C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDiepwandcement 2000 756In het beheersgebied van het hoog-heemraadschap van de Alblasser-waard en de Vijfheerenlanden aande Rivierdijk in de gemeenteHardinxveld-Giessendam is onlangseen bijzonder dijkversterkingsprojectafgerond. Voor het eerst in degeschiedenis van de dijkversterkingin Nederland is een diepwand alswaterkering toegepast. De plankeu-ze, constructieve aspecten alsmedede uitvoering van deze dijkverster-king worden toegelicht. De gekozenaanpak leent zich goed voor situ-aties waar de bestaande bebouwingmoet worden ontzien.Tot voor kort werd bij dijkverster-king bijna uitsluitend in klassiekeoplossingen (versterking metgrond) gedacht. Daarbij werd hetaspect van de ruimtelijke orde-ning vaak van minder belanggeacht, waardoor veel dijkwonin-gen zijn gesloopt. Mede daardoornam de weerstand tegen dijkver-sterking toe en werd bij de plan-keuze de roep om een bredereafweging van belangen sterker.Naast veiligheid ontstond debehoefte meer aandacht te schen-ken aan overige belangen zoalsstedenbouw, landschap, verkeeren woon- en leefmilieu. Om allebelangen in voldoende mateinzichtelijk te kunnen maken,werd besloten de gevolgen van dedijkversterking op een systemati-sche wijze te verkennen en weerte geven. Hierdoor is de plan-keuze gebaseerd op een even-wichtigebelangenafweging.Dezebeleidsanalyse is voor het eerstbeproefd bij de dijkversterking inSliedrecht en vervolgens toege-past in Hardinxveld-Giessendam.Het traject Hardinxveld-Giessen-dam is voor de beleidsanalyse ver-deeld in 12 afzonderlijke vakken.Elk vak heeft daarbij zijn eigenspecifieke kenmerken zoals op-bouw van de ondergrond, liggingkabelsenleidingen,soortenmatevan bebouwing, aanwezigheidvan bedrijven, verkeersintensiteitenz.Inhetcentrumvanhettrajectin Hardinxveld-Giessendam ligtvak 6 (fig. 1). In dit vak wordt hetbeeld in belangrijke mate bepaalddoor industri?le bebouwing;medehierdoorligtdewaterkeringingeklemd tussen bebouwing dieveelal tot in de kruin van de dijkreikt (fig. 2). De oorspronkelijkebestemming van het traject was`handel en nijverheid', hetgeentot begin jaren tachtig ondermeer werd gekenmerkt door eenmenging van diverse historischgegroeide functies.P l a n k e u z eVoor elk vak zijn alternatievenvoor dijkversterking ontwikkeld,voor vak 6 vier. De hoogteliggingvan de dijk voldeed nagenoeg,maar de dijk was in onvoldoendemate stabiel. Twee traditioneleoplossingen, ??n waarbij de hui-dige dijk naar binnen toe wordtversterkt door het aanbrengenDiepwand als waterkeringing. W.L. Schipper, Ingenieursbureau Concretio bv, Zwijndrecht*)*) Met bijdragen vaning.W.P.J. Koks, Visser& Smit Bouw, ir.D. Stamm, GeoDelft ening. M. Vonk, hoog-heemraadschap van deAlblasserwaard en deVijfheerenlanden.1 | Situatie vak 6O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDiepwandcement 2000 7 57van een brede steunberm en ??nwaarbij aan de rivierzijde eennieuwe dijk wordt aangelegd.Daarnaast zijn twee mogelijkhe-den uitgewerkt waarbij gebruikwordt gemaakt van een construc-tie. De eerste voorzag in eenkistdam, waarbij aan weerszijdenvan de dijk damwandschermenworden ingebracht, gekoppelddoor ankerstangen. De tweedemogelijkheid bestond uit eendiepwand: een in het werk ge-storte gewapend betonnen wand.Deze laatste oplossing was inNederland nog niet eerder alswaterkering toegepast.Om ? gelet op het specifiekekarakter van de dijk ter plaatse ?de bestaande infrastructuur tehandhaven, vielen de twee tradi-tionele oplossingen af omdatdaarvoor bebouwing gesloopt zoumoeten worden. Van de twee con-structieve oplossingen genoot dediepwand om uitvoeringstechni-sche en financi?le redenen devoorkeur.Het plan van uitvoering en hetbestek zijn opgesteld door eenprojectgroep, waarin participeer-den het waterschap, de gemeente,GeoDelft als grondmechanischadviseur, Arcadis Heidemij alsalgemeen adviseur, Ingenieurs-bureau Concretio als adviseurconstructies en MH Nederlandals deskundige op het gebied vanmilieu.G r o n d m e c h a n i s c h ea s p e c t e nDe grondslag ter plaatse bestaatuit een holoceen pakket slappeklei- en veenlagen tot in het alge-meen een diepte van NAP ? 10 m.Onder dit pakket bevindt zich hetpleistocene zand. Onder de kruinvan de bestaande dijk, gelegen opeen hoogte van circa NAP + 5 m,worden tot een diepte van circaNAP ? 3,5 m de grondlagen vande dijk zelf aangetroffen.De stabiliteit van de bestaandedijkbleektijdenshetoptredenvanmaatgevend hoogwater (MHW)niet verzekerd door het opdrijvenvan het binnenwaarts aanwezigepakket slappe lagen. Traditioneleoplossingen, toepassen van eenbrede binnenberm of buiten-waartse dijkverlegging, blekenhier dus niet mogelijk.De gekozen diepwand is een on-verankerde wand van gewapendbeton, die in de binnenkruin vande bestaande dijk in de grondwordt aangebracht. Een diepwandwordt beschouwd als een vastwaterkerend kunstwerk, dat te-zamen met een gedeelte van deomringende grond de waterke-rende functie vervult.In verband met de primairefunctie van waterkering moet dediepwand voldoen aan de vol-gende eisen:? de kerende hoogte moet vol-doende zijn;? de veiligheid tegen bezwijken,dus sterkte en stabiliteit, moetverzekerd zijn.K e r e n d e h o o g t eTenaanzienvandekerendehoog-te zijn er twee trac?gedeelten teonderscheiden, met verschillen-de overslagcriteria (de toegestanehoeveelheden water bij golfover-slag over de dijk).In het oostelijk gedeelte is hetoverslagcriterium 10 liter/sec/meter. In verband hiermee moeter bij de dimensionering van de2 | Kenmerkende dwars-doorsnedeC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDiepwandcement 2000 758diepwand van worden uitgegaandat het binnentalud zal eroderentot de aanwezige berm gelegen opNAP + 2,00 m.Bij het westelijk gedeelte van dediepwand is een zodanig hoog enbreed voorland aanwezig, datgeen overslag en dus ook geenerosie van het binnentalud zal op-treden. Wel bleek uit berekenin-gen dat het binnentalud tijdenshet optreden van MHW niet sta-biel is, waardoor rekening moetworden gehouden met een afge-schoven binnentalud.V e i l i g h e i d t e g e n b e z w i j k e nDe diepwand is gedimensioneerdvolgens de NEN 6700-serie. Daarhet een primaire waterkering is,behoort de diepwand volgensNEN 6740 tot de Geotechnischecategorie3endienttevoldoenaaneisen in verband met construc-tieve veiligheid en in verband metbruikbaarheid.De diepwand is onderzocht op deuiterste grenstoestanden:1A Sterkte: de rekenwaarde vanhet optredend moment moetkleiner zijn dan de rekenwaardevan het opneembaar moment.1B Vervorming: de diepwand heefteen waterkerende functie. Doorvervorming (uitbuiging) van dediepwand mag de kerende hoogtemaximaal met 0,10 m afnemen.Daarnaast mag uit constructiefoogpunt de uitbuiging niet meerbedragen dan 2% van de lengte.Uit studies over bezwijkanalysesblijkt dat een constructie bij dievervorming als bezweken wordtbeschouwd.Ook dient te worden getoetst opde bruikbaarheidsgrenstoestand:2 Vervorming: hiervoor is gestelddat de uitbuiging van de boven-kant van de diepwand niet meerdan 0,10 m mag bedragen.BetrouwbaarheidsindexIn verband met de functie vanwaterkering en de vereiste levens-duur van 100 jaar dient de faal-kans kleiner te zijn dan die vaneen overeenkomstige constructieelders.Eenkleinerefaalkansbete-kent een hogere betrouwbaar-heidsindex . Door de ProvincieZuid-Holland is het betrouwbaar-heidsniveau van de constructievoor de uiterste grenstoestandvastgesteld op = 4,4 en voor debruikbaarheidsgrenstoestand op= 2,2. De in de NEN 6700-seriegenoemde materiaalfactoren zijnhiertoe verhoogd met dienover-eenkomstige correctiefactoren.B e r e k e n i n gBelastingDe diepwand in de kruin van dedijk wordt onder maatgevendeomstandigheden, het optredenvan MHW, voornamelijk hori-zontaal belast door grond- enwaterdruk. Daarnaast is rekeninggehouden met een verkeersbelas-ting op de dijk. De diepwand isingeklemd in het pleistocenezand en wordt binnenwaarts ge-steund door de te leveren passievedruk vanhet bovenhet diepezandaanwezige grondpakket. De diep-wand wordt alleen op buigingbelast.Berekening door GeoDelftVoor de dimensionering van dediepwand is gebruikgemaakt vaneen zogenaamd klassiek reken-model, de damwandberekening.Andere rekenmethoden warennog niet operationeel.Door GeoDelft zijn zowel voor deuiterste grenstoestand als debruikbaarheidsgrenstoestandberekeningen uitgevoerd met hetdamwand-computerprogrammaMSHEET,waarbijdediepwandin34 elementen was verdeeld. Daarde diepwand moet functionerenvoor 100 jaar, zijn de berekenin-gen uitgevoerd voor de toekom-stige situatie, waarbij zowel voorMHW als voor de dijktafelhoogte(kerende hoogte diepwand) reke-ning is gehouden met een verho-ging van 0,70 m. Binnenwaarts isrekening gehouden met een ge?-rodeerd,danwelafgeschovenbin-nentalud. Tevens is de te mobili-seren passieve druk door hetgrondpakket boven het diepezand gereduceerd in verband methet fenomeen opdrijven, waar-door door de verminderde con-tactdruk ook de te mobiliserenschuifkracht tussen dit grond-pakket en het zand is geredu-ceerd.Uitdeberekeningsresultatenvolg-de voor de toekomstige dijktafel-hoogte van NAP + 5,20 (gedeeltewest) en NAP + 5,55 m (gedeelteoost) een inbrengdiepte van dediepwand tot NAP - 18,80 m. Demaximaal optredende momentenbedragen hierbij respectievelijk 2618 en 2 632 kNm. Er wordt vol-daan aan de eisen betreffendetoelaatbare vervormingen in deuiterste grenstoestand en debruikbaarheidsgrenstoestand. Detotaalstabiliteit van de diepwandmet grond is bij deze inbreng-diepte gecontroleerd en bleek ver-zekerd.Behalve berekeningen voor deeindfase is door GeoDelft de uit-voering onderzocht. Hierbij isgekeken naar de stabiliteit van dehuidige dijk bij een belasting opde kruin door het voor de aanlegvandediepwandbenodigdebouw-materieel. Hieruit bleek dat ditmaterieel zou moeten wordenverwijderd bij rivierwaterstandenhoger dan NAP + 2,40 m ? NAP +2,90 m.De stabiliteit van de sleuf bleekvoldoende verzekerd indien tij-dens het graven bentoniet meteen gewicht van 10,5 kN/m3wordt toegepast en een slurrypeil3 | Aanbrengen diepwand inelementen van 3 mfoto's: Jack van BodegomO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDiepwandcement 2000 7 59van MV _ 0,50 m wordt gehand-haafd. Zekerheidshalve is de pa-neellengte beperkt tot 3 m. De sta-biliteitvanhetbinnentaludvandedijk is onderzocht voor de situatiedat de sleuf is gevuld met plasti-sche betonspecie. Deze bleek vol-doende verzekerd.Berekening door ConcretioMet MSHEET heeft GeoDelft deideale combinatie lengte-buig-stijfheid bepaald, waarbij voor debruikbaarheidsgrenstoestandwerd voldaan aan een maximalehorizontale kopverplaatsing van0,10 m. Hierbij is uitgegaan vaneen constante buigstijfheid EIc=2 x 106kNm2over de volle lengtevan de diepwand. De grootte vanEIcin relatie tot de dikte van dediepwand was door Concretiovastgesteld als gewogen gemid-delde ongescheurd-gescheurd.Hiermeewasdediktevandediep-wand voorlopig bepaald op 0,80 ?1,00 m en de lengte op 24,35 m.In werkelijkheid varieert de buig-stijfheid als gevolg van scheur-vorming, waardoor de diepwandbij kleinere momenten relatiefstijver is dan bij grotere. De ver-houding EI = M/ dient aan dehand van een afzonderlijke bere-kening voor elk elementje op-nieuw te worden vastgesteld. Deuitkomsten ervan dienen in de-zelfde orde van grootte te liggenals van de GeoDelft-berekening,aangezienbelastingenenmomen-ten samenhangen met de optre-dende vervormingen.Bij diktes van zowel 0,80 als 1,00m zijn M-N- -diagrammen bere-kend. Hiervoor worden van eenbetondoorsnede met een gegevennormaalkracht, betonsterkteklasseen wapening achtereenvolgensvastgesteld:? het scheurmoment Mrmetbijbehorende kromming r;? het moment Mb plwaarbij debetondrukzone plastischwordt met bijbehorendekromming b pl;? het moment Mewaarbij hetbetonstaal aan de trekzijdevloeit met bijbehorendekromming e;? het moment Muwaarbij debetondrukzone stuikt metbijbehorende kromming u.Deze waarden gelden voor mate-riaalspecificaties behorend bij =2,2. Een en ander volgens de VBC1995, waarbij de rekenwaarden inde uiterste grenstoestand wordengecorrigeerd naar = 4,4 en inde bruikbaarheidsgrenstoestandnaar = 2,2. Deze correctie ver-dient enige toelichting.In afwijking van de NEN 6700-serie wordt in de berekening vande uiterste grenstoestand debetrouwbaarheidsindex b van dediepwand verhoogd van 3,6 naar4,4. Hierdoor neemt de veiligheidvan de constructie en daarmee dereferentieperiode ten opzichtevan gebruikelijke constructiestoe. Enkele consequenties:? lagere opneembare trek-spanning in het staal;? lagere opneembare druk-spanning in het beton;? lagere j - en c-waarden in degrond: verhoogde actieve druk,verlaagde passieve druk.Daarnaast wordt een toeslag van25%ophethoogteverschilvanhetwater ingevoerd.Bij de berekening van de bruik-baarheidsgrenstoestand wordt bverhoogd van 1,8 naar 2,2. Hier-door geldt ten opzichte van deNEN 6700-serie een verlaagdebuigstijfheid. Gezien de vervor-mingseis leidt ook dit tot eendikkere wand.Enkele uitkomsten van de M-N- -berekeningen bij een dikte van1 m:Mr= 689 kNm ( b= 1,2 fbr)r= 0,00033 m?1EIr= Mr/ r= 2 086 579 kNm2Me= 3 158 kNme= 0,0041 m?1EIe= 772 707 kNm2De diepwand wordt als een in devoet verend ingeklemde con-structie beschouwd. De bereke-ning ervan (bruikbaarheids- enuiterste grenstoestand) wordthieronder per stap toegelicht.? Eerst wordt de GeoDelft-bere-kening (EIc= 2 x 106kNm2)`geijkt', dat wil zeggen: eventu-ele verschillen tussen de uit-komsten van de GeoDelft- ende Concretio-berekeningworden vastgesteld (1,5%) enals correctiefactor in de resul-taten van de volgende bereke-ningen verwerkt.? Daarna wordt, uitgaande vandezelfde voetverdraaiing enmomentenlijn als in de Geo-Delft-berekening, de verplaat-sing aan de hand van M-N- -diagrammen berekend.? De resultaten met constanteen variabele buigstijfhedenworden vergeleken. De maxi-male uitbuiging bij degekozen wapening en eenwanddikte van 1,00 m blijktiets lager (64 mm) te zijn dande bij EIc= 2 x 106kNm2berekende waarde (66 mm).? Tevens worden alle berekendedoorsneden met de gekozenwapening op bezwijken ge-controleerd (Mu Md). Md(op basis fsbij = 4,4) =2 655 kNm.Conclusie:De diepwand voldoet in de uiter-ste grenstoestand (Mu= 2632kNm < Md= 2655 kNm) en,uitgaande van de berekende M-N--diagrammen, ook in de bruik-baarheidsgrenstoestand (maxi-male horizontale vervorming 100 mm).4 | Ontzandingsinstallatiebij de sleufC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDiepwandcement 2000 760U i t v o e r i n gBij het opstellen van het uitvoe-ringsplan door Visser & SmitBouw, is de aanwonenden naarhunwensengevraagdtenaanzienvan de uitvoering, zoals de bereik-baarheid van woningen en bedrij-ven. Ondanks dat de dijk gedu-rende de uitvoering van het werkvoor al het verkeer zou wordenafgesloten, moesten de bedrijvendoorlopend bereikbaar zijn. Voorhet doorgaande verkeer is een tij-delijke weg aangelegd op het bin-nendijks gelegen industrieterrein.De in de grond te vormen beton-nen diepwand is gesitueerd in debinnenkruin van de dijk. Om deuitvoering met groot materieel enhet logistieke deel, grondafvoer,betonaanvoer e.d. zo optimaalmogelijk te laten verlopen, washet noodzakelijk vooraf diversewerkzaamheden uit te voeren.Ter plaatse van de aan te brengendiepwand bevonden zich kabelsen leidingen, die vooraf moestenworden verwijderd. Na het vrij-graven hiervanwerdbovengrondseen noodnet aangelegd waarop dehuis- en bedrijfsaansluitingenwerden overgenomen. Hiernawerden de bestaande kabels enleidingen verwijderd, waarna deverdere ontgraving voor het aan-brengen van de geleidewandenkonwordenuitgevoerd.Hetnood-net, tijdelijk gelegen op het taludvan de dijk, is, nadat de binnen-dijkse geleidewanden waren ge-plaatst, overgenomen door eennieuw kabel- en leidingnet op devoet van de geleidewanden.In het bestek waren voor debinnendijkse geleidewanden blij-vende prefab betonnen elemen-ten voorgeschreven. Om uitvoe-ringstechnische redenen is ookvoor de buitendijkse geleidebal-ken gekozen voor prefab beton-nen elementen. In tegenstellingtot de binnendijkse elementen,werden deze elementen meerma-len gebruikt en aan het einde vande uitvoering verwijderd.De diepwand, 1 m dik en 24 mdiep, is ontgraven met een NCK65HC.Alshulpkraanbijhetstort-gereed maken en het storten vande diepwand is hetzelfde typekraan toegepast.Dediepwandisvervaardigdinele-menten van 3 m (foto 3). Op zesplaatsen in het trac? is begonnenmet een startpaneel. Hierop werdaangesloten met volgpanelen enelke fase werd gesloten met eensluitpaneel.De aanmaak, opslag en het ver-pompen van het bentoniet hadplaats op de bentonietcentrale,gelegen aan de omleidingsroute.Nadat een diepwandpaneel opdiepte is gegraven, dient de steun-vloeistof, die door het graafprocesis vervuild met gronddeeltjes, teworden ontzand. Bij dit project isde ontzanding bij de diepwand-sleuf uitgevoerd. De steunvloei-stof werd van onder uit de sleuf indeontzandinginstallatiegepompt,waarna het na ontzanden weerboven in de sleuf werd terugge-pompt (foto 4). Dit proces gingdoor tot het zandgehalte in desteunvloeistof minder dan 1%bedroeg.Vervolgens werd de wapenings-korf in de sleuf geplaatst (foto 5),opgebouwd uit verticale staven?32mm.Dedekkingopdewape-ning wordt gewaarborgd door eensupportwapening tussen buiten-en binnennet en betonnen rollendie de dekking tot de grond waar-borgen. De wapeningskorf werd,aan de supporten, op de geleide-wanden gehangen.Rechtstreeks gelost uit de beton-mixers, werd het beton door stort-kokers van onderuit in de sleufgestort, verdrong het bentonietnaar boven toe door het verschilin volumieke massa, waarna ditnaar de bentonietcentrale werdverpompt.De indeling van de startpanelenwas zodanig gekozen, dat de uit-eindelijke kopafwerking van dediepwand in zes fasen van 60 mkon worden uitgevoerd. Per fasewerden de buitendijkse geleide-balken verwijderd en werd debovenzijde van de diepwand ges-loopt en voorzien van een beton-nen kopafwerking, aan de boven-zijde uitgevoerd als betonprint inde vorm van een tegelpad (foto 6).T e n s l o t t eHet diepwandproject is door eengoede voorbereiding en uitvoe-ring binnen de beschikbare tijdzonder noemenswaardige proble-men gereedgekomen. Nederlandheeft er hiermee een nieuwemogelijkheid voor waterkeringenbij gekregen, die goed bruikbaarblijkt in situaties waarbij be-staande bebouwing nabij de dijkmoet worden ontzien. s5 | Plaatsen wapeningskorf6 | Kopafwerking metgeprint tegelpad