Handboek Funderingen – Deel D

Deze tekst is gepubliceerd op 23-04-19

D 1302 Verpleeghuis Pniël, Rotterdam

Locatie
Oudedijk te Rotterdam (Kralingen)

Figuur D 13-6
Situering bouwterrein

Projectgegevens
Opdrachtgever	Stichting Zendings-Diaconessenarbeid Verpleeghuis Pniël
Architect	Architectenbureau Dijkstra / Architectenburo Geluk en Treurniet
Adviseur draagconstructie:	ABT Adviesbureau voor Bouwtechniek bv
Adviseur Geotechniek	ABT Civiele Techniek
Aannemer	Voormolen Bouw

Grootte bouwterrein	6.500 m²
Bouwpeil	0,7 m - NAP
Bebouwd oppervlak	2.500 m²
Hoogte gebouw	ca. 14 m
Start bouw	maart 1996
Oplevering	begin 2000
Specifieke aspecten	Zeer slappe bodemomstandigheden Kelder uitgevoerd met een permanent polderprincipe Plaatselijke toepassing van een dragende, geprefabriceerde betonnen damwand Toepassing relatief nieuw paalsysteem: Bovipalen Gevoelige belendende bebouwing Aanwezigheid funderingsresten voormalige bebouwing Gefaseerde uitvoering in verband met logistiek verzorgingstehuis

Kenmerken van het gebouw
Het bouwplan omvat de realisatie van een verpleeghuis met 3 tot 4 bouwlagen. De draagconstructie wordt gevormd door een stelsel van balken en kolommen, voorzien van kanaalplaatvloeren met een druklaag. De stabiliteit wordt verzorgd door wandvormige elementen. De vloeren fungeren hierbij als schijven voor de overbrenging van de krachten.

De nieuwbouw is gedeeltelijk onderkelderd ten behoeve van opslag en techniekruimte. Het peil van de keldervloer bedraagt 3,45 m - NAP, terwijl de L-vormige kelder een oppervlak beslaat van ca. 1.300 m². Er is een inrit gecreëerd in de vorm van een hellingbaan.

De nieuwbouw en de sloop van de bestaande bebouwing heeft in een tweetal fasen plaatsgevonden, omdat het verpleeghuis tijdens de bouwwerkzaamheden operationeel diende te blijven.

In figuur D 13-6 is in plattegrond van de nieuwbouw te zien. Een karakteristieke doorsnede is te zien in figuur D 13-7.

Figuur D 13-7
Karakteristieke doorsnede nieuwbouw

[ link ]

Randvoorwaarden voor het ontwerp
Bij het ontwerp waren een aantal randvoorwaarden van kracht. Enerzijds kwamen deze voort uit het programma van eisen van de opdrachtgever. Anderzijds hadden ze te maken met de eisen die gepaard gaan met het bouwen in stedelijk gebied. De bebouwing bevindt zich aan een drukke, doorgaande straatweg met trambaan. In de directe omgeving zijn woonhuizen gesitueerd terwijl de nieuwbouw aan de zuidoostzijde direct aansluit op een herenhuis.

Met name de volgende randvoorwaarden waren van belang.

De overlast voor de bewoners en medewerkers van het tehuis diende te worden beperkt. Dit betekende dat de geluids- en trillingsniveaus aan limieten waren gebonden. Deze eisen waren echter niet concreet geformuleerd.
De sloop- en bouwwerkzaamheden moesten gefaseerd worden uitgevoerd.
De bovenbouw van de bestaande bebouwing is gesloop. Er diende echter wel rekening te worden gehouden met de nog aanwezige funderingspalen van de voormalige gebouwen op het terrein.
Gezien de bouwkundige staat van de belendende bebouwing aan de Oudedijk moest voor de tweede fase van de bouw een trillingsarm paalsysteem worden toegepast.
De grondwaterstand in de omgeving van de bouwput mocht slechts gedurende korte tijd enigszins worden verlaagd. Een langdurige verlaging van de grondwaterstand zou kunnen leiden tot een aantasting van de koppen van de houten palen van belendende bebouwing, zakkingen van maaiveld en infrastrauctuur en verspreiding van locaal aanwezige bodemverontreinigingen.
De onttrekking van grondwater is aan beperkingen gebonden overeenkomstig de normen die in de Grondwaterwet zijn opgenomen alsmede de eisen van de Provincie Zuid-Holland. In het onderhavige geval betekende dit dat het bemalingsdebiet bij een permanente bemaling niet groter mocht zijn dan 1.000 m³ per maand.

De ondergrond

Opbouw van de ondergrond
Ten behoeve van de nieuwbouw is een grondonderzoek uitgevoerd in een drietal fasen. Dit onderzoek heeft bestaan uit in totaal 21 sonderingen tot een diepte van ca. 25 m beneden maaiveld. Voorts zijn 2 handboringen uitgevoerd tot ca. 3,5 m -maaiveld. Bij een aantal sonderingen werd behalve de conusweerstand tevens de plaatselijke mantelwrijving gemeten. In figuur D 13-8 is een representatieve sondeergrafiek te zien. De diepte hierop is gegeven in meters ten opzichte van NAP.

Het maaiveldpeil ter plaatse van de sonderingen varieerde ten tijde van het grondonderzoek van ca. 0,56 m - NAP tot 1,75 m - NAP. Het straatpeil van de Oudedijk bedraagt ter plaatse van de nieuwbouw ca. 1,0 m - NAP. Het toekomstige maaiveld wordt afgewerkt op een niveau van ca. 0,8 m - NAP, zodat plaatselijk rekening moet worden gehouden met aanzienlijke aanvullingen. Gezien de aard van de grondslag moet voorts op maaiveldzettingen worden gerekend.

Figuur D 13-8
Een representatieve sondeergrafiek

[ link ]

Op basis van het grondonderzoek kan de bodemgesteldheid schematisch als volgt worden weergegeven:

Diepte [m onder NAP]	Bodembeschrijving
ca. 1,0 - 3,0 à 4,0	zand/klei, plaatselijk puinhoudend
3,0 à 4,0 - 4,0 à 4,5	klei, veenhoudend
4,0 à 4,5 - 7,5 à 8,0	veen, slap
7,5 à 8,0 - ca. 12,0	klei, matig vast
ca. 12,0 - ca. 15,0	klei, veenhoudend, afgewisseld met veenlagen
ca. 15,0 - ca. 25,0	zand, overwegend matig vast tot vast, eerste watervoerende zandpakket

Grondwaterstanden
De freatische grondwaterstand kan zich op dit terrein op een relatief hoog niveau manifesteren. De freatische grondwaterstand bedraagt volgens de beschikbare metingen 2,0 m à 2,4 m - NAP, afhankelijk van weersinvloeden.

Lange-termijngegevens zijn vooralsnog niet beschikbaar. Voorlopig is uitgegaan van een maximale waarde van de freatische grondwaterstand van ca. 1,5 m - NAP.

De stijghoogte van het grondwater in het eerste watervoerende zandpakket, het zandpakket beneden ca. 15 m - maaiveld, is sterk afhankelijk van grondwateronttrekkingen in de omgeving. Volgens de grondwaterkaart (1980) en gegevens van de Provincie Zuid-Holland bedraagt deze stijghoogte ca. 4,0 m - NAP.

De in de bovenlagen voorkomende klei- en veenpakketten zijn slecht waterdoorlatend.

Het ontwerp van de kelder/bouwput
In het voorontwerp is uitgegaan van een uitvoering van de kelder volgens het zogenoemde 'klein-polderprincipe'. Dit betekent dat gebruik wordt gemaakt van een permanent stalen damwandscherm als kelderwand en een klinkerbestrating als keldervloer. Het kwel- en lekwater binnen het damwandscherm wordt met behulp van een drainagesysteem afgevoerd. Hiertoe wordt de bouwput dieper ontgraven en wordt een zandpakket ter dikte van ca. 0,5 m aangebracht. Er zijn verzameldrains voorzien aan de randen van de kelder alsmede dwarsdrains op elk dubbel stamien, dat wil zeggen h.o.h. 6,16 m. Het debiet van de drainage wordt bepaald door kwel door de ondergrond alsmede lekkage door de damwandsloten. In de bouwfase dient ook met neerslag rekening te worden gehouden. Het drainagedebiet is berekend op een waarde van maximaal 5 m³ per dag, zijnde ca. 2.000 m³ per jaar.

Aan de hand van damwandberekeningen is vastgesteld dat een damwand van het type Larssen PU12 diende te worden toegepast met een puntniveau van minimaal 12,0 m - NAP. De damwand heeft geen dragende functie. Bestekmatig is voorzien dat bij het inbrengen gebruik wordt gemaakt van dubbele damwandplanken. De tussensloten worden in de fabriek afgelast. Voor de heisloten wordt in principe geen slotafdichting toegepast.
Aan de zijde van de inrit is een kwelscherm aangebracht zodat het horizontaal toestromen van grondwater naar de (polder)kelder wordt voorkomen. Er wordt gebruikgemaakt van een damwand van het type PU6 met een lengte van 3,0 m.

In het voorontwerp was er nog geen grondonderzoek beschikbaar. Op basis van de eerste fase van het grondonderzoek bleek echter dat er in de bovenlagen een dik pakket zeer samendrukbaar bodemmateriaal aanwezig is. Als gevolg hiervan diende het ontwerp te worden aangepast. De klinkerbestrating biedt nagenoeg geen steun aan de damwand terwijl langs deze wand losstaande poeren waren voorzien. Als gevolg van de gronddruk zal een horizontale deformatie van de wand optreden waarbij ook de funderingspoeren horizontaal zullen worden belast. Deze belasting zal zich vertalen in een binnenwaartse verplaatsing van de funderingspoeren alsmede een scheefstand van de kolommen, ook indien palen schoor worden aangebracht. Dit was voor de bovenbouw niet acceptabel zodat naar een alternatieve oplossing moest worden gezocht.

Hiervoor kwamen de volgende mogelijkheden in aanmerking:

toepassing van een zwaardere en langere damwandconstructie
traditionele uitvoering van de kelder met een constructieve betonvloer die van funderingspalen wordt voorzien
aanbrengen van betonnen koppelbalken als stempel tussen de damwanden; het overige vloerdeel in bestrating uitgevoerd met een onderliggende drainage
toepassing van een niet constructieve betonvloer waaronder een permanente drainage wordt gehandhaafd.

Op basis van zowel technische als financiële motieven is uiteindelijk gekozen voor de toepassing van een niet constructieve vloer ter dikte van 0,20 m. Deze vloer is niet onderheid. Hierbij is het polderprincipe gehandhaafd gebleven. Teneinde opdrijven van de vloer in geval van calamiteiten, bijvoorbeeld verstopping van het drainagesysteem, te voorkomen, zijn een aantal buizen door de vloer aangebracht zodat er alsnog een afwatering kan plaatsvinden en er zich geen druk kan opbouwen onder de vloer. Het water wordt via een tweetal pompputten afgevoerd naar het gemeentelijk riooolstelsel.

Ter plaatse van de inrit naar de kelder is een vloer van gewapend beton voorzien. Deze dient te worden berekend op de heersende opwaartse waterdruk.

Het ontwerp van de fundering
Gezien de aangetroffen bodemopbouw en de aard van de bebouwing komt alleen een fundering op palen in aanmerking. In het voorontwerp is een beschouwing gemaakt van de mogelijke paalsystemen, rekening houdend met de volgende aspecten:

trillingsarm systeem gewenst vanwege belendingen
mate van grondverdringing, in verband met de benodigde draagkracht en trekkracht van de palen en het vermijden van extra afvoer van eventueel verontreinigde grond
wisselende vastheid van de draagkrachtige zandlaag
aanwezigheid van zeer slappe veenlagen in het holocene pakket.

In eerste instantie leek een fundering op Frankipalen voor het gehele werk technisch gezien de beste keuze. Mede op basis van financiële overwegingen is er uiteindelijk voor gekozen om voor de eerste fase van het werk uit te gaan van een fundering op gladde voorgespannen geprefabriceerde betonpalen. De belendende bebouwing is op ca. 20 m tot 30 m afstand van de bestaande bebouwing gesitueerd, zodat de geluids- en trillingsoverlast acceptabel werd geacht. Voor de tweede fase van het werk, aansluitend op bestaande bebouwing, is in het bestek uitgegaan van de toepassing van Frankipalen.

De door de constructeur bepaalde rekenwaarde van de paalbelasting varieert globaal van ca. 400 kN tot ca. 900 kN. Hiervoor komen geprefabriceerde betonpalen met een schachtafmeting van respectievelijk 350 mm en 420 mm in aanmerking. Het gewenste paalpuntniveau varieert hierbij van 17,0 m - NAP tot 23,0 m - NAP.

De maximale draagkracht van de paalfundering is berekend conform de normen NEN 6740 en NEN 6743. De constructie is hierbij in het algemeen als een niet-stijf bouwwerk beschouwd.

De constructie moet worden ingedeeld in Geotechnische Categorie 2.

De palen moeten plaatselijk worden gedimensineerd op een trekbelasting. Enerzijds kunnen de palen ter plaatse van de kelder tijdelijk op trek worden belast als gevolg van zwellen van de bouwputbodem na ontgraving. Anderzijds ondervinden de palen onder de vloer van de inrit van de kelder een permanente trekbelasting van ca. 250 kN onder invloed van de opwaartse waterdruk.

De randpalen van de kelder worden door de grond horizontaal belast. Hierbij speelt de krachtswerking van de damwand een belangrijke rol en is een optimale fasering van de uitvoering van de bouwput essentieel.

De uitvoeringspraktijk

Uitvoeringswijze kelder
Ten behoeve van het maken van de kelder zijn ontgravingen uitgevoerd tot in het veenpakket, waarbij de zandige toplagen worden verwijderd. Ten behoeve van de drainage en de begaanbaarheid van de bouwput is een zandpakket aangebracht ter dikte van ca. 0,5 m.

Mede gezien de relatief lage ligging van het huidige maaiveldpeil is de volgende werkwijze/fasering gehanteerd:

inbrengen damwanden en palen;
ontgraving tot ca. 2,0 m - NAP en aanbrengen tijdelijk stalen stempelraam;
ontgraving tot ca. 3,65 m - NAP (aanlegniveau kelder);
strooksgewijs 0,5 m dieper ontgraven en aanbrengen zandpakket ten behoeve van drainage; onder het pakket is een waterdoorlatend geotextiel aangebracht teneinde een scheiding te creëren tussen het zandpakket en de onderliggende slappe veenlagen; de stroken in de dwarsrichting van de damwand hebben een beperkte breedte;
na aanbrengen en verharding van de druklaag van de begane-grondvloer heeft deze een stempelfunctie en kan de stalen hulpconstructie worden verwijderd.

Tijdens de eerste ontgravingswerkzaamheden bleek dat er zich ter plaatse van de kelder op een diepte van ca. 1,0 m - maaiveld een grote betonplaat in de grond bevond waaronder een laag puin van ca. 0,5 m was aangebracht. Het betreft restanten van een oude verharding voor een voormalig schoolgebouw waarvan het bestaan zowel bij de beheerder van het terrein als de gemeente niet bekend was. Dit obstakel diende te worden verwijderd voordat een aanvang kon worden genomen met het aanbrengen van damwanden en palen. Verschillende uitvoeringswijzen zijn door aannemer en adviseur nader beschouwd, rekening houdend met de mogelijke beïnvloeding van de omgeving. Uiteindelijk was het vrij eenvoudig mogelijk om de obstakels in de natte te verwijderen met een ontgraving in talud.

Damwanden
De damwandplanken zijn met een trilblok op diepte gebracht. Gezien de aard van de grondlagen zijn hierbij geen problemen opgetreden met betrekking tot trillingen en geluid.

Vanwege een mogelijke verkorting van de bouwtijd heeft de aannemer een alternatief ingediend voor de grondkerende constructie op de grens van het niet onderkelderde bouwdeel. In plaats van stalen damwanden is gekozen voor de toepassing van een geprefabriceerde betonnen damwand (Spanwand) met de afmeting 600/65 mm; zie ook paragraaf A4500-3.1 van het handboek. Zie voor een fotografische impressie figuur D 13-9.

[ link ]

Figuur D 13-9Inbrengen geprefabriceerde betonnen damwand (bron: Spanbeton bv te Koudekerk aan den Rijn)

Deze wand heeft naast de grond- en grondwaterkerende werking tevens een dragende functie. De planken zijn ingebracht met een trilblok van het type 50M tot in het pleistocene zandpakket. Vanwege de vastheid van de zandlaag stagneerde het inbrengproces, zodat aanvullende voorzieningen moesten worden getroffen.

Vervolgens zijn de planken verder ingebracht met het bovengenoemde trilblok in combinatie met watertoevoer met behulp van een spuitlans aan de buitenzijde (de niet-kelderzijde) van de plank tot ca. 1,0 m boven het gewenste eindniveau van 19,25 m - NAP. De laatste meter is verder geheid met een dieselblok van het type Delmag D55.

De bouwdirectie stelde bij deze werkwijze de voorwaarde dat een aanvullend grondonderzoek diende te worden uitgevoerd teneinde vast te kunnen stellen dat er als gevolg van het spuiten geen ontspanning zou ontstaan waardoor de horizontale en verticale draagkracht van de wand zou worden beïnvloed. Hiertoe zijn zowel voor als na de installatie van de planken sonderingen uitgevoerd. Een representatieve grafiek van een sondering die op 0,5 m afstand van de geΔnstalleerde wand is uitgevoerd, is weergegeven in figuur D 13-10.

Figuur D 13-10
Sondeergrafiek; situatie na inbrengen damwand

[ link ]

Uit het sondeeronderzoek is gebleken dat de conuswaarden in het pleistocene zandpakket zijn toegenomen. Dit betekent dat, ondanks het spuiten tijdens het trillend inbrengen van de planken, het zandpakket in dit geval in de directe omgeving van de planken is opgespannen, zodat de draagkracht is gewaarborgd.

Funderingspalen
De eerste fase van het werk is uitgevoerd met geprefabriceerde betonpalen overeenkomstig het palenplan. Ter plaatse van de kelder zijn de palen vanaf maaiveld geheid waarbij een oplanger is toegepast om de paalkoppen op de gewenste diepte te krijgen. Het heiwerk is uitgevoerd met een dieselblok van het type Hera H55. Na de uitvoering van de ontgravingen zijn de palen zekerheidshalve akoestisch doorgemeten. Hierbij zijn geen onvolkomenheden geconstateerd.

Voor de tweede bouwfase heeft na sloop van de bovenbouw van de bestaande bebouwing een inmeting plaats gevonden van de resterende funderingspoeren en -palen. Uit de gegevens bleek dat er voor de bestaande bebouwing op het terrein forse funderingsbalken en poeren zijn toegepast, ook in de nabijheid van het belendende pand. Mede gezien de mogelijke schadegevoeligheid van dit pand heeft dit aanleiding gegeven om het funderingsontwerp aan te passen, een en ander mede naar aanleiding van een bouwkundige inspectie van het betreffende pand. De sloop van de zware poeren naast het buurpand zou hinder en schade tot gevolg kunnen hebben. Derhalve zijn de bestaande constructies zoveel mogelijk intact gelaten, waarop de de nieuwe fundering is aangepast. Er is een dilatatie voorzien tussen de bestaande en nieuwe constructie, zowel in verticale als in horizontale richting.

Voor het overige deel zijn de oude palen ruim onder het aanlegniveau van de nieuwe constructie afgekapt. Op de plaatsen waar de nieuwe palen nabij bestaande palen waren geprojecteerd, zijn de betreffende oude geprefabriceerde betonpalen getrokken. Teneinde kortsluiting van watervoerende pakketten te voorkomen zijn de ontstane gaten afgedicht met kleikorrels. Bij het ontwerp van de fundering van de tweede fase diende rekening te worden gehouden met enerzijds een plaatselijk relatief grote vastheid van de zandlagen in verband met de opgetreden verdichting vanwege het heiwerk van de oude palen. Anderzijds is er lokaal enige ontspanning ontstaan door het trekken van oude palen.

Als alternatief voor de besteksmatig voorgeschreven Frankipalen is door de aannemer voorgesteld om Bovipalen te gebruiken (zie paragraaf B4535 van dit handboek). Dit systeem is trillingsarm en grondverdringend en werd door de bouwdirectie gelijkwaardig geacht aan de besteksoplossing. Er is uitgegaan van een buisafmeting van Ø 355 mm en een diameter van de schroefpunt van Ø 550 mm. Het gewenste paalpuntniveau varieert van 19,0 m tot 22,0 m - NAP.

Interesse?

D 1302 Verpleeghuis Pniël, Rotterdam