Concept Waterkerende verticale afdichtingen

Principe

Een verticale waterkerende afdichting is een isolatiemethode waarmee beoogd wordt de verspreiding van verontreinigende stoffen met de horizontale grondwaterverplaatsing te voorkomen, dan wel te beperken. De meest gangbare verticale afdichtingen zijn:

Techniek 1: Stalen damwand

Een stalen damwand is een tijdelijke of permanente waterkerende constructie, al of niet voorzien van een verankering of stempeling. Er zijn verschillende technieken waarmee een stalen damwand in de bodem kan worden gebracht. Afhankelijk van de bodemopbouw en randvoorwaarden vanuit de omgeving (trillings- en geluidshinder) wordt meestal gekozen voor heien, trillen en/of drukken en eventueel spuiten. De stalen damwand zelf is waterdicht zolang hij niet door corrosie is aangetast. Een belangrijk aandachtspunt bij deze techniek is dat de sloten tussen de damwandplanken en de onderaansluiting op een slecht doorlatende laag gevoelig zijn voor lekkage. Na het aanbrengen van de planken of panelen worden de sloten geïnjecteerd met bentoniet-cement om lekkage via de sloten verder te reduceren. Het profiel van de damwand-planken is U- of Z-vormig. De constructie kan al of niet worden voorzien van een verankering of stempeling.

Figuur: Schema Stalen damwand

 

Techniek 2: Diepwand

Een diepwand is een permanente waterkerende constructie, al of niet voorzien van een verankering of stempeling. Diepwanden worden gemaakt door het graven van een smalle (0,40 tot 1,20 m breed) en relatief diepe sleuf en deze te vullen met een slecht doorlatende substantie. De gebruikte substanties bestaan voornamelijk uit bentoniet en cement waaraan desgewenst vulstoffen worden toegevoegd. Ook substanties als beton en plastisch beton wordt toegepast. In een diepwand kan ook een foliescherm worden aangebracht. Voor het graven van de sleuven kunnen bijvoorbeeld kelly-grijpers worden toegepast. De grijpers zijn hierbij aan een lange en betrekkelijk stijve stang bevestigd. Voor diepe sleuven zijn andere graafwerkzaamheden vereist zoals bijvoorbeeld een hydrofrees. Verbonden aan een stijf metalen frame, draaien wielen met tanden in tegengestelde richting ten opzicht van elkaar en woelen de grond los. Deze machine kan smalle sleuven tot steeds grotere diepte in vrijwel iedere grondsoort graven.

Voor de aanleg van de cement-bentoniet diepwanden wordt gebruikt gemaakt van zowel een 1-fase- als van een 2 fasensysteem. In een 1-fasesysteem wordt gebruik gemaakt van een cement-bentoniet suspensie. Deze suspensie laat men uitharden nadat een sectie van de sleuf gereed is. In een 2-fasensysteem wordt eerst een bentonietspoeling toegepast en na voltooiing van het uitgraven van een sectie wordt deze steunvloeistof vervangen door de substantie die de definitieve wand gaat vormen. De steunvloeistof wordt vervangen door de sleuf van onderen uit via stortkokers vol te storten met het zwaardere mengsel. De steunvloeistof kan na regeneratie enige malen worden herbruikt.

 

 

Figuur: Schema Diepwand

 

Techniek 3: Cement-bentonietwand

Door het plaatsen van een schermwand of een combinatie scherm/foliewand kan een waterremmende of waterkerende wand verkregen worden. Door een kraan met makelaar wordt een speciale spuitplank in de bodem getrild of geheid. Tijdens het terugtrekken van het scherm wordt een waterremmend materiaal gedoseerd (bentoniet/cement, P.U.). Het scherm (injectiewand) heeft een dikte van 10 tot 25 cm en heeft waterremmende eigenschappen. Tegelijk met de spuitplank kan een kunststofscherm tot voldoende diepte de bodem in getrild en gespoten worden. Ook kan een tweede spuitplank met kunststofscherm aan de eerste plank gekoppeld worden en op dezelfde wijze in de bodem gebracht worden. De koppeling van de schermen geschiedt met een slotverbinding. Wanneer de tweede spuitplank op diepte is, wordt de eerste spuitplank losgekoppeld van zijn schermmateriaal en uit de bodem getrild.
Hierna herhaalt de cyclus zich. De breedte van de schermdelen varieert tussen 1 en 2,50 meter. De schermdelen met folie zijn met sloten aan elkaar verbonden. De aansluiting op de afdichtende laag is een punt van aandacht. Vaak zal een afwerking door middel van injectie of grouting nodig zijn. Het geïnstalleerde scherm is waterkerend. Een alternatieve minder toegepaste methode is het aanbrengen van een foliescherm met behulp van een 'kettinggraafmachine'. Tijdens het graven wordt de verticaal staande rol folie afgerold waardoor een doorgaand waterdicht scherm wordt verkregen.

 

 

Figuur: Schema cement-bentonietwand

 

Toepassingsgebied en toepassingsvoorwaarden

Bij de beoordeling van de toepasbaarheid van isolatiematerialen spelen naast de technische realisatiemogelijkheden ook een aantal toepassingsvoorwaarden een rol.

 

Volgende technische realisatiemogelijkheden zijn van belang:

• Stalen damwanden zijn tijdelijke of permanente grond?/waterkerende constructies. De toepas­sing van stalen damwanden is beperkt tot diepten van circa 30 meter, afhankelijk van het type bodem, in grof zand bijvoorbeeld belangrijk minder (circa 20 meter). Wanneer ook grond­drukken opgevangen moeten worden heeft deze techniek de voorkeur boven andere typen verticale afdichtingen. De effectiviteit van een stalen damwand wordt mede bepaald door de kwaliteit van de sloten waarmee de damwandplanken worden verbonden en de onderaansluiting op een horizontale slecht doorlatende laag en de aanwezigheid van lekken in de wand. Toepassing van een stalen damwand in veengebieden kan in verband met het zure milieu pas worden overwogen na een gedegen onderzoek naar corrosiegevoeligheid van de wand en de mogelijkheden tot aanvullende maatregelen (zoals coatings). Onder normale omstandigheden is er wat betreft de aard van de verontreinigende stoffen geen beperking mits een goede coating en/of katho­dische bescher­ming wordt aangebracht. Bij het toepassen van stalen damwanden, kan er sprake zijn van overlast. Zo leiden de hei­werk­zaamheden voor een stalen damwand tot geluidsoverlast. Bovendien worden schokgol­ven gepro­duceerd. Door het toepassen van geluidswerende mantels om het hei? of trilblok kan geluids­overlast worden beperkt. Bij het intrillen van damwanden kan trillingshinder in de nabije omgeving worden ondervonden. Door resonantieverschijnselen kan schade aan be­bouwing ontstaan. Door het in trilling brengen van losgepakte zandlagen kunnen deze worden verdicht, hetgeen leidt tot zettingen. Door het veranderen van het moment van het trilblok bij het plaatsen en verwijderen van de platen kunnen de trillingen in de bodem sterk verminderd worden. Ook na het verwijderen (trekken) van de damwand bestaat een risico dat zettingen ontstaan. Afhankelijk van de grondsoort moet, indien wordt geheid of getrild, een afstand van 5 tot 25 m tussen damwand en bebouwing worden aange­houden. Indien de wanden worden ingedrukt, wordt geen overlast veroorzaakt. De aanwezigheid van ondergrondse materialen (puin, funderingen) vormen een obstructie voor het plaatsen van de damwanden. Obstakels in de ondergrond dienen voorafgaand ver­wijderd te worden; zo niet wordt de wand er omheen gelegd. Het aanbrengen van damwan­den in compacte grindlagen is moeilijk. 
• De maximale diepte en de diepwandlengte is afhankelijk van de graafmethoden. Wanneer grijpers worden toegepast kan een maximale diepte bereikt worden van 50 m. Bij toepassing van de hydrofrees kan met de standaarduitvoering tot een diepte van 60 m worden gegraven. Met de nieuwste machines kunnen dieptes van meer dan 100 m worden bereikt. Diepwanden kunnen niet worden toegepast indien de grond bestaat uit grof materiaal, zoals grind, omdat de bentonietsuspensie kan wegvloeien door indringing in de poriën.

Door de lage productiesnelheid en de vereiste hoge organisatiegraad zijn de kosten van diep­wanden relatief hoog, waardoor de methode alleen toepasbaar is bij grotere werken. Diep­wanden vormen een alternatief voor damwanden en worden toegepast indien een trillingsvrije en geluids­arme uitvoering is gewenst en/of een kerend scherm op grote diepte moet worden aangebracht. De effectiviteit van een cement?bentonietwand wordt, naast de kwaliteit van de onderaf­dichting, bepaald door de samenstelling van het wandmengsel en de kwaliteit van de uit­voering. In dit laatste geval spelen verticaliteit en controle op de kwaliteit van het mengsel een belangrijke rol. Door de adsorberende werking van de wand voor zware metalen en het pH?effect dat metalen in de nabijheid van de wand doet neerslaan, wordt de effectiviteit van de cement?bentonietwand vergroot. Door het ontgraven van de sleuf ontstaat er ontspanning van de grond, waardoor er in meer of mindere mate gerekend moet worden op het ontstaan van actieve schuifvlakken, die lopen vanaf de teen van de diepwand tot aan het maaiveld. Om deze reden zijn diepwanden niet geschikt om vlak langs bebouwing aan te brengen. Wat betreft de aard van de verontreinigende stoffen zijn er vrijwel geen beperkingen. Bij de keuze van de samenstelling van het mengsel moet wel rekening gehouden worden met de in de bodem aan­wezige verontreinigende stoffen.

• Net zoals bij andere verticale afdichtingen, vormt de onderaansluiting op een slecht doorlatende horizontale laag een factor die in belangrijke mate de effectiviteit bepaalt. Bij cement-bentonietwanden moet hieraan speciale aandacht worden besteed door de aansluiting te verbeteren, bijvoorbeeld met behulp van injectie of grouting. Verder is de kwaliteit van de slotafdichting eveneens van invloed op de effectiviteit van de wand. De bodem moet geschikt zijn om het frame met spuitlansen in de grond te krijgen. Dit betekent dat toepassing mogelijk is in niet al te dicht gepakt zand en niet al te harde klei of veen. Grotere obstakels in de ondergrond vormen een probleem. In grove bodemmaterialen zoals grind kan geen waterremmend materiaal geïnjecteerd worden. De uitvoering van de sloten tussen de afzonderlijke folie?elementen verdient de nodige aandacht. Nagegaan moet worden of er in de omgeving geen trillingsgevoelige objecten aanwezig zijn. Het materiaal is resistent tegen de meest voorkomende chemicaliën. Lipofiele organische stoffen permeëren echter gemakkelijk doorheen kunststoffolies.

 

Voor verticale afdichting worden de volgende toepassingsvoorwaarden relevant geacht:

• Waterdoorlatendheid: hierbij moet nagegaan worden in hoeverre de techniek kan voldoen aan de gestelde eisen ten aanzien van de waterdoorlatendheid, uitgedrukt in een waarde voor de hydraulische weerstand van de verticale afdichting;
• Levensduur: hieronder wordt de tijdsperiode verstaan waarbinnen de functie kan worden vervuld of waarbinnen aan een vooraf geformuleerde doelstelling kan worden voldaan. Hierbij wordt uitsluitend ingegaan op de levensduur van de techniek;
• Verstoring afdichtende bodemlagen (niet toegestaan):bij het aanbrengen van een verticale afdichting worden vaak afdichtende bodemlagen doorsneden en mogelijk verstoord, hetgeen gevolgen kan hebben voor de verspreiding van de verontreinigingen;
• Trillingen (civieltechnische eisen): bij het aanbrengen van verticale afdichtingstechnieken kunnen trillingen optreden die negatieve effecten op de omgeving kunnen hebben;
• Uitloging: vanuit bodemkwaliteitsbelang kunnen eisen worden gesteld aan de uitloging van toegepaste materialen bij verticale afdichtingen;
• Emissies vanuit de constructie: vanuit bodemkwaliteitsbelang kunnen eisen worden gesteld aan emissies die vanuit de verticale afdichtingsconstructie optreden.

 

Kosten

In onderstaande tabel zijn de kosten van materiaal en uitvoering van de technieken weergegeven. Voorbereiding van de uitvoering is in de tweede kolom opgenomen. De kosten zijn sterk afhankelijk van de diepte van de wand, de noodzaak voor verankering, de lengte, de locatie en de aanwezige infrastructuur op de site. Voor een cement-bentoniet diepwand is bijvoorbeeld plaatsing van een installatie nodig, wat ca. € 75.000 kan kosten en wat met name kleinere projecten de prijs van de wand per m³ behoorlijk kan beïnvloeden.

 

Tabel: Kosten verticale afdichting (OVB, 2004)

Specificatie materiaal/uitvoeringsvorm	Kosten	Kosten mob/demob
Verloren stalen damwand	€ 100-250 per m²	€ 3000-5000
Diepwand	€ 75-125 per m²	€ 15.000-30.000
Cement-bentonietwand	€ 37-75 per m²	ca. € 75.000

 

Milieubelasting en te nemen maatregelen

In de bovenstaande paragraaf werden toepassingsvoorwaarden aangegeven, gesteld vanuit bodemkwaliteitsbelang. Aangezien bij de keuze van isolatietechniek ook nog andere belangen een rol spelen worden hier de beschouwde technieken bekeken vanuit algemene milieubelangen. Een kwalitatieve beoordeling van de milieubelasting van enkele technieken binnen de methode verticale waterkerende afscherming is in onderstaande tabel weergegeven.

 

Tabel: Overzicht milieubelasting van de verschillende uitvoeringsvormen van  waterkerende verticale afdichting

Aspect	Stalen damwand	Diepwand	Scherm/foliewand
Verbruik schaarse grondstoffen	Verbruik staal	Verbruik bentoniet, cement en zand, evt. vrijkomen verontreinigde grond	Verbruik bentoniet, cement en zand, evt. vrijkomen verontreinigde grond
Gebruikte bodembelastende stoffen of hulpmiddelen	Toepassing van coatings en slotafdichtingsmateriaal	Niet relevant	Niet relevant
Emissies naar lucht, bodem of water	Relevant daar uitlo- ging kan optreden	Relevant daar uitlo- ging kan optreden	Relevant daar na verloop van tijd lekkage doorheen de folie kan optreden9
Geurhinder	Niet relevant	Niet relevant	Niet relevant
Geluidshinder	Transport, inbreng wand	Transport, inbreng wand	Transport, inbreng wand
Energieverbruik	Transport, intrillen	Transport, graafwerk, productie cement-bentonietmengsels	Fabricage folie, inbrengen folie

 

De milieubelasting van een stalen damwand bestaat met name uit geluids- en trillingshinder. Zo leiden de intrillingswerkzaamheden voor een stalen damwand tot geluidsoverlast. Bij deze technieken dient men extra aandacht te schenken aan stabiliteit en trillingen. Indien de wanden worden ingedrukt, wordt overlast zeer sterk beperkt. Door damwandplanken hydraulisch in te drukken kan trillingsvrij worden gewerkt.

De werkzaamheden ten behoeve van een cement-bentonietwand leiden tot niet noemenswaardige overlast, tenzij ook schotten en of zware profielen worden ingetrild.

De milieubelasting bij het toepassen van diepwanden wordt met name gevormd door:

• het vrijkomen van verontreinigde grond indien het tracé van de schermwand door het verontreinigde gebied loopt (dit is veelal door ruimtegebrek het geval). Op basis van in projecten opgedane ervaringen wordt hergebruik van verontreinigde grond in de wand afgeraden.
• in het 2-fasen graafsysteem komt verontreinigde graafspoeling vrij indien de wand binnen het verontreinigde gebied wordt geplaatst. De graafspoeling kan worden geregenereerd.

De milieuaspecten van geluid- en trillingshinder voor de omgeving (stalen damwand) en het vrijkomen van verontreinigd materiaal en graafspoeling (met name diepwanden) kunnen een rol spelen in het afwegingsproces.

Gelinkte pagina's: