Chemische bodem injectieonder middencarr?Kurhaus Scheveningening.A.H.Th.MulierDe Waal Funderingen BV, AmsterdamInleidingIn de artikelen, verschenen in Cement 1978, de nrs. 1 en 2, 'Renovatie van het Kurhaus teScheveningen', zijn de aspecten ontwerp, gebouwindeling, gevel, skelet en betonberekeningenuitvoerig toegelicht. De voorzieningen aan de fundering van het middencarr? zijn hierbij niet tersprake gekomen.Het Kurhaus, verrezen in 1885 op de plaats van het Stedelijk Badhuis, brandde na 1 jaar tot degrond toe af maar werd weer binnen 1 jaar herbouwd. In 1976, bij het onderzoek naar debestaande fundering op staal, kwam men tot de conclusie dat de kwaliteit hiervan niet ofnauwelijks in overeenstemming was met het begrip degelijk vakwerk, welk begrip wij zo vaakverbinden aan de bouw uit vroeger tijden. Plaatselijk had men de fundering opgemetseld op deoude fundamenten van het Badhuis, op enkele plaatsen zelfs nog doorsneden door oude stoom-en verwarmingsbuizen. De fundering bleek te zijn uitgevoerd als een gemetselde fundering opstaal met een aanlegdiepte vari?rend van 7,70 m + NAP tot 9,70 m + NAP en aanlegspanningenvari?rend van 0,05 - 0,1 N/mm2. Versteviging van de bestaande funderingen bleek noodzakelijkdoor:Nu het rouletteballetje vorige maand zijneerste offici?le rondgang in het Kurhaus heeftgemaakt en dus het Kurhaus opnieuw in debelangstelling komt te staan, lijkt het zinvol indit nummer enige aspecten toe te lichten diebijgedragen hebben tot blijvend perfect inbalans liggende roulettes.- belastingverhoging ten gevolge van de verbouwing;- een nieuw te bouwen kelder die ca. 1,35 m dieper lag dan de oorspronkelijke, te handhavenfundering;- plaatselijk te hoog gelegen fundamenten, dus met onvoldoende gronddekking.Om de gewenste versteviging te bereiken werd, om nader te noemen redenen, gekozen voorchemische bodeminjectie, d.w.z. het vervangen van de in de pori?n aanwezige lucht (of hetgrondwater) door een bindmiddel, waardoor het korrelskelet aaneengekit wordt, zonder ditkorrelskelet te verstoren.Chemische bodeminjectieDe bodem ter plaatse van de Kurzaal bestaat uit schoon, fijn zand met een zeer gelijkmatigekorreIverdeling (fig. 1). Door de diepe grondwaterstand en de vroeger aanwezige aansluitendebebouwing (zijvleugels, terrasoverkappingen), waardoor ook het regenwater het zand niet konbereiken, was hier sprake van uitermate droog zand, een voor ons land weinig voorkomendebodemgesteldheid. Bij het maken van de, voor de vaststelling van aanlegdiepte en -breedtebenodigde, ontgravingen bij de fundatiestroken en poeren, was al gebleken dat door het geheelontbreken van pori?nwater, de cohesie van de zandkorrels onderling zodanig gering was, datontgraving plaatselijk onder de fundamenten een grote zijdelingse toestroming van zandveroorzaakte. De in theorie mogelijke oplossing van ondermetselen leek hierdoor In de praktijkte gevaarlijk, zo niet onuitvoerbaar. Daarom was chemische bodemverharding het enig mogelijkalternatief.Aangezien echter in het nabije verleden binnen de gemeente Den Haag enkele minder positieveervaringen waren opgedaan met betrekking tot uitgevoerde bodeminjecties, werden door deDienst Bouw- & Woningtoezicht de volgende eisen gesteld:? Een volledige verharding van alle grond die zich binnen het theoretisch injectielichaam bevond(d.w.z. homogeen ge?njecteerd, geen onbehandelde delen of insluitingen).? Een overal aanwezige minimale druksterkte van 2,5 N/mm2(begrepen op een kubus metribbe 15 cm) moest worden gegarandeerd.Ten einde in dit uiterst fijne, droge zandaandegevraagdegarantles op verantwoorde wijze te kun-nen voldoen werd door De Waal, Keiler GmbH en Bredero onderling besloten tot het uitvoeren vaneen proefinjectie onder de (later te slopen) entree van de Kurzaal. Hier werden de injectiebuizenop verschillende afstanden ingebracht, ten einde een goed inzicht te verkrijgen in de invloeds-sfeer en de overlapping van de injectiepunten.Na de injectie werd het proefstuk ontgraven en ge?nspecteerd en werden op enkele plaatsenbehandelde delen tot proefkubussen gezaagd die bij het laboratorium van het GemeentelijkBouw- & Woningtoezicht werden beproefd. De uitslag hiervan was positief, zodat met het eigen-lijke werk begonnen kon worden.1Korrelverdeling van de zandlaagCement XXXI (1979) nr. 11 4792Boren van injectiegaten meteen verrijdbaremachine; door de holle boorbuizen wordteen boorspoeling van cementen bentonietgepomptBorenGebaseerd op de horizontale en verticale K-waarde (doorlatendheidsco?ffici?nt) van het zanden de ervaringen bij het proefstuk, dienden de injectiepunten in horizontale zin 0,50 - 0,80 m uitelkaar te liggen en in verticale richting 0,30 - 0,35 m.Met dit uitgangspunt werd voor elke te behandelen doorsnede een boorschema opgesteld. Deuitvoering was als volgt:Met behulp van verrijdbare boormachines worden boorbuizen in de grond gebracht (fig. 2). Dezeboorbuizen hebben een diameter van ca. 75 mm en zijn voorzien van een boorkop met Widia-tanden, ten einde door metselwerk en beton te kunnen boren. Het boren geschiedt volgens het 'draaiboorsysteem om geen trillingen op de fundering over te brengen, zodat mogelijke zettingenworden voorkomen.Deze tot elke gewenste lengte koppelbare boorbuizen hebben een holle kern, waareen boor-spoeling doorheen wordt gepompt naar de punt. Deze boorspoeling dient om de uitgeboordegrond langs de boorbuis naar boven af te voeren en fungeert tevens als een soort v??rinjectieom eventueel aanwezige grotere holle ruimten te vullen. De boorspoeling bestaat uit een waterigmengsel van cement en bentonit van zodanige samenstelling dat de druksterkte na enkeledagen verharden ca. 3 N/mm2bedraagt.Wanneer de boorbuis tot op de gewenste diepte is gebracht, wordt zij getrokken waarbij de boor-spoeling als steunvloeistof dient, zodat het boorgat in stand blijft. Als de boorbuis geheelgetrokken is, wordt in het boorgat de injectiebuis ingebracht. Deze injectiebuis is hol, van kunst-stof vervaardigd en heeft een diameter van 45 mm. In standaardlengten van 1 of 2 m kunnen zijd.m.v. schroefdraadverbindingen tot elke lengte worden samengesteld, (foto 3a).De onderzijde van de injectiebuis is dicht; de wand is voorzien van perforaties (0,33 m h.o.h.) dieaan de buitenzijde zijn afgesloten met een rubber manchet (foto 3b). Zodoende kan tijdens hetinbrengen van deze 'manchettenbuis' hierin geen boorspoeling binnendringen. Als de man-chettenbuis is geplaatst, wordt zij in het boorgat vastgezet met houten wiggen, ten einde opdrij-ven te voorkomen. De open bovenzijde wordt tijdelijk afgedicht om het invallen van zand e.d. teverhinderen.Cement XXXI (1979) nr. 11 480De boormachine in actie3bDe kunststofinjectiebuis, rubbermanchetten, puntafdichting en injectielansmet 'packers'InjectieCirca 3 dagen na het inbrengen van de manchettenbuizen is het cement-bentonit-mengselzodanig verhard dat met de eigenlijke injectie kan worden begonnen. Hiertoe wordt in de man-chettenbuis een injectielans neergelaten.De injectielans heeft bij de onderzijde een aantal uitstroomopeningen; aan boven- en onderzijdehiervan zijn rubber blokkeringsringen aangebracht, zgn. packers (foto 4). Deze packers zijn 'selfactivating', d.w.z. dat bij het uitstromen van de injectievloeistof de packers zich klemzettenbinnen de manchettenbuis zodat de injectievloeistofstroom naar boven en beneden wordt afge-sloten. De uitstroming kan daardoor alleen horizontaal plaatsvinden. Deze horizontaleuitstroming en drukopbouw begint bij de onderste perforatie van de manchettenbuis. Door dedruk van de injectievloeistof tegen de binnenzijde van de rubbermanchet wordt de omhullendecement-bentonitmantel opengebroken en kan de injectievloeistof uittreden in de omgevendegrond.Nadat de vereiste, vooraf vastgestelde, hoeveelheid injectievloeistof is verpompt wordt de drukafgelaten. De packers verliezen daardoor hun druk op de wand van de buis, zodat de lans kanworden opgetrokken tot de 0,33 m hoger gelegen perforatie van de manchettenbuis. Op datniveau wordt de volgende injectie uitgevoerd overeenkomstig hetzelfde principe totdat elkniveau van onder naar boven is behandeld (fig. 5).De cement-bentonitspoeling, die tot dusver drie functies heeft vervuld, te weten:boorspoeling voor transport uitgeboorde grond,v??rinjectie voor grotere holle ruimten,steunvloeistof om het boorgat in stand te houden,vervult bij de eigenlijke chemische injectie haar laatste, zeer belangrijke taak, nl. zij voorkomt inverharde toestand de boven- en onderloopsheid. Die injectievloeistof volgt niet de weg van deminste weerstand door langs de manchettenbuis te lopen, maar moet horizontaal uittreden opdat niveau waar de injectie is voorzien.De injectiewerkzaamheden worden centraal geleid vanuit de injectiecontainer waarin 5 pompenzijn opgesteld, zodat op 5 verschillende plaatsen tegelijk kan worden ge?njecteerd. Elke pomp isvoorzien van een doorstromingsmeter ter bepaling van pompsnelheid en verpompte hoeveel-heid, alsmede van een drukschrijver (fofo 6).De injectiedruk bedroeg vlak onder het fundament 2 bar en liep op tot 6 bar in de diepere grond-lagen. De pompsnelheid bedroeg 6 ? 8 liter per minuut.Uitgaande van een pori?nvolume van het zand van 40%, werd per m3te behandelen grond450 liter injectievloeistof verpompt, ten einde zekerheid omtrent 100% verzadigingsgraad teverkrijgen.Het tempo van de injectie bedroeg 20 tot 25 m3behandelde grond per werkdag. Totaal werdca. 600 m3grond ge?njecteerd.5Schema van het injectieproces6Registratie van de pompsnelheid,verpompte hoeveelheid en pompdrukCement XXXI (1979) nr. 11 4817Injectiebereiken in diverse bodemlagenInjectiemiddelIn zand kunnen over het algemeen geen cementinjecties worden uitgevoerd, gezien de fijnestructuur van het pori?nsysteem. De penetratie van een cementinjectie in zand bedraagt slechtsenkele millimeters, doordat de cementdeeltjes in het zandkorrelskelet worden uitgefilterd waar-door verstoppingen ontstaan. Bij het verder opbouwen van de injectiedruk zou niet het pori?n-volume worden gevuld, maar zou de grond spontaan openbreken. In figuur 7 zijn de verschillen-de injectiebereiken aangegeven. Alleen zeer dun vloeibare chemicali?n kunnen het pori?n-volume van zand gelijkmatig opvullen, wat nodig is om de gewenste verkitting te verkrijgen.Als injectiemiddel w?rdt meestal toegepast een mengsel van waterglas (Na20nSi02) metwater, waarbij een ester, bijv. azijnzuur met formamid, als hardener wordt toegevoegd. Demenging vindt plaats v??r het injecteren, terwijl door het aanpassen van de mengverhoudingende volgende factoren kunnen worden bepaald.? De aanvangsviscositeit, die laag moet worden gehouden om het pori?nvolume over grotereafstand volledig te vullen.? De tijd dat deze lage viscositeit in stand blijft om gedurende de injectieperiode het mengsel inconstante dun vloeibare fase te kunnen gebruiken. De tijd tussen het aanmaken van hetmengsel en het opstijven noemt men de 'kiptijd', deze is dus instelbaar; bij de Kurzaalinjectiebedroeg zij ca. 45 minuten.? De hardheid van het eindprodukt. Voor injecties ter verkrijging van waterdichting wordt eensoftgel gebruikt; in dit geval, waar een grote stijfheid van het korrelskelet werd nagestreefd iseen harde gel (monodur) gebruikt.ResultaatDe werkzaamheden werden uitgevoerd in een periode van circa 6 weken. De ontgravingenvonden plaats praktisch direkt na het aanbrengen van de injecties. Verspreid over het werk-terrein, werden tientallen monsters getrokken, waarvan kubussen werden gezaagd en be-proefd. De behaalde druksterkten lagen in het algemeen tussen 3 en 5 N/mm2en voldedendaarmee ruimschoots aan de eis van 2,5 N/mm2.Tijdens de ontgraving direkt langs de bestaande muur, waarbij zelfs de versnijding van defundering werd weggehakt, moesten pneumatische hamers worden gebruikt om de buiten hettheoretische profiel ge?njecteerde grond te verwijderen (foto 8).Op diverse plaatsen werden tijdens de injectiewerkzaamheden de zettingen gemeten doormiddel van waterpassing. De gemeten zettingen bleven beperkt tot enkele millimeters enhadden een gelijkmatig karakter. Gezien de discontinu?teiten in aanlegdiepte en aanlegspan-ning en de zeer matige staat van de oude fundering, is dit een goed resultaat.8Met pneumatische hamers wordt deovertollige ge?njecteerde grond verwijderdCement XXXI (1979) nr. 11482