A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pB ou wputtencement 2007 6 17typeAonverbuisdgrondkerendgeen offertewaterkerendconstructieftypeAonverbuisdgrondkerendtypeBonverbuisdwaterkerendtijdelijkgeen belendingtypeA / Cverbuisdgrondkerend waterkerendconstructieftypeA / C / DverbuisdgrondkerendtypeB / Dverbuisdwaterkerendtijdelijkwel belendingPALENWANDENType A: Palenwand met uitsluitend gewapende palenType B: Palenwand met gewapende palen en jetgroutkolomType C: Palenwand met (gewapende) pal en en overlap (minimaal 70 mm)Type D: Palenwand met gewapende palen en cement-bentonietpalengeen offerteir. M. Korff, GeoDelftprof.ir. A.F. van Tol, GeoDelft / TU Delft, faculteit CiTGing. E. de Jong, VWS GeotechniekHet bouwen in binnenstedelijke gebieden, waarbij bouw-putten voor de realisering van ondergrondse ruimtes alsparkeergarages, winkels of kelders van woongebouwen, ofvoor infrastructuur worden toegepast, is gemeengoed aanhet worden. Toch verloopt de bouw van ondergrondseprojecten in bouwputten niet altijd zoals gepland. Omschade aan belendingen en overlast voor omwonenden tebeperken, worden allerlei maatregelen genomen zoals detoepassing van trillingsarme en geluidsarme technieken.Dergelijke technieken hebben naast genoemde voordelenin een aantal gevallen ook nadelen. Naast een kostenver-hogend aspect is vaak ook sprake van de introductie vannieuwe risico's die specifiek zijn voor de toegepaste tech-niek. In dit artikel wordt nader ingegaan op de risico's vanpalenwanden en vooral ook hoe deze risico's tijdens ont-werp en uitvoering kunnen worden beheerst.1)In verband met het beperken van trillingen engeluidoverlast voor de omgeving, valt de stalendamwand soms af als grond- en waterkering vooreen bouwput. Het op diepte drukken van eendamwand is, indien toepasbaar bij de aanwezigebodemopbouw, een alternatief. In het geval van deaanwezigheid van vast gepakte zandlagen is de toe-passing van een in-situ vervaardigde wand zoalseen diepwand of palenwand, een goed alternatiefvoor de bouwputwand. Een diepwand heeft eengroot draagvermogen en een grote stijfheid, zodatdeze ook als definitieve constructie dienst kandoen. Een nadeel van de toepassing van diepwan-den is het kostenniveau, zeker in geval van eenbouwput met relatief kleine afmetingen. In derge-lijke gevallen kan dan worden gekozen voor eenpalenwand. Deze bestaat meestal uit avegaarpalendie zodanig worden geplaatst, dat ze tezamen eendoorgaande wand vormen.R i s i c o a n a l y s eBij bijna alle (in-situ) funderingstechnieken bestaater een relatief grote kans op onvolkomenheden inhet eindproduct; relatief in vergelijking met bijvoor-beeld bovengronds gestort beton. In dat geval wordenalleen al door visuele controle tijdens en na fabricageonvolkomenheden voorkomen, dan wel op tijd gesig-naleerd en verbeterd. Voor in de grond gemaakteconstructies is dat heel anders. Inmiddels is het bij-voorbeeld algemeen bekend dat injectielagen nietvolledig waterdicht zijn. De stand van de techniek ismomenteel nog niet zodanig dat met voldoendezekerheid een waterdichte injectielaag kan wordenvervaardigd. Er is dan sprake van waterremmende inplaats van waterdichte lagen. Ook andere in de grondgemaakte constructies zijn moeilijk waterdicht temaken, zoals damwanden die uit het slot kunnenlopen. Palen kunnen verlopen of een te kleine dia-meter hebben en obstakels in de ondergrond kunnenverantwoordelijk zijn voor tal van afwijkingen.Kortom, onvolkomenheden in funderingstechnie-ken komen relatief veel voor. Op zich hoeft ditgegeven niet tot problemen te leiden, mits in hetontwerp en tijdens de uitvoering op dergelijke afwij-kingen wordt geanticipeerd.K w a l i t e i t s c o n t r o l eBij elke ondergrondse constructie moet wordennagegaan wat de gevolgen zijn van eventuele onvol-komenheden. Als de ingeschatte gevolgen ernstigzijn, zullen aanvullende maatregelen beschikbaarmoeten zijn en zal door monitoring of controlePalenwanden innederland1)Dit artikel is een bewerking van een Engelstalig artikel dat zal verschij-nen in de proceedings van de ECSMGE in September 2007 te Madrid.1 |Stroomschema palen-wandenA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pB ou wputten18 cement 2007 6anderszins moeten worden bepaald of er in de uit-eindelijke constructie daadwerkelijk onvolkomen-heden aanwezig zijn. Bij het toepassen van in-situgevormde palen heeft deze werkwijze er bijvoor-beeld toe geleid dat alle palen direct na installatiesonisch worden doorgemeten. Met deze controle-meting worden voor de functie van de paal ernstigeafwijkingen in de paalschacht opgespoord, bijvoor-beeld forse insnoeringen of scheuren.P a l e n w a n d e n n a d e r b e k e k e nOm de risico's bij toepassing van een palenwand tekunnen inschatten, is kennis van het maken vaneen palenwand nodig. Hierbij worden traditioneelverbuisde of onverbuisde avegaarpalen toegepast,die zodanig in elkaar worden gedraaid dat ze elkaarvoldoende ver overlappen. Eerst wordt een ongewa-pende, primaire paal vervaardigd en vervolgens detussengelegen secundaire paal, voorzien van eenstaalprofiel of een wapeningskorf. Ook anderemethoden met toepassing van bijvoorbeeld cement-bentonietpalen in plaats van de ongewapende pri-maire palen komen voor.Binnen VolkerWessels wordt gebruikgemaakt vaneen stroomschema om in een specifieke situatie eenjuiste keuze van het toe te passen type palenwand tekunnen maken (fig. 1). In dit stroomschema wordenvier typen palenwanden onderscheiden: A tot en metD, met de volgende omschrijving:? type A: palenwand bestaande uit tegen elkaargeplaatste, gewapende avegaarpalen, al dan nietverbuisd uitgevoerd;? type B: palenwand bestaande uit losse gewapendeavegaarpalen, waarbij aan ??n zijde een afdich-ting wordt gerealiseerd door middel van een jet-grout of injectiekolom (foto 2);? type C: palenwand bestaande uit in elkaargedraaide (gewapende) avegaarpalen volgens hetprimair / secundair principe (foto 3);? type D: palenwand bestaande uit primaire kolom-men van cement-bentoniet en gewapende secun-daire avegaarpalen (foto 4).Ook bij een palenwand moet de ontwerper ervanuit gaan dat de wand niet 100% waterdicht is,een en ander afhankelijk van het type wand enverdere constructiedetails. Een potenti?le maatre-gel in het geval van ongewenste lekkage is dat nahet ontgraven of na droogpompen (in geval van eenbouwput met onderwaterbeton), door middel vaninjecties de waterdichtheid alsnog wordt verkregen.De ontwerper moet als integraal onderdeel van hetontwerpproces in een risicoanalyse nagaan of der-2 |Palenwand type BA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pB ou wputtencement 2007 6 19gelijke injecties afdoende zijn. De gevolgen vanlekkages moeten daarbij worden ingeschat: zijn zebeheersbaar, zijn ze naast watervoerend ook zand-voerend, wat zijn de gevolgen van ontgronding voorde bouwput en voor de belendingen, is reparatiedoor middel van injecteren realistisch enz. Dezeanalyse zal per geval moeten worden gemaakt enzal per geval tot een ander resultaat kunnen leiden.Naast de keuze voor ??n van de genoemde wandty-pen, kan een dergelijk proces ook leiden tot dekeuze voor een geheel ander type wand.P r a k t i j k v o o r b e e l d e n v a n p a l e n w a n d e nDe afgelopen vijftien jaar zijn in verschillendeomstandigheden diverse palenwanden toegepast.In tabel 1 hebben de auteurs en directe collega'servaringen verzameld over het type wand, de onder-grond en een indicatie van de kerende hoogte in devorm van het aantal ondergrondse bouwlagen. Inalle gevallen is er achter de wand grondwater aan-wezig en alle palen zijn verbuisd aangebracht(nagenoeg standaardpraktijk). Uit deze tabel blijktdat veel palenwanden zonder noemenswaardigeproblemen zijn gemaakt. Echter, er is ook een aan-zienlijk aantal waarbij problemen met lekkages zijnopgetreden en waar maatregelen achteraf of tijdensde bouw noodzakelijk bleken.RisicoanalyseAan de hand van de genoemde ervaringen zijn detoprisico's vastgesteld voor palenwanden. Debepalende factoren blijken te zijn:1. de kerende hoogte (onder de grondwater-stand):? bij toenemende kerende hoogte wordt dekans op het ontbreken van voldoendeoverlap tussen de palen steeds groter tengevolge van afwijkingen in de verticaliteitvan de palen;? het waterdrukverschil over de wand is medebepalend voor de beheersbaarheid van lek-kages;2. het type te keren grond:? in cohesieve grond zal lekkage niet direct totproblemen leiden omdat het waterbezwaargering is en niet tot ontgronding leidt;? in met water verzadigd zand zal lekkagebijna direct leiden tot het instromen vaneen zand-watermengsel met ontgrondingachter de wand tot gevolg;3. het gebruik van de grond achter de wand inverband met de gevolgen van ontgronding:? in geval van wegen, leidingen of funderin-gen op staal kan ontgronding zeer ernstigegevolgen hebben;3 |Palenwand type C4 |Palenwand type DA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pB ou wputten20 cement 2007 6? in geval van paalfunderingen kunnen degevolgen meevallen, afhankelijk van degrootte van de ontgronding en de afstand/situatie van de palen.Door rekening te houden met bovenstaande facto-ren is te voorkomen dat het niet-waterdicht zijn vanondergrondse constructies en meer in het bijzon-der van palenwanden, tot grote gevolgen leidt.Aan de hand van deze risico's en ervaringen heeftVolker Wessels een beslismodel gemaakt voor palen-wanden. Met dit model kan een wandtype wordengeselecteerd, gebaseerd op de hierboven genoemdefactoren. In bepaalde gevallen kan worden beslotengeen aanbieding te doen. Met gebruik van dit modelzijn twaalf projecten met palenwanden in Nederlandzonder lekkageproblemen afgerond. Het beslismodelgeeft ook aan dat het type wand sterk bepalend is voorhet beheersen van lekkages.O v e r l a p p e n d e p a l e nDe afwijking van de palen in verticaliteit speelt eenbelangrijke rol in de kans op lekkages en de sterktevan de wand. Suckling [3] beschrijft dat de verticaletolerantie van verschillende wandtypes tussen 1,3%en 0,5% ligt. Dit komt overeen met waarden uit deNederlandse praktijk. De vereiste verticaliteit in deEuropese Norm EN 1536 [4] voor de installatie vanin de grond gevormde palen bedraagt 2%. Voor eenpalenwand met overlappende palen zou een derge-lijke afwijking nagenoeg nooit acceptabel zijn.Behalve lekkages kunnen bij palenwanden ook con-structieve aspecten van belang zijn. Het begrip vanhet gedrag van de palen onderling, met name invariabele bodem, is op dit moment nog gering.Het eerste constructieve effect dat in een overlap-pende palenwand type C voorkomt, is het gecombi-neerde buigen van de primaire en secundaire (dusgewapende en ongewapende) palen. Wegens ver-schillen in stijfheid, zal een schuifspanning in deinterface tussen de palen voorkomen. Afhankelijkvan de hoeveelheid overlap (lengte van de interface)en de kwaliteit van het beton, introduceren dezespanningen ??n of andere vorm van verticalescheur tussen de palen (fig. 5). Als de hoeveelheidoverlap gering is, kunnen die scheuren gemakke-lijk contact maken met het grondwater achter dewand en een lekkage vormen. Een ander probleemdat kan voorkomen is een horizontale scheur in deniet-gewapende primaire palen, veroorzaakt doorhet doorbuigen van de wand. Het buigend momentin de wand is in het algemeen hoger dan hetscheurmoment van de ongewapende palen. Aange-zien geen wapening aanwezig is om de scheurvor-ming te beperken, kan bij een geringe overlap descheur tot lekkage leiden.R i s i c o c h e c k l i s tHet ontwerp en de uitvoering van een palenwandhangen sterk met elkaar samen; dit blijkt ondermeer uit onderstaande lijst met mogelijke risico's:? ontoereikende verticaliteit veroorzaakt lekkage,boven of onder het niveau van ontgraven;Tabel 1 | Voorbeelden van palenwanden in Nederland in de afgelopen vijftien jaarlocatie jaar type bouwlagen ondergrond resultaat / maatregelenElsloo 2006 C 2 zand, grind, klei goed, ondanks geringe overlapArnhem 2006 C 1-2 zand goed, geen lekkageDen Haag 2005 D 1-2 zand, veen goedTilburg 2004 D 2 zand goedArnhem 2004 B 2 zand goedMiddelburg 2003 C 3 zand lekkage, zandtransport; bouwstopAmsterdam 2003 D 2-3 klei, zand goed, alleen nat ontgravenCuijk 2002 A 1 zand, gravel goed, geen lekkageAmsterdam 2001 C - klei, zand goedUtrecht 2001 C 1 zand lekkage tweede wand binnenzijdeEmmen 2000 A 1 zand goed, geen lekkageHilversum 1999 C 1 goedTilburg [1] 1999 C 2 zand, klei goedIJmuiden 1998 C 1 zand goedMiddelburg 1998 C 3 zand lekkage; jetgroutenBudel 1998 C 1 zand, leem goedNijmegen 1997 A 1 zand, gravel goed, geen lekkageDen Haag 1996 C 2 zand lekkage tweede rij palenGroningen [2] 1996 C 3 klei, stenen lekkage; injectiesBudel 1995 C 1 zand, leem lekkageHeerlen 1995 A 1 zand, gravel goed, geen lekkageDen Haag 1995 C 1 zand lekkage; injecties (kosten 6% totaal)Maastricht 1992 C 2 gravel lekkage; tweede wand binnenzijdeA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pB ou wputtencement 2007 6 21grond en water belastingverticalescheurvorming(schuifspanning)buig scheur(horizontaal)? tijdens de uitvoering kan het beton van de pri-maire palen op het moment van inboren van desecundaire palen te hard of te zacht zijn. Debetondoorsnede van een paal waar het betonreeds te hard is, kan zeer onregelmatig wordenals gevolg van los gedraaide brokstukken en/oftorsiescheuren. Daardoor kunnen lekkages ont-staan. Bij te zacht beton kan de primaire paal`leeglopen' in het boorgat van de secundaire paal.Bovendien kan de primaire paal worden wegge-drukt tijdens het verpompen van beton voor desecundaire paal. Een perfecte timing van desecundaire palen is moeilijk te bereiken. Externeinvloeden zoals logistieke problemen bij de leve-ring van beton, kunnen complicaties veroorza-ken. Ook wordt het installatieproces per definitie's nachts en in de weekeinden onderbroken. Alshet beton te hard is, leidt dit tot onregelmatighe-den of scheuren, als het te zacht is tot vervormingvan de primaire palen. Dit probleem is niet aan-wezig bij wanden van het type A en B en is inmindere mate aanwezig bij type D;? obstakels in de grond vergroten de kans op plaat-singsafwijkingen en veroorzaken diametervaria-ties en insluitingen;? door te lage betondruk kunnen insnoeringen ofafnames van de paaldiameter ontstaan. Doordat debetondruk bovenop de avegaar wordt gemeten,geven de drukgrafieken geen inzicht over wat er inde grond daadwerkelijk voor betondruk heerst;? de installatie van de wapening zou onmiddellijkna het betonneren van de palen moeten wordenuitgevoerd. Als het staalprofiel (of de korf) tril-lend moet worden ingebracht, zullen de versepalen worden be?nvloed;? als de overlap van de palen ontoereikend is,neemt de contactspanning tussen de palen toe;dit kan een oorzaak zijn van scheuren;? de ruwe en onregelmatige oppervlakte van depalenwand kan insluiting van grond tussen dewand en de vloer van de bouwkuip veroorzaken;? als de primaire palen op hoeken of v??r de secun-daire palen worden geplaatst, zouden zij in debouwkuip kunnen worden `geduwd' door degrond- en waterdrukken achter de wand.Gebaseerd op ervaring van de vermelde projecten,kent wandtype D (kolommen van bentoniet-cement)een bepaalde hoeveelheid plasticiteit na het verhar-den. Tijdens installatie van de belangrijke secun-daire (gewapende) kolommen is er minder risicovoor lekkage en scheuren. Wandtype B, waarbijprimaire gewapende kolommen zonder overlapworden gemaakt, kunnen daarna waterdicht wordengemaakt met behulp van jetgroutkolommen. Inbeide gevallen dient het uitgangspunt te zijn dat dewaterdichtheid van de wand niet permanent is.Voor permanente waterdichtheid dient een water-dichte voorzetwand te worden geconstrueerd.C o n c l u s i e sAfhankelijk van de mate waarin de uitvoeringsvaria-ties zijn voorzien, daadwerkelijk optreden en in hetontwerp voldoende zijn onderkend, kunnen wandenvan in de grond gevormde palen prima wordentoegepast als alternatief voor damwanden of diep-wanden. Het uitvoeren van een technische risico-analyse en het rekening houden met variatiestijdens de uitvoering zijn dus noodzakelijke onder-delen van het ontwerp van alle bouwputten en voorpalenwanden in het bijzonder.Naast het rekening houden met uitvoeringstoleran-ties en risico's zoals genoemd, dienen mitigerendemaatregelen te worden ontworpen voor lekkages enplaatselijk verlies van sterkte.In sommige gevallen, hoofdzakelijk in situaties inzandgrond met hoge waterstanden en nabijgelegenkwetsbare bebouwing, kan geen enkele lekkageworden geaccepteerd, omdat verzakking doorverlies van grond achter de wand kan optreden. Indie gevallen dienen preventieve maatregelen teworden genomen, bijvoorbeeld een kleinere paalaf-stand, een grotere paaldiameter of zelfs een andertype wand.L i t e r a t u u r1. Langhorst, P.H., Bouwput Interpolis Tilburg.Geotechniek 2001, special.2. Ramler, J.P.G. en J.H. Vrieling, Palenwand voorparkeergarage te Groningen. Geotechniek 1998,nr. 1.3. Suckling, T.P., C.J. Wren en V.M. Troughton,Secant pile walls - a consistent approach to riskmanagement. Proceedings DFI conference2005.4. EN 1536, Execution of special geotechnical work- Bored piles.5. Korff, M. en A.F. van Tol, Secant CFA-Pile walls- A risk management view. Proceedings DFIconference Amsterdam, 2006.5 |Doorsnede palenwandmet mogelijke scheur-vorming