Geotechniek Fracture grouting in zand

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