Overmatige retourspoeling

Tijdens de installatie van funderingspalen die met gebruikmaking van een hulpvloeistof op diepte worden gebracht, wordt een hogere retourspoeling waargenomen dan verwacht.

Bij verschillende paalsystemen wordt tijdens het op diepte brengen gebruikgemaakt van een hulpvloeistof. Deze hulpvloeistof kan bij een en dezelfde paal in verschillende paaltrajecten een verschillende samenstelling hebben. Daarnaast kan een hulpvloeistof verschillende doelen dienen.

De samenstelling van een hulpvloeistof kan worden onderscheiden in twee hoofdgroepen, te weten:

• water met een hydraulisch bindmiddel (cement, cementvervangers of een combinatie ervan);
• water met een niet-hydraulisch bindmiddel (cellulose, klei, bentoniet of een combinatie ervan).

De doelstelling van de hulpvloeistof is eveneens meervoudig, namelijk:

• het verkitten van de omringende grond;
• het open houden van het boorgat;
• het smeren van boorpunt en boorbuis;
• het koelen van boorpunt en boorbuis.

Deze punten worden hierna toegelicht.

Het verkitten van omringende grond
Wanneer de paal op diepte is aangekomen zijn de ruimtes om de boorbuis heen en iets onder de boorpunt gevuld met de hulpvloeistof. Zeker onderin het paaltraject zal de hulpvloeistof dan bestaan uit water met een hydraulisch bindmiddel. Dit bindmiddel heeft de eigenschap zich te ‘binden’ aan de direct onder- en omliggende grondlagen. Hierdoor ontstaat een toename van sterkte- en stijfheidseigenschappen van de grond, hetgeen een positieve bijdrage levert aan het draagvermogen van de paal.

Het open houden van het boorgat
Vooral bij lange palen (die soms in meerdere werkgangen worden geplaatst) kan het installatieproces te lang duren om met een zelfde samenstelling van de hulpvloeistof te kunnen werken. Wanneer alleen met een hydraulisch bindmiddel wordt gewerkt kan de boorbuis onderweg vastlopen, waardoor het beoogde paalpuntniveau niet wordt bereikt. Om dat te voorkomen wordt in de hogere paaltrajecten een niet bindende hulpvloeistof toegepast. Deze vaak ‘vettige’ hulpvloeistof zorgt voor voldoende steundruk in het boorgat waardoor de doorboorde grondlagen niet tegen de boorbuis zakken. Dit voorkomt dat de wrijving tussen grond en boorbuis teveel toeneemt (met energieverlies en onnodige opwarming van de boorbuis tot gevolg). Pas in de laatste boorgang (positieve kleefgebied) wordt dan overgeschakeld op een hulpvloeistof met een hydraulisch bindmiddel.

Het smeren van boorpunt en boorbuis
De hulpvloeistof verlaagt de wrijvingsweerstand tussen boorpunt/-buis en de onder- en omliggende grondlagen. Daarmee wordt het energieverbruik verlaagd. Dit geldt zowel voor hydraulische als niet-hydraulische vloeistoffen.

Het koelen van boorpunt en boorbuis
Bij het doorboren van zeer harde bodemlagen kan de temperatuur van de boorpunt hoog oplopen. Een te hete boorpunt kan bij het storten van het beton een damp-explosie veroorzaken¹⁾Een plotselinge verdamping van water geeft een volumevergroting die kan oplopen tot 1.700 keer het oorspronkelijke volume.. Vooral bij open systemen, waar de buis met een kubel wordt gevuld, is de kans groot dat het pas gestorte beton uit de casing wordt geperst. Bij een gesloten systeem kan het buizen- en/of slangensysteem beschadigd raken.

Ook in minder extreme situaties is de opwarming van punt en boorbuis ongewenst. Een te warme boorbuis zal weliswaar geen damp-explosie veroorzaken, maar het gevolg kan wel zijn dat het beton door verdamping te snel water verliest en ‘vastkleeft’ aan de binnenzijde van de boorbuis. Hierdoor zal de doorstroom- en uittredesnelheid van de boorbuis sterk afnemen. Daardoor kunnen integriteitsproblemen in de paal ontstaan (wisselende of onvoldoende paaldiameter), of kan bij het trekken van de casing - door de kleinere doorstroomopening - de wapeningskorf mee omhoog komen. In de meeste gevallen moet de paal dan als verloren worden beschouwd.

Een mogelijk gevolg van overmatige retourspoeling is hydraulisch grondtransport. Dit treedt op wanneer de stroomsnelheid van de hulpvloeistof zo hoog is dat de getransporteerde grond niet kan bezinken voordat het de uitstroomopening heeft bereikt. Door hydraulisch grondtransport tijdens de installatie van de paal krijgt het paalsysteem in meer of mindere mate een grond verwijderend karakter. Omdat het draagvermogen bij schroefpalen met groutinjectie berust op grondverdringing (en de spanning in de grond dus niet afneemt), moeten te hoge injectie- en/of spoelsnelheden daarom worden vermeden.

Wanneer de boorpunt op een extreem harde laag stuit, en het doorboren ervan veel tijd in beslag neemt, neemt het totaal ingebrachte groutvolume toe. Wanneer het debiet (is volume per tijdseenheid) echter beperkt blijft zal de stroomsnelheid van de hulpvloeistof in het algemeen zo laag zijn dat geen grondtransport optreedt.

Het is belangrijk dat de geotechnisch adviseur en het funderingsbedrijf voorafgaand aan de installatie zowel het debiet als het soortelijk gewicht van de hulpvloeistof (of de water-cement factor) vaststellen.

Meer informatie hierover is te vinden in het Uitvoeringsprotocol grond verdringende geschroefde paal met groutsmering, NVAF [].

Door het ontstaan van grondontspanning zal de paal, die in de ontwerpfase werd beschouwd als een grond verdringende paal, mogelijk een kleiner draagvermogen hebben dan op grond van het ontwerp werd verwacht.