I IUIlVOERINGS1'ECHNIEK IFUNDERINGEN IVHP-GROUTING, AANWINSTVOOR FUNDERINGSTECHNIEKir.P.De Vleeschauwer en ir.J.Maertens, Smet-Boring NV; Dessel (B)iug.L.Stnits, Smet-Boring Nederland BY; NuenenVery High Pressure (VHP)-grouting is een interessante funderingstechniek, die nogniet zo lang in Nederland wordt toegepast en stellig meer aandacht verdient. Na hetuitvoeren van een boring wordt onder hoge druk een water-cementmengsel in degrond gespoten, waarmee uiteenlopende funderingselementen kunnen wordengevormd, zoals palen, schermen en ankers. Dankzij de bijzondere boortechniek ishet mogelijk door een bestaande fundering heen te werken. Dit maaktVHP-grouting bij uitstek geschikt voor het uitvoeren van funderingsversterkingen.In dit artikel wordt de techniek beschreven door auteurs van .een gespecialiseerdeBelgische firma, die inmiddels in vele landen ruime ervaring heeft opgedaan met deVHP-grouttechniek. Enkele voorbeelden illustreren de mogelijkheden.Very High Pressure-grouting(VHP-grouting of jet-grou-. . ting) i, een gmndv?botenng,-techniekwaarbij de grondin-situwordtvermengd metcement.Alduswordeninde grond dragende groutkolommen ge-vormd, die dienst kunnen doen als fun-deringselementen, algemene grondver-betering, grond- en waterkerende ele-menten ofverankeringen.Doordatbij VHP-grouting de grond in-situ wordt vermengd is deze techniek inde meeste grondsoorten toepasbaar, ditin tegenstelling met andere grondver~beteringstechnieken zoals de gebruike-lijke injecties met cement of chemica-li~n, grondverdichting en grondbevrie-zmg....ting in alle grondsoortenworden toege-past, ongeacht hun doorlatendheid.Tijdens de uitvoering van VHP-grou-ting stroomt er steeds een deel van dege?njecteerde specie naar de oppervlak-te terug. Deze specie voert ook een ge-deelte van hetbodemmateriaal mee, datgedeeltelijk wordt vervangen door despecie. Zo worden bij zandgronden def9nste deelges uitgespoeld, terwijl degrofste .delen vermengd met groutspe-cie in de grond achterblijven.Erwordt steeds voor gezorgd dat er geenoverdruk in de ge?njecteerde specie kanoptreden, waardoor het ge?njecteerdegrondmassief zou kunnen worden op-geperst.legen groutkolommen is het mogelijkomin de grond alle mogelijkevormen terealiseren.Verschil teu opzichte vaugebruikelijke injectiesDe hoge druk injectietechniek verschiltin die zin van de gebruikelijke injectie-techniek dat de hoge druk alleen wordtgebruikt om de in-situ aanwezige grondlos te woelen, te vermengen met en!ofgedeeltelijk te vervangen door de ge?n~jecteerde specie. Tijdens de injectiefaseheeft geen of slechts een zeer beperktepenetratie van de injectiespecie in deomringende grondplaats.Aangezienditook nietwordt beoogd, kanVHP-grou-Momenteel zijn er machines beschik~baar waarmee deze techniek kan wor-den toegepast vanuit zeer beperktewerkruimten, zoals kelders en bouw-putten met zeer geringe afmetingen.Door het uitvoeren van naast elkaarge-De uitvoeringvanVHP-groutingisvol- 1ledig trillingsvrij, waardoor er in de on- L....:=---====-=-==-=.:..===-.:.==---..:..=---===""--'- ----'middellijke nabijheid van gebouwen ennaast bestaande funderingen kan wor-den gewerkt.Doordat alleen gebruik wordt gemaaktvan boorbuizen met beperkte diameter(circa 90 mm) is het mogelijk om grout-kolommen op een betrekkelijkeenvou-dige wijze onder bestaande muren enfunderingen aan te brengen. Het makenvan een opening met een diameter van150 mm is hiervoor voldoende.24 Cement 1991 nr. 12t(-~.)///' ///' //I+w~teI.watef=.Cement2Drie systell1en van VHP-groutinga. ll1ono-jet (alleen water-cell1ent injectie)b. bi-jet (de water-cetrtentstraal wordt oniliuld ll1et een luchtll1antel)c. tri-jet (grond loswoelen ll1et water plus lucht, daarna injecteren ll1et water-cell1ent)Ontwikkeling van deVHP-groutingtechniekInjectie onder hoge druk wordt aljarenin de olie-industrie toegepast orn dewandenvan het boorgat dicht te maken.Daarbij werden speciale pompen ont~wikkeld voor het onder hoge druk ver-pompen van een water-cementrneng-sel.In de funderingstechniek dateren deeerste toepassingen van rond 1960 metonder meer de reparatie van het dich-tingsscherm van een stuwdam in Pakis-tan door Cementation Ltd (London) ene~~ele toepassingen in Groot-Brittan-me.Vanaf 1965 werd de techniek in japanverder ontwikkeld, waarbij vooral aan-dacht werd besteed aan de machines.Sinds 1973wordtde techniek ookbestu-deerd in Itali?, onder meer in verbandmet de ondersteuning van de toren vanPisa.Inde loop van dejaren tachtig is de tech-niek over de gehele wereld toegepast enis steeds meer betrouwbaar geworden.Gesteld kan worden dat VHP-groutingtoteen volwaardige funderingstechniekis uitgegroeid.Sinds 1982 worden in de tunnelbouwhorizontale groutkolomrnen toegepast.In Belgi? wordt sinds een tiental jarenmet de VHP-groutingtechniek ge-werkt, voornarnelijk door de firmaSmet-Boring N.V. In Nederland wordtde techniek pas een jaar of drie toege-past.Cement 1991 nr. 12UitvoeringSystemenHet uitvoeren van VHP-grouting heeftals volgt plaats (fig. 1):- de boorbuis wordt tot op de gewenstediepte gebracht, meestal volgens despoelboormethode. De boorvloeistofstroomt door de buis naar beneden envervolgens te samen rnet de losge-maakte grond via de ringvormigeruirnte om de buis naar boven. Dezeruimte wordt in stand gehouden dooroverdruk in de boorvloeistof;- zodra de gewenste diepte is bereiktwordt de onderkant van de boorbuisdoormiddel vaneenvoetklep afgeslo-ten. Daarna wordtvia twee zeer kleinediametraal geplaatste openingen (1,5 ?4 mm diameter) onder zeer hoge druk(200 ?800 bar) een mengsel van wateren cement in de grond ge?njecteerd.De uitstroomenergie is daarbij zogroot, dat de geraakte grondkorrelsuit het verbandvan het skelet wordengerukt en intensiefworden vermengdmet de ge?njecteerde specie.Door het traag optrekken van de rote-rende boorbuis wordt in de grond eenhomogenezuil gevormd bestaande uitoorspronkelijk materiaal en injectie-specie. Op deze wijze ontstaat na ver-harding een dragende groutkolorn;- v??r de verharding is het mogelijk omde kolom te voorzien van steekwape-ning, althans voor zover de onder-grond niet te veel stenen ofhindernis-sen bevat.Wordt alleen een water-cementmeng-sel in de grond gepompt, dan is sprakevan het MONO-JET systeem.Omde reikwijdtevan dejetstraaI tever-groten kan deze worden omhuld meteen luchtmantel (fig. 2), het BI-JET sys-teem (cement-watermengsel en lucht).Bij eenderde uitvoeringswijze wordt degrond eerstlosgesneden met behulp vaneenwaterstraal, omringd met eenlucht-mantel, waardoor in de grond een holteworden gecre?erd. Opeen zekere af-stand (0,30 ? 0,50 m) onder deze water~luchtjetwordt dan een groutmengsel inde eerder gemaakte holte ge?njecteerd.Ditinjecterengebeurtmeestal onderla-ge druk (circa 30 bar). Ditis hetTRI-JETsysteem (water, lucht en water-cernent-mengsel).Verschillen tussen de systemenHet toepassen van het mono-, bi- oftri-jetsysteem heeft een wezenlijke invloedop het te verkrijgen resultaat.Hetmono-jetsysteemis zonderrneer demeest hoogwaardige techniek. Doordatde groutspecie tijdens de gehele uitvoe-ringsduur van de groutkolom naar bo-ven stroomt, wordt er een optimale on-dersteuning van de omringende grondin stand gehouden. Uit in Itali? uitge-voerde proeven is zelfs gebleken dat degrond om de groutkolommen wordtverdicht en er als gevolg daarvan op eengrotere schuifweerstand kan wordengerekend. Bij het weggraven van grondom de groutkolommen blijkt deze in deonmiddellijke nabijheid van de grout-kolornmen veel vaster te zijn. Het mo-25!UITVOEffiNGSTECHNffiK IFUNDERINGEN3 Schel11a van de benodigde installatie voor VHP-groutingCDiIIebI cementsylo2 5chroerpom~3 turbo-ml.er mengelaar~ turbo-ml.er mengelaar5 turbo-ml.er roerder6 lage-drukpomp-voedlng7 hOge-druk pomp8. stuurpaneel-cementlnstallat!e9. onderwagen machine10. stuurpaneel Jet-Installatie11. spoelkop12 boorstangen13. InJektoren14 onbehandelde ondergrond15. V.H.P.-groutlngwandiCDI'H--~~-(~)il '?I! ~!no-jet systeem heeft het nadeel dat dediameter van de gerealiseerde groutko-lommen aanzienlijk kleiner is dan bij debeide andere systemen. Dit nadeel kanenigzins worden gecompenseerd doorhet inzetten van zwaardere pompen.Met het bi-jet systeem kunnen grour-kolommen met een grotere diameterworden gerealiseerd dan methetmono-jet systeem. Het inzetten van luchtbrengt met zich mee dat de overtolligegrourspecie nogal onregelmatig naarboven wordt gevoerd. Daardoor is hetniet uitgesloten dat er in de ge?njecteer-de specie tijdelijk onderdruk kan optre-den. In zandgronden bestaat bovendienhet risico datdeinde grond ge?njecteer~de lucht niet via de ringvormige ruimtelangs de boorbuis maar via andere we-gen, bijvoorbeeld langs eerder uitge-voerde groutkolommen, naar bovenstroomt. Tenslotte komt het vooral bijzandgronden regelmatig voor dat ereenhoeveelheid lucht in de injectiespecieachterblijft, hetgeen na verharding toteen vermindering van de volumiekemassa en de druksterkte leidt.Het tri-jet systeem biedt het grote voor-deel dat het lossnijden van de grond en26het injecteren van degroutspecie volle-dig los van elkaar plaatshebben. Het in-jecteren van .de grourspecie vindt danmeestal plaats onder lage druk, waar-door veel lichter materieel kan wordeningezet. Het tri-jet systeem heeft hetgrote nadeel dat de grond om de uitge-voerde groutkolom niet altijd optimaalwordt gesteund, waardoor in bepaaldegevallen ontspanning van de grond kanoptreden. Wanneer het systeem wordttoegepast bij het uitvoeren van grout~kolommen onder bestaande funderin-gen kunnen zettingen optreden. Daarbij het tri-jet systeem eveneens luchtwordt ingebracht, kunnen hierover de~zelfde opmerkingen worden gemaaktals bij het bi-jet systeem.MaterieelOm VHP-grouring op een gecontro-leerde wijze te kunnen uitvoeren dienthoogwaardig materieel te worden inge-zet (fig. 3). Wegens .de hoge vereistenauwkeurigheid is het uitgesloten degehele operatie handmatig te sturen.Zowel het mengen van de injectiespecieals de bediening van de aanjaagpompworden gedurende de injectiefase auto-matisch gestuurd. Ookde bedieningvande boormachine is volledig geautomati-seerd. Noch bij het mengen ofverpom-pen van de injectiespecie, noch bij hetroteren en ophalen van de boorbuizenisenige interventie van het personeel ver-eist.Beheersing van hetprocesBij de uitvoering van VHP-groutingwordt de omvang van de behandeldezone (= diameter van de gerealiseerdegroutkolom) bepaald door:1. het gekozen systeem:- mono-jet;- bi-jet;- tri-jet;2. de uitvoeringsparameters:- toegepaste druk;- diameter van de injectieopeningen;- injectiedebiet;- persistentietijd, een functie van de ro-tatiesnelheid en de optreksnelheidvan de boorbuizen;- aanwezige grondsoort.Op basis van de resultaten van een grootaantal proeven in het laboratorium enin-situ, zijn een aantal jaren geledenverschillende formules opgesteld die dediametervan de groutkolomweergevenals functie van de injectieparameters.Het grote probleem bij al deze formulesCement 1991 nr. 125 Mogelijke paalposities voorversterken van een bestaandefundering;".~.?;?..,.,~~,:-,.-o??,:..:....?.?.-.'.:.:.-.-.?".~",~O?'?'~"?""':':':':'.'['::':'.~,.~.?.:.).:.?.~.'.?..~::.:.:.:.',',:,;:.::. ~... I ; :. .~ _', ;;.,.,~7'\~:;:f~: ~ .~;'.'.' ?. '....