? utiliteitsbouw ? constructief ontwerp ? funderingening.H.E.Brassinga en ir.G.HanninkGemeentewerken Rotterdam, Ingenieursbureau GeotechniekIn april 1997wordt het metrostation Wilhelminaplein op de zuidelijke oever van de Nieu-we Maas in Rotterdam bouwkundig opgeleverd. Eerder is het ontwerp en een aantal uit-voeringsaspecten besproken [1]. In ditartikel worden defunderingstechnischeaspectenbehandeld zoals de grondkerende constructie, die tevens de fundering van het metrosta-tion vormt, de trekpalen voor het verticale evenwicht van het station en de interactie methet plan Wilhelminahof. Als trekpalen zijn de tot nu toe in Nederland weinig toegepasteFranki-palen met na-injectie toegepast, alsmede micropalen. Op beide paaltypen zijn inhet werk proefbelastingen uitgevoerd.FUNDERINGSTECHNISCHE ASPECTENMETROSTATIONWILHELMINAPLEIN,ROTTERDAMCD Metrostation Wilhe/minaplein, bouwnoordhal. Het station loopt onder het poort-gebouw doorfoto: Tom de Rooij, Moordrecht42Het station is gebouwd rondde bestaandemetrotunnel van de Noord-Zuidlijn, die looptvan het Centraal Station naar Spijkenisse.Het bevindt zich direct ten zuiden van dekruising met de Nieuwe Maas. De tunnel ligtdaar onder een helling van 1:26. Het perronvan het station zal deze helling volgen. Hetdiepste punt van het station, aan de zijdevan de rivier, ligt op circa NAP - 11,6 m. Delengte van hetstation bedraagt 125 m.Heteigenlijke stationbestaatuiteen gedeel-te meteen breedte van circa 26 m en een ge-deelte met een breedte van circa 17 m.Tussen hetstation en de rivierwordtaanslui-tend een ondergrondse stationshal ge-bouwd, de zogenoemde noordhal. De vloerhiervan bevindt zich op een niveau van circaNAP - 3,0 m (foto 1).BodemopbouwHet maaiveld bevindt zich op circa NAP + 3m. Het terrein is in het verleden bouwrijp ge-maakt door hetaanbrengen van een 3 m dik-ke zandlaag. Daaronder bevinden zich slap-pe holocene klei- en veenlagen.Het pleistocene zand wordt aangetroffenvanaf NAP - 17 m. De Formatie van Kedi-chem, meteen slecht doorlatende leemhou-dende laag, bevindt zich tussen NAP - 35 men NAP- 42 m.Het niveau van het freatisch water ligt opNAP+ 1,5 m.De stijghoogte in het pleistocene zand wordtsterk be?nvloed door de rivier en bedraagtgemiddeld NAP - 0,5 m.BouwmethodeIn de ontwerpfase van het project zijn ver-schillende bouwmethoden onderzocht. Debelangrijkste eis was dat de bestaande ende nieuwe constructie zorgvuldig waterdichtaan elkaar gekoppeld moesten kunnen wor-CEMENT1997/31.1 ,I'I' '11~ I,tha Ir r bde horizontale stabiliteit van de tunnel tij-dens hetverder ontgraven (fig. 2b). Om hori-zontale deformatie van de tunnel te voorko-men, is de ontgraving naast de tunnel sym-metrisch uitgevoerd.De trekpalen zijn in de bouwput aange-bracht, waarna de stationsvloer kon wordengestort. Deze is zowel met de bestaandetunnelbuis als met de combiwanden verbon-den. Tevens zijn tegen de combiwanden ge-wapend-betonnen wanden aangebracht(fig. 2c). Decombiwanden zijn als tijdelijk be-schouwd, hoewel ze niet worden verwijderd.De betonwanden zijn in staat de volledigegronddruk op te nemen.Na het vervangen van de tijdelijke stempe-ling doorde definitievenastelbareV-vormigestempels, zijn de zijwanden van de tunnel-buis weggebroken, waarna de afbouw vanhet station kon plaatshebben (fig. 2d).UitvoeringDe dakplaat, bestaande uittweevloerplatenmet daartussen een balkenrooster, meteentotale dikte van 2,5 m, is over de combiwandophet maaiveld gestort (fig. 2a). Vervolgensis onder de dakvloer in den droge ontgraventot bovenzijde tunneldak (vari?rend van NAP- 5,5 m tot NAP - 1 m). Het tunneldak is ver-volgens afgestempeld op de dakvloer om tevoorkomen dat de tunnel, in geval de span-ningsbemaling uit zou vallen, omhoog zouworden gedrukt.Tevens was op het dakniveau van de tunneleen horizontale stempeling aangebracht.Deze diende als stempeling voor de combi-wanden en tevens voor de verzekering vantot NAP - 11,6 m, bedraagt NAP - 28 m; detussenpianken zijn ingeheid tot NAP - 18 m,1 m in het pleistocene zand.De tweevoudige tussenplanken zijn bere-kend op de hydrostatische waterdruk in deslappe lagen en op een gereduceerde kor-reldruk. Het grootste deel van dekorreldrukwordt als gevolg van boogwerking tussen debuispalen, door deze laatste opgenomen.Tijdens het heien van de tussenplanken issteekproefsgewijs met slotverklikkers ge-controleerd of de planken niet uit het slot lie-pen. Dit heeft zich niet voorgedaan.11II1lil II~~ ~l+;T dc I? Dwarsdoorsnede van het station t?dens de uitvoeringsfasenCombiwandGekozen is voor de wanden-dakmethode.Bijhetontwerp is voor de wanden een afweginggemaakt tussen toepassing van geheidedamwanden of van diepwanden als grond-kerende constructie. De mogelijke be?nvloe-ding van de draagkracht van de funderings-palen van de bestaande tunnel als gevolgvan hetgraven van de diepwandsleuven was??n van de belangrijkste argumenten om tekiezen voor een geheid combiwandscherm,bestaande uit stalen buispalen en tussen-planken. Afmetingen en inheidiepte vari?-ren met de ontgravingsdiepte.De buispalen hebben niet alleen een grond-kerende functie in de bouwfase, zij dragentevens zowel in de bouw-als in de eindfasede belastingvan hetdak en de perronvloer.De maximale inheidiepte, bij een ontgravingden. Hiervoor was een droge omgeving no-dig.Gekozen is voor een ontwerp met een bouw-put met bemaling van het pleistocene zand.Dit vereist een zware bemaling en een re-tourbemaling om een te sterke afname vandestijghoogte in de omgevingte voorkomen.In de gebruiksfase wordt het verticale even-wicht van het metrostation verzekerd doortrekpalen.CEMENT1997/3 43? utiliteitsbouw ? onderzoek ? funderingeninjectiebuis horizontaal doorkoppelen? Franki-paal met na-injectieIn het smalle gedeelte van de bouwput zijnzogenoemde 'micropalen' toegepast.Bij ditpaaltypewordt een boorbuis0178 mmmet behulp van waterinjectie naarde vereis-te diepte (NAP - 23 m) gebracht. Na schoon-spoelen wordt in deboorbuiseen stalen buiso 114 mrn geplaatst. Vervolgens wordt deboorbuis getrokken onder gelijktijdige injec-tie van grout onder een druk van maximaal20 bar. Ook op deze palen zijn drie proefbe-lastingen uitgevoerd.de druk gelijk is aan de limietdruk (60 bar).Na ten minste vier uur wordt een herinjectieuitgevoerd. De gemiddelde hoeveelheidgrout bedraagt circa 40 liter per m paal, zo-dat de gemiddelde dikte van de groutschilcirca 30 mm bedraagt. Daarmee wordt eenhoge opspanning bereikt. In de bouwput zijnop dit paaltype drie proefbelastingen uitge-voerd.sparing(rondom aflassen aanbuis en injectiebuis Iinjectiebuisbuistijdelijke gipsvullingmanchetinjectie openinglh.o.h. 1,25 m__~ ---'a""s'-tunnelbui~_--~~~ . . _Proefbelastingen op de Franki-injectiepalenDe drie proefpalenmaken deel uitvan de de-finitieve paalfundering (fig. 4). Binnen debouwput was geen ruimte aanwezig omextra palen te maken, terwijl beproeving inde ontgraven put noodzakelijk werd geachtmet het oog op het effect van de ontgravingop de conusweerstandinhet pleistocenezand.De h.o.h.-afstand van de palen bedroeg1,55m. De palen werden belast door middelvan vijzels, die hun reactie vonden op palenop een afstand van 3,1 mvan deproefpaaI.Het paalpuntniveau van de palen bedroegNAP - 29,5 m. De schachtdiameter bedroeg406 mmo De bovenzijde van hetpleistocenezand bevindt zich op circa NAP -17,5 m. Depalen werden aangebracht vanaf circa NAP-9 m. Om hetgedeelte van depaal boven hetpleistocene zand is een mantelbuis aange"bracht, zodat alleen hetpaalgedeelte in hetpleistocene zand bijdraagt aan de draag-kracht.De hoeveelheid grout dietijdens de na-injec-tie werd aangebracht bedroeg circa 500 li-ter, hetgeen overeenkomt met eengroutschil met een gemiddelde dikte van cir-ca 30 mmoMet de installatie kon een trekkracht van3500 kN op de paal worden uitgeoefend.De belasting werd in zeven gelijke stappenaangebracht. Gedurende elke stap werd debelastingten minste gedurende 10minuten,of langer indien noodzakelijk met het oog opkruip, constant gehouden. Geen van de pa-Per injectieopening wordt grout geperst totAls alternatief is door de aannemer voorge-steld Franki-palen met na-injectie toe tepassen. Deze komen overeen met Tubexgroutinjectie-palen. Tijdens het inborenwordt aan de paalpunt flu?datie toegepast,in plaats van groutinjectie.De palen zijn voorzien van twee injectiebui-zen, die zich aan de binnenzijde van de paalbevinden, diametraal tegenover elkaar (fig.3). In elke injectiebuis bevinden zich injec-tieopeningen, h.o.h. 1,25 m. Deze openin-gen zijn zodanig afgedekt met rubber man-chetten, dat injectievloeistofkan worden uit-geperst zonder dat het grondwater naar bin-nen kanstromen. De na-injectie heeftplaatsmetgrout. De openingen boven en onder hetaangesproken injectiepunt worden met eendubbele packer afgesloten.TrekpalenDe besteksoplossing ging uit van Tubex-pa-len met groutinjectie, als trekelement.Bij de keuze was daarbij het volgende over-wogen:? de vereiste plaatsingsnauwkeurigheid isgroot, orde van grootte 0,10 m. Dit houdtverband met de grootte van het buigendmoment in de stationsvloer. Afwijkingen inde plaats van de palen kunnen grote bui-gende momenten veroorzaken;? heien vanaf het maaiveld werd niet moge-lijk geacht, aangezien de plaats van de pa-len vrijwel samenvalt met die van achter-gebleven damwanden van de zinksleuf,die nietvan tevoren te verwijderenwaren;? de vereiste trekdraagkracht is groot. Terweerszijden van de tunnel is een palenrijaangebracht. De trekbelasting bedraagtcirca 600 kN/m per palemij.o Plattegrond met proefbelaste palen44 CEM ENT1997/312..-10~E-E~8Olc--(/)4-co 6co ...-?5..-0.. 40...==co"Ico0.. 2I 1)11 L?? 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5~ tijd (uren)Na het uitvoeren van de proefbelastingen iseen aantal nasonderingen uitgevoerd (fig.6). Hieruit blijkt datop een afstand van 1,5 muit de schacht van de paal in het pleistocenezand de conusweerstand waarden bereikttot circa 50 MPa. De conusweerstand isdaarmee aanzienlijk hoger dan de oorspron-kelijke conusweerstand voor aanvang vanhet werk. Deze bedroeg gemiddeld circa 20 ? Kracht-verplaatsingsdiagram proefpaal nr.l (Franki-paal)MPa.De toename kan worden toegeschrevenaan:? het uitbuigen van de damwanden door deontgraving in de relatief smalle bouwput;? het grondverdringend installeren van deFranki-palen;? de extra opspanning verkregen doorde na-injectie.Het verwijderen van grond heeft in principeeen afname van de conusweerstand tot ge-volg. De eerdergenoemde effecten overtref-fen echter in ruime mate het effect van hetontlasten.len is tijdens de proef bezweken (fig. 5). Aanhet eind van een stap werd de belasting af-gelaten tot een basiswaarde van 50 kN envervolgens opgehoogd tot een volgendestap. Met demethodeVan derVeen is de be~zwijkbelasting van de palen bepaald. Dezebedroeg respectievelijk 5000, 6000 en7000 kNoUit de proefresultaten is een relatie gevon-den tussen de schachtwrijving en de oor-spronkelijke conusweerstand. De gemiddel- - 15de schachtwrijving bij bezwijken bedraagt325 kN/m2. Dit komt overeen met as =0,015.pI. wrijving (MPa) conusweerstand (MPa)02 01 ? 10? Resultaat nasondering 52mv = -9.45 NAP e- ~hellingcC -0,0?,1 ~50,0~"-!-r~ f""-0,0 38,6-cP- ~31,1I- 0.01S1:7 '10,0 I f-= ~~~0,0 34,747,5""'"=-0,2 I==-=-- 0,3 37,2304....2.""7~0,4I~",.""':;:-.1,3 31,82,0 32,5;=::-~35~~$3,84,4.:;:0:6,0 ~ ~ i=""~::=>7,1---::3 8,4"-:?~9,4wrijvingsgetal (%)108642020- 10-30-25- 20Na de proeven werden tevens sonderingenuitgevoerd buiten het invloedsgebied van debeproefde trekpalen.Uit deze sonderingenblijkt dat de conusweerstand globaal over-eenkomt met de oorspronkelijke sondering.De afname van de conusweerstand als ge-volg van ontgraving wordt kennelijk gecom-penseerd door de toename ervan als gevolgvan de doorbuiging van de combiwand.In [3] is aangegeven dat bij op druk belaste,geboorde palen met na-injectie eenschachtwrijving van 250 - 400 kN/m2 kanworden bereikt.Proefbelastingen op de micropalenDe micropalen zijn belast tot 1,2 Fd ' circa400 Kn (fig. 7). De schachtwrijving bedroegdaarbij circa 240 kN/m2? ~CEMENT1997/3 45? funderingen(J) Kracht-verplaatsingsdiagram proefpaal nr. 19 (micropaal)-;7.......--~~VVV r/V/.-/,,/--V---/InteractieRondom het metrostation zijn vrijwel gelijktij-dig met de bouw van het station, kantorengebouwd. In de ontwerpfase van de kanto-ren werden de volgende mogelijke complica-ties voorzien:? verplaatsingvan de metrotunnel als gevolgvan het inbrengen van funderingselemen-ten voor de kantoren;? zetting van de tunnel als gevolg van de ge-bouwbelasting;? be?nvloeding van het bemalingssysteemvoor de bouwput van het metrostation tij-dens het inbrengen van funderingsele-menten.Beide eerstgenoemde punten zijn beschre-ven in [2]. Om be?nvloeding van het bema-lingssysteem te voorkomen, zijn de volgen-de voorzorgsmaatregelen getroffen:? de putten voor de deepwellbemaling, meteen diametervan 250 mm, aangebracht ineen boorgat met een diameter van circa500 mm tot een diepte van 35 m - mv, wer-den zo dicht mogelijk aan de buitenzijdevan de combiwand geplaatst;? op enkele plaatsen zijn reserve-bema-lingsbronnen geplaatst. Deze werden ingebruik genomen zodra het heiwerk vande omliggende bebouwing tot 5 m van eenbron was genaderd. De bron werd tijdelijkmet zand gevuld. De pomp werd overge-bracht naar de reservebron, zodat de tota-le bemalingscapaciteit gelijk bleef. Na af-loop van het heiwerk werd de oorspronke"?literatuur1. Feijen, Th.A., Metrostation Wilhelmina-plein Rotterdam. Cement 1995, nr. 11.2. Van derUnde, EH. en L. van Dorp, Kanto-rencomplex Wilhelminahof Rotterdam.Cement 1995, nr. 11.3. Stocker, M., The influence ofpost-groutingon the load-bearing capacity of bored piles.Proc. 8th ECSMFE, 1983.Als gevolg van hetbe?indigen van de bema-ling zal de tunnelvloer opwaarts bewegen.De verticale verplaatsing bedroeg negenmaanden na het stopzetten van de bema-ling, circa 6 mmoDe bouw van de Wilhelminatoren, op zeerkorte afstand van de stationshal, heeft eenneerwaartse verplaatsing van deze hal en ingeringere mate van de tunnel tot gevolg. Inhet ontwerp van het station is rekening ge~houden met een zettingsverschil, ten gevol-gevandebouwvan de toren, van 15 mmtus-sen de middenwand en de combiwand. Deruwbouw van de toren is inmiddels vrijwelvoltooid. Uit de metingen blijkt dathet effectvan de toren tot nu toe beperkt is. De maxi-male zetting, gemeten in de uitbouw van destationshal, bedroeg in januari 1997: 7 mm,terwijl de verticale verplaatsing van de com-biwand nog vrijwel nihil was. De metingenworden ook na de voltooiing van de torenvoortgezet. In de hal en in de definitieve V-stempels van het station zijn vijzelvoorzie-ningen aangebracht om de gevolgen van dedeformaties te kunnen compenseren.400350300250200lijke bron schoongespoeld en weer in ge-bruik genomen.Terweerszijden van het station is heiwerkuit-gevoerd voor de kantoorgebouwen van deWilhelminahof. Met name aan de oostzijdevan het station werd op korte afstand van decombiwand een dicht palenveld geheid. Alsgevolg hiervan trad enige zijwaartse bewe"ging van de metrotunnel op, ter grootte vanmaximaal 20 mmo Door het voorboren vande funderingspalen van de Wilhelminahoftot een afstand van 10 muit de combiwanden het boren van ontlastgaten direct achterde combiwand, kon verdere deformatie wor-den voorkomen.MonitoringDe oorspronkelijke tunnelbuis bestaat uitaf-gezonken elementen, gefundeerd op voorafgeheide zogenoemde 'opperspalen'. Dezepalen zijn nietvast verbonden aan de tunnel,zodat deze gevoelig is voor met name hori-zontale deformaties.Tijdens de bouw van het station werden danook maatregelen genomen om verplaatsin-gen Van de tunnel te voorkomen. Het hei-werk van de combiwanden werd symme-trisch ten opzicht van de tunnelas uitge-voerd. Ter controle van de ligging van de tun-nel hadden continu elektronische verplaat-singsmetingen in de voegen tussen de tun-nelelementen plaats. Bovendien werden inde tunnel regelmatig waterpassingen uitge-voerd.o 50 100 150~ kracht (kN)864EE0\2c"iii.....roro?5..L-0QJ>I-21046 CEMENT1997/3