O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 1999 664Doel van het No-Recess-onder-zoek is een aantal nog niet eerderin Nederland toegepaste technie-ken voor grondversteviging teonderzoeken en tevens inzichtte krijgen in mogelijkheden dieanders alleen met kunstwerkenzijn te realiseren. In het No-Recess-proefveld met afmetingenvan 400 x 125 m2en gelegen in degemeente 's-Gravendeel (Hoek-sche Waard) zijn vijf aardebanenaangelegd op schaal 1:1. De aar-debanen hebben een lengte van80 of 120 m met een 20 of 40 mlang hoog deel (MV +5,00 m), eeneven lang laag deel (MV +1,00 m)en een 40 m lang tussenliggenddeel dat het hoogteverschil ondereen helling 1:10 overbrugt.De vijf aardebanen zijn geken-merkt met een code: HW (Hoek-sche Waard), gevolgd door eennummer. Baan HW1 is een con-ventionele aardebaan die ter refe-rentievoordeoverigebanendient.Deaardebanenhebbeneenkruin-breedte van 10 m en liggen opeen circa 9 m dik samendruk-baar pakket, dat representatiefgeacht wordt voor West-Neder-land: afwisselend klei en veenla-gen. De kopse kant van het hogedeel van de aardebanen grenststeeds aan een denkbeeldigonderheid (zettingsvrij) viaduct.Gevraagd is een overgangscon-structie kunstwerk-aardebaan terealiseren met dezelfde grond-verbeteringstechnieken als waar-mee de aardebaan zettingsarm isgemaakt.De bouwtijd voor de aardebanenbedroeg 1,5 jaar. De uitgangs-punten ? het Programma vanEisen ? van het No-Recess-onder-zoek lieten toe dat de ontwerpersgedurende deze 1,5 jaar mochtenconstrueren zoals men dat wildedemonstreren. Dit heeft er echtertoe geleid dat voorbelastingen opde aardebanen gedurende deze1,5 jaar lange bouwfase niet zijnuitgenut. In de periode die ligttussen de genoemde 1,5 jaar entwee jaar na aanvang bouw, wordteen denkbeeldige bovenbouw-constructie (spoor, wegverhar-ding) aangelegd. Op het tijdstip1,5 jaar na aanvang bouw dienenalle voorbelastingen verwijderd tezijn om die denkbeeldige boven-bouw te kunnen realiseren.De taluds van de aardebanendienden onder een helling van 1:2te worden opgeleverd.R e s t z e t t i n g e nDe eisen die gesteld zijn aan derestzettingen gelden op het tijd-stip twee jaar na aanvang vande bouw: maximale restzetting0,03 m. De restzettingseisen aande onderbouw in de overgangs-constructie verlopen van 0,00 tot0,03 m op een afstand van 20 muit het denkbeeldige viaduct. Debasis van de restzettingseis isgeen andere geweest dan die vande Deutsche Bahn voor FesteFahrbahn op een aardebaan, tedelen door een factor 2.Niet de zettingen maar de zet-tingsverschillen zijn belangrijkvoor een aardebaan. De vuistregeldie wordt aangehouden is dat hetzettingsverschil dat op een zekermoment over een afstand van 20m in de aardebaan kan optreden,globaal gelijkgesteld wordt aan50% van de restzetting die op datmoment nog te verwachten is. Devolgende gedachte is aangehou-den: als aan de strenge 0,03 mrestzettingseis kan worden vol-daan, kan met de beschouwdetechnieken ook aan minderstrenge restzettingseisen wordenvoldaan. De restzettingseis van0,03 m is een factor 10 strengerdan tot op heden - en in het alge-meen - voor Nederlandse conven-tionele spoorwegen wordt aange-houden.O n d e r z o c h t e c o n s t r u c t i e sConventionele methode (HW1)HW1 is een 80 m lange conven-tionele aardebaan, alleen uit zandopgebouwd. Onder de baan zijn 8m lange verticale kunststofdrainstoegepast, h.o.h. 1 m in een drie-hoekstramien, tot een niveau van1 m boven het draagkrachtige(holocene) en watervoerendezandpakket. De gemiddelde op-hoogsnelheid bedroeg globaal0,60 m per week. Er is gebruikge-maakt van voorbelastingen, 2,50m op het hoge en 1,80 m op hetlage deel. Stabiliteitsberekenin-gen voor de uiteindelijke situatieNo-RecessOnderzoek naar nieuwetechnieken voorgrondverstevigingir. R.F. Woldringh, Projectorganisatie HSL-Zuid/DHV Milieu en Infrastructuurir. J.D. van Duijvenbode, Rijkswaterstaat, Dienst Weg- en WaterbouwkundeNew Options for Rapid and Easy Construction of Embankments on Soft Soils.Dat is de volledige betekenis van No-Recess; het onderzoek dat wordt uit-gevoerd in een samenwerking tussen de Projectorganisatie HSL-Zuid en deDienst Weg- en Waterbouwkunde van Rijkswaterstaat. Dit artikel geeft eenbeeld van de activiteiten die in het kader van het onderzoek worden verricht.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 1999 6 65gaven aan dat de taluds voor het 5m hoge deel een helling vereistenvan 1:3.Kalk-cementkolommen (HW2)HW2 is 120 m lang. De techniekomdeonderliggendegrondtesta-biliseren met kalk-cementkolom-menisafkomstiguitScandinavi?.Hierbij wordt grond met eendroog bindmiddel gemengd. Eris gebruikgemaakt van dezelfdemachines als in Scandinavi?worden gebruikt. Er zijn geenklassieke bindmiddelen toege-past. Geo-Delft heeft voor hetEuroSoilStab- en het No-Recess-onderzoek een speciaal bindmid-del en hoeveelheid ervan ontwik-keld en getest: 200 kg bindmiddelper m3 te stabiliseren grond,bestaande uit 80% hoogovence-ment en 20% anhydriet. Er zijnverschillende bindmiddelen enwijzen van mengen getest in eennaastliggend proefveld HW0.De gestabiliseerde grondkolom-men zijn toegepast met een dia-meter van 0,60 m, h.o.h.-afstand1,20 m in vierkantstramien.De productiesnelheid was circa500 m kolom per dag permachine. De kolommen reikenvan een niveau MV -1,00 mtot 0,50 m in de draagkrachtigeen watervoerende zandlaag. Deonderste 1,50 m van de kolom-men is van een dubbele hoeveel-heid bindmiddel voorzien omeen geohydrologische waterke-ring te kunnen realiseren (in hetproefterrein treedt kwel op). Deophoogsnelheid was gemiddeld0,60 m per week. Er is gedurendeacht maanden gebruikgemaaktvan voorbelastingen conform deaanbevelingenvandeZweedseenNederlandse ontwerpers.De voorbelastingen bedroegenvoor het 5 m hoge deel circa1,50 m zand en voor het lage deelcirca 1 m zand. In de overgangs-constructie in het 5 m hoge deelverlopen de h.o.h.-afstanden vande gestabiliseerde grondkolom-men van 0,50 m tot 1,20 m.Conventionele methode(HW1)Kalk-cementkolommen(HW2)FMI-methode (HW3)Gewapende zandpalen(HW4)Schuimbetonpalen en gesta-biliseerde grond (HW5)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 1999 666Om de taludstabiliteit tijdens deuitvoering te garanderen is er? waar nodig ? gebruikgemaaktvan wanden van gestabiliseerdegrond. Deze wanden staan, lood-recht op de lengteas, onderlingcirca 2 m uit elkaar en zijngevormd door overlappendekolommen. Onder het lage deelvan de aardebaan staan de gesta-biliseerde kolommen h.o.h.1,60 m in vierkantstramien.Omdat een lage aardebaan op eensterk samendrukbare onder-grond bijzondere aandacht vraagtvoor belastingen door hogesnel-heidstreinen, is boven de gestabi-liseerde grondkolommen een1,50 m dikke blokstabilisatie aan-gebracht. De lage aardebaan ligtdus op een 1,50 m dikke balk vangestabiliseerde grond, die onder-steund wordt door de gestabili-seerde grondkolommen.De voorlopige conclusie is dat hetstabiliseren van kleilagen veeleenvoudiger is dan het stabilise-ren van veenlagen.FMI-methode (HW3)HW3 is eveneens 120 m lang. Deondergrond is gestabiliseerdvolgens een Duitse methode, dieonder de naam FMI-Verfahren(Fr?s Misch Injection) bekendstaat. Hierbij wordt een bind-middel in vloeibare vorm metde ondergrond gemengd. Eenkettingvormige frees mengt degrondlagen over de hele verticaalmet elkaar en met het bindmid-del. De grond wordt in de vormvan wanden in lengterichting vande baan gestabiliseerd. De resul-taten van het mengselonderzoekvan Geo-Delft waren ten tijde vanhet ontwerp van HW3 zodanig,dat de Duitse ontwerpers hebbengekozen voor het mengsel vanHW2, in een hoeveelheid van 150kg per m3te stabiliseren grond.De gestabiliseerde grondwandenhebben een dikte van 1 m en eenhoogte (diepte) van 9 m. Dewanden onder de tenen van detaluds hebben een dikte van0,50 m. De productiesnelheid vande machine was 1,2 m per minuutvoor wanden met een dikte van0,50 m en een hoogte van 9 m.Om de belastingen van de aarde-baan te spreiden naar de gestabi-liseerde grondwanden en omde interne horizontale krachtente kunnen opnemen, is in hethoge deel van de aardebaan eengeo-grid constructie opgenomen(gecoate kunststofvezels in devorm van kippegaas), die in deaardebaan boven de gestabili-seerde grondwanden ligt. In hetlage deel van de aardebaan isboven de gestabiliseerde grond-wanden een 2 m dikke blokstabi-lisatie toegepast. Deze blokstabi-lisatie dient om de lage aardebaaneen voldoende goed dynamischgedrag te geven onder de belas-ting door een hogesnelheidstreinen om de belastingen te spreidennaar de wanden van gestabili-seerde grond.De ophoging met zand heeft geenfasering gekend: de grond is in??n ophoogslag aangebracht dietwee weken duurde. Er zijn geenvoorbelastingen toegepast.Het zettingsgedrag van HW3 iszeer gunstig, wel kan hetgebruikte materieel om de grondte stabiliseren nog geoptimali-seerd worden.Gewapende zandpalen (HW4)HW4 is ook 120 m lang. Er isgebruikgemaakt van zandpalendie gewapend zijn met een kousvan geotextiel. Een door kleppenafsluitbare stalen buis ? 800 mmwordt grondverdringend in degrond getrild tot circa 0,30 min de draagkrachtige en water-voerende zandlaag. Op dieptegekomen wordt een genaaidekous van geotextiel met dezelfdediameter in de buis gehangen engevuld met zand. Om een geohy-drologische afsluiting te verkrij-gen is het onderste deel van dezandpaal uitgevoerd met eenmengsel van zand en bentoniet.De buis wordt na het inbrengenvan de benodigde hoeveelheidzand trillend getrokken. Een dag-productie van 400 m zandpaal ismogelijk. De palen staan in drie-hoekstramien, onder het hogedeel van de aardebaan en in deovergangszone kunstwerk-aarde-baan met een h.o.h.-afstand van2,00 tot 2,40 m, in het lage deelmeteenh.o.h.-afstandvan2,40tot3,40 m. In het lage deel van de aar-debaan is gebruikgemaakt vantwee verschillende h.o.h.-afstan-den naar wens van de (Duitse)ontwerpers. Als belastingsprei-dende constructie zijn zowel inhet hoge als in het lage deel drielagen geotextiel aangebracht.Om het lage deel van de aarde-baandynamischvoldoendestijftemaken ligt boven de gewapendezandpalen een zandlaag met eendikte van 1,50 m (van MV -1,50 mtotMV0,00m).DelageaardebaanProefopstelling HW3bestaat uit gestabiliseerdegrondwanden. De grond isvermengd met gips encement tot een diepte van9 m beneden maaiveldfoto: RijkswaterstaatMeetkundige DienstO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 1999 6 67bestaat dus uit ten minste (1 +1,50) m zand (exclusief aanvullin-gen ter compensatie van zettin-gen veroorzaakt door consolida-tie). De ophoging met zand heeftnagenoeg geen fasering gekend.Op het hoge deel van de aarde-baan is geen voorbelasting aange-bracht, op het lage deel wel, ge-durende vier weken 1 m zand.Numerieke simulaties van hetzettingsgedrag van HW4 gevenaan dat de gewapende zandpalendirect na installatie een weiniginsnoeren om met de tijd weer toete nemen tot een diameter die ietsgroter is dan op het moment vaninstallatie.Schuimbetonpalen engestabiliseerde grond (HW5)HW5 is een 80 m lange `aarde'-baan. Het experiment heeft zichgericht op het construeren vaneen baan door gebruik te makenvan grond (klei, eventueel orga-nisch) die vrijkomt uit een anderwerk. De grond die aanvankelijkniet geschikt is voor de bouwvan aardebanen kan geschiktgemaakt worden door het temengen met een bindmiddel: sta-bilisatie. Gezien het vermeendesucces van het bindmiddel vanGeo-Delft is ook hier gekozenvoor het bindmiddel zoals dat inHW2enHW3isgebruikt.Dehoe-veelheid bindmiddel bedroeg 120kg per m3te stabiliseren grond.De grond is per as aangevoerd uiteen nabijgelegen werk. Op hetterrein is de grond met het bind-middel gemengd met een mo-biele menginstallatie (type Aran).De `aarde'-baan is gefundeerd oppalen: een deel bestaat uit gewonehouten palen en een deel bestaatuit AuGeo-palen.De AuGeo palen zijn PVC-buizen? 160 mm, gevuld met schuim-beton. Bovenop de AuGeo palenzijn betontegels 0,30 x 0,30 m2aangebracht. De 12 m langeAuGeo-palen konden uiteindelijkgeproduceerd worden met eensnelheid van 200 stuks per dag.Over de palen ligt een belasting-spreidende constructie van geo-grids. Na het mengen van degrond met het bindmiddel is degrond per as in de baan gebracht.Door met een shovel over het versgemengde mengsel heen en weerte rijden, is de grond verkneed enverdicht.Deophoogwerkzaamhe-den hebben circa twee wekengeduurd,geenfaseringgekendenevenmin een voorbelasting.V o o r l o p i g e c o n c l u s i e sHet is de bedoeling dat er con-clusies worden getrokken tenaanzien van het statisch gedragc.q. zettingsgedrag en het dyna-misch gedrag van de aardebanen.Tevens dient inzicht te wordenverkregen in de economie vande oplossingen. De conclusieshebben alleen betrekking op hetNo-Recess-onderzoek. De auteursdoen met nadruk geen uitspraakover de geldigheid van de conclu-sies voor andere projecten.Dit geldt vooral voor de kosten-vergelijkingen. Ten aanzien vande economie van de verschillendetechnieken wordt opgemerkt dathet marktmechanisme buitenbeschouwing is gelaten. De kos-tenvergelijkingen geven alleeneen zeer globale indicatie voor deonderbouw, prijspeil 1998.Ten aanzien van het zettingsge-drag wordt opgemerkt dat de con-clusies slechts gebaseerd zijn opeen extrapolatie van de tot opheden beschikbare meetdata, dietot 50% van de beschikbare bouw-periode reiken. Het dynamischgedrag van de banen was bij hettepersegaanvanditnummernogniet beproefd.Voorlopig worden de volgendeconclusies getrokken over hetzettingsgedrag van het hoge deelvan de aardebanen: de gemetenzettingengedurendedethansver-lopen periode kunnen reken-technisch gesimuleerd worden.Extrapolaties van het rekenkun-dig gesimuleerde zettingsverloopgeven aan dat de restzettingen ophet moment twee jaar na deaanvang van de bouw van HW1,2, 3, 4 en 5 respectievelijk 0,29 m;0,25m;0,04m;0,15en0,00mzijn(de banen zijn met de huidigekennis ontworpen op een restzet-ting van 0,03 m). Dezelfde bere-keningen als die waar de extrapo-laties mee gedaan zijn, geven aandat alle banen aan het restzet-tingscriterium voldoen indien demogelijkheden van voorbelastenuitgenut zouden zijn geweest.Voor de banen HW1, 2, 3, 4 en 5zou gedurende een periode van1,5 jaar een bruto hoogte van hethoge deel van de aardebaan nodigzijn van respectievelijk 10,20 m;8,50 m; 5,60 m; 8,00 m en 5,00 m.De hoeveelheid grond die op hettijdstip 1,5 jaar na aanvang van debouw afgegraven zou moetenworden bedraagt respectievelijk2,70 m; 2,10 m; 0,40 m; 1,70 m en0,00 m. De aardebanen met eennetto hoogte van 5 m zouden na30 jaar dus globaal een zettinghebben ondergaan van respectie-velijk 2,50 m; 1,40 m; 0,20 m;1,30men0,00mwelke(op0,03mna) in de bouwfase gerealiseerdzijn.K o s t e n v e r g e l i j k i n g e nIn tabel 1 is globaal aangegevenhoe de kosten van de verschil-lende technieken zich verhoudentot die van een conventionele aar-debaan.Devergelijkingisglobaal,voorlopig en alleen op basis vande ervaringen in het No-Recess-onderzoek. slage baan hoge baanMV +1,00 m MV +1,00 mconventionele aardebaan HW1 100% 100%gestabiliseerde grondkolommen HW2 350% 200%gestabiliseerde grondwanden HW3 450% 200%gewapende zandkolommen HW4 350% 150%gestabiliseerde grond op palen HW5 150% 150%onderheide zettingsvrije plaat 1000% 350%Tabel 1| Kostenvergelijkingenaardebaanconstructies
Reacties