Geotechniek Fracture grouting in zand

vakbladgeotechniek.nl

Geotechniek Fracture grouting in zand

Fracture grouting

in zand

Inleiding

Steeds vaker is men in de bouw genoodzaakt

mitigerende maatregelen toe te passen om

zettingen van bestaande bebouwing tegen te

gaan. Men wil de bestaande economische centra

bereikbaar en aantrekkelijk houden. Om dit te

bereiken worden delen van de hoofdinfrastructuur

ondergronds aangelegd. Bij de aanleg van

deze nieuwe ondergrondse infrastructuur moet

schade aan de bestaande bebouwing door zettingen

minimaal zijn. De zettingen aan bestaande

gebouwen kunnen worden geminimaliseerd door

gebruik te maken van de mitigerende maatregel

compensation grouting.

Compensation grouting is een techniek waarbij

mogelijke zettingen van bestaande bebouwing

worden gecompenseerd doormiddel van het

injecteren van grout onder of naast deze

bebouwing. Compensation grouting kan

worden toegepast in de vorm van fracture

grouting en compaction grouting, zie figuur 1.

Fracture grouting is het scheuren (fracturing)

van het grondpakket doormiddel van een groutinjectie.

Hierbij wordt de grond boven de scheur

opgetild. Bij compaction grouting wordt de

grond rondom de groutinjectie hoofdzakelijk

verdicht (compacted), waarbij lift van de grond

alleen boven deze injectie optreedt. Laatst

genoemde methode zorgt in het bijzonder voor

een versteviging van de ondergrond.

Figuur 1 Het principe van compaction

grouting (l) en Hydraulic fracture grouting (r)

34 GEOtechniek – april 2009

M.P.M.Sanders Royal Haskoning

A. Bezuijen Deltares / TU Delft

De techniek van compensation grouting is

ontwikkeld in de 30-er jaren in de VS voor het

compenseren van verzakkingen onder wegen.

Sinds de 90-er jaren wordt deze techniek ook

gebruikt om zakkingen ten gevolge van de aanleg

van tunnels te compenseren. Voorbeelden

zijn: Westminster Station in de Jubilee Line

extension line bij de BigBen in Londen, het

Centraal Station in Antwerpen en een winkelcentrum

in Perth in Australië. In Londen is

geïnjecteerd in stijve klei (London Clay).

Hier is fracture grouting opgetreden. Dit is

ook het geval onder het Centraal Station in

Antwerpen waar in een schelpenlaag is geïnjecteerd.

Er zijn sterke aanwijzingen dat er in Perth

bij genoemd winkelcentrum compaction grouting

is opgetreden bij het injecteren in zand.

Het resultaat van compensation grouting is

zichtbaar door het controleren van eventuele

zettingen of lift aan maaiveld. Echter of men nu

compaction grouting of fracturing toepast, is

onbekend. Dit kan alleen gecontroleerd worden

door het resultaat vrij te graven en dat is juist

meestal onmogelijk. Om meer grip op het grouting

proces te krijgen, zijn daarom grouting

onderzoeken opgezet in Cambridge en in Delft.

Naar aanleiding van de bouw van de Noord/

Zuidlijn is er de mogelijkheid van compensation

grouting onder een paalfundering onderzocht bij

de Sophia Spoortunnel. Hier is geïnjecteerd in

Samenvatting

Laboratoriumproeven tonen aan dat fracture

grouting in zand beïnvloed wordt door de

grout samenstelling en de initiële situatie

van het zandpakket waarin het grout geïnjecteerd

wordt. Bij groutinjectie in een

onverstoord zandpakket op meer dan 10 m

diepte met water-cement factoren van 1 à 2

van het grout, is sprake van compaction

grouting; bij water-cement factoren van 5

tot 20 treedt fracturing op. In de praktijk is

echter al bewezen dat met water-cement

factoren van 1 à 2 wel scheurvorming in

een homogeen zandpakket kan optreden.

Dit komt doordat de grond in de praktijk

verstoord is door het installatieproces ten

behoeve van het compensation grouting.

Dit artikel geeft een schets van de resultaten

die tot nu toe in het fracture grouting onderzoek

aan de TU Delft, de Universiteit van

Cambridge en bij Deltares zijn bereikt.

de zandlaag waarin ook de paalpunten waren

geïnstalleerd. Compenserend grouten bleek

mogelijk, maar de relatie tussen de plaats van

het injectiepunt en de plaats waar heffing

optrad bleek onduidelijk [Grotenhuis te, 2004].

Om beter begrip te krijgen van de mechanismen

die spelen tijdens compenserend grouten is er in

2001 door GeoDelft en TU-Delft in opdracht van

Delftcluster en later in samenwerking met de

Universiteit van Cambridge een onderzoek

gestart naar fracture grouting in zand.

In Amsterdam is voor de Noord/Zuidlijn compensation

grouting noodzakelijk. In het centrum van

Amsterdam zijn de historische panden op palen

gefundeerd waarbij de paalpunten in de eerste

Figuur 2 Resultaten uit de proevenserie 2006.

Links compaction grouting (met grout), rechts fracture grouting (met cross-linked gel).


zandlaag staan. De tunnel wordt onder deze 1ste

zandlaag geboord. Zonder mitigerende maatregelen

is de kans aanwezig dat de zettingen

die kunnen ontstaan ten gevolge van het boren

leiden tot onacceptabele vervormingen van de

bebouwing. Door toepassing van compensation

grouting onder de paalfundering worden deze

zettingen gecompenseerd door grout. Het grout

wordt in de grond onder de paalpunten geïnjecteerd

en grond en palen kunnen wat omhoog

geduwd worden. Naar verwachting kunnen met

deze techniek zettingen tot enkele centimeters

worden gecompenseerd.

De techniek dient dan toegepast te worden

onder de paalpunten van de funderingen.

Theoretisch gezien is het gewenst om onder een

paalfundering fracture grouting toe te passen,

zodat de palen niet stuk voor stuk omhoog

gedrukt worden zoals dat het geval is bij

compaction grouting. Echter, de ervaringen

van fracture grouting in relatief homogeen zand

zijn beperkt en dat is dan ook een belangrijke

drijfveer geweest om het onderzoek te starten

naast de wens tot begripvorming van het

grouting proces. Zowel in Delft als in Cambridge

duurt het onderzoek naar fracture grouting

nog steeds voort.

In dit artikel zal kort worden ingegaan op de uitvoering

van compensation grouting bij tunnels.

Daarna zal het laboratorium onderzoek in Delft

beschreven worden met enkele resultaten die

afgelopen jaren bereikt zijn.

Fracture grouting in de praktijk

Allereerst zal worden weergegeven hoe compensation

grouting in de praktijk wordt uitgevoerd.

In de schematische weergave in figuur 3 is

te zien dat vanuit een schacht horizontale leidingen

onder de paalfundering geplaatst worden.

Door de waaiervorm ontstaat er na groutinjectie

een horizontale groutplaat onder de fundering.

De genoemde horizontale leidingen worden

Tube à Manchette genoemd, kortweg TAM. In

de TAM zitten met een constante tussenafstand

openingen waar doorheen het grout wordt geïnjecteerd.

Aan beide zijden van de openingen zijn

ringen geplaatst en de openingen zijn afgedekt

met een rubberen band. Op deze manier wordt

het grout niet aan de buitenzijde langs de TAM

geperst en kan na het wegvallen van de injectiedruk

door de rubberen band het grout en de

grond niet terugvloeien in de TAM.

Met behulp van een injectieslang die op het

uiteinde voorzien is van 2 packers, wordt het

grout bij de juiste openingen geïnjecteerd.

Figuur 3

Schematische

weergave van het

compensation

grouting systeem

in de praktijk.

De packers zijn tijdens injectie opgeblazen,

zodat de TAM aan de binnenzijde afgesloten is

en het grout alleen door de betreffende opening

waar de kop zich bevindt, wordt geïnjecteerd.

In figuur 4 zijn de injectiekop en onderdelen

van een TAM uit de praktijk afgebeeld.

In de praktijk bestaat het compensation grouting

proces uit 3 injectiefases: de pre-conditioning

fase, de hoofdinjectie en de post-grouting fase.

In de pre-conditioning fase wordt een kleine

groutinjectie uitgevoerd om de ruimte rondom

de TAM’s, ten gevolge van installatie, op te vullen

en de omliggende grond op te spannen. In de

hoofdinjectie vindt de werkelijke compensation

grouting plaats en in de post-grouting fase

worden eventuele nazettingen gecompenseerd.

De eerste twee fasen zijn gebaseerd op het

volgende theoretische concept. Het opspannen

van de grond wordt uitgevoerd om de K0 naar

1 of hoger te forceren. In een homogene spanningsneutrale

grond zal een breuk in verticale

richting ontwikkelen, doordat de verticale

spanning hoger is dan de horizontale spanning

en de grond zijdelings opzij gedrukt kan worden.

Door de pre-conditioning fase wordt de grond

opgespannen en zal de horizontale spanning

toenemen, waardoor de K0 dus toeneemt.

Als K0 groter dan 1 wordt, dus de horizontale

spanning is hoger dan de verticale spanning,

zal de breuk in horizontale richting verder

ontwikkelen en heave optreden.

Dit theoretisch concept wordt niet altijd teruggevonden

in de praktijk. In Antwerpen zijn bij

ontgraving geen verticale fractures gevonden,

maar alleen horizontale. Tijdens de proevenserie

is 1 test uitgevoerd, waarbij 2 maal geïnjecteerd

is (met grout met verschillende kleuren). Hierbij

bleek het grout (net als in Antwerpen) bij de

tweede injectie het pad van de eerste injectie

Figuur 4 Op de bovenste afbeelding zijn

een aantal TAMs te zien. Op de onderste 2

afbeeldingen is de injectiekop te zien met

aan het uiteinde de packers.

te volgen. Waarschijnlijk wordt de spanningstoestand

al verstoord door het aanbrengen van

de leidingen en is dit ook van invloed op de

richting van de fractures.

Uit de praktijk blijkt verder dat tijdens het

compensation grouting proces het injectievolume

voor de pre-conditioning vaak hoger

ligt dan tijdens de hoofdinjectie. Doordat tijdens

de pre-conditioning de grond voldoende wordt

opgespannen, is tijdens de hoofdinjectie alleen

nog een kleine injectie nodig om de zettingen

te compenseren.

Het injectiedebiet dat in het veld wordt toegepast,

varieert van ca. 4 à 6 l/min tot ca. 8 à 10

l/min op grotere diepte, waarbij een w/c-

GEOtechniek – april 2009 35


factor van 1 à 2 wordt gehanteerd. De bentoniet

concentraties zijn niet altijd te herleiden

doordat vaste mengsels gebruikt worden,

waarvan de samenstelling fabrieksgeheim is.

Verwacht wordt dat de bentonietconcentratie

tussen de 3 tot 7 % ligt. Bij de opzet van de

proeven werd voor de injectiedruk die optreedt

tijdens fracture grouting een verhouding

injectiedruk / verticale spanning5’ verwacht

[De Pater, 2003]. Deze verhouding is echter

in de proevenseries van 2005 en 2006 niet

teruggevonden. In de proevenserie van 2008

was deze verhouding voor een aantal proeven

wel uit de resultaten te herleiden.

Laboratoriumonderzoek

Zoals al is aangegeven is in 2001 gestart met het

onderzoek naar fracture grouting in zand. Een

onderdeel van het onderzoek naar fracture grouting

zijn laboratoriumproeven. Vanaf 2005 is er

een aantal laboratoriumproeven uitgevoerd

waarbij er gekeken is naar de grout samenstelling,

verschil in type materiaal (grout of polymeer),

verschil in drukken, variatie in grondeigenschappen

en invloed van de installatie van

de TAM. In dit artikel zijn alleen de proevenseries

2005, 2006 en 2008 besproken welke zijn

uitgevoerd bij Deltares. De proeven uitgevoerd

aan de Universiteit van Cambridge worden buiten

beschouwing gelaten. Deze leveren overigens

vergelijkbare resultaten [Gafar et al., 2008].

De opstelling voor de uitvoering van de proeven

bestaat uit een cel bestaande uit 4 stalen ringen

Grout

reservoir

Plunjer

pomp

36 GEOtechniek – april 2009

Luchtdruk

10-100 kPa

240

450

27

390

Buret

Water

niveau

Water kamer

PVC plaat

2 filters

Rubber band

900

met een diameter van 90 cm en een totale hoogte

van 1,08 m. De cel is gevuld met zand (h=0,84 m)

dat verdicht wordt tot een relatieve dichtheid

van ca. 65%. In het midden van het zandpakket

is een stalen pijp gepositioneerd die fungeert als

TAM. De diameter van de pijp is kleiner dan de

werkelijke diameter (0,027 in plaats van 0,063

m). De spanningen zijn vergelijkbaar met de

werkelijke spanningen (100 kPa).

Op het zandpakket wordt een pvc-plaat

geplaatst waarboven zich een waterkamer

bevindt. Om de plaat worden rubberen ringen

aangebracht, zodat de verbinding tussen de

waterkamer en het zandpakket waterdicht is.

De waterkamer boven de plaat wordt onder een

druk van 100 kPa gezet, om de grondspanningen

op ongeveer 10 m diepte te realiseren. De druk

in deze waterkamer wordt gereguleerd via

luchtdruk die aan de bovenkant van een buret

wordt aangebracht. De buret zorgt ervoor dat

de waterkamer altijd geheel onderwater staat.

Door de waterhoogte in de buret te meten met

een verschildrukopnemer zijn volumeveranderingen

in de waterkamer en dus in het zandpakket

te meten.

Aan de onderkant van de opstelling en in de pvcplaat

zitten drainagesleuven onder zanddichte

geotextielen welke verbonden zijn met een

waterburet die boven op het deksel is geplaatst.

Het drainage water wordt met behulp van een

drukopnemer gemeten.

Aan de zijkant van de cel hangt de pomp die het

grout in de injectiepijp injecteert.

Drainage buret

Water niveau

PPT

Figuur 5

Opstelling

proevenserie

2005 en 2006

(maten in mm).

[Sanders, 2007]

In het zandpakket wordt op 4 verschillende

plaatsen de waterspanning gemeten en op 1

plaats de horizontale en verticale spanning.

In figuur 5 is een dwarsdoorsnede van de opstelling

afgebeeld. De opstelling is voor de proevenserie

in 2008 gewijzigd. Hierop zal later dit

artikel worden ingegaan.

Naast het simuleren van een diepte werd de

waterkamer in de proevenseries van 2005

[Kleinlugtenbelt, 2005] en 2006 [Sanders, 2007]

tevens gebruikt om een voorspanning van de

ondergrond te simuleren. Om de pre-conditioning

fase te simuleren is in 2005 en 2006 de

waterkamer onder extra druk van 300 kPa

gebracht en vlak voor de injectie is die druk

teruggebracht naar 100 kPa. Voor de proevenserie

van 2008 is besloten de invloed van de

TAM installatie te simuleren door de opstelling

rondom de injectiepijp aan te passen.

De proeven zijn uitgevoerd met grout mengsels

variërend met een water cement factor van 1 tot

100 en bentoniet concentraties van 5, 6,2 of 7

%. Daarnaast is er in de serie van 2006 een

injectie uitgevoerd met cross-linked gel, een

injectiemateriaal dat wordt toegepast voor

hydraulic fracturing in de olie-industrie.

Laboratoriumresultaten tot nu

Fracturing bleek in de proeven lastiger te realiseren

dan in de praktijk beweerd wordt. De gebruikelijke

mengsels voor fracture grouting, bleken

onregelmatig gevormde groutlichamen te geven,

maar deze waren toch nauwelijks te duiden als

fractures. Bij een hogere water-cement factor

(meer dan 2) leek het resultaat meer op scheurvorming.

Vanaf een w/c-factor van 20 trad veel

leak off op (het mengsel wordt tijdens de injectie

in de poriën geperst), waardoor er weinig

materiaal resteerde voor de vulling van de

fractures.

Daarnaast waren de injectiedrukken erg hoog.

Volgens de theorie van De Pater (2003) zou

in de proefopstelling fracturing optreden bij

injectiedrukken van ongeveer 5 bar. In de proeven

zijn injectiedrukken tot 29 bar gevonden.

In tabel 1 zijn enkele resultaten van de proevenserie

2005 en 2006 weergegeven. Test 1 is uitgevoerd

in de proevenserie van 2005 en test 2 t/m

6 in proevenserie 2006. Het toegepaste bentoniet

is in alle proeven geactiveerd-calcium bentoniet

en het cement is Portland cement (CEM I).

De injectiesnelheid bedroeg voor alle proeven 10

l/min. Naast de onderstaande gegevens zijn er

proeven uitgevoerd met vliegas en silica flour als

vervangers voor cement. Voor deze resultaten en

achtergrondinformatie over de eigenschappen


van de hulpstoffen wordt verwezen naar Sanders

(2007).

Mogelijke reden voor de discrepantie in laboratoriumresultaten

en praktijkervaring is het verschil

in de effectieve spanningen in de grond. Dit

is met behulp van een model [Bezuijen, 2008]

berekend en gecontroleerd met proeven welke

in de proevenserie van 2008 zijn uitgevoerd door

Wilson Au en Luca Masini bij Deltares [Au en

Masini, 2008]. Dit idee volgend zouden de

grondspanningen bij compensation grouting

lager zijn dan de oorspronkelijke spanningen

die worden bepaald door het gewicht van de

boven liggende grond, zoals verderop zal

worden toegelicht.

De relevante grout eigenschappen die van

invloed zijn op het fracturing proces zullen

nu nader worden behandeld.

Relevante grout eigenschappen

AFPLEISTEREN

Bezuijen & Van Tol (2007) hebben beschreven

hoe afpleistering van grout het fracturing

proces beïnvloedt. Fracturing treedt op omdat

de radiale spanning in het zand rond een breuk

hoger is dan de tangentiele spanning. Dit zal

nader toegelicht worden.

Als we kijken naar de zandkorrels rondom een

injectiepunt, zien we dat de korrels niet homogeen

verdeeld zijn zoals aangenomen wordt in

de continuüm mechanica. Op het grensvlak met

het zand en de groutinjectie zal tussen enkele

korrels meer ruimte zijn dan bij andere. Tussen

deze ruimte kan zich grout bevinden, zoals schematisch

is weergegeven in figuur 7. Zo lang het

grout een vloeistof is, zal de groutdruk alzijdig

zijn. Door de druk worden de korrels wat naar

buiten gedrukt en zal de radiale spanning op de

korrels groter zijn dan de tangentiële. De hogere

vloeistofdruk kan dan daar waar ruimte is tussen

de korrels, de korrels opzij drukken en een breuk

zandkorrels

P f

injectievloeistof

σ θ

zandkorrels

P f

injectievloeistof

Fracture grouting in zand

initiëren. Hierdoor kan het grout verder

indringen en een breuk wordt gevormd.

Voorwaarde voor het fracture proces zoals hier

beschreven is dat het grout op het niveau van

de zandkorrels wel als een vloeistof beschreven

mag worden. Wanneer het water uit het grout

wordt geperst tijdens injectie en er een zogenaamde

filter cake ontstaat op de overgang

tussen het grout en het zand, kan die filtercake

Figuur 6 Resultaten proevenserie 2006, Links: grout met w/c-factor 20,

Rechts: grout met w/c-factor 2 [Sanders, 2007].

Tabel 1 Enkele resultaten proevenserie 2005 en 2006.

σ θ

lokale

vervorming

vervorming volgens

‘cavityexpansion’

theorie

Figuur 7 Principe

schets hoe fracturing

geïnitieerd wordt.

Figuur 8

Principe schets

van afpleistering.

voorkomen dat de vloeistofdruk indringt tussen

de korrels, zie figuur 8, en zal de fracture stoppen.

Verdere injectie is dan alleen mogelijk met

hoge druk en zal leiden tot compaction grouting.

Bij een lage water-cement factor zit er relatief

veel cement in het grout. Dit maakt de filtercake

doorlatend (ten opzichte van een filtercake van

alleen bentoniet) waardoor sneller een cake van

een zekere dikte kan ontstaan die fracturing

onmogelijk maakt.

Test nr. Bentoniet w/c –factor Piek injectie druk Injectie type

% kPa

1 5 1,4 15 * Compaction

2 6,2 2 23,5 Compaction/ fracturing

3 6,2 5 29 Fracturing

4 6,2 20 12 Leak off, fracturing

5 6,2 200 17 Leak off, small fracturing

6 Cross-linked gel 7,5 Fracturing

* De maximale pompcapaciteit bedroeg slechts 15 bar, is later verhoogd naar 50 bar.

zandkorrels afgepleisterd

granulair

materiaal

σθ P f

injectievloeistof

GEOtechniek – april 2009 37


De vorming van de filtercake bij bepaalde

injectiedrukken en verschillende groutsamenstellingen

is nader onderzocht door Bezuijen

et al. (2007).

LEAK-OFF

Leak-off is het indringen van fijne groutdeeltjes

in het zandpakket. In figuur 9 is een principeschets

getoond van fracturing met daarbij

afpleistering en leak-off.

Onderzoek van Sanders (2007) toont aan dat bij

een hogere water-cement factor en dus lagere

concentraties cement in het groutmengsel, meer

bentoniet deeltjes in de zandporiën kunnen

indringen en dus meer leak off optreedt.

INVLOED VAN GRONDDEFORMATIES

De proeven in Delft en ook in Cambridge worden

uitgevoerd in een homogeen ongestoord zandpakket.

In de praktijk zal dit echter niet het

geval zijn.

In de omgeving van de TAM’s zal er een spanningsverandering

optreden bij het installeren

daarvan. De TAM’s worden aangebracht met een

boorbuis of casing die teruggetrokken wordt als

de TAM op positie is. Tussen de boorbuis en de

TAM bevindt zich ‘Blitzdämmer’. Dit is grout-

Test nr. w/c –factor Piek injectie druk σ' v;initial Piek σ' v Piek σ' h

kPa kPa kPa kPa

9 (2006) 5 2900 140 202 450

1 (2008) 5 370 102 102

σ'v;initial = 85

88

4 (2008) 1,8 600 103 120 245

Tabel 2 Enkele grondspanningen 2006 en 2008.

38 GEOtechniek – april 2009

Figuur 9 Principe

schets fracturing

proces

[Gafar et al. 2008].

Figuur 10 Principe

schets boorbuis en

TAM tijdens installatie

[Bezuijen et al. 2008].

mengsel van de cementleverancier Heidelberg.

Door de installatie zal de grond in eerste instantie

opspannen waarna ontspanning optreedt bij

het terugtrekken van de boorbuis en consolidatie

van de Blitzdämmer. In figuur 10 is een principe

afbeelding getoond van een boorbuis en TAM

tijdens installatie met alleen grondverdringing.

Uit het model van Bezuijen (2008) volgt dat door

spanningsverlaging en daarop volgend spanningsverhoging

door groutinjectie een andere

reactie van de omliggende grond optreedt dan

bij injectie van een homogeen onaangetast zandpakket.

Door een spanningsverlaging ontstaat er

rondom het injectiepunt een plastisch actieve

zone. Een groutinjectie creëert rondom het

injectiepunt een plastisch passieve zone. Als de

grond rondom het injectiepunt een actieve zone

betreft, zal de benodigde injectiedruk lager liggen

om een plastische passieve zone te creëren

dan wanneer de omliggende grond neutraal is.

Voor verdere details wordt verwezen naar

Bezuijen et al. (2008) en naar het onderzoek van

Wang & Dusseault (1994). Wang & Dusseault

(1994) hebben de spanningspreiding van de

grond rond een boorgat geanalyseerd ten gevolge

van belasting-ontlasting tijdens een boring.

In de proevenserie van 2008 is bovenstaande

theorie getoetst door de proefopstelling van

2005 en 2006 aan te passen. Om de TAM is een

boorbuis ontworpen welke teruggetrokken zal

worden na het vullen van de tussenruimte tussen

deze boorbuis en TAM met Blitzdämmer.

Hierdoor ontstaat de genoemde spanningsverlaging

van het omliggende zandpakket. Na een

periode van uitharding van de Blitzdämmer

wordt het grout geïnjecteerd voor de fracturing

proef. Het voorspannen van het pakket door de

belastingverhoging door de waterkamer is niet

meer uitgevoerd, omdat de pre-conditioning

fase nu is vervangen door de vernieuwde opstelling,

zoals omschreven is en afgebeeld is in figuur

11. Alle overige procedures zijn wel in overeenstemming

met de proevenserie van 2005 en 2006.

Zowel de horizontale als de verticale grondspanningen

zoals gemeten met de gronddrukopnemers

in het zandpakket is in de proevenserie

van 2008 significant lager dan in 2005 en 2006.

In tabel 2 zijn van één proef uit 2006 en 2 proeven

uit 2008 grondspanningen weergegeven.

Test 9 uit 2006 en test 1 uit 2008 zijn met eenzelfde

groutmengsel uitgevoerd. (w/c-factor = 5,

bentonietconcentratie = 6,2 %)

Uit de proevenserie blijkt dat met dezelfde

grout mengsels als toegepast in 2006, de injectiedrukken

veel lager zijn en er ook daadwerkelijk

fracturing optreedt. Hieruit volgt dat de installatie

van het grouting systeem veel invloed heeft


Figuur 11 Situatieschets vernieuwde opstelling proevenserie 2008.

op het mechanisme compaction of fracturing.

In figuur 12 is een resultaat van de proevenserie

2008. Hier is te zien dat fractures gevormd zijn.

Voor meer resultaten van het onderzoek 2008

wordt verwezen naar komende publicatie voor

ITA 2009.

Discussie & Conclusies

In hoofdstuk 4 is besproken welke grouteigenschappen

van belang zijn om fracturing te kunnen

toepassen in een homogeen zandpakket.

De filtercake mag niet te dik worden, omdat zich

anders geen fracture zal vormen in de grond, en

leak off moet beperkt blijven, zodat voldoende

materiaal beschikbaar blijft om fracturing te

kunnen voortzetten. Daarnaast is de initiële

situatie van de omliggende grond van belang.

Als er een spanningsverlaging is opgetreden

door bijvoorbeeld installatie van de TAM’s,

zal de benodigde injectiedruk om het fracture

grouting te bereiken kleiner worden.

Uit het onderzoek kan tot nu toe het volgende

geconcludeerd worden:

1. Voor fracturing is naast de materiaaleigenschappen

van het grout ook het installatieproces

van belang.

2. Ontlasting van de grond voor belasting heeft

een lagere injectiedruk tot gevolg.

3. Een verlaagde injectie druk betekent minder

consolidatie en leak-off. Minder consolidatie

leidt tot een dunnere filtercake.

4. Door minder leak-off en een dunnere filter

cake blijft er meer groutmateriaal over om

fractures te vullen cq. verlengen.

Fracture grouting in zand

5. Fracture grouting in zand treedt op bij relatief

lage injectiedrukken (tot ongeveer 15 bar)

daarboven zal sprake zijn van compaction

grouting.

Dankwoord

Het onderzoek naar fracture grouting wordt ondersteund

door Delft Cluster. De samenwerking met

de Universiteit van Cambridge in dit onderzoek is

als zeer stimulerend ervaren.

Referenties

– Au, W. & Masini, L., 2008. Compensation

grouting in sandy soils: The effect of TAM

installation. Research collaboration Deltares,

University of Cambridge, ‘Sapienza’ University

of Rome, Delft.

– Bezuijen, A., Tol, A.F.van & Sanders, M.P.M.

2008. Mechanisms that determine between fracture

and compaction grouting in sand. Proc. 6st Int.

Symposium on Geotch. Aspects of Underground

Construction in Soft Ground, Shanghai.

– Bezuijen, A., Sanders, M.P.M., Hamer, D. & Tol,

A.F.van 2007. Laboratory tests on compensation

grouting, the influence of grout bleeding.

Proc. World Tunnel Congress, Prague.

– Bezuijen, A. & Tol, A.F.van 2007.

Compensation grouting in sand, fractures and

compaction. Proc. XIV European Conference on

Soil Mechanics & Geotechnical Engineering,

Madrid.

– Bezuijen, A. & Talmon, A.M. 2003.

Grout the foundation of a bored tunnel.

Proc ICOF. Dundee: Thomas Telford.

Figuur 12 Resultaat test 1 proevenserie 2008.

– Gafar, K., Soga, K., Bezuijen A., Sanders

M.P.M., Tol A.F. van (2008). Fracturing of

sand in compensation grouting. Proc. 6st Int.

Symposium on Geotch. Aspects of Underground

Construction in Soft Ground, Shanghai.

– Gafar, K. & Soga, K. 2006. Fundamental

investigation of soil-grout interaction in sandy

soils. Report. University of Cambridge.

– Grotenhuis R. te, 2004 Fracture Grouting in

Theory, Modelling of fracture grouting in sand,

MSc thesis, Delft University of Technology;

November.

– Kleinlugtenbelt, R., Bezuijen, A., Tol A.F. van,

2006. Model tests on compensation grouting.

Proc. World Tunnel Congress, Seoul.

– Kleinlugtenbelt, R. 2005. Compensation

grouting, laboratory tests in sand. MSc thesis.

Delft University of Technology.

– Pater, C.J. de, Bohloli, B., Pruiksma, J.,

Bezuijen, A., 2003. Experimental study of

hydraulic fracturing in sand. TU Delft.

– Sanders, M.P.M 2007. Hydraulic fracture

grouting, laboratory tests in sand. MSc thesis.

Delft University of Technology.

– Wang, Y., Dusseault, M.B. 1994, Stresses

around a circular opening in an elastoplastic porous

Medium Subjected to repeated hydraulic loading.

Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech abstr.

Vol.31. No.6. pp. 597-616

Reageren op dit artikel?

Stuur dan uw reactie vóór 29 mei 2009 naar

info@uitgeverijeducom.nl

GEOtechniek – april 2009 39

More magazines by this user
Similar magazines