I_UT_IL_lTE~~IT_S_B_O_UW ~I_U~ITV~._O_E_RI_N~G~S~T_E_C_HN__IE_K__--LI~FU_ND_E_RI_~N~G_EN~. .,.JGROTE-DIAMETERBOORPALEN MET INJ~CTIEir.K.F.Brons, Nederhorst Grondtechniek BY; GoudaHet aantal toepassingen in Nederland van grote-diameter boorpalen is tot op hedenbeperkt. Gezien de toenemende tendens tot hoogbouw is te verwachten dat detoepassing zal toenemen. Een recente ontwikkeling is het verbeteren van hetdraagvermogen door middel van cement-injectie. In dit artikel wordt op dezetechniek ingegaan aan de hand van een tweetal uitgevoerde werken.Grate-diameter boorpalen heb-ben een diameter van ten min-ste 1 m en worden meestal uit-gevoerd met behulp van bentonietspoe-ling. Het draagvermogen van dergelijkepalenis slechts zeer globaal bekend, me-de omdat een proefbelasting kostbaar is.Behalve het grens- of evenwichts-draagvermogen is het last-zakkingsge-drag minstens even belangrijk.Eenvrij recente ontwikkelingis hetver-beteren van het draagvermogen, zowelvoor wat betreft het grensdraagver-mogen als het vormveranderings-draagvermogen, met behulp van ce-ment-injecties langs de schacht en on-der de paalpunt.Op deze techniek zal nader worden in-gegaan aan de hand van een tweetal uit~gevoerde boorpaalwerken, namelijk tenbehoeve van de uitbreiding van de Ne-derlandsche Bankin Amsterdam en tenbehoeve van een kantoorgebouw in hetherontwikkelde gebied Blackwall Yardlangs de Theems te Londen.Uitbreiding Nederlandsche Bank,AmsterdamDe uitbreiding, ten behoeve waarvan depalen noodzakelijk waren, was gepro-jecteerd ter plaatse van een reeds be-staande parkeergarage.Om zettingen van de bestaande bebou-wing als gevolg van de additionele be-lasting op de diepe kleilaag (de zoge-naamdeEern1aag) te beperken, werd be-sloten de boorpalen met een diametervan 1,20 m en 1,50 m te funderen in dezogenaamde derde zandlaag vanaf56 m- NAP (fig. 1) en wel tot 63 m - NAP.Gezien de verwachte relatie tussenpuntverplaatsing en puntbelastingwerdgevreesd dat toch nog een te groot per-centage van de belasting zou wordenovergedragen aan de tweede zandlaagendeEern1aag, hetgeenop lange termijnzou leiden tot ongewenst grote zakkin-Cement 1990 nr. 6gen van de tweede zandlaag, waarin depalen van de bestaande bebouwing zijngefundeerd.Om de stijfheid van de nieuwe funde-ring tevergrotenwerd beslotencement-injectie toe te passen, zowel langs depaalschacht in de derde zandlaag als on~der de paalpunt. De injectie langs depaalschacht heeft tot doel de horizonta~Ie korrelspanning blijvend te verhogen,waardoor de grensschuifVveerstandwordt verhoogd. De injectie onder depaalpunt heeft als functie het reducerenvan de deformaties van de paalpunt bijde ontwikkeling van de paalpuntbe-lasting. Beide principieel verschillendeinjectiemethoden leiden tot een reduc-tie van de paalzakking en derhalve toteenverminderdezakkingvan de tweedezandlaag en van de bestaande paalfun-dering.Gezien de hoge kostenvan eenpraefbe-lasting en het beperkte inzicht dat zouworden verkregen ten aanzien van het21IUTILITEITSBOUW IUITVOERINGSTECHNIEK IFUNDERINGEN7. Het beton werd ingebracht volgensde contractormethode, zetmaat circa200 mm, cementgehalte 380 kg/m3?8. Na circa 7 dagen had de grouting-operatie plaats. De injecties langs depa?lschacht hadden plaats via demanchetten in de groutpijpen, opverschillende niveaus in de draag-krachtige derde zandlaag. Bij een ho-ge initi?le druk werden de manchet-ten met water opengeperst, waarbijeen opening in de betondekking opde groutpijp ontstond.Na het openen werd met een lageredruk cementmelk ge?njecteerd toteen maximale druk van 2,5 MPa, danwel tot een maximale hoeveelheidvan 100 Igrout per m paal en per pijp.9. De groutpijpen ten behoeve van degroutinjecties aan de punt werdenuitgeboord tot circa 1,20 m onder depuntenvoorzienvan manchetpijpen,waarna onder hoge druk werd ge?n-jecteerd met een minimale druk van3 MPa en een maximale druk van6 MPa. De maximale hoeveelheidgrout was gelimiteerd tot 900 I perpaalpunt.Speciale toevoegmiddelen(Natrosol)werden gebruikt om te voorkomendathetwater uitde groutzouwordengeperst, waardoor propvorming terplaatse van de manchetten zou ont-staan. De maximale hoeveelhedenwaren enigszins arbitrair gekozen opbasis van een bepaaldecementschilrondom en onder de paaL Bij te hogedruk zou 'fracturing'2) of'claquage'2lkunnen ontstaan, leidend tot een on-beheerst wegpompen van grout zon-der een positief effect van betekenis.Werd na enige pomptijd een terugvalgenoteerd, dan was dat een tekenvan'fracturing' en werd het injectereneen aantal uren onderbroken.Het aantal manchetten onder depaalpunt werd in een latere fase te-1) Een airlift is een apparaat dat gesedimen~teerde slib van de bodem van het boorgat op-zuigt. Hetbestaatuit eenstalenbuis,waarin aande onderzijde met behulp van een slang luchtwordt ge?njecteerd. Doorde luchtbellenwordtde volumieke massa van de vloeistofin de buiskleiner dan die van de vloeistofbuiten de buis,waardoor een opwaartse stroom ontstaat diehet slib meevoert.gedrag op lange termijn, werd hiervanafgezien. Wel werd door de principaaleen zogenaamde voorbereidingspaaljuist buiten het werkgebied ge?ist, ten-eindedekritische onderdelentekunnentesten.De installatie van de palen viel in eenaantal fasen uiteen:1. Voordat de betonvloer werd door-boord, werd in de kelder een stand-pijp geplaatst totbovende stijghoogtevan het grondwater.2. Met behulp van een zogenaamde os-cillator (foto 2), .die een heen en weergaande beweging maakt, werd eenpijp geboord toteendieptevan 23 m-NAP, onder gelijktijdige verwijde-ring van de grond ?n de pijp met be-hulp van een poliepgrijper. Deze ca-sing diende om elke vervorming vande grondslag rondom de bestaandepalen te voorkomen.3. Decasingwerdgevuld gehoudenmeteen bentonietspoelingvanafde diep-te waarop geen evenwicht meer aan-wezig zou zijn ten opzichte van de inde tweede zandlaag heersende water-spanningen.4. Met een draaiende binnenboor aaneentelescopischeKellystangwerd hetboorgat op de v~reiste diepte ge-bracht, waarbij uiteraard steeds eenvoldoendehoog niveauvandeben.-to-nietspoeling werd gehandhaafd.5. De bentonietspoeling werd ontzandmet behulp van eenAirlift1l,om sedi-ment aan de paalpunt zoveel moge-lijk te voorkomen en omzo vloeibaarmogelijk te zijn in relatie tot het lateraan te brengen beton.6. De wapeningskorfwerd in twee ge-deelten aangebracht, in combinatiemet de groutpijpen (fig. 3).2 OscillatorExtra zware sondering 01 enboring BICONUSWEERSTAND IN MN/m212) Fracturing (E) of Claquage (Fr) is een ver-schijsel, bekend uit de oliewinningstechniek.Bij overschrijding van ??n van de kleinstehoofdspanningeninde ondergrond(meestaldehorizontale) tijdens het inpersen van eenvloeistof, ontstaat scheurvorming die zichdaarna met lage druk en over grote afstand kanvoortplanten. Er kunnen dan grote hoeveelhe-den groutworden opgenomen, waarvan overi~f-~~~~~~~~~~~~~~~+--'-~-~~-~~_~~~~~~---1 gens niet mag worden verwacht dat deze bij-dragen aan verbetering van de grondparame-ters.22 Cement 1990 nr. 6casing tot 22,Om - NAPdoorsnede van 2,0 t/m 16,0-N.A.P.3H()riz()ntale d()()rsneden b()()rpalen 01,SOmt.b.v. de NederlandseheBank, Amsterdamdoorsne de van 16,0 t Im 63,0-N. A.p.a + b =staven ~32e: stalen buis inw. ~t.6.S mm tbv schacht injectief: stalen mantel buis tP76.1lC 2.3mm tbv paalpuntinjectieg: stalen buis inw. ~t.6.S mm t bv nuc lea ir doormetenZodra grout door een pijp vaneen lusnaar boven komt, wordt de desbetref-fende pijp afgesloten en wordt de drukopgevoerd tot een maximum van 6De proefpaal met eendiameter van 1,20m werd uitgevoerd zoals aangegeven opfiguur 4. De casing werd afgehangen inhet vooraf geboorde gat, tot een dieptevan 31,20 m - maaiveld.De ruimte buiten de casing werd volge-stort met bentonietkorrels, teneinde deafdracht van belasting naar de omlig-gende grondlagen zoveel mogelijk tebeperken. Op deze wijze werd alleenmantelwrijving ontwikkeld over de on-derste 7 m.zandlaag tussen 100 en 300, hetgeeneenindicatieis voor eenvrij grote pakkings-dichtheid, globaal corresponderendmet een sondeerwaarde van circa 30N/mm2?wapening over devolle lengte211/J 40spiraalwap. I/J 12 - 300stalen casingoinw = 1,2 m....:sz.26.2m_O.O.(onderzijde ca sing )SOm+QO.m.Y.organischekleigrind'londensekleizandkleigeroerde. grondkleihoudendzand'.' N=1304-4-8-24-20-28:::.~-32-,: Thanet zanddraagkrachtige lagen te toetsen.De grondslag (fig. 4)bestaat uit een pak-ket vanafVvisselend klei-, grind- enzandlagen, overgaand op circa 30 m on-der maaiveld in het zogenaamde Tha-netzand, welke laag wordt beschouwdals de draagkrachtige laag. Thanetzandis een dichtgepakt [yn zand met eenaanzienlijk siltpercentage (fig. 5). De zo-genaamde N-waarde, gemeten met deStandard Penetration test, varieert in dec:;-16"-Ol:;;Ten behoevevaneenverbeterd last-zak-kingsgedrag van de paalpunt werd on-der de paalpunt ge?njecteerd met ce-1-----------------/ mentmelk. De detaillering van de4 6 I fp al groutpiipen isweergegeven in figuur 6.B()()rpr() Ie en pr()e a gegevens :JL- - - - ' Het systeem bestaat in feite uit een lus,waarbij het horizontale gedeelte op debodem van het boorgat is aangebrachtenis voorzienvan een tweetal manchet-ten. Hetinjecteren heeft enige dagen nahetstortenvan de paal plaats.Bij de aan-vang van het grouten wordt eerst het inde pijpen aanwezige water weggeperst.ruggebracht tot ??n per pijp, bij 6 pij-pen per paal met een diameter vanl,SOm.Kantoorgebouw Blackwall, Lon-denTen behoeve van de fundering van eenkantoorpand in het havengebied langsde Theems in Londen (Blackwall Yard)werd een proefpaal, lang 38,20 m, ge?n-stalleerd om het draagvermogen van deHet zal duidelijk zijn dat het ontwerpvan de palen en de uitvoering ervan metde grootst mogelijke zorg werden om-geven, opdat de palen minimale ver- eiplaatsingen zouden ondergaan bij de cibI kN ~-'2ontwerp- e astingen, te weten 8000 -voor de palen (2) 1,50 m en 6700 kNvoorde palen (2) 1,20 m.Heteffectvande diverse maatregelenopzich is niet na te gaan, zij het dat geenzetting werd gemeten van de bestaandekelder tijdens de uitvoering eh slechtseen enkele millimeter van het nieuwegebouw. Dit laatste is niet verwonder-lijk, daar in eerste instantie de belastingnagenoegvolledigvia kleefin de tweedezandlaag en in de Eernlaag zal wordenovergedragen.Het is derhalve interessantdatnagenoeggelijktijdig met het onderhavige werkeen proefpaal werd ge?nstalleerd inLonden, waarbij door middel van ce-ment-injectie het vervormingsgedragwerd verbeterd en waarop wel eenproefbelasting werd uitgevoerd.Cement 1990 nr. 6 23I~UT~~IL~ITE~.~I~T_SB~O_UW-,_? I_U_lTV'_O_E_RI_._N_G~STE~~C~HN_IE__K__..LIF~UNDE_RI~_N_G~E~N~--~~--.J2maximale verplaatsingpaalkop paalpunt(mm) (mm)26242220181614~1z:E 12-Olc::;::1/110..?i.c864200 50 100 150 200paalkopzeHing (mml-7 Last-zakkingsdiagram/(J/----III......... ---/korreIVerdelingSgrenzT~4/_.I-__+_----lmaximalebelasting(MN)10080- 60OlOlN....00.., 40~ol!c:~.... 2021 ,...-t-00.002belastingtrap~~ afsluiter,,' b.k. paal..sz....-/ - - - ---........... groutbuist./' ""I \(?_ _~r- manchet\ - -)\ wapening'\"Q ? ? y/"""'- ---- -----fo- groutbuisII II "~wapeningI II I\ I'-- -""~!.]?:~-7~G- -j~aalpuntI~ I manchetSOOmm ---:r-6 Groutpijpen proefpaal LondenTabellMaximale verplaatsingen van paalkop en paalpuntDe relatie tussen de zetting van de paal-kop en de belastingisweergegeven in fi-guur 7.Met behulp van rekmeters werden deverplaatsingen bepaald van de doorsne-de aan de onderzijde van de casing en ophet paalpuntniveau. Uit de verplaatsin-gen aan de kop en aan de onderzijde vande casing werd de elasticiteitsmodulusvoor het bovenste deel van de paal bere-kend op 29.000 N/mm2?Uit deze waarde en de verplaatsings-verschillen tussen onderkant casing enpaalpunt kon de maximale positievemantelwrijving over de onderste 7 mworden teruggerekend: 0,185 N/mm2?De maximale belasting op de paalpuntisdan circa 20 MN geweest, ofwel 17,7N/mm2? In tabel 1zijndeverplaatsingenvan paalkop en paalpunt gecombineerdmet de paalkopbelastingen.In figuur 8 zijn de relatieve kop- enpuntverplaatsingen gecombineerd metde kop- en puntbelastingen.In figuur 9 is een vergelijking gemaaktmet de resultaten van enige werken inde omgeving van Londen op soortgelij-ke palen, zij het zonder na-injectie. Hetstijfheidsverschil is duidelijk te onder-kennen.In de volgende fase werd een proefbe-lasting u?tgevoerd tot een max?mumwaarde van 25 MN (2500 ton), resu1te~rend in een maximale betonspanningvancirca 2Q N/mm2.Dereactievoor de- 0.006 0.02 0.06 0.2 0.6ze belastingwerd deels ontleend aanvier zeefafmeting in mm Itrekboorpalen (16 MN), met een lengte ~I.. silt ~ zand ?van 30 m en deels aan een hoeveelheid r---------~-.:,-------~..::::::::::~~--::---------..-'----~~---_1ballast(10 MN). De belastingwerd over- 5gebracht met behulp van zes vijzels met Korrelverdeling Thanetzanddrukdozen.Dezettingenwerdengeme~ 1--------~--~-----------------------1ten met meethorloges.De belasting werd opgevoerd in vierstappen namelijk 10, 15, 20 en 25 MN,waarbij de eerste drie stappen werdengehandhaafd tot de snelheid van ver-plaatsing van de paalkop minder waSdan 0,05 mm per 30 min. De laatste stapwerd be?indigd bij een snelheid minderdan 0,1 mm per 30 min.MPa, waarbij de cementmelk via demanchetten wordt weggeperst.Hetgroutengeschiedde ?n meerdere fa-sen door de vier aangebrachte lussen. Inhet geheelwerd 300literweggeperst.Deopwaartse beweging van de paal, aanhetmaaiveld gemeten, was niet meer dan 1mmoInteressant is een vergelijking met de inNederland gangbare benadering metbetrekking tothet gedragvanboorpalen[2].12341015202516 1045 3599 85175 15524 Cement 1990 nr. 69 Vergelijking van hetzettingsgedrag van boorpalen meten zonder voetinjectie8 Relatie tussen paaIkop- enpaalpuntbelasting en paaIkop" enpaalpuntzettingZkop (%1DZpunt(%lD141210864- paal kopzetting- -- paalpuntzetting2+EI. paalverkorting!o25 22,11120 17,68z ,;J;CJ\e15 ~13,26....U!.!!! -ZQI :E:.