Graven van de sleuf
Het graven van een sleuf voor het maken van een diepwandpaneel kan in de directe omgeving tot gevolg hebben dat:
- door instabiliteit van de sleufwand er grond in de met bentoniet gevulde sleuf terecht komt en er daardoor holtes in de ondergrond naast de sleuf ontstaan die op korte of wat langere termijn leiden tot zakkingen van het maaiveld;
- de draagkracht van de ondergrond op korte afstand van de sleuf vermindert als gevolg van ontspanning van de ondergrond.
Problemen met de stabiliteit van de sleufwand kunnen eerder worden verwacht in zand- en grindlagen dan in klei- en veenformaties. Immers, de ontspanning van de grond als gevolg van de ontgraving zal leiden tot enige expansie van het korrelskelet. Deze expansie leidt tot onderdrukken in de poriën en dus ook tot tijdelijk kunstmatig hoog gehouden korrelspanningen, waardoor tijdelijk extra schuifweerstand beschikbaar is.
In slappe grond zoals klei- en veenlagen kunnen daarentegen wel horizontale deformaties optreden door verdringing van de grond als gevolg van de hoge betondruk.
In goed waterdoorlatende grondsoorten, zoals zand en grind, is deze tijdelijke toestand een kwestie van seconden of hoogstens minuten, zodat op een verhoogde schuifweerstand niet kan en mag worden gerekend. In klei en veen echter is de waterdoorlatendheid erg klein zodat die verhoogde schuifweerstand geruime tijd beschikbaar blijft en dus eveneens de verhoogde stabiliteit.
Veel marge is echter niet beschikbaar, zodat bijzondere attentie is vereist voor het handhaven van de stabiliteit onder bijzondere omstandigheden:
- Tijdens het ophijsen en laten zakken van de ontgravingsgereedschappen kunnen kortstondige onderdrukken ontstaan onder, respectievelijk boven, het betrokken werktuig. Deze onderdrukken houden nauwelijks extra risico in voor klei- en veengronden, maar wel degelijk voor zand- en grindlagen. Zij kunnen lokaal evenwichtsverlies veroorzaken, vooral als de kraanmachinist ruw te werk gaat. In ieder geval leidt dit verschijnsel tot een onregelmatig gevormde sleuf met belangrijk grotere dwarsafmetingen dan die van het graafwerktuig.
- Direct onder de geleidebalk en direct onder samenhangende grondlagen zullen zandlagen een sterke neiging tot ‘uitspoelen’ hebben, waardoor daar de grootte van de sleuf een overmaat vertoont. Dit komt doordat de samenhangende grondlagen goed plaatsvast zijn en de turbulentie van de bentonietsuspensie te samen met de onderdrukken een extra aanval op zulke overgangen veroorzaken.
- Bij sleuven met een grote lengte zal de gewelfwerking minder effectief zijn, waardoor vooral bovenin de sleuf eerder stabiliteitsverlies kan optreden.
- Bij Z- of T-vormige sleuven is de stabiliteit van de gevormde hoeken veel minder dan bij vlakke sleufwanden. Een dergelijke vorm vereist een extra groot hoogteverschil tussen bentonietniveau en stijghoogte van het grondwater.
- Bij graven langs op staal gefundeerde belendingen is het zaak om voor de te graven sleuf een beperkte lengte te kiezen om het nuttig effect van de gewelfwerking te vergroten.
In hoofdstuk 4 is gesteld dat de veiligheid van een ontgraven, met bentonietsuspensie gesteunde sleuf ten minste 1,3 moet bedragen, indien zich nabij de sleuf bebouwing bevindt. Deze veiligheid beoogt de stabiliteit van de sleuf en daarmee die van de bebouwing in voldoende mate te verzekeren, maar betekent niet dat de bebouwing geen vervorming zal ondergaan. Het voorspellen van deze vervormingen is echter niet goed mogelijk. Metingen aan objecten nabij ontgraven sleuven zijn daarom van groot belang, maar echter nauwelijks voorhanden. In de literatuur worden, gebaseerd op metingen, direct naast met bentonietsuspensie gesteunde sleuven maaiveldzakkingen genoemd in de orde van grootte van 0,1% van de paneelhoogte, dat wil zeggen 30 mm bij een 30 m diepe sleuf.
Bij de bouw van de tramtunnel in de Prinsegracht in Den Haag werden diepwanden gegraven op korte afstand van over het algemeen op staal gefundeerde gebouwen. Om de vervormingen van de grond naast de sleuven beperkt te houden, werd hier met korte panelen gewerkt en met een bentonietniveau dat gemiddeld ten minste 1,5 m boven de grondwaterstand lag. De sleuflengte bedroeg, afhankelijk van de afstand tot de belendingen 2,4 m tot 4,5 m en de diepte 17 tot 28 m. De afstand tot de bebouwing variëerde, maar bedroeg minimaal 1,3 m. Zakking van de op staal gefundeerde bebouwing bleef beperkt tot maximaal 6 mm [37].
In het ontwerp was een sleufstabiliteit vereist van 1,3 die op basis van representatieve parameters en belastingen kon worden gerealiseerd door de korte lengte van de panelen en het verhoogde bentonietniveau. In feite is de werkelijke sleufstabiliteit, gebaseerd op gemiddelde parameters en belastingen, ongeveer 1,5 geweest. Deze waarde wordt ook in de literatuur gevonden als grenswaarde om de vervormingen in grond tot een minimum van enkele mm’s te beperken.
Een andere blijvende beïnvloeding van de aanleg van diepwanden is de ontspanning die in de ondergrond nabij de sleuf optreedt. Dit betekent voor paalfunderingen in die zone een blijvende afname van de draagkracht. Uit vergelijking van sonderingen gemaakt vóór en na het graven en storten van diepwandpanelen bij de Willemsspoortunnel [28] en [29] blijkt een aanzienlijke afname van de conusweerstand direct naast de sleuf, afnemend tot de oorspronkelijke conusweerstand op een afstand gelijk aan de paneellengte, zie figuur 55.
[ link ]
Figuur 55. Afname conusweerstand als functie van de afstand tot de sleuf
Meer recent zijn proeven gedaan in Amsterdam [39], hier is waargenomen dat de conusweerstand in de eerste zandlaag op zeer korte afstand tot de diepwand (1 m) in het geheel niet afnam. De paneelbreedte bedroeg in dat geval 2,7 m.
Vaststaat dat tijdens de fase van het ontgraven de horizontale spanningen in de directe omgeving van de diepwand afnemen en dat deze in de fase van betonneren weer toenemen als gevolg van het volumegewicht van beton die hoger ligt dan dat van bentoniet.