Controle op de waterdichtheid van de bouwkuip, de “Rotterdamse aanpak”

Voor het controleren van de waterdichtheid van de diepwanden rond een bouwkuip wordt gewoonlijk voorafgaande aan het ontgraven een controleproef uitgevoerd, zie voor de procedure bijvoorbeeld [82]. In Rotterdam vormt dit voor diepe bouwkuipen met diepwanden een standaardprocedure. Uitgangspunt daarbij is dat de waterdichtheid van een bouwkuip met diepwanden afhangt van de:

De verschillende bijdragen kunnen alleen door in-situ proefnemingen worden gekwantificeerd. Het is echter bijna onmogelijk om afzonderlijke waarden voor deze bijdragen vast te stellen. Dit betekent dat tijdens een controleproef de waterdichtheid van de bouwkuip als geheel wordt beproefd en dat de resultaten van de controleproef moeten worden vertaald naar de waterdichtheid van de diepwand.

Het doel van de controleproef is om de stationaire lek van de bouwkuip op ware grootte vast te stellen. Dit betekent dat de controleproef zo moet worden uitgevoerd dat de maatgevende bouwfase – verlaging van de stijghoogte in de Pleistocene zandlaag met ettelijke meters – correct wordt nagebootst. Dit wordt gedaan door een directe meting van het debiet tijdens het bemalen onder stationaire omstandigheden.

Een alternatief is een indirecte meting. Hierbij wordt het omhoog komen van de stijghoogte in de Pleistocene zandlaag als gevolg van het stopzetten van de bemaling gemeten. En aan de hand hiervan wordt het lekdebiet berekend. De nadelen van de indirecte methode zijn o.a. de onzekerheid over het vaststellen van de stationaire toestand van de stijghoogte en de noodzakelijke aanname van de effectieve porositeit van de zandlaag om het lekdebiet te kunnen berekenen.

De controleproef kan worden uitgevoerd nadat de bouwkuip is gesloten en moet zijn afgerond voordat de ontgraving start. Dit maakt het mogelijk om tijdig reparaties uit te voeren voor het geval dat dit nodig zou zijn. Een nadeel van deze werkwijze is dat de controleproef hiermee op het kritieke pad zit: tussen het maken van de diepwand en het ontgraven van de bouwkuip. Daarbij moet worden bedacht dat een controleproef al gauw enkele weken in beslag neemt.

Een consequentie van de beproevingsmethode is dat alleen die delen van de diepwand die zich in een zandlaag bevinden op waterdichtheid worden beproefd. In die lagen is waterdoorlatendheid ook van belang. Lekken in de delen van de diepwand die zich in relatief waterondoorlatende (veen- en klei-)lagen bevinden, zullen niet worden opgemerkt, maar zijn in het algemeen ook niet belangrijk.

Voor de installatie van de peilbuizen en de pompputten voor de onttrekking van grondwater wordt water gebruikt. Dit zal de stijghoogte binnen de bouwput beïnvloeden. Deze invloed zou na enige tijd verwaarloosbaar moeten zijn, afhankelijk van de grootte van het lekdebiet uit de bouwkuip. De peilbuizen en pompputten voor de onttrekking van grondwater moeten daarom worden geïnstalleerd, voordat de bouwkuip met de diepwanden rondom volledig afgesloten is.

In de bouwkuip worden twee pompputten voor de onttrekking van grondwater geplaatst. Elke onttrekkingsput wordt voorzien van een onderwaterpomp, een debietmeter, een peilbuis en een niveausensor. Binnen de bouwkuip worden twee tot drie peilbuizen geïnstalleerd. Buiten de bouwkuip worden peilbuizen met het filter in de Pleistocene zandlaag op een onderlinge afstand van 50 m geplaatst en een aantal peilbuizen voor het bepalen van de freatische grondwaterstand. De peilbuizen worden zo dicht mogelijk bij de diepwand geplaatst.

Voorafgaande aan de controleproef worden nulmetingen verricht van de peilbuizen en debietmeters. Deze metingen worden tijdens de controleproef regelmatig uitgevoerd en geregistreerd. Meetdata van de peilbuis in de onttrekkingsput, van een peilbuis binnen en een peilbuis buiten de bouwkuip worden, met een interval van 10 minuten, nagenoeg continu geregistreerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van elektronische meetinstrumenten (type Diver). Als de stijghoogte in de bouwfase tot beneden het niveau van de bovenkant van de Pleistocene zandlaag moet worden verlaagd, dan wordt de controleproef in twee achtereenvolgende stappen uitgevoerd.

De eerste stap is een verlaging ter plaatse van elke onttrekkingsput tot 2 m boven de bovenkant van de waterdoorlatende Pleistocene zandlaag. Deze verlaging moet worden gehandhaafd met behulp van een niveausensor. Hierop wordt een snelle reactie van de stijghoogte verwacht, omdat de watervoerende laag alleen reageert op de verandering van de poriënwaterdruk (elastische berging). Om de stationaire situatie vast te stellen en aan te tonen, moeten de stijghoogten in de bouwkuip gedurende ten minste 24 uur min of meer constant zijn. Als gevolg van lekkage en grondwateraanvulling zullen de stijghoogten in het midden van de bouwkuip hoger zijn dan ter plaatse van de onttrekkingsputten.

In de tweede stap wordt de stijghoogte verder verlaagd tot enkele meters in de Pleistocene zandlaag (het vereiste bemalingsniveau) en vervolgens met behulp van de sensor op dat niveau gehandhaafd. De bovenkant van de Pleistocene zandlaag wordt daardoor een onverzadigde zone en het spanningswater verandert in freatisch grondwater. Als gevolg van de freatische bergingscapaciteit van de Pleistocene zandlaag zal de reactie van de stijghoogte veel langzamer zijn dan in de eerste stap. Om een stationaire situatie aan te tonen, moet de stijghoogte min of meer constant zijn gedurende 3 x 24 uur. De periode van 3 x 24 uur is nodig om de invloed van de freatische berging in het lekdebiet te minimaliseren.

Voor de uitwerking van een dergelijke controleproef wordt verwezen naar Elprama et al. [20]. In het artikel worden de resultaten van enkele controleproeven in Rotterdam besproken en wordt de volgende optimale combinatie van hydraulische weerstanden gevonden:

Een gemiddelde c-waarde van 800 dagen komt bij een diepwand met een dikte van 1,2 m neer op een gemiddelde waterdoorlatendheid van de diepwand van k = 1,5 x 10^-3 m/dag ≈ 1,5 x 10^-8 m/s. Meer recent is door Thumann et al. bij een diepwandproject in Rotterdam een gemiddelde c-waarde van 200 dagen vastgesteld, wat neerkomt op een gemiddelde waterdoorlatendheid van de diepwand van k = 6 x 10^-3 m/dag ≈ 6 x 10^-8 m/s [21].

Een goed resultaat bij een controleproef is geen garantie voor een voldoende waterdichte diepwand. Bedacht dient te worden dat bentonietinsluitingen geen lekkage zouden kunnen geven wanneer de bouwkuip nog niet is ontgraven, maar dat wel gaan doen wanneer de bouwkuip wordt ontgraven. Wel is het zo dat een slecht resultaat bij een controleproef vroegtijdig de noodzaak aangeeft van mitigerende maatregelen. Overigens zal het bij een slecht resultaat van de controleproef die gericht is op het vaststellen van een lekdebiet, moeilijk zijn om de locatie van een relatief groot lek zonder het plaatsen van extra peilbuizen vast te stellen.