I IFUNDERINGEN IGRONDVERNAGELING,BIJZONDERE TOEPASSING VANVHP-GROUTINGir.J.Maertens en ir.P.De Vleeschauwer. Smet-Boring NV; Dessel (8)ing.L.Smits. Smet-Boring Nederland BV; NuenenVoor de realisatie van grondkerende wanden is in Belgi? een nieuwe techniekontwikkeld, grondvernageling genoetnd. De ontwerpers hechten eraan deze naatn tegebruiken in plaats van de in Nederland tneer voorde hand liggende term.grondverankering. Het gaat otn een specifieke vortn van VHP-grouting, eenfunderingstechniek waarover in het vorige nutntner van Cementis gepubliceerd.Grondvernageling bestaat erin wapeningsstaven door tniddel van cetnentinjectierechtstreeks in de grond te verankeren. Bekleding van de vernagelde grondgeschiedt veelal tnet spuitbeton. Het grondtnechanisch ontwerp en deuitvoeringstechniek worden in dit artikel besproken. De toepassingstnogelijkhedenzijn ge?llustreerd aan de hand van recente projecten.Voor de bekleding worden sinds enigetijd ook prefab elementen toegepast.Daarbij werdennieuwe techniekenont-wikkeld voor het inbrengen van de wa-peningselementen, zoals:~ het vastzetten van de wapening in eenboorgat door verschillende injectie-technieken;- het inboren van buisvormige nagelsdie ook als boorstang dienst doen;- het vastzetten van de wapening doorcementinjectie onder hoge druk.Sinds het begin van de jaren tachtigheeft de vernageling vooral in Frankrijken Duitsland een snelle ontwikkelingdoorgemaakt.De techniek vindt haar oorsprong inFrankrijk, waar de onderhoudsdienstvan de Spoorwegen regelmatig oudespoorstaven in de grond sloeg om hetevenwicht van weinig stabiele taluds teverbeteren.Ontwikkeling van devernagelingstechniekHet principe van grondvernageling isgeenszins nieuw: reeds in de oudheidwas bekend dat de stabiliteitvan een ta-lud kon worden verbeterd door ~ hou-ten palen in te slaan ofdoor het talud telaten begroeien, waardoor de wortelsvoor een soort wapening zorgden.Een vernagelde wand berust op hetzelf-de principe als gewapende grond (terrearm?e), zij het dat vernageling wordttoegepastvooruitgravingengewapendegrond voor ophoging.Doordat.er bij vernageling ter plaatsealshet ware een massieve keermuur wordtgemaakt,ishetruimtebeslag naarachte-ren toe veel kleiner dan bij oplossingenmet diepwanden of damplanken metgrondankers.De techniek is volledig trillingsvrij,waardoor er gemakkelijk in nabijheidvan gebouwen en naast bestaande fun~deringen kan worden gewerkt.Doordat de volledige grondkering in??n fase kan worden aangebracht, ver-looptde uitvoeringsnel.ErbehoeftgeenG.rond- of bodemvernageling is actieve zone In 1974 had de eerste toepassing plaats? hetinde grond aanbrengenvan bij de stabilisatie van een nieuw aan teeen aantal wapeningselemen- leggentaludindeomgevingvanFontai~ten ofnagels, die de in de grond optre- ----+-=- potentieel glijvlak nebleau. Volgens een ontwerp van ir.dende trekspanningen kunnen opne- Hurpin werden daarbij hoekstalen metmen. Daardoor is het mogelijk om veel eenlengte van 6 ? 8 m in de grond gesla-hogere en!ofsteilere taluds te realiseren gen, twee stuks per m2? Hiermee werdd b k 1 k 1 passieve zone 1 d h 'an ge rui e ij is. De nage s zorgen er een ta u. met een oogte van 7 a 11 mnamelijk voor dat de actieve Zone die in gerealiseerd, onder een helling van 60?.gevalvanafschuivingzou ontstaan,inde 1 Het taludoppervlak werd afgedekt metpassieve zone wordt verankerd (fig. 1). Principe van grondvernageling een laag spnitbeton.Hierdoor kan er geen glijvlak ontstaan '------------------' Nadien werden op deze wijze nog ver~en wordt een stabiel geheel verkregen. rekening te worden gehouden met schillende keren zeer steile taluds enAls bekleding van een dergelijk gewa- wachttijden. grondkerende wanden uitgevoerd. Depend grondmassiefkan in het algemeen Voor de uitvoering worden normale vernagelingstechniek waarbij hoeksta-worden volstaan met een laag spuitbe- boormachinesgebruikt. Doorhetinzet~ len in de grond worden geslagen wordtton. ten van machines met beperkte afme- in Frankrijk nog steeds aangeduid alstingen is het ook mogelijk omwandver- 'methode Hurpinoise'.nageling uit te voeren vanuit zeer be-perkte werkruimten.20 Cement 1992 nr. 12~4~:~nagel L overlapping~"";t~ro, DO,..' d -~2 UitvoeringscyclusUitvoeringOntgravingBij het uitvoeren van een wandverna-geling wordt steeds in cyclussen ge-werkt (fig.2}.- weggraven van de grond over een be-paalde hoogte;- aanbrengen van de nagels;- aanbrengen van een wapeningsnet eneen laag spuitbeton.Hierna wordt de cyclus herhaald tot degewenste diepte is bereikt.De hoogtewaaroverde grond in ??nfasekan worden weggegraven is afhankelijkvan de grondsoort, van de hoogte van dereeds uitgevoerde wand en van eventu-eel genomen voorzorgsmaatregelen.Wanneer geen speciale voorzorgsmaat-regelen worden genomen is de cohesievan de grond bepalend voor de hoogtewaarover verticaal of onder een zeersteile helling kan worden ontgraven. Inhet algemeen is dit beperkt tot 1 ? 1,5 m;in aangevulde en geroerde grond veelminder.Door van tevoren verticale groutko-lommen aan te brengen is het mogelijkom in elke grondsoort over ten minste2,5 m verticaal teontgraven (foto3).Dezegroutkolommen hebben meestal eendiameter van 500 mm en worden aan-gebracht op een .afstand van 0,75 ?1,25 m h.o.h. In het algemeen reiken zeCement 1992 nr. I3Grondkerende wand inuitvoeringsfase. Het bovenste deelis reeds afgewerkt l11et spuitbeton. Inhet onderste deel zijn degroutkolonunen nog zichtbaartot 1 ? 1,5 m onder het te realiseren uit-gravingspeil.NagelsVoor het inbrengen van de wapenings-elementen bestaan verschillende moge-lijkheden.De meest eenvoudige techniek bestaatuit het inslaan ofintrillen van hoeksta-len ofwapeningsstaven. Op deze wijzeaangebrachte nagels kunnen slechts eenbeperkte trekkracht op de grond over-brengen, hetgeen vooral bij weinigdraagkrachtige bovenlagen oflosgepaktzand problemen kan opleveren.De methode waarbij de wapening doorinjecteren in een boorgat wordt veran-kerd wordt in Frankrijk en Duitslandveelvuldig toegepast. De krachten diedoor op deze wijze aangebrachte nagelsaan de omringende grond kunnen wor-den overgedragen zijn sterk afhankelijkvan de grondsoort.injedieopeningen4 Principe Cloujet van C. LouisIn Frankrijk werd door c. Louis eentechniek ontwikkeld waarbij de nagelsin de grond worden verankerd door ce-mentinjectie onder hoge druk. De nagelbestaat uit een wapeningsstaaf, omhulddoor een buis die een inwendige drukvan 400 bar kan opnemen. De buis is aande voet afgesloten en aan dewapenings-staafbevestigd. vlak boven de voet zijnin de buis twee kleine openingenaange-bracht (fig. 4). Terwijl de nagel in degrondwordtgeboordofgeslagen,wordter via de ruimte tussen de wapenings-staafen de buis door de kleine openin-gen een water-cementmengsel in degrond geperst met een druk van circa250 bar. Dit is een zeer snelle methodemaar wel duur, doordat de buis in degrond achterblijft.Om hieraan tegemoet te komen is doorSmet-Boring een geheel nieuwe tech-niek ontwikkeld, waarbij een GEWI-wapeningsstaaf door cementinjectieonder hoge druk rechtstreeks in degrond wordt verankerd door tniddelvan een speciaal daarvoor ontworpenboorstang (foto 5). Door de cementin-jectie wordt om de wapeningsstaaf eengroutkolom aangebracht met een dia-meter van circa 300 mmoDoordaterveel wrijvingwordt ontwik-keld in het.contactvlak tussen de grout-kolom en de grond, hebben de nagelseen grote verankeringskracht. Op ditsysteem is door Smet-Boring patentaangevraagd.Er is reeds een groot aantal trekproevenuitgevoerd op nagels dieindegrondwa-ren verankerd door cementinjectie on-der hoge druk. Alle nagels bezwekendoor breukvanhetwapeningsstaal, zelfsbij verankering in aangevulde ofmatigsamengepakte grond. Dit wijst erop dater veel wrijving wordt gemobiliseerd inhet contactvlak tussenhetgroutlichaamen de omringende grond.In figuur 6 zijn de resultaten weerge-gevenvan een trekproefop een dergelij-ke nagel, bestaande uit een GEWI-staafmet een diameter van 28 mmo De nagelhad een totale lengte van 6 m, maar hetverankeringslichaam werd slechts ge-vormd overde achterste 4 m. De nagel isbezweken door breuk van het staal.In dichtgepakt zand en andere goeddraagkrachtige grond wordt de laatstetijd regelmatig gebruik gemaakt vanbuisvortnige nagels die tevens als boor-stangdienstd?en. Dergelijke nagels bie-den het voordeel dat ze sneller en een-voudiger kunnen worden aangebrachtdan met cementinjectie onder hogedruk.21o 5 10 15 20 25~gemeten verlenging aan de vijzel (mm)o......---+----t-----t----t----j50 -+--,r---t-~--t____-~_t---_+_--____1250 -t-~~-+-~"",0+---+--------4--~1350 -t-~~~~~~-t-----t----t----I300 -t-~----~-----t--~",c:...-t-~--t--~-Iz..x 200 -+-----h~--t____------_t---_+_~--I+-~~ 150 -+--""--"~'+-~~~-+-~~~-+----+-----It....x~ 100 +---k--t----+----+-~-+_--__It..+-IFUNDERINGEN5 Inbrengen van een wapeningsstaafmet een specialeboorbnis. De cementinjectie wordt naderhand door deholle buis nitgevoerd6 Resultaten trekproefop GEWI-nagel te LeuvenBekled?ngDe bekleding van een vernagelde wandbestaat meestal uit een laag spuitbeton.Voor tijdelijke wanden kan in het alge-meen worden volstaan met een laagvancirca 70 ? 100 mm dikte, voorzien vaneen wapeningsnet. Ter plaatse van denagels wordt eenextra net aangebracht.Voor definitieve wanden wordt meestaleen laag spuitbeton van circa 200 mmdikte aangebracht, met een dubbel wa-peningsnet. Het is daarbij ook mogelijkom in het spuitbeton stekken op te ne-men voor de aansluiting van bijvoor-beeld vloeren.Het spuitbeton wordt aangebracht vol~gens dezogenaamdedroge methode (fO-to 7). Door gebruikre maken van hulp-stoffenwordt eenzeersnelleverhardingvan het beton verkregen. Na acht uurbedraagt de druksterkte circa 10N/mm2, na drie dagen circa 20 N/mm2?Het snel na elkaar uitvoeren van op el-kaar volgende fasen is dus geen enkelprobleem.Bij definitieve constructies wordtachterde laag spuitbeton meestal een draine-ring aangebracht. Deze kan bestaan uitomwikkelde draineerbuizen ofuit drai-neermatten (fOto 8).Indien gewenst is het ook mogelijk omna een voorlopige bekleding met spuit-beton een bekleding aan te brengen be-staande uit prefab-betonelementen, diedan star met de nagels worden verbon-den.Op taluds is het ook mogelijk om alleeneen voldoende sterk geotextiel aan tebrengen. Het talud wordt dan meestalingezaaid, zodat dewortelskunnenzor-genvoor de stabiliteitvan de oppervlak-telagen wanneer het geotextiel zijnfunctie niet meer vervult.Ontwerpen van een vernageldewandBij het ontwerpen van een vernageldewand dienenzowel de uitwendige als deinwendige stabiliteit te worden gecon-troleerd.Controle van de u?twend?ge stab?l?te?tHet geheel gevormd door grond, nagelsen wand wordt beschouwd als een mas-sieve keermuur, waarvan de volgendeevenwichten dienen te worden gecon-troleerd (fig. 9}.- kantelevenwicht;- glijevenwicht;- evenwicht met betrekking tot grond-breuk.Bovendien is het meestal noodzakelijkom ook het evenwicht te beschouwenten 0l'!ichte van een cirkelvormig glij-vlak (J?g. 10).Controle van de ?nwend?ge stab?l?te?tVoor de controle van de inwendige sta-biliteit van het geheel gevormd doorgrond, nagels enwand dieneneenaantalglijvlakken te worden beschouwd (fig.11).Uitevenwichtsberekeningen kan wor-den afgeleid welke uitwendige kracht ernodig is om de stabiliteit op een aan-vaardbare wijze te verzekeren. Er dientdan te worden gecontroleerd ofde be-7 Aanbrengen spuitbeton volgens de droge methode 8 Spuitbeton op Enka-drainagefolie als taludbekleding22 Cement 1992 nr. 1Te verwachten vervormingenDoordat de wapeningselementen vaneen vernagelde wand als passieve ankerswerken, moet er tijdens de uitvoeringvan dewand eenzekereverplaatsingop~treden, alvorens de nagels onder span-ning kunnen komen en hun functiegaan vervullen. Voor de normaal te ver-wachten horizontale verplaatsingen aande kop van een vernagelde wand kun-nen de volgende richtwaarden wordenaangehouden:- 2 ? 3 %0 van de hoogte van de wandwanneer er bij de uitvoer?nggeen spe-ciale maatregelen worden genomen;- circa 1 %0 van de hoogte van de wandwanneer er bij de uitvoering wel spe-ciale maatregelen worden genomen,zoals het uitgraven in moten;- < 0,5 0/00 va.n de hoogte van de wandwanneer er voorafgaande aan de uit-voering over de volle hoogte van dewand groutkolommen worden aan-gebracht.Opgemerkt wordt dat de genoemdeDe ?nwendige stab?l?teitvan het massiefwordt niet alleen gecontroleerd voor dedefinitieve toestand, maar eveneensvoor de verschillende uitvoeringsstadia.Uitgangspunt is daarbij de situatiewaarbij de grond reeds is uitgegraven,maar de nagels nog niet zijn aange-bracht. Daar een dergelijke situatieslechts gedurende een beperkte periodeoptreedt, mag er met gereduceerde vei-l?gheidsco?ffici?ntenworden gerekend.- in een hoorgat met cementspecie ver-ankerde wapeningsstaven: 2 ?5 tlm;- nagels verankerd door cementinjectieonder hoge druk: 5 ? 15 tlm.Controle inwendige stabiliteit11In het algemeen wordt voor de tweedecontrole uitgegaanvan de kracht die perlengte door de nagel op de grond kanworden overgedragen. Deze kracht isafhankelijk van de wijze waarop de na-gel in de grond wordt verankerd en vande eigenschappen van de grond en be-draagt bijvoorbeeld voor:- in de grond geslagen hoekstalen: 1 ? 3tlm;10 Controle cirkelvormig glijvlaknodigde uitwendige kracht kan wordengeleverd door de nagels die door hetglijvlak worden doorsneden.Daarbij dient een dubbele controle teworden uitgevoerd:~ controle van de breukve?ligheid vande nagels zelf,~ de kracht in de nagel moet kunnenworden overgedragen op de grondachter het beschouwde glijvlak.b(a9 Controle uitwendige stabiliteita. kantelevenwicht;b. glijevenwicht;c. evenwicht met betrekking totgrondbreuk.~_.-type doorsnede12 Vernagelde wand voor een bouwput te Pittem 13 Uitvoering van een vernagelde wand onder gebouw'Parnasse' te Brussel. Dankzij deze techniek kandirect naast het pand worden gebouwdCement 1992 nr. 1 23IfUNDERINGEN14 Detail van een groutkolom? (bijna verticaal) door bestaandmetselwerk, gebouw 'Parnasse'15 Verticale groutkolommen door een bestaande keldermuurverplaatsingen alleen optreden tijdenshet ontgravenv??r een reeds uitgevoerdwanddeel en het aanbrengen van hetspuitbeton. Zodraer geenwerkzaamhe-den meer worden uitgevoerd stabilise-ren deze verplaatsingen zich zeer snel.Toepassingsmogelijkheden vanvernagelingVernagelingkanworden toegepastvoor:- grondkerende wanden voor bouw-putten;~ verstevigen van onvoldoende stabieletaluds;- herproflleren van taluds;- verstevigen van grondkerende con-structies;~ ondersteunen van funderingen.Grondkerende wandenVernageling kan worden toegepast voorhet realiseren van grondkerende wan-den voor bouwputten (fig. 12). De uit-voeringvan eendergelijkewand heeftinhet algemeen in twee fasen plaats:- omde te makenbouwputwordenver-ticale groutkolommen aangebrachttot circa 1 m onder het uitgravings-peil;- de grond wordt in lagen van 1,5 ? 3 mafgegraven, waarna de nagels en eenlaag spuitbeton worden aangebracht.Door Van tevoren verticale groutko-lommenaantebrengen kan devernage-lingstechniek ook worden.toegepast inde onmiddellijke nabijheidvanbestaan-de gebouwen. De tussenafstand tussende verticale groutkolommen en dedichtheid van de nagels worden danaangepast aan de bovenbelasting naastde wand en aan de zettingsgevoeligheidvan de naastgelegen constructie (foto 13).De vernagelingstechniek is vooral inte-ressant bij het uitvoeren van bouwput~ten in niet homogene grondsoorten.Bij de uitvoering van de verticale grout-kolommenishetmeestal reeds mogelijkom de omvang en de samenstelling vande slechte lagen in te schatten. Bij hetaanbrengen van de nagels kan hier danrekening mee worden gehouden, bij~voorbeeld door ter plaatse een groteraantal nagels aan te brengen ofdoor dehelling van de nagels aan te passen.Indien in de ondergrond nog oude fun-deringsresten voorkomen is het moge-lijk om hier doorheen verticale grout-kolommen aan te brengen, waardoorhet verwijderen van deze resten tot eenminimum beperkt blijft (foto 14).Bij een.aantal projecten zijn de verticalegroutkolommen uitgevoerd door be-staande keldermuren, die dan in dewand worden opgenomen. De bovensterij nagels wordt dan door de keldermu-renaangebracht (foto 15). Het ruimtebe-slag is hierbij minder dan bijvoorbeeldbij het aanbrengen van diepwanden.Het grote voordeel is dat de keldermu-ren niet verwijderd behoeven te wor-den, hetgeen vooral in stedelijke gebie-~en metveelkabels en leidingengunstigIS.potentieel glijvlaktrekspanning in? de nagel+'- +- +- ~ ---+ - .1 lengte van de nagelI----+-t--~----~+'- ?/f- +-/ ~ ~ _/ \"hu",p,"n;ng ;n h.1 (onlaclvL,knagel- grondspuitbetonpotentieel gLijvlak16 Principe taludversteviging 17 Krachtsverloop in nagels bij taludversteviging24 Cement 1992 nr. 1///// !IT~~~2::;~:s::=::::::::-..--=k'l!lmll!!!~--"""//18 Insnede in een bestaand talnd 19 Verstevigen van bestaande keermuurDoorhetinzettenvanspeciaal materieelis het mogelijk om dergelijke wanden terealiseren in bestaande gebouwen enzelfs vanuit ruimten met beperkte af-metingen, zoals kelders.Verstevigen van taludsDe vernagelingstechniek is uitermategeschiktvoor hetverstevigenvan onvol-doende stabiele taluds. De grond wordtimmers inwendig gewapenden er die-nen aan het taludoppervlak nauwelijksvoorzieningen te? worden getroffen(fig. 16).Uit metingen op uitgevoerde construc-ties is gebleken dat degrootste kracht inde nagels optreedt ter hoogte van hetpotenti?le glijvlak en dat de kracht terhoogte van het taludoppervlak zeer ge-ring is (fig. 17).Daarom kan meestal worden volstaanmet het inbrengen van wapenings-elementen van voldoende lengte. Aanhet taludoppervlak wordt slechts eenbeperkte verankering aangebracht,waardoor het uiterlijk ervan nauwelijksverandert.Herprofileren van taludsDe vernagelingstechniek kan ook wor-den toegepastwanneer het talud reeds isafgeschoven of wanneer het taludop-pervlak dient te worden gewijzigd, bij-voorbeeld voor het maken van een stei-lere insnede (fig. 18).Doordat er bij het herproftleren van af-geschoven taluds steeds van boven naarbeneden wordt gewerkt en de aanwezi-ge grond laagsgewijs wordt verwijderd,wordt er tijdens de uitvoering op geenenkel ogenblik een toestand gecre?erddie ongunstiger is dan de bestaande toe-stand.Bij het makenvaneensteilereinsnede ineen bestaand talud kan het nieuwe ta-ludgedeelte verticaal ofonder een hel-ling worden uitgevoerd. Voor het ma-ken van een verticale insnede dient inhet algemeen eerst een aantal verticalegroutkolommen te worden aange-bracht. Wanneer de insnede onder eenhelling kan worden gemaakt dient dehoogte waarover telkenswordt afgegra-ven beperkt te blijven, opdat er geen ge-vaarontstaatvoorplaatselijkafschuiven.Verstevigen vangrondkerende constructiesDaar de vernagelingstechniek meer be-rust op inwendig wapenen van een vo-lume grond dan op het aanbrengen vaneen grondkerende wand, is deze tech-20 PrincipefunderingsondersteuningParkeergarage Ladeuzeplein te Leuven, doorsnede en afgewerkte wand21:l~~L2'8~m~~~;-----r-.~::::::::~~;;~~~: ~: ~:toekomstige r1=::::~~~L~'26m2:::::::::::?