C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGrondmechanicacement 2005 1 21Het grondonderzoek kan grofwegin twee hoofdthema's worden ver-deeld:? eigenschappen van de onder-grond zoals laagopbouw, sterkteen chemische eigenschappen;? objecten/obstakels in de onder-grond zoals funderingsresten,zwerfkeien en blindgangers,ook wel aan te duiden met histo-risch en obstakelonderzoek.Beide aspecten worden in ditartikel toegelicht, waarbij de na-druk wordt gelegd op de onzeker-heden inherent aan onderzoeknaar de ondergrond. Dit wordtge?llustreerd aan de hand van eenaantal sprekende voorbeelden.G r o n d p a r a m e t e r s e nb o d e m o p b o u wHet onderzoek naar eigenschappenvan de grond wordt onderverdeeldin geotechnisch, geologisch, geohy-drologisch en milieukundig onder-zoek. Al deze onderzoeken zijngericht op het aanleveren van ont-werpparameters van de onder-grond voor de te maken construc-ties. Het ontwerp van de boor-tunnel, de diepe bouwputten en dediepwanden is direct gerelateerdaan de uitkomsten van deze onder-zoeken. Enkele voorbeelden vanbelangrijke grondparameters zijn:? de stijfheidmodulus van hetzand waarin de boortunnelkomt te liggen;? de waterdoorlaatbaarheid van deafsluitende klei- en leemlagenvoor de diepe bouwputten;? variaties in grondwaterstandenvoor het ontwerp van de span-ningsbemalingen.Het voert te ver om een compleetoverzicht te tonen. Een samenvat-ting van alle uitgevoerde veld- enlaboratoriumtesten is weergege-ven in tabel 1. Het grondonder-zoek is vrijwel geheel uitgevoerddoor IGWR. Tijdens de uitvoering,zowel in het veld als in het labora-torium, zijn de diverse onder-zoeksaspecten zoveel mogelijkgebundeld. Deze integrale aanpakvan het grondonderzoek vroeg omextra co?rdinatie maar heeft zich-zelf terugbetaald door besparingenop extra, dubbele onderzoekskos-ten en een hogere effici?ntie.Figuur 1 geeft een gegenerali-seerde grondopbouw van de tun-nelverbinding. Vanaf maaiveldbevindt zich hier een 2 tot 5 m dikantropogeen zandpakket, vervol-gens een pakket van zachte Holo-cene klei- en veenlagen tot circaNAP -16 m. Het hieronder gele-gen Pleistocene zand loopt doortot circa NAP -35 m, waarna deKedichemformatie begint met har-de leem- en kleilagen die overgaanin zand tot de maximaal verkendediepte van NAP -60 m.O n z e k e r h e d e n b i jo n d e r g r o n d m o d e l l e r i n gBehalve de hiervoor genoemdeontwerpparameters is het voorhet ontwerp van de boortunnel,diepe bouwkuipen enzovoorts,noodzakelijk een ondergrondmo-del te hebben. Hierin wordt hetverloop van de laagscheidingentussen de verschillende grondla-gen vastgelegd. Voor de opzet vandit model is vooral het veldonder-zoek - de grondboringen en son-deringen - van groot belang. Hetveldonderzoek is gefaseerd enOndergrond; de onzekere factorir. R. Berkelaar, Projectbureau RandstadRail RotterdamVoor een project van de omvang en complexiteit als de TunnelverbindingStatenwegtrac? is het een vereiste om de grootste onzekere factor in het gehe-le ontwerpproces, te weten de ondergrond, zo goed mogelijk in kaart te bren-gen. Een belangrijk doel in deze verkenning is onder meer om de risico's enonzekerheden behorende bij de ondergrond zoveel mogelijk te beheersen enwaar eventueel te reduceren. Het belangrijkste middel daarbij is het uitvoerenen interpreteren van grondonderzoek.1 |Geotechnisch lengte-profielTabel 1 | Samenvatting grondonderzoekgrondboringen met peilfilters 63, maximale diepte NAP -60 msonderingen 597, maximale diepte NAP -60 mgeotechnische laboratoriumproeven 740 t.b.v. grondclassificatie480 t.b.v. grondsterkte,-samendrukbaarheid en?doorlaatbaarheidmilieukundige laboratoriumproeven 257 grondmonsteranalyses68 grondwateranalysesC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGrondmechanicacement 2005 122van grof naar fijn uitgevoerd.Door deze aanpak was er in eenvroeg stadium van het ontwerp aleen grof geotechnisch c.q. geolo-gisch model beschikbaar. In la-tere stadia is het veldonderzoekafhankelijk van voortschrijdendinzicht en specifieke ontwerp-vraagstukken nader ingevuld enis het onderzoeksstramien lokaalverdicht. Hierbij is vooral aan-dacht besteed aan de locatieswaar onzekerheden en/of afwij-kingen op het model werdengeconstateerd en/of verwacht.Volgens deze werkwijze zijn opdrie locaties - het NS-emplace-ment Rotterdam CS, het toekom-stige Station Statenweg en terplekke van de sportvelden/Goud-selijn - detailmodellen opgezet.Daarmee was het mogelijk hetontwerp van de boortunnel opdeze locaties te optimaliseren.C a s e d o n k g e u lN S - e m p l a c e m e n tOp het NS-emplacement warentijdens het VO-grondonderzoeksterke wisselingen in de liggingvan het Pleistocene zand waarge-nomen. Tijdens een nadereanalyse van de bodemopbouw engrondmonsters door archeologenvan de archeologische dienstBOOR van GWR bleek dat er in dediepe ondergrond sprake was vaneen donk- (rivierduin) en geulen-structuur. Kenmerkend voor zo'nstructuur zijn grote wisselingen inbovenkant van het zand, hoog opde donk en laag in de geul. Op deaangetroffen donk zijn tevensbewoningsresten uit 5500 v.Chr.aangetroffen, een unieke vondstvoor dit deel van Nederland!Doordat de paleo-geomorfologieonder het NS-emplacement onder-kend was, was het mogelijk omhet aanvullende veldonderzoek inde DO-fase hierop gericht uit tevoeren. Tijdens een grote buiten-dienststelling van het treinverkeerop het emplacement in het kadervan de aanleg van de HSL-Zuid ismet twee sondeerploegen en ??nboorploeg veldonderzoek uitge-voerd (foto 2). Door dit gerichteveldonderzoek gecombineerd metde archeologische en geologischekennis was het mogelijk een be-trouwbaar 3D-ondergrondmodelop te stellen ter plekke van donken geul. Om interpretatiefoutenuit te sluiten is een second opi-nion bij NITG-TNO (voorheenRijksgeologische Dienst) ingewon-nen. Ontwerptechnisch hebbenbovenstaande inspanningen metbetrekking tot de geulligginggeleid tot de keuze van een lan-gere doorzetting van de stalenboortunnellining onder het NS-emplacement.R i s i c o b e h e e r s i n go n d e r g r o n d m o d e l l e r i n gHet oorspronkelijke risico of deboortunnellining bij het gekozenverticaal alignement nog wel zouvoldoen doordat er minder inbed-ding in het zand zou zijn, is doorhet aanvullende onderzoek, hettoepassen van kennis uit meerderegeo-disciplines en geavanceerdemodelleringen geminimaliseerd.Het risico is verder beheersbaargemaakt door aanpassing van hetconstructief ontwerp aan de hier-uit voortvloeiende informatie.H i s t o r i s c h e no b s t a k e l o n d e r z o e kOnderdeel van het integraleontwerp was een intensief uitge-voerd historisch en obstakelonder-zoek. Voor dit onderzoek is eenspeciale werkgroep opgerichtwaarin de archeologische dienstBOOR een belangrijke bijdragehad. Het doel van het obstakelon-derzoek was om de hoeveelheid entype obstakels, zoals funderingsres-ten en houten palen, langs het ge-hele trac? in kaart te brengen.Hierbij is vooral aandacht besteedaan de plekken waar de tunnel2 |Onderzoek op NS-em-placement Rotterdam CS,april 20033 |Stoomgemaal Statenweghet `Keezending' [bron:museum Atlas van Stolk,Rotterdam]C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGrondmechanicacement 2005 1 23wordt geboord. Het uiteindelijkedoel was om risico's veroorzaaktdoor ondergrondse obstakelszoveel mogelijk te reduceren,onder meer door het nemen vanpreventieve maatregelen. Als voor-beeld van de resultaten van hetobstakelonderzoek wordt de casevan het stoomgemaal op de Staten-weg beschreven. De case NS-emplacement wordt kort toegelicht.C a s e s t o o m g e m a a lE?n van Nederlands eerste stoom-gemalen stond aan de oever vande oude Schie (fig. 3). Het gemaalis gebouwd in 1786 en ondankszijn goede werking al in 1797 ge-sloopt. Het was zo nieuw dat er-tegen veel verzet was. Boerenzeiden dat de paarden ervanschrokken en dat de koeien geenmelk meer gaven. Verder was heteen `Keezending' en daar moestmen niets van hebben. Uit archief-gegevens was bekend dat het ge-maal onderheid is. De globalelocatie van het gemaal is tijdenshet veldonderzoek bevestigd doorenkele grondboringen. De exactelocatie en inheidiepte van dehouten palen waren echter onbe-kend. Er was een re?le kans datdeze zich in het tunnelbooraligne-ment zouden bevinden. Hiermeeontstaat een mogelijk conflict tus-sen de tunnelboormachine en dehouten palen. Het hieraan verbon-den risico werd zo hoog geschatdat een vervolgonderzoek naar deexacte locatie en inheidiepte vande houten palen is opgestart.Onderdeel hiervan was een studienaar de haalbaarheid om met niet-destructieve technieken het inhei-niveau van houten palen op locatiete bepalen. Hierbij zijn interne enexterne experts van GeoDelft enRijkswaterstaat ingeschakeld.Risicobeheersing StoomgemaalVoor het bepalen van de exactelocatie is uitgebreid geofysisch engeotechnisch veldonderzoek uit-gevoerd, waarmee de contourenvan het gemaal zijn vastgesteld.Uit dit onderzoek bleek dat eendeel van het onderheide gemaalrecht boven het geplande tunnel-booralignement stond (fig. 4 en5). De tweede stap was het be-palen van de inheidiepte van dehouten palen. Uit de eerder ge-noemde studie en praktijktestenbleek dat het op locatie bepalenvan de inheidiepte geen haalbarekaart zou zijn. Besloten is hetonderzoek naar de paaldiepte testaken en het ontwerp op de res-terende onzekerheden aan tepassen. Hiertoe werd een ont-werpfilosofie opgesteld. Dezehoudt in het kort in dat als palenin het trac? aanwezig zijn dezeverwijderd moeten worden. Ver-wijderen van de palen ter plekkevan het stoomgemaal is mogelijk.De funderingsresten liggennamelijk onder een park (fig. 4).Als preventieve maatregel is uit-eindelijk in het bestek opgeno-men dat de aannemer de houtenpalen ter plekke van het tunnel-booralignement moet verwijde-ren. Foto 6 toont het opgegravenstoomgemaal.C a s e N S - e m p l a c e m e n tOok op het NS-emplacement speel-de de aanwezigheid van funde-ringsresten heel prominent. Hetemplacement is sinds de aanleg in1870 aan vele veranderingen on-derhevig geweest. Hierbij zijn velegebouwen gebouwd en weer afge-broken waarbij niet altijd bekend is5 |Doorsnede locatiestoomgemaal4 |Locatie stoomgemaalof er funderingsresten zijn achter-gebleven. Door uitgebreid archief-en veldonderzoek zijn de mogelijkelocaties met funderingsrestenonderzocht. Dit varieerde van eenpaalfundatie van een voormaligegasfabriek tot ondiepe funderings-resten van locomotievenloodsen enwaterbassins. Een groot aantalonzekerheden konden wordenweggenomen, doordat de voorma-lige bebouwing buiten het TBM-trac? stond of het funderingen opstaal (ondiep) betrof (fig. 7). Detunnelboormachine zal vermoede-lijk het meeste hinder ondervindenvan een in 1893 gebouwde en latergesloopte vetgasfabriek. Hier isnamelijk een omvangrijke houtenpaalfundering in de bodem achter-gebleven. Uiteindelijk is hier nietgekozen voor het trekken van depalen in tegenstelling tot hetstoomgemaal. Het aantal en delengte van de palen in de boortun-neldoorsnede is namelijk kleiner.Verder is het trekken van palen ophet NS-emplacement praktischbijna onmogelijk, gezien de ver-eiste logistieke en operationeleinspanningen. In het ontwerp enbestek is uiteindelijk opgenomendat de palen door de TBM moetenworden gepasseerd.R i s i c o p r o f i e lDe onderzoeksinspanningen ende resultaten van het historisch enobstakelonderzoek hebben incombinatie met de uitgevoerderisicoanalyses uiteindelijk eengrote rol gespeeld bij het vaststel-len van een betrouwbaar risicopro-fiel van het Statenwegtrac?. Ditrisicoprofiel is qua kosten gekwan-tificeerd en is uiteindelijk gebruiktten behoeve van de risicoafkoopnaar het Rijk.L i t e r a t u u rBerkelaar, R. en M. van denBosch, Obstacle investigationRandstadRail in Rotterdam, theNetherlands. Proceedings of FirstEuropean Regional Conference ofthe IAEG, Engineering Geologyfor Infrastructure Planning inEurope, Luik, mei 2004. 7 |Overzicht NS-emplacement6 |Opgegraven stoomgemaalC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGrondmechanica24 cement 2005 1