd metonderwaterbetonZo'n caisson wordt pneumatisch afge- I-------,:;::===;:;~----_r_-~~---------Izonken. In de werkkamer onder de on- Iderste vloer wordt een overdruk aange-bracht om het binnenstromen Vangrondwater te voorkomen. De grondwordt dus 'in den droge' afgegraven.28 Cement 1986 nr. 2vervolg op blz. 30Ontwerpbelastingen op het caissonInde aard van de belastingenop hetcais-son tijdens de uitvoering zijnde volgen-de fasen te onderscheiden:Fase 1- Bouw van het caissonHet caisson wordt gebouwd op hetmaaiveld ofin een bouwputvan geringediepte. Eerstwordteenzandlichaamge-maaktdie de vorm heeftvande werkka-mer. Daarna wordt de bekistingvoor desnijwanden gesteld en wordt het betonvoor de werkvloer onder het werkka-merdak gestort. Het betonneren vanwerkkamerdak en snijranden geschiedtin ??n werkfase. Om de wandbekistingmeermalen te kunnen inzetten, zullende wanden bij voorkeur in gedeeltenworden gestort. Hierdoor ontstaat eenasymmetrische belasting op het werk-kamerdak. Deze zal echter meestal nietmaatgevend zijn.~soOntwerpaspectenBij het ontwerp van een caisson dienensnijranden, wanden en werkkamerdakte worden gedimensioneerd op de spe-cifieke belasting tijdens de uitvoering.Bij de keuze van uitvoeringsw?jze speeltook de grond waarin wordt afgezonkeneen ?rol. De in Nederland veelvuldigvoorkomende fynkorrelige grondlagenvan klei en zand kunnen goed wordenlosgespoten met waterkanonnen. Devrijkomende slurry wordt dan van dewerkkamer onder het caisson naar eenspoelbassin op maaiveldniveau wordenverpompt. Grote elementen zoalszwerfkeien kunnen de pompen nietpasseren en moeten door de toegangs-sluis worden getakeld of door onder-spoeling mee worden afgezonken.Grondlagen die met behulp Van watermoeilijk te verw?jderen zijn kunneneventueel vooraf worden uitgebaggerden door goed te spoelen materiaal zoalszand worden vervangen.IIl h-,JI ~. I'00I~,oo65~;;;;;//>;;~5:;;:~;:;onderwaterbeton --\.r---f---:g,4-+-~L-W32_1,8 2,3 ~8 3,5overaruk --+Cement 1986 nr. 2 29UTILITEITSBOUW CONSTRUCTIEF ONTWERP FUNDERINGENbelastingen -----,. belastingen-- - toegangssluisbelastingen --+5 Ontwerpbelastingen op eencaisson bij het begin van hetafzinken6 Ontwerpbelastingen op eencaisson in de fase dat het caissonvrijwel op diepte is gebracht7Ontwerpbelastingen op eencaisson na voltooiing van hetafzinkproc?d? en het vnllen van dewerkkamer met schraal ~etongrondwaterlmf]V overdruk in de werkkamer-lUJYI..- grondspanninggrondwaterwerkkamer gevuld met beton~.?.IIIIIIII!~lll!1l1llilllllrn::::'11 w a t e r d r u k ? 1 . ,gronddrukCAISSONS IN DEUTILITEITSBOUWFase 2 - Ontgraven van de werkkamerDe grond in de werkkamer wordt vanafde toegangssluis in het midden van hetcaisson naar de randen toe verwijderdifig. 5). Doorverwijdering van de grondzakthetcaissonenzal hetsteeds meeropde snijrandenen minder op hetwerkka-merdak komen te rusten.Fase 3 - Afzinken onder het grondwater-niveauNa het bereikenvanhetgrondwaterpeilwordt in de werkkamer een overdrukaangebracht. Het caisson wordt vanafdat moment gedragen door het lucht-kussen en de snijranden. Hoe dieper on~der het grondwaterpeil wordt afgezon-ken, des te meer wordt het caisson ge-dragen door het luchtkussen en des te.minder door de snijranden.Fase 4 - Caisson bijna op diepteBijna op de uiteindelijke diepte aange-land ifig. 6),zullen de reacties op de snij-randen slechts gering zijn. Door weg-spoeling van degrond onder de snijran-den zakt het caisson nog maar nauwe-lijks. Door de overdruk in de werkka-mer tijdelijk te verminderen, zullen dereacties op de snijranden weer toene-men, waardoor het caisson verder zakt.Naarmate de luchtdruk wordt terugge-30nomen, nemen niet alleen de reacties. onder de snijranden toe tot een maxi-male waarde, maar ontstaat eveneens inhetwerkkamerdakhetgrootstebuigendmoment met trekspanningen aan deonderzijde van het dak.Fase 5 - Vullen van de werkkamerOp diepte gekomen, wordt de afzinkin~stallatie verwijderd en de werkkamergevuld met schraal beton ifig? 7).Fase 6 - Gebruikif4seIn deze fase worden de belastingen ophet caisson bepaald door het totale ge-wicht van de bovenbouw en de veran-derlijke belasting. In de onderste kel-dervloer (het vroegere werkkamerdak)ontstaat een opbuigend moment mettrekspanningen aan de bovenzijde vande vloer. Deze spanningen worden gro-ter naarmate de reactie uit de grond ge~lijkmatiger verdeeld is over snijrand envloer. De grondbelasting blijft naar deranden toe altijd groter.Spanningen in de snijrandenDe spanningen in de snijranden zijn infase 2hetgrootst. Datis de situatie waar-bij de overdruk minimaal is en het cais-son grotendeels op de snijranden rust.Die spanningenworden be?nvloed doorde grootte van het ondersteuningsvlak.In het extreme geval kan dat een onder-steuning op twee punten zijn.In het laatste geval doet zich ??n van detwee volgende belastingsschema's voor:nl. een ligger op twee steunpunten ofeen ondersteuning ter plaatse van dewandrniddens ifig. 8, schema 1 en 2).Schema 1 betekent dat de trekspannin-gen in de snijrand maximaal zijn; vol-gens schema 2 zullen de trekspanningenboven in de wanden maximaal zijn.De vraag is in hoeverre dergelijke extre-me belastinggevallen werkelijk kunnenoptreden. Stel dat bij correctie van eenscheefstand ??n van de snijranden ge-heel wordt onderspoeld, zodat de reste-rende randen de belasting moeten af-dragen. Het is voorstelbaar dat de belas-ting kleiner is dan het evenwichtsdraag-vermogen van de grond. De onder-spoelde wand kan dan met schema 1worden berekend. Daaruit volgt dan debenodigde wapening in de snijrand.Inschema2wordende snijrandenpunt-vormig ondersteund en is de geconcen-treerde belasting vele malen groter danhet draagvermogenvande grond. Daar-om kan dit belastinggeval zich niet zovoordoen. De reactie wordt over eendeel van de snijranden gespreid. Dat be-tekent een aanzienlijke reducering vande trekspanningen boven in de wand.Een derde situatie ontstaat wanneer hetcaisson alleenrust op twee diagonaal te-genover elkaar liggende hoeken. Optre~dende wringende momenten veroorza-ken dan schuifspanningen. Met dezeschuifspanningen moet bij de bepalingvan de wandwapening terdege rekeningworden gehouden. Evenals in het gevalCement 1986 nr. 2schema 1~ i~"'-- -