6.2 Fundatiestabilisering met expansieharsen

Grondstabilisatie door middel van injecties met expansieharsen is een methode om de draagkracht van een fundering op staal en de stijfheid van de ondergrond te vergroten, waardoor de zakking van een fundering op staal kan worden tegengegaan.

In de bodemlagen wordt op verschillende dieptes een tweecomponenten expansiehars geïnjecteerd die direct na de injectie in de ondergrond reageert en krachtig uitzet, zie figuur 6-1 en figuur 6-2. Het volume van de geïnjecteerde hars neemt zo sterk toe dat de ter plaatse aanwezige grond wordt verdrongen en de bodem zelfs opensplijt. Deze vrijgekomen ruimten worden geheel gevuld met de geëxpandeerde hars. Daardoor wordt, bij voldoende injectiepunten, het grondmassief rondom de injectiepunten opgetild, inclusief de zich daarin bevindende fundering. Door het aantal injectiepunten en de hoeveelheid te injecteren hars zorgvuldig te kiezen zijn hoogtecorrecties in de constructie goed mogelijk. Het injecteren van de expansiehars vergroot de draagkracht van funderingen door de bodem onder de funderingen op te spannen. Door het verdringen van de grond neemt ook het poriënvolume in de grond af en nemen de sterkte en de stijfheid toe.

Toepassingsgebied
De methode wordt toegepast om funderingen van scheef gezakte panden te ondersteunen, hoogtecorrecties uit te voeren (recht zetten) of om verzakte vloeren weer op niveau te brengen (zie ook 6.4). Onvoldoende draagkrachtige bodemlagen worden met de injectietechniek verstevigd. Ook onder funderingsplaten en machinefundamenten kan de stijfheid en draagkracht worden vergroot door het massief onder funderingen op te spannen.

Ook de gevolgen van het wegspoelen van zand onder fundaties, zoals vaak voorkomt bij lekkende riolen, waterleidingen of bouwputten, kunnen met de injectiemethode teniet worden gedaan, evenals verzakkingen veroorzaakt door trillingen, ontgravingen of overbelasting van de bodem.

Injectielansen
Via injectielansen (dunne stalen buizen) wordt de expansiehars in vloeibare vorm in de ondergrond geïnjecteerd. Daartoe worden direct naast de buitenmuur op de gewenste locaties met behulp van (hand)boormachines kleine gaten van circa 15 mm doorsnede in de grond geboord waarin de injectielansen worden aangebracht. Vanwege de kleine boordiameter is de grondverstoring minimaal.

Tijdens het injecteren wordt de lans langzaam teruggetrokken met een trekapparaat. Door de krachtig opzwellende hars worden de grondlagen op verschillende dieptes opgespannen. Onder voortdurende bewaking van druk, stroomsnelheid, menging en hoeveelheid wordt de vloeistof in de grond geïnjecteerd. De te injecteren hoeveelheid injectievloeistof is afhankelijk van de grondsamenstelling, de ligging van de grondwaterspiegel en de te dragen gebouwlasten of de te bereiken hoogtecorrecties.

Verharding
Vrijwel direct na het injecteren verhardt de geïnjecteerde expansiehars in de ondergrond. Na ongeveer 45 minuten is de expansiehars voor circa 75% verhard. Na ongeveer 1 dag heeft de geïnjecteerde expansiehars een gemiddelde druksterkte van 0,5 tot 1,5 N/mm². De sterkte van de geïnjecteerde grond hangt af van de grondsoort. De expansiedruk van de geïnjecteerde hars bedraagt max. 5000 kPa. Vanwege de korte reactietijd wordt tijdens het injecteren en de verharding geen hinder ondervonden van grondwaterstroming.

Systeembeperkingen
De techniek is zeer geschikt voor toepassing in zand, silt, leem en overgeconsolideerde klei, maar minder of niet in slappe klei of veen. In goed doorlatende bodemlagen kan tijdens het expanderen van de hars het water gemakkelijk wegstromen, zodat direct de korrelspanningen toenemen en daarmee ook de draagkracht van de fundering. In normaal geconsolideerde slappe klei- en veenlagen leidt de expanderende hars echter ook tot wateroverspanningen. Als die na enige tijd wegvloeien (consolideren) leidt dat tot samendrukking van de grond. Injecteren van hars kan in elke grondsoort plaatsvinden, maar de effectiviteit neemt af naarmate de grond slechter doorlatend en meer samendrukbaar is. Het bodemonderzoek geeft hier inzicht in.

De maximale diepte die bereikt kan worden met de injectietechniek bedraagt op dit moment circa 6 m. Zijn de probleemzones dieper gelegen, dan zal voor een andere herstelmethode gekozen moeten worden.

Milieuhygiënische aspecten
Bij bodeminjecties is het Besluit Bodemkwaliteit van toepassing als bouwstoffen worden gebruikt, die voor meer dan 10 gewichtsprocenten bestaan uit calcium, silicium of aluminium. Dat is bij de toegepaste harsen niet het geval, zodat deze harsen niet vallen onder het Besluit Bodemkwaliteit. In de loop der jaren zijn verschillende uitloogproeven in onafhankelijke laboratoria uitgevoerd om aan te tonen dat de toegepaste expansieharsen niet schadelijk zijn voor omgeving en milieu. Uit deze onderzoeken blijkt dat de toegepaste expansieharsen het grondwater en zelfs drinkwater niet verontreinigen (onderzoek 2011) en niet schadelijk zijn voor organismen (onderzoeken 1994 en 2006).

Bodemlagen die verontreinigd zijn met zwaar oliehoudende producten kunnen de reactie van het materiaal negatief beïnvloeden.

Voorafgaand aan het ontwerp wordt onderzoek verricht naar de bodemopbouw en de grondwaterstand, zie 3.6.1. Het bodemonderzoek moet ten minste de volgende gegevens opleveren:

Aan de hand van de schadeanalyse en de rapportage van het bodemonderzoek wordt bepaald vanaf welke diepte de bodem geïnjecteerd wordt en hoe het injectielichaam eruit komt te zien. De rapportage van het bodemonderzoek vormt de basis voor het behandelplan. In dit behandelplan staat een plattegrond waarop de te behandelen fundering is weergegeven. Tevens worden in het behandelplan de afzonderlijke injectiepunten en injectiedieptes aangegeven.

Voorafgaand aan de injectiewerkzaamheden hoeft de te behandelen fundering niet te worden vrij gegraven. Voor aanvang van de injectiewerkzaamheden wordt een nulpunt vastgesteld dat zal dienen als referentiepunt tijdens de monitoring.

De injectiepompen, het gereedschap en de injectievloeistoffen blijven tijdens de werkzaamheden in de vrachtwagen staan. De injectievloeistof wordt via slangen en injectielansen in de grond geïnjecteerd. Tussen vrachtwagen en de te behandelen fundering is een ruime afstand mogelijk (max. 65 m). Bij grotere afstand tussen vrachtauto en werkplek bestaat de mogelijkheid om de injectiepompen en injectievloeistoffen uit te laden en op de werkplek op te stellen. De vrachtwagen beschikt over een eigen stroomvoorziening.

Het grootste voordeel van injecteren met expansieharsen is dat het pand gewoon in gebruik kan blijven tijdens de uitvoering van de werkzaamheden. De overlast is beperkt en er is geen aantasting van het woongenot. De methode kan worden toegepast zonder noemenswaardige aanpassing van panden (geen verwijdering van vloeren en groenvoorzieningen), omdat het aanbrengen van de lansen en het injecteren met klein gereedschap kan worden uitgevoerd. Voor deze werkzaamheden is geen omgevingsvergunning nodig.

Ook de duur van de herstelwerkzaamheden is kort. Het funderingsherstel kan in één of enkele dagen worden afgerond. De techniek is geheel trillingsvrij en de fundering hoeft niet te worden vrij gegraven. Na het opstellen van het behandelplan vraagt de methode weinig voorbereiding en kan snel worden ingezet.

Naburige bemalingen kunnen tijdens de uitvoering in werking blijven omdat de methode niet gevoelig is voor grondwaterstroming.

Nadelen
Bij met expansiehars geïnjecteerde grond bestaat kans op nazetting indien de ondergrond uit slappe, overwegend klei- en veenhoudende bodemlagen bestaat. Bij gerede twijfel is een andere herstelmethode beter op zijn plaats. Het bodemonderzoek verschaft duidelijkheid over dit punt.

Voor aanvang van de daadwerkelijke injectiewerkzaamheden worden enkele proefinjecties in plastic zakken uitgevoerd om de kwaliteit en expansie van de injectievloeistof te controleren. Tijdens de injectiewerkzaamheden vindt continue controle van kwaliteit van de geïnjecteerde hars en het niveau van de constructie (middels lasercontrole) plaats. Door deze continue lasercontrole zijn hoogtecorrecties tot op de millimeter nauwkeurig mogelijk.

Ook is er een permanente visuele controle rondom de pand en in de kruipruimte gedurende de injectiewerkzaamheden.

Eventueel kan de kwaliteit van de geïnjecteerde grond door middel van (hand)sonderingen worden gecontroleerd. De omvang van het geïnjecteerde massief kan alleen globaal worden vastgesteld door middel van sonderingen. Er bestaan geen betrouwbare rekenregels waarmee de omvang kan worden afgeleid uit de gemeten debieten en injectiedrukken.

Na de uitvoering van de werkzaamheden moet het pand zich gaan zetten. Het is daarom raadzaam na voltooiing van de werkzaamheden niet direct te beginnen met de definitieve reparaties van scheuren.

Zie het gestelde in 3.15. Uit verschillende materiaalonderzoeken is gebleken dat de expansiehars onder normale omstandigheden minimaal 30 jaar mee gaat. Op de daadwerkelijke uitvoering van het injectiewerk geldt een garantietermijn van max. 5 jaar, afhankelijk van de uitkomsten van het bodemonderzoek.