6.3 Fundatiestabilisering met waterglasinjecties

Grondstabilisatie door middel van bodeminjectie (ook permeation grouting genoemd, zie figuur 6-3) is een methode om de constructieve eigenschappen¹⁾10 Met bodeminjectie kan ook de waterdoorlatendheid van de grond worden beperkt, maar dat valt buiten het kader van deze publicatie. van het zand onder funderingen op staal te verbeteren. Dit type bodeminjectie kan alleen worden uitgevoerd in zand en niet in klei en veen. In de poriën van de zandlaag wordt een injectievloeistof gespoten. Een goede en beheerste verspreiding van het injectiemiddel in de bodem is van groot belang. De doorlatendheid van de te injecteren zandlaag moet daarom voldoende hoog zijn. Een hoog gehalte fijn materiaal in het zand, zoals silt en klei, zorgen voor een lage doorlatendheid waardoor een homogene verspreiding rondom het injectiepunt belemmerd wordt.

De meestal toegepaste injectievloeistof is een mengsel van waterglas (50 à 60%), harder (6 à 8%) en water. Met dit mengsel worden de korrels van het zand aan elkaar gelijmd. De korrelstapeling van het zand blijft hierbij ongewijzigd. De concentratie van de harder en het vaste stofgehalte en poriënstructuur van het zand zijn bepalend voor de te bereiken druksterkte.

Het geotechnisch grondonderzoek (zie 3.6.1) geeft uitsluitsel over de toepasbaarheid van de methode. De aanwezige grondslag en met name de doorlatendheid van het zand bepaalt de snelheid waarmee geïnjecteerd kan worden. Als er te snel gepompt wordt, zal het injectiemiddel zich ongecontroleerd verspreiden met een slecht resultaat als gevolg.

Acrylaatgel Een recente ontwikkeling is het gebruik van een acrylaatgel als alternatief voor het waterglasmengsel. Bij gebruik van acrylaatgel is de reactietijd korter en is de bereikte druksterkte van het geïnjecteerde zand hoger dan bij gebruik van een waterglasmengsel.

Injectieslangen en manchettenbuizen
Bij het injecteren in de bodem worden in een vooraf bepaald raster onder de fundering op verschillende diepten injecties uitgevoerd. Hiervoor zijn verschillende technieken beschikbaar:

Voor het inbrengen van injectielansen, -slangen en manchettenbuizen kunnen verschillende technieken zoals trillen, spoelen en/of boren (figuur 6-4) gebruikt worden. Tot 4 à 6 m kan de uitvoering handmatig gebeuren. Daarboven is de inzet van een boorstelling noodzakelijk. De keuze is afhankelijk van de voorkeur van het uitvoerende bedrijf. Voor alle technieken geldt dat puin en/of andere obstakels een grote belemmering vormt / vormen. Puin met een beperkte afmetingen vormt in de regel geen probleem voor een boorstelling.

Voor het injecteren worden pompen ingezet die veelal voorzien zijn van een batchcontroller dan wel van een computerbesturing die de druk, de stroomsnelheid en de hoeveelheid liters per injectiepunt regelt. De te injecteren hoeveelheid injectievloeistof is afhankelijk van het poriëngehalte van het zand (de aanwezige ‘ruimte’ tussen de zandkorrels) en de afmeting van het te realiseren injectielichaam.

Verharding
Na ongeveer 24 uur is het met een waterglasmengsel geïnjecteerde zand voor circa 50% verhard. Na ongeveer 7 dagen heeft het geïnjecteerde zand een gemiddelde druksterkte van 1,0 tot 1,5 N/mm².

Toepasbaarheid / Systeembeperkingen
Injectie met een waterglasmengsel kan alleen in goed doorlatend zand worden uitgevoerd. Bij een hoog gehalte aan fijn materiaal (klei, silt en leem) en/of humus is de methode niet toepasbaar. Klei en veen zijn ongeschikt voor injecties met een waterglasmengsel. Dunne stoorlagen (< 5 mm) in de vorm van klei en veen hoeven echter niet altijd een probleem te zijn.

Tijdens het injecteren en de verharding mag slechts een zeer beperkte, natuurlijke grondwaterstroming aanwezig zijn. Naburige bemalingen moeten worden uitgezet tot 24 uur na het beëindigen van de injectiewerkzaamheden.

Bij vorst kan niet worden geïnjecteerd, tenzij voldoende beschermende maatregelen zijn genomen.

Milieuhygiënische aspecten
Op het injecteren met waterglas in de bodem is BRL 9339 [11] van toepassing. Bedrijven die hiervoor gecertificeerd zijn, voldoen hiermee aan de eisen van het Besluit Bodemkwaliteit. Het voldoen aan de eisen van dit besluit is een voorwaarde om in de bodem te mogen injecteren.

Zie hiervoor het gestelde in 6.2.2. Voor bodeminjectie geldt in aanvulling daarop dat bij twijfels over de injecteerbaarheid het noodzakelijk is de korrelverdeling (zeefkromme) en het humusgehalte van enkele grondmonsters te bepalen. De stromingsweerstand van het zand kan afgeleid worden uit de zeefkromme. De pakkingsdichtheid van het zand kan worden afgeleid uit de sondeergrafieken.

De fundering waaronder geïnjecteerd moet worden, moet bereikbaar zijn. De hiervoor benodigde ruimte hangt af van de afmetingen van het injectielichaam, de diepte tot waar geïnjecteerd moet worden en het in te zetten materieel. Indien niet bekend is wat de afmetingen van de fundering zijn, moeten enkele proefsleuven worden gegraven.

De injectiepompen kunnen op een wagen blijven staan maar even goed kunnen ze in een gebouw direct bij het te injecteren plek geplaatst worden. De pompen zijn compact en gemakkelijk verplaatsbaar.

Bij het injecteren van waterglas wordt een mengsel van 300 tot 400 liter van waterglas, harder en water per m³ te injecteren grond verpompt. Er moet voldoende ruimte, bij voorkeur minimaal voldoende voor de dagproductie, beschikbaar zijn om het waterglas op te slaan.

De injectievloeistof wordt meestal met behulp van slangen vanaf de opslagplaats naar de injectielocatie getransporteerd. Een afstand tussen pomp en injectielocatie van 65 m is meestal goed haalbaar. Voor de werkzaamheden zijn elektrische stroom (220 V / 16 A) en leidingwater (circa 2 à 3 m³/u) nodig. Er zijn aannemers die een eigen stroom- en watervoorziening meebrengen.

Het grootste voordeel van bodeminjectie is dat het pand gewoon in gebruik kan blijven tijdens de uitvoering van de werkzaamheden. De overlast voorde omgeving is beperkt. De techniek is geheel trillingsvrij. Injectie met een waterglasmengsel veroorzaakt geen verticale en horizontale deformaties in de grond.

In aanvulling op het gestelde in 3.11 geldt voor deze techniek het volgende:

Tijdens het injectieproces kunnen de flow, de totale hoeveelheid en de injectietijd per injectiepunt continu geregistreerd worden. Hieruit kan afgeleid worden of tijdens het injecteren voldaan is aan de procesparameters. Ook wordt enkele malen (bijvoorbeeld 3x) per dag een proefbeker gevuld met de toegepaste injectievloeistof. Bij de verharding van dit proefmengsel wordt de reactietijd van het mengsel vastgesteld en geregistreerd.

Na gereedkomen van de werkzaamheden worden de meetformulieren van het injectiesysteem (injectiestaten) gecontroleerd. De verharding van het injectielichaam kan door middel van prikken steekproefsgewijs worden gecontroleerd. Als de grond plaatselijk onvoldoende hard is geworden, zijn na-injecties nodig (herhalingsinjecties).

Eventueel kan de kwaliteit van de geïnjecteerde grond door middel van een boring en monstername en een laboratoriumonderzoek worden gecontroleerd. Van de monsters van het geïnjecteerde zand kan de druksterkte bepaald worden. De boorkernen moeten hiertoe een diameter van minimaal 250 mm hebben. Hieruit worden de monsters voor de drukproeven gezaagd. Deze mogen daarna niet gevlakt worden. Vooraf moeten er afspraken gemaakt worden over de beproevingsmethode inclusief de vervormingsnelheid tijdens het beproeven.

De omvang van de in de grond gevormde injectielichamen kan alleen globaal worden vast gesteld door met een stalen staaf in de grond te prikken. Er bestaan geen betrouwbare rekenregels waarmee de omvang kan worden afgeleid uit de meetresultaten van debiet en injectiedruk.

Na de laatste injectie met een waterglasmengsel moet in verband met het verhardingsproces minimaal 7 dagen worden gewacht met de overige herstelwerkzaamheden. Aanvullen van de sleuf langs de fundering kan direct plaatsvinden na voltooiing van de injectiewerkzaamheden.

Zie het gestelde in 3.15. Een met waterglasmengsel geïnjecteerd zandpakket blijft in normale omstandigheden minimaal 50 jaar zijn vorm en sterkte behouden. Hierbij geldt als voorwaarde dat geen sprake is van chemische verontreiniging van zand en/of grondwater.