Definitieve ongewapende onderwaterbetonvloeren

Presentatie over: "Definitieve ongewapende onderwaterbetonvloeren"— Transcript van de presentatie:

1 Definitieve ongewapende onderwaterbetonvloeren
in combinatie met definitieve damwanden bij de Bouwdienst Rijkswaterstaat Mij is gevraagd wat te vertellen omtrent het al of niet toepassen van een onderwaterbetonvloer als definitief functionerende constructie. Bij de Bouwdienst Rijkswaterstaat, waar ik werk, is hiertoe een filosofie ontwikkeld. In het blad Cement is in 2003 (nr. 8) is deze filosofie reeds gepubliceerd; naar aanleiding waarvan ik gevraagd ben één en ander nog eens kort voor het voetlicht te brengen. ir. G.M. Wolsink Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

2 Inhoudsopgave 1. Vraagstelling 2. Nadere uitwerking
3.   Aandachtspunten bij ontwerp 4.   Aandachtspunten bij uitvoering 5.   Randvoorwaarden 6. Tenslotte mklik Allereerst zal de vraagstelling uit de doeken worden gedaan. mklik Vervolgens zal ingegaan worden op de mogelijkheden en beperkingen bij de realisatie van het principe van een definitief functionerende onderwaterbetonvloer. mklik Verder zal behandeld worden welke specifieke punten van belang zijn bij het ontwerp van een definitief functionerende onderwaterbetonvloer. mklik Daarna wordt aangegeven welke punten van belang zijn bij de uitvoering. mklik Het toepassen van een definitief functionerende onderwaterbetonvloer kan echter volgens de filosofie van de Bouwdienst alleen onder bepaalde randvoorwaarden. mklik Afgesloten zal worden met een drietal afsluitende opmerkingen. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

3 Onderwaterbetonvloer
1. Vraagstelling Onderwaterbetonvloer Constructievloer De klassieke bouwwijze van een bouwput bestaat uit het binnen stalen damwanden aanbrengen van een slechts tijdelijk functionerende onderwaterbetonvloer. Hierop wordt, na bemaling, in den droge een definitief functionerende constructievloer en wanden gestort. Tussen onderwaterbeton en constructievloer kan al of niet een uitvullaag van zand worden toegepast. Het toepassen van een uitvullaag van zand is gebruikelijk bij werken van Rijkswaterstaat. De constructie bezit dus uiteindelijk een dubbele vloer; dit lijkt wat dubbelop. Vandaar dat de vraag opkomt of het verantwoord zou kunnen zijn de constructievloer achterwege te laten en de onderwaterbetonvloer een definitieve functie te geven. “Klassieke” bouwwijze: ietwat dubbelop Zou de constructievloer achterwege gelaten kunnen worden? Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

4 2. Nadere uitwerking Als de vraag bevestigend beantwoord kan worden,
Bij het achterwege laten van de constructievloer zou de constructie opgebouwd kunnen zijn volgens deze figuur. Boven de onderwaterbetonvloer is een dunne goed drainerende laag aangebracht (b.v. grind), met daarop aanvulzand en daar weer bovenop het asfalt rijdek. In de beide hoeken is een drainagekanaal voorzien. Dit houdt in dat in de gebruikstoestand van het kunstwerk niet van het absoluut waterdicht zijn van het kunstwerk wordt uitgegaan (100% garantie); enige lekkage wordt geaccepteerd. De m.b.v. groutankers verankerde damwanden vormen een blijvende constructie, met daarvoor een dunne voorzetwand; welke o.a. een brandbeschermende functie heeft. Deze oplossing laat echter nog steeds als terugvaloptie de vervaardiging van een constructievloer en wanden toe; waarover later meer. Als de vraag bevestigend beantwoord kan worden, dan zou het er zo uit kunnen zien. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

5 “Elk voordeel heeft zijn nadeel” (vrij naar Johan Cruijff):
Voordeel: significante potentiële kostenbesparingen en besparingen in bouwtijd. Nadeel: verhoogd risicoprofiel (bouwfase en gebruiksfase) Als een innovatief alternatief alleen maar voordelen zou hebben dan is de keuze uiterst eenvoudig. In praktijk is dat echter maar zelden het geval; dat geldt ook voor het al of niet toepassen van een blijvend functionerende onderwaterbetonvloer. mklik Het primaire voordeel is dat een potentieel significant kostenvoordeel verkregen kan worden. Ook de bouwtijd kan aanzienlijk kleiner worden; hetgeen natuurlijk ook niet versmaden is. mklik Naast deze voordelen staat het nadeel van een verhoogd risicoprofiel: tijdens de bouw en gedurende de gebruiksfase van het kunstwerk. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

6 Hoe het nadeel van verhoogd risicoprofiel te beheersen
tijdens de bouwfase? Terugvaloptie door het alsnog aanbrengen van constructievloer en wanden. Noodzaak hiertoe afhankelijk van gerealiseerde kwaliteit onderwaterbetonvloer (“observational method”) Dikte en dikte-variatie onderwaterbetonvloer Mate van scheurvorming Criteria voor goed- of afkeuring in contract per project nader te definiëren; teneinde restrisico in gebruiksfase aanvaardbaar te doen zijn. mklik Het belangrijkste uitgangspunt om het verhoogde risicoprofiel beheersbaar te doen zijn is de mogelijkheid om alsnog als terugvaloptie de klassieke constructievloer en wanden aan te brengen. mklik Het centrale uitgangspunt is dat tijdens de uitvoering naar bevind van zaken gehandeld wordt. Beoordeeld moet worden of de gerealiseerde onderwaterbetonvloer voldoende kwaliteit heeft om als definitieve constructie te kunnen fungeren. Als b.v. de dikte of de variatie in de dikte buiten de tolerantiegrenzen genoemd in de CUR Aanbeveling 77 “Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren” vallen, moet geoordeeld worden dat de onderwaterbetonvloer niet geschikt is om als definitieve constructie te functioneren. Een andere reden waarom de gerealiseerde onderwaterbetonvloer niet geschikt geacht kan worden voor een definitieve functie, is overmatige scheurvorming tijdens de uitvoeringsfase. Op project-basis moet, volgens de filosofie van de Bouwdienst, vastgelegd zijn welke mate van scheurvorming voor de dichting d.m.v. injectie nog aanvaardbaar is. Na dichting door injectie wordt als uitgangspunt gehanteerd dat de onderwaterbeton zo goed als dicht is. Als de onderwaterbetonvloer aan de gestelde eisen voldoet, dan worden de restrisico’s gedurende de gebruiksfase door de Bouwdienst aanvaardbaar geacht. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

7 Definitief onderwaterbeton overwogen bij bouw 2e Schiphol verkeerstunnel (1993).
FEM berekeningen uitgevoerd (water- en verkeersbelasting, krimp- en temperatuurspanningen, vermoeiing e.d.) Resultaten: qua draagkracht voldoet een ongewapende onderwaterbetonvloer goed nabij de palen is enige doorgaande scheurvorming niet uit te sluiten (vermoeiing); vooral hoger op de opritten (lagere waterdrukken  hogere spanningswisselingen als gevolg van verkeersbelasting. Bij Schipholtunnel arseen en chloride in bodem, daarom zeer weinig lekkage toegestaan  geen definitief onderwaterbeton toegepast. De gedachte om de onderwaterbetonvloer een definitieve functie te geven is niet nieuw. Reeds bij de uitbreiding van de Schiphol verkeerstunnel kwam deze mogelijkheid aan de orde. De eventuele toepasbaarheid is getracht te onderbouwen m.b.v. eindige elementen berekeningen; waarbij het effect van o.a. water- en verkeersbelastingen, temperatuurspanningen en vermoeiing in rekening is gebracht. mklik De rekenresultaten gaven aan dat qua draagvermogen een ongewapende onderwaterbetonvloer goed voldoet. mklik Als gevolg van vermoeiing is het echter niet absoluut uit te sluiten dat in de loop der tijd, vooral nabij de palen, enige doorgaande scheurvorming zou kunnen optreden. Deze beperkte scheurvorming kan vooral optreden in de hogere delen van de opritten; omdat daar de grootte van de relatieve spanningswisselingen door de verkeersbelasting groter is dan bij de diepere delen. mklik Bij de Schipholtunnel werden echter strenge eisen gesteld aan de waterdichtheid in de gebruikstoestand; vanwege de aanwezigheid van arseen en chloriden in de bodem. Daarom is toentertijd besloten dat onder deze omstandigheden het toepassen van definitief onderwaterbeton niet verantwoord was. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

8 Bij de 2e Heinenoordtunnel is bij één van de opritten met succes definitief onderwaterbeton toegepast. Bij eerste oprit bezat onderwaterbetonvloer onvoldoende dikte niet geschikt geacht voor definitief gebruik (“observational method”) Bij tweede oprit voldeed onderwaterbetonvloer wel aan gestelde eisen (dikte en waterdichtheid)  geen constructievloer aangebracht. Bij de 2 verkeerstunnels in de A73 wordt ook definitief ongewapend onderwaterbeton toegepast. De herkansing kwam bij de bouw van de opritten van de 2e Heinenoordtunnel Hierbij werd, zoals hiervoor al aangegeven, tijdens de bouw gehandeld naar bevind van zaken (observational method). Bij de eerste oprit bleek de onderwaterbeton op het diepste deel onvoldoende dikte te bezitten (het beton stroomde minder naar beneden dan verwacht); waardoor deze onderwaterbetonvloer niet geschikt geacht werd voor definitief gebruik. Bij de tweede oprit werd wel voldaan aan de gestelde eisen; waardoor daar de constructievloer achterwege kon blijven. Tot op heden met succes. mklik Tot op heden is in de tussentijd bij de Bouwdienst niet tot andere toepassingen van definitief onderwaterbeton gekomen. Wel zijn bij uitgevoerde projecten, zoals b.v. de 2e Beneluxtunnel, goede ervaringen opgedaan met de waterdichtheid van onderwaterbetonvloeren  d.w.z. weinig tot geen scheurvorming. Dit heeft er toe geleid dat bij de 2 verkeerstunnels in de A73 (Swalmen en Roermond) contractueel het toepassen van definitief functionerend onderwaterbeton mogelijk is gemaakt. Zoals het er nu naar uitziet zal het definitief functionerend onderwaterbeton daar dan ook tot toepassing komen. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

9 3. Aandachtspunten bij ontwerp
Dimensionering van onderwaterbetonvloer volgens: “CUR Aanbeveling 77 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren” Nagaan wat kwaliteit van lekwater is en of dit lekwater geloosd mag worden. Het tijdig opstarten van overleg in verband met onttrekking en lozing van grondwater wordt aangeraden (met vergunningverlener)  uitgangspunt is enige lekkage. Minimale dikte “zand voor zandbed” onder asfalt zodanig kiezen, dat bij tegenvallend resultaat van de onderwaterbetonvloer, nog steeds als terugvaloptie kan worden overgegaan tot aanleg constructieve vloer.  Drainagesysteem t.b.v. opvang en afvoer van lekwater, wat door het onderwaterbeton heen komt dient eenvoudig controleerbaar en onderhoudbaar te zijn. Bij de toepassing van definitief functionerend onderwaterbeton verdienen een aantal punten bij het ontwerp extra aandacht: mklik een zorgvuldige dimensionering volgens “CUR Aanbeveling 77 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren” moet het uitgangspunt bij het ontwerp van de onderwaterbetonvloer zijn. mklik In een vroeg stadium moet nagegaan worden of het eventuele lekwater geen schadelijke bestanddelen bevat en of het lekwater zomaar geloosd mag worden. Tijdig overleg met de vergunningverlener wordt aanbevolen. mklik De minimale dikte van het “zand voor zandbed” onder het asfalt een zodanige dikte geven, dat bij tegenvallend uitvoeringsresultaat van de onderwaterbetonvloer, nog steeds als terugvaloptie kan worden overgegaan tot aanleg van een constructievloer. mklik Ontwerp het drainagesysteem t.b.v. eventuele lekkage door de onderwaterbetonvloer zodanig dat dit controleerbaar en onderhoudbaar is. mklik Om toenemende scheurvorming als gevolg van vermoeiing nabij de paaldoorvoeren, bij palen welke afwisselend op trek een druk belast worden, een wapeningskorf in het onderwaterbeton op nemen. In gebieden waar de palen afwisselend op trek en druk belast worden om paalkoppen een wapeningskorf in het onderwaterbeton opnemen (i.v.m. vermoeiing) . Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

10 3. Aandachtspunten bij ontwerp (vervolg)
Indien in enige bouwfase geen normaaldrukkracht vanuit dam-/diepwandconstuctie op onderwaterbeton uitgeoefend wordt, een trekverbinding aanbrengen teneinde verbinding damwandconstructie-onderwaterbeton in stand te houden. Bij kleigronden een grind/zandlaag van minimaal 500 mm dik onder de onderwaterbetonvloer toepassen. Het toepassen van stalen H-profielen als funderingselement is, in verband met slibinsluitingen, niet toegestaan. mklik zorg voor een trekverbinding, welke voorkomt dat de waterdichtheid van de onderwaterbetonvloer in gevaar komt voor het geval dat de damwand geen of onvoldoende druk uitoefent op de onderwaterbetonvloer. mklik houd bij kleigronden rekening met het aanbrengen van een degelijke werkvloer bestaande uit een grind- of zandlaag van minimaal 500 mm dikte. mklik gebruik geen verticale verankeringselementen, zoals stalen H-profielen, waarbij het gevaar van slibinsluitingen groot is. mklik vanwege de ook definitieve functie van groutankers moet rekening gehouden met het uitvallen van één anker. Omdat de ankers een definitieve functie hebben rekenen op het uitvallen van één anker Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

11 4. Aandachtspunten bij uitvoering
Damwandkassen voor de stort van onderwaterbeton goed schoon maken, opdat grondresten de waterkerende functie niet nadelig beïnvloeden Ter plaatse van de aansluiting damwand-onderwaterbeton injectievoorziening aanbrengen ten behoeve van herstellen van eventuele lekkages. Als geen constructievloer wordt toegepast paalkoppen verwijderen tot bovenkant onderwaterbeton. Alternatief: palen tot bovenzijde onderwaterbetonvloer inbrengen; zonodig dan constructievloer d.m.v. ingelijmde stekeinden verbinden. Bij de toepassing van definitief functionerend onderwaterbeton verdienen een aantal punten bij de uitvoering extra aandacht: mklik maak de damwandkassen voor de stort van de onderwaterbeton goed schoon, opdat daar geen lekwegen ontstaan. mklik breng voor de zekerheid t.p.v. de aansluiting damwand-onderwaterbeton een injectievoorziening aan ten behoeve van het herstellen van eventuele lekkages. Bij de oplevering wordt de de definitief functionerende onderwaterbetonvloer geacht vrijwel waterdicht te zijn. mklik Als de gerealiseerde onderwaterbetonvloer kwalitatief voldoende is kan de conctructievloer achterwege gelaten worden; de paalkoppen moeten dan gesneld worden tot aan bovenzijde onderwaterbetonvloer. Alternatief is om palen tot het peil van de bovenzijde van de onderwaterbetonvloer in te brengen en als het onverhoopt toch noodzakelijk is een constructievloer aan te brengen deze b.v. d.m.v. ingelijmde stekeinden aan de palen te verbinden. mklik Uitgangspunt van de filosofie van de Bouwdienst is dat de definitief functionerende onderwaterbetonvloer en damwanden voor de oplevering vrijwel waterdicht zijn gemaakt. Onder deze randvoorwaarde wordt het restrisico gedurende de gebruiksfase van het kunstwerk aanvaardbaar geacht  een beperkte nieuwe lekkage gedurende de levensduur van het kunstwerk wordt geaccepteerd. Onderwaterbetonvloer en damwanden moeten op het moment van oplevering waterdicht zijn dan wel waterdicht gemaakt worden. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

12 4. Aandachtspunten bij uitvoering (vervolg)
Te allen tijde een inspectie uitlaten voeren door duikers. Te controleren of: . de ontgraving redelijk egaal is; ·   de damwandkassen schoon zijn; ·   de palen door de oowb-vloer steken; ·   eventuele schotels voldoende diep in de oowb-vloer steken; ·   geen vuil nabij de palen aanwezig is; ·   zich tijdens het storten geen onregelmatigheden voordoen, bij voorbeeld aan het stortfront.·        Hoogteligging van zowel het ontgravingsniveau als de bovenkant van de oowb-vloer moeten gemeten worden; teneinde dikte onderwaterbetonvloer te kunnen controleren. Toegestane tolerantie op de hoogteligging welke volgt uit de tekening, is aan de bovenzijde 75 mm en aan de onderzijde 150 mm (overeenkomstig CUR-Aanbeveling 77). mklik teneinde een maximale kans te verkrijgen op een hoogwaardige uitvoering van de onderwaterbetonvloer is een inspectie door duikers essentieel. Hierbij dient aandacht te zijn voor o.a. de volgende aspecten: - dat de ontgraving redelijk egaal is; - dat  de damwandkassen schoon zijn; - dat  eventuele schotels voldoende diep in de oowb-vloer steken; - dat  de palen door de oowb-vloer steken; - dat  geen vuil nabij de palen aanwezig is; - dat  zich tijdens het storten geen onregelmatigheden voordoen, bij voorbeeld aan het stortfront.·        mklik teneinde de kunnen controleren dat de uitvoeringstoleranties binnen de gestelde eisen zijn gebleven, opdat de onderwaterbetonvloer voldoende dikte bezit, dient de hoogteligging van zowel het ontgravingsniveau als de bovenkant van de onderwaterbetonvloer te worden ingemeten. De toegestane toleranties zijn overeenkomstig CUR-Aanbeveling 77 aan de bovenzijde 75 mm en aan de onderzijde 150 mm. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

13 5. Randvoorwaarden; gehanteerd door Bouwdienst RWS
Visie van Bouwdienst geldt alleen in relatie tot kunstwerken voor wegverkeer, niet voor spoorverkeer (aanzienlijk grotere spanningswisselingen door spoorverkeer vergeleken met wegverkeer). Vooralsnog een definitieve onderwaterbetonvloer toepassen wanneer de bouwkuip- breedte niet groter is dan 30 m en de te keren waterdruk niet groter is dan 8 m. Het aanbrengen van een definitieve onderwaterbetonvloer in veengronden wordt vooralsnog uitgesloten; vanwege het grote gevaar van overmatige slibinsluitingen.. Opm.: Wanneer een aantal werken met goed resultaat zijn uitgevoerd zouden deze begrenzingen kunnen komen te vervallen. Vooralsnog worden door de Bouwdienst RWS nog een aantal beperkende randvoorwaarden voor de eventuele toepassing van definitief onderwaterbeton gehanteerd: mklik De toelaatbaarheid van definitief onderwaterbeton geldt alleen voor kunstwerken in relatie tot wegverkeer; niet voor spoorverkeer. Zo zijn bij spoorverkeer de spanningwisselingen aanzienlijk groter dan bij wegverkeer het geval is. mklik Voor zeer brede en diepe bouwputten wordt gewacht tot in de praktijk voldoende ervaringen is opgedaan met het definitef functionerende onderwaterbetonvloeren. De grenzen zijn enigszins arbitrair vastgesteld op een maximale breedte van 30 m en bij een maximaal te keren waterdruk van 8 m. mklik Omdat slibinsluitingen de waterdichtheid sterk negatief kan beïnvloeden wordt de toepassing van een definitief functionerende onderwaterbetonvloer vooralsnog uitgesloten bij de aanwezigheid van veengronden. Deze begrenzende randvoorwaarden zouden kunnen komen te vervallen als in de loop der jaren voldoende positieve ervaringen worden opgedaan; het omgekeerde geldt natuurlijk ook. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

14 6. Tenslotte Het huidige beleid bij Rijkswaterstaat is “Design + Construct”; tenzij. Het al of niet gebruik van definitief functionerend ongewapend onderwaterbeton wordt dus bij D&C contracten door RWS niet voorgeschreven. De uitdaging voor de markt is nu om in te spelen op de, onder voorwaarden, geboden mogelijkheid om ongewapend onderwaterbeton als definitieve constructie toe te passen. Tot slot een drietal opmerkingen: mklik Het huidige beleid bij Rijkswaterstaat is “Design + Construct”; tenzij. De markt maakt, binnen randvoorwaarden, de ontwerpen en voert deze uit. mklik Dit houdt in dat bij D&C contracten het al of niet gebruik van definitief onderwaterbeton niet voorgeschreven wordt. Als Bouwdienst RWS willen we echter nieuwe ontwikkelingen wel faciliteren door deze, onder randvoorwaarden, toe te staan. Dit houdt in dat het bouwrisico zoals gebruikelijk bij de aannemer blijft liggen; het restrisico gedurende de gebruiksfase van het kunstwerk blijft bij de opdrachtgever liggen. mklik Het is nu de uitdaging aan de markt hoe om te gaan met de door de Bouwdienst RWS geboden mogelijkheid om onderwaterbeton als definitieve constructie toe te passen. mklik Dit was het; dank voor uw aandacht. Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw

15 Dank voor uw aandacht Bouwdienst RWS Afdeling Tunnelbouw