themaDubbelfunctie palen7201146themaDubbelfunctieIntroBouwputbodem JuBi door palen vastgenageldDe belastingen van de hoogbouwtorens op de fundering van JuBi zijn ontzagwekkend, met als gevolgeen ontwerp met ruim 1600 prefab-betonpalen. De heiverdichting in de randpoeren en kernpoerenvan de torens was zeer hoog. In dit artikel worden de maatregelen besproken die zijn genomen om dekans op paalbeschadiging zo laag mogelijk te houden. Ook de resultaten die dit heeft opgeleverdkomen aan bod. Een tekort aan verticaal evenwicht tijdens de bouwfase kon worden opgelost doorvernageling van de bouwputbodem met de funderingspalen. Daardoor konden de palen een uniekedubbelfunctie vervullen en was toepassing van een injectielaag of onderwaterbetonvloer niet nodig.Dubbelfunctie palen 72011 471 Bouwput JuBi met heistellingBouwputontwerp met vernagelingVoor de tweelaagse parkeergarage is een gesloten bouwkuipgeformeerd met permanente stalen damwanden op de erfgren-zen. Een horizontale ondersteuning van de damwand is langsdrie zijden gerealiseerd met groutankers onder het openbaargebied. Op het aangrenzend perceel van woontoren De Kroonkon een tijdelijke damwand met natuurlijk talud wordengemaakt. Doordat de ondersteuningen aan de buitenzijde van debouwput bleven, ontstond een vrije werkruimte die het mogelijkmaakte alle palen te heien vanaf een verdiept werkniveau vanNAP -5,50 m. Dit was een belangrijke voorwaarde om het instal-leren van het dichte palenveld onder de torens mogelijk temaken. Door de afname van de verticale korrelspanning onderde kleilaag was minder energie nodig om de palen in de pleisto-cene zandlaag te heien. In figuur 3 is het effect van de ontgravingop de verticale korrelspanning weergegeven.De ontgravingsdiepte ter plaatse van de torens was NAP -7,30m. Het resterende gewicht van de holocene zandlaag en hetklei-/veenpakket tot NAP -15,40 m bedroeg 150 kN/m2. Ditbleek niet voldoende om evenwicht te maken met de opwaartsewaterdruk op dat niveau. Een boosdoener daarbij was dewarmte-/koude-opslaginstallatie van het nabijgelegen Provin-ciehuis en het ministerie van VROM. Op slechts enkele metersafstand van de bouwput van JuBi staan koudebronnen van dezeinstallatie en daarin wordt in de winterperiode een grotehoeveelheid koud water ge?nfiltreerd in de pleistocene zandlaagtussen circa NAP -16 en -50 m. Een gevolg van deze infiltratieis een opstuwing van het grondwater onder de kleilaag. Inplaats van een natuurlijk hoogste waarde van circa NAP -0,50m, moest nu worden gerekend met een grondwaterpotentiaalvan NAP +0,65 m. Dit resulteert in een opwaartse grondwater-druk van 160 kN/m2op NAP -15,4 m. Conform NEN6740:2006 is bij de berekening van het verticaal evenwicht eenveiligheid m;g= 1,10 gehanteerd op het gewicht van de grond.Dit betekent dat de opwaartse waterdruk bij aanwezigheid vanalleen het grondgewicht niet hoger zou mogen zijn dan150/1,10 = 136 kN/m2. Dit is een verschil van 24 kN/m2oftewel2,4 m potentiaalverschil ten opzichte van de maximaal optre-dende waarde. De maatgevende waarde is berekend voor detoren van Justitie. Bij de toren van Binnenlandse Zaken en terplaatse van de laagbouw tussen de torens was de situatie ietsgunstiger, maar over het totale oppervlak van de bouwput wassprake van een te hoge opwaartse waterdruk.Uit berekeningen bleek al snel dat vernageling met funderings-palen een aantrekkelijke mogelijkheid bood om extra verticaledrukbelasting op de bouwputbodem te leveren. Het groteaantal palen dat toch al nodig was vanwege de hoge gebouwbe-lasting in de gebruiksfase bleek grotendeels toereikend, zodatverhoging van de paallengte niet nodig zou zijn. Tussen dekernfundering en de randfundering van de hoogbouwtorenswas de afstand tussen de palenrijen echter te groot en zijn extrapalen geslagen met als enige functie het vernagelen van debouwputbodem. De extra vernagelingspalen zijn aangegeven inhet palenplan in figuur 4. Ter plaatse van de laagbouw waren detrekpalen onder de keldervloer voldoende om in de bouwfasede benodigde vernagelingskracht te leveren.palen1ing. theo de WitGeometthemaDubbelfunctie palen7201148+0.80+0.801 nulsitatie 2 uitvoering heiwerkzandzandkleizandzandklei-12.80-15.40+0.80+0.80g = 307 kN/m?w = 160 kN/m?g = 189 kN/m?w = 160 kN/m?-5.50-12.80-15.40Op voorhand was gerekend op zeer zwaar heiwerk vanwege dedichtheid van het palenveld bij de hoogbouwtorens en het in degrond achterblijven van oude vibropalen. De positie van denieuwe palen is aangepast aan de oude vibropalen, die naontgraving goed zichtbaar waren. Binnen het gekozen paalsys-teem is gezocht naar alle beschikbare mogelijkheden om depalen op diepte te kunnen slaan met een zo beperkt mogelijkrisico op paalschade. De belangrijkste maatregelen betreffen:- het heien vanuit een deels ontgraven bouwput;- het niet toepassen van een oplanger;- extra voorspanning in de palen;- het heien van binnen naar buiten in paalgroepen;- de toepassing van een dieselblok D-100;- het voorboren van de palen tot NAP -13 m;- het meer keren per paal wisselen van de mutsvulling;- licht schoorheien aan de rand van paalgroepen.Het dimensioneren van de vernagelingspalen is uitgevoerdconform CUR 2001-4 voor diverse paalconfiguraties enbodemprofielen. De door de palen op te nemen opwaartsewaterdruk van maximaal 24 kN/m? is verhoogd met een belas-tingsfactor f;g;u= 1,2 conform NEN 6702:2001. De rekenwaardevan de vernagelingskracht bedroeg minimaal 23 kN en maxi-maal 250 kN per paal. Omdat de verticale korrelspanning terhoogte van onderkant kleilaag was afgenomen tot nul, was hetkluitgewicht Fr;tr;max;din de pleistocene zandlaag maatgevendvoor het draagvermogen. De vernagelingskracht moest bovende kleilaag weer worden afgedragen als neerwaartse belastingin de holocene zandlaag. De beschikbare positieve schachtwrij-ving in de holocene zandlaag is berekend op circa 300 kN perpaal en was daarmee niet maatgevend voor de vernagelings-kracht.Uitvoering heiwerkDe fundering van de nieuwbouw bestaat uit circa 1100 palenvierkant 450 mm en 500 palen vierkant 400 mm. De reken-waarde van het paaldraagvermogen bedraagt 2900 tot 3550 kNter plaatse van de torens. Het paalpuntniveau is aan de oost-zijde overwegend NAP -20,0 m. Aan de westzijde neemt ditechter toe tot lokaal NAP -25,5 m, vanwege een diepe geulop-vulling met afwisselend klei, silt en zand. Het heiwerk is uitge-voerd met drie heistellingen gelijktijdig, waarvan twee met eendieselblok D-100 en ??n met een dieselblok D-62. De geluids-belasting ter plaatse van nabijgelegen woningen is afgeschermddoor een containerwand met zes rijen hoog gestapelde contai-ners.2 Akoestisch meten van een paal3 Ontgravingsdiepten en grondspanningen4 Palenplan met extra vernagelingspalen23Dubbelfunctie palen 72011 49+0.80+0.80-5.50-7.30-20.001 nulsitatie 2 uitvoering heiwerk3 ontgraving onderkantfundering4 inspectieput 3 x 3 x 3 meteren buis 0,90 x 5,50 meterzandzandzandzandkleikleizandzandkleizandzandklei-12.80-12.80-15.40-15.40+0.80-7.30-20.00-12.80-10.30-15.40+0.80g = 307 kN/m?w = 160 kN/m?g = 150 kN/m?w = 160 kN/m?g = 138 kN/m?w = 146 kN/m?g = 189 kN/m?w = 160 kN/m?-5.50-12.80-15.40bijgeslagen. Daarna kon de bouwput worden ontgraven tot deeinddiepte. Op dat moment is een aantal nieuwe paalschadesvastgesteld die op paalkopniveau nog niet zichtbaar waren. Hetbetrof veelal verticale scheuren of afbrokkeling aan de randenover beperkte hoogte. De betreffende palen zijn gesneld totonder het niveau van de beschadiging en opgestort. In enkelegevallen bleek dat op een dieper niveau sprake was van ernstigepaalschade in de vorm van verbrijzeling en opstuiking, waarbijde zijkant van de paal 50 tot 150 mm naar buiten is geslagen,veelal aan twee zijden van de paal. Een voorbeeld van eendergelijke paal is op foto 5 zichtbaar. De betreffende palen metopstuiking waren op basis van de eerder uitgevoerde akoesti-sche metingen na het heiwerk als niet-gebroken aangemerkt.De meest waarschijnlijke oorzaak is dat het beton van de opge-stuikte palen niet of nauwelijks opzij kon door het dichtgesla-gen zandpakket, waardoor geen duidelijke horizontale breuk-lijn is ontstaan.Na vaststelling van deze nieuwe paalschades is besloten allepalen van de hoogbouwtorens opnieuw akoestisch door temeten op het afhakniveau. Alle verdachte palen zijn vervolgensge?nspecteerd in een beperkte open ontgraving of sleufkist tot2,0 ? 3,5 m diepte onder het afhakniveau. Bij twee palen is eencasing over de paal geheid om tot maximaal NAP -12,8 m eenbeschadigde paalschacht te kunnen inspecteren met eencamera. Er moesten strikte beperkingen worden gesteld aan deafmetingen van het inspectiegat in verband met het verticaalevenwicht van de vernagelde bouwputbodem. Het wintersei-zoen was net afgelopen, waardoor niet meer behoefde teworden gerekend op opstuwing door de koudebronnen.Tijdens de inspecties is bij zeven palen opstuiking of ernstigescheurvorming geconstateerd, terwijl de paalkop op hetafhakniveau nog volledig intact was. Alle schades van dit typezijn ontstaan in twee specifieke paalgroepen waar extremeverdichting is opgetreden. De eerste was een rij palen in deVoorts is gedurende het gehele heiwerk ??n heiopzichter perstelling en daarnaast een hoofdopzichter op het werk geweest.Daardoor konden afwijkingen direct worden teruggekoppeldmet de adviseurs. Alle relevante uitvoeringsgegevens zijn gede-tailleerd vastgelegd in een rapportage.Als gevolg van het zware heiwerk is een groot aantal paalbe-schadigingen opgetreden, met name afbrokkeling van de paal-koppen maar ook verticale scheuren. Dit was in de meestegevallen geen bezwaar, omdat alle palen na het heien nogmoesten worden gesneld. Indien mogelijk zijn de palen metkopschade vlak afgezaagd en weer dieper geheid. Bij enkelepalen was sprake van onherstelbare schade en zijn nieuwepalen bijgeslagen. Bij oude vibropalen was het zandpakketsoms zodanig dichtgeslagen, dat de palen bij maximale slag-kracht van het D-100 blok niet of nauwelijks verder zakten.Desondanks kon het heiwerk met een relatief gering aantalextra palen worden voltooid.Ter controle op opheien van naastliggende palen zijn ter plaatsevan de torens hoogtemetingen van de palen uitgevoerd. Eendeel van de palen bleek meer dan 10 mm omhooggekomen tezijn door het heien van naastliggende palen. Deze palen zijnnageheid en daaruit bleek dat de palen die omhoog warengekomen tijdens het heiwerk in de meeste gevallen nauwelijksmeer zakten. Bij het naheien is geen verschil geconstateerdtussen palen met en zonder gemeten opwaartse verplaatsing.Geconcludeerd is dan ook dat onder de paalpunt voldoendegrondverdichting is opgetreden om het effect van het opheiente compenseren.Akoestisch doormeten en uitvoering inspectiesAlle prefab-betonpalen zijn na uitvoering van het heiwerkakoestisch doorgemeten (foto 2). Op basis van de akoestischemetingen is een aantal palen als mogelijk gebroken aangeduid.Dit kwam in de meeste gevallen overeen met de bevindingentijdens het heiwerk. Voor deze palen zijn vervangende palen4themaDubbelfunctie palen72011505 Paal met opstuiking6 Goedgekeurde paalMet prefab-betonpalen is een kwalitatief goede fundering gere-aliseerd voor de hoogbouwtorens. Bij het zware heiwerk zijnondanks de getroffen maatregelen relatief veel palen bescha-digd. De akoestische metingen na uitvoering van het heiwerkhebben niet kunnen aantonen dat een aantal paalschachten wasopgestuikt onder het paalkopniveau. Het schadebeeld metopstuiking kwam alleen voor in twee specifieke paalgroepenmet extreme heiverdichting. Door nieuwe akoestische metin-gen na het snellen en gerichte inspecties van de paalschachtenkonden deze schades alsnog worden gevonden en door middelvan opstorten hersteld. randfundering van de Justitietoren op korte afstand van oudevibropalen met schoorstand. De tweede waren palen in dekernfundering van de Justitietoren, die in afwijking van destandaardprocedure van buiten naar binnen waren geheid. Allebeschadigde palen zijn gesneld en voorzien van een gewapendeopstorting. Ze zijn hierbij op het diepe niveau opnieuw akoes-tisch doorgemeten. Door een effectieve samenwerking tussende betrokken partijen is vertraging in de uitvoering tot eenminimum beperkt gebleven.ConclusiesVernageling van de bouwputbodem met prefab-betonpalen isbij JuBi met succes toegepast. Het vernagelen met palen is geenonbekende methode, maar wordt in de praktijk slechts spora-disch toegepast. Voorwaarden voor toepassing zijn een bodem-opbouw met een zandlaag boven de afsluitende laag en een nietal te groot tekort aan verticaal evenwicht. Aan beide voorwaar-den werd voldaan en bovendien kon optimaal gebruik wordengemaakt van het dichte palenveld dat toch al nodig was voor degebruiksfase. Betrokken partijen funderinguitvoering heiwerk BAM Grondtechnieken Ballast Nedam Funderingstechniekenleverancier prefab-betonpalen Schokindustriebouwdirectie Heinen en Partnersheitoezicht Geomet Funderingscontroleakoestisch doormeten Fugro enGeometadviseur constructies ZonneveldIngenieursadviseur trillingen en geluid DGMRadviseur geotechniek Geomet65