auteurs ir. Marjorie Greveling - de Vos, ir. Arjen Ramkema, ir. Jeroen Meijdam Dura Vermeer projectgegevens project Parkeergarage Lammermarkt opdrachtgever Gemeente Leiden hoofdaannemer Combinatie Parkergarages Leiden bestaande uit Dura Vermeer en Besix diepwanden Franki Grondtechnieken Gewi-palen Bauer Funderingstechniek duikwerkzaamheden DISA staalvezelbeton Cementbouw / Bekaert SAAF-systeem Inventec hoofdconstructeur Royal HaskoningDHV architect JHK Architecten In Leiden is op 27 april 2017 de diepste parkeer­ garage van Nederland geopend voor het publiek. Het realiseren van een waterdichte bouwkuip bleek in dit project geen eenvoudige opgave, gezien de ronde vorm van de put en de enorme ontgravingsdiepte. De inzet van innovatieve materialen en bouwmethoden bood uitkomst. Parkeergarage Lammermarkt: storten staalvezelbeton en aansluiting onderwaterbetonvloer op diepwand Ronde onderwater betonvloer in uitvoering 1 Storten onderwater beton 4 VAKBLAD I 2 2017 04_Lammermarkt.indd 4 01-06-17 11:55 D e cilindrische parkeergarage Lammermarkt, aan de rand van het centrum in Leiden, heeft zeven par- keerlagen, alle ondergronds. De diameter van de cilinder bedraagt 60 m. De wanden zijn uitgevoerd als diepwanden die zowel tijdens de bouw als in het gebruiksstadium voor de grond- en waterkering zorgdragen. De bodem van de bouwput is gerealiseerd met (gedeeltelijk) gewapend vezelversterkt onderwaterbeton. In de gebruiksfase verzorgt een definitieve constructievloer de waterdichtheid van de parkeerga- rage. Zowel de definitieve constructie- vloer als de onderwaterbetonvloer zijn verankerd met 585 Gewi-palen. In de onderwaterbetonvloer en de construc- tievloer zijn poeren geïntegreerd. Een deel van de onderwaterbetonvloer is dubbelgewapend uitgevoerd (met staalvezels en conventionele wapening ter plaatse van de poeren) en krijgt daarmee in de gebruiksfase ook een definitieve functie. De aansluiting van de constructievloer op de diepwand is gerealiseerd als voeg, met een W9CUi- profiel als waterdichting (fig. 2). Hierbij wordt ervan uitgegaan dat de vloer in verticale richting kan bewegen ten opzichte van de diepwand, ook in de gebruiksfase. Voor het waterdicht maken tijdens de bouw moesten andere maatregelen worden genomen (zie vanaf de kop 'Afdichten kier tussen diepwand en onderwaterbetonvloer'). Storten staalvezelversterkt onderwaterbeton Het aanbrengen van vezelversterkt beton is tegenwoordig niet echt bijzon- der meer. Ook onderwaterbeton met staalvezels erin is al vaker toegepast. Uniek in dit project is dat staalvezels zijn toegepast in combinatie met traditio- nele wapening, uitgevoerd op ongeveer 25 m onder water. De volledige stort van circa 3500 m 3 beton moest over 40 m horizontaal en 40 m verticaal worden verpompt (foto 1). Mengen en ontmengen van staalvezelbeton Voor een goede kwaliteit, en daarmee voldoende sterkte van het onderwater- beton is een goede en gelijkmatige ver- deling van de staalvezels in het beton van groot belang. Daarom is er onder- Ontwerp onderwaterbetonvloer en diepwanden Zowel over de onderwaterbetonvloer als de diepwanden is een artikel verschenen in Cement , respectievelijk 'Ronde owb-vloer met staalvezels' en 'Uitdagingen bij ontwerp ronde bouwkuip'. Deze artikelen zijn beschikbaar op www.cementonline.nl. 2 Aansluiting van constructievloer op diepwand niveau -7 -21750 O.K. OWB -23800 aluminium honingraat samendrukbare laag 150 400 1000 100 950 -21745 afschot 15 mm/m1 W9CU-i Trelleborg uitvullaag d=100 kwaliteit C 12/15 onderwaterbeton d=1400 grind d=150 -22700 ACME 35 Schrumpf o.g. 55 95 primaire waterdichting met injectie W9CU Trelleborg secundaire waterdichting (optioneel) 130 340 355 demu 4010-ø12/M16 demu 4010-ø20/M24 demu 4010-ø20/M24 injectiebuis zwelband 1050 -22800 -24200 -24350 diepwand opruwen 890 t.p.v. hoofdtrappenhuis -21810 niveau hoofdtrappenhuis 10 demu L=315 mm demu L=315 mm demu L=315 mm 5 VAKBLAD I 2 2017 04_Lammermarkt.indd 5 01-06-17 11:55 zoek gedaan naar de invloed van het transport en het storten op het mogelijk ontmengen van de staalvezels. Tijdens het ontwerp van de vloer zijn de vol - gende risico's op ontmenging onderkend: ? ontstaan van ongelijkmatige verdeling/ ophoping van staalvezels bij het men - gen van de vezels in de betonmixer; ? ontmenging tijdens het transport van de betonmixer; ? ontmenging tijdens het verpompen over 80 m; ? ontmenging aan het stortfront tijdens de stort; ? gezien de enorme dichtheid van het net (een deel van het onderwaterbeton wordt namelijk voorzien van traditio - nele wapening bestaande uit een kruisnet met zes lagen Ø40 mm) is het niet op voorhand zeker dat de vezels vloeiend tussen deze wape - ningsstaven doorstromen. Stortproef onderwaterbeton Om er zeker van te zijn dat het resultaat van de uiteindelijke betonvloer goed zou zijn, is vooraf een proefstort uitge - voerd (foto 4). Tijdens de proefstort zijn de omstandigheden waaronder gestort moest worden zo goed mogelijk nagebootst. De staalvezels zijn ter plaatse in de betonmixer gemengd (foto 5). De mixer heeft daarna twintig minuten langer gedraaid om de reistijd na te bootsen. Daarna is het beton met een betonpomp aangebracht in een bekisting van 4 × 6 m 2, met daarin vier Gewi-ankers met schotels en zes lagen wapening. Tijdens de stort zijn proefmonsters genomen van het betonmengsel: a. bij aanvang stort, het eerste beton uit de betonmixer; b. na een halflege betonmixer, vóór het verpompen; c. na een halflege betonmixer, ná het verpompen; d. bij de laatste 10-15% uit de beton - mixer, vóór het verpompen. Van deze monsters is het grind en cement uitgewassen (foto 6) en is gemeten wat de mengverhoudingen van de vezels zijn. Gebleken is dat er verschil in concentratie van vezels optreedt tussen de momenten (a) en (d). De hoeveelheid vezels bij aanvang stort (a), bleek significant hoger dan bij de laatste 10-15%, ondanks zorgvuldig mengen. Om de vereiste treksterkte van het onderwaterbeton te kunnen garan - deren, moeten de vezels in een con - stante verdeling in het beton aanwezig zijn. De resultaten wezen uit dat dit niet het geval was. Bij de proef is de stortslang van de beton - pomp consequent op één plaats in de hoek van de kist gehouden. Op deze manier werd ervoor gezorgd dat het beton langzaam, vanuit één punt tussen de wapeningsstaven stroomde. De bekis - ting is deels uitgevoerd met plexiglas. Hierdoor was het mogelijk het stortfront om de wapening heen te zien stromen. Na uitharding is uit het beton een aan - 3 Model parkeergarage Lammermarkt 5 Doseren van de vezels in de betonmixer 4 Proefopstelling 6 VAKBLAD I 2 2017 04_Lammermarkt.indd 6 01-06-17 11:55 tal kernboringen genomen en is een aantal balkjes gezaagd. Uit visuele inspectie van de boringen is gebleken dat de vezels gelijkmatig over het beton waren verdeeld, ook ter plaatse van de wapening. Tussen de wapening zijn geen concentraties van vezels aange- troffen en ook zijn er geen delen beton aangetroffen waarbij de vezels minder aanwezig waren. Het resultaat van de proef wees uit dat het mengprocedé van de staalvezels moest worden verbeterd. Daarop is besloten de vezels niet met een trans- portband in de betonmixer aan het mengsel toe te voegen, maar direct in de betonmenginstallatie toe te voegen. Verder is geconcludeerd dat het risico op ontmenging van de vezels gedu- rende het gehele stortproces klein is, indien de vezels goed worden gemengd bij het samenstellen. De resultaten van de proef gaven voldoende vertrouwen om de stort in één keer uit te voeren. Afdichten kier tussen diepwand en onderwaterbetonvloer Na het storten zal de onderwaterbeton- vloer gaan krimpen. Door deze krimp kan een kier ontstaan tussen de diep- wand en het onderwaterbeton. Doordat de diepwanden vanwege hun cilindri- sche vorm op ringdruk heel stijf reageren, ontbreekt stempeldruk in de vloer. Als gevolg hiervan wordt de krimpnaad bij de aansluiting van het onderwaterbeton op de diepwand niet dichtgedrukt. Uit berekening bleek dat deze kier 6 tot 11 mm groot kan zijn, met een groot risico op lekkages van de bouwput tussen het onderwaterbeton en de diepwand, tijdens de bouwfase. Flinke lekkages aan de rand van het onderwaterbeton zou- den de grondwaterstand naast de bouwkuip kunnen verlagen. Direct naast de bouwkuip staat het rijksmonu- ment molen De Valk, waardoor een grondwaterstandbeïnvloeding van de directe omgeving niet was toegestaan. Vooraf zijn preventieve maatregelen getroffen met als inzet een dubbele bescherming, waarmee de voorziene lekkage op twee manieren zou kunnen worden aangepakt. Injectieslangen Het primaire systeem bestond uit twee injectieslangen die in een beschermend profiel onder water op de diepwand zijn bevestigd (fig. 7). Een frame waarin de injectieslangen zijn opgenomen, is door duikers op de diepwand bevestigd. Het profiel voorkwam dat de slang in het beton zou verdwijnen. Omdat het onderwaterbeton tijdens het droogzetten langs de diepwand enkele centimeters omhoog kon gaan schuiven, moest het injectiemateriaal enigszins flexibel blij- ven. Daarom is geïnjecteerd met gel en pur. Grout als injectiemiddel was door de hechtende eigenschappen niet toegestaan. Omdat de spleet tussen de diepwand en het onderwaterbeton relatief groot is, verdween veel van het injectiemateri- aal in het grindbed onder de vloer of in het water van de kuip. De resultaten met het materiaal pur waren beduidend beter dan met gel. Bevriezen grond Als secundair systeem is gekozen voor het bevriezen van de grond onder de vloer, waarmee een waterafdichting kan ontstaan. Dit systeem is vanwege de 6 Uitwassen proefmonsters 7 Injectieslangen op de diepwand 8 Rekenkundig model aangroei vrieslichaam na 11 dagen vriezen hoge operationele kosten en relatief lange doorlooptijd van drie weken voor het opbouwen van het vrieslichaam, als back-upsysteem ingezet. De koelleidingen lagen rondom langs de diepwand in het grindbed onder het onderwaterbeton, opgedeeld in vijf secties en waren aangesloten op een Injectiespoor 1 (onderste spoor) Injectiespoor 2 (bovenste spoor) 7 VAKBLAD I 2 2017 04_Lammermarkt.indd 7 01-06-17 11:55 koelinstallatie. De installatie was vol- doende krachtig om langs de diepwand een vrieslichaam op te bouwen van circa 500 tot 700 mm diameter. Door het kruipgedrag van bevroren grond kan het vrieslichaam enige vervorming van het onderwaterbeton volgen. Toch bleek het vrieslichaam minder bedrijfs- zeker dan verwacht. De oorzaken hiervan waren: ? De koelleiding lag waarschijnlijk op een aantal plaatsen iets verder van de diepwand af dan gepland. Door het grind en/of het storten van het onderwaterbeton is de leiding iets verschoven. ? In de temperatuurmetingen waren twee hardnekkige lekkages zichtbaar, gelegen op twee tegenover elkaar gelegen posities. Dit valt te verklaren door de aanwezigheid van een klein potentiaalverschil tussen de water- stand in de kuip en direct achter de diepwand. De stijghoogte in het watervoerend pakket heeft een ver- hang in het terrein rond de bouwkuip. Aan de zuidzijde van de bouwkuip was de stijghoogte circa 200 mm hoger dan aan de noordzijde. Een klein potentiaalverschil tussen de waterstand in de kuip en buiten de kuip kan waterstroming veroorzaken en bemoeilijkt daardoor het aanvrie- zen. Stromend water bevriest niet. Meetresultaten vervorming Bij het ontwerp van de onderwaterbe- tonvloer bestond grote onzekerheid met betrekking tot de krachten en spanningen die zich ter plaatse van de aansluiting diepwand-onderwaterbeton konden opbouwen. Het was niet ondenkbaar dat het onderwaterbeton bij de aansluiting tussen de diepwand op het onderwaterbeton omhoog zou schuiven tijdens het droogzetten van de bouwkuip. Het andere scenario waarbij de vloer aan de randen zou vastwiggen moest ook als realistisch worden mee- genomen. In de constructievloer, die op het onderwaterbeton was ontworpen, is een voegprofiel opgenomen. Hiervan was onduidelijk hoeveel vervormingen die zou moeten opnemen. Ook al schuift het onderwaterbeton tijdens droogzetten niet omhoog, dan kon niet worden uitgesloten dat dit fenomeen zich op een later moment alsnog zou voordoen. Het voegprofiel zou deze restzetting dan alsnog te verduren krijgen. De nog te verwachten restzetting mocht dus niet te groot zijn. Om dit aan te tonen, moest een monitoringsys- teem worden opgetuigd om de ver- plaatsing van het onderwaterbeton langs de diepwand tijdens droogpom- pen vast te stellen. Er is naar een breed scala aan mogelijkheden en technieken gekeken. Door slecht zicht, troebel water en een instabiele waterspiegel vielen alle scansystemen en visuele systemen af. Verder was het van belang dat de metingen met een grote nauw- keurigheid (< 1 mm), een grote betrouwbaarheid en op 25 m diepte moesten kunnen worden uitgevoerd. Daarnaast moesten zowel aan de rand als in het midden van de vloer de vervormingen in beeld komen. Na onderzoek bleek de toepassing van een SAAF-systeem (Shape Accel Array/ Field) aan al deze randvoorwaarden te afstand tot diepwand [m] vervorming [mm] [mm] 9 Verplaatsing onder- waterbetonvloer, op 2 m uit de diep- wand, ter plaatse van de buitenste rij ankers 10 Eindverplaatsing onderwaterbeton, vanaf randzone tot aan het midden 8 VAKBLAD I 2 2017 04_Lammermarkt.indd 8 01-06-17 11:55 voldoen. Het systeem laat zich goed vergelijken met een horizontale auto - matische inclinometer. Hierbij wordt een aantal in alle richtingen aan elkaar gekoppelde sensorelementen in een buis op het onderwaterbeton gelegd. In totaal zijn er vier meetslangen op het onderwaterbeton aangebracht, op het moment dat de kuip nog gevuld was met water. Gedurende het droogpom - pen is de verplaatsing van het onderwa - terbeton zowel in de tijd als over de gehele lengte van het onderwaterbeton in beeld gebracht. Hierdoor is een zeer nauwkeurig beeld gekregen van de vervorming van de vloer. In figuur 9 is de verplaatsing van de onderwaterbetonvloer te zien op 2 m vanuit de diepwand, uitgezet tegen de tijd. Na ongeveer zes weken uitharden en injecteren, is een flinke piek te zien in de grafiek. De monitoring wees op dat moment uit dat de vervormingen in het midden van de vloer groter waren dan aan de randzone bij enkele meters ver - laging van de waterstand. Hier is gepro - beerd de bouwkuip droog te zetten in de hoop dat het onderwaterbeton zich zou vastwiggen en zo de nog aanwe - zige lekkages dicht zou drukken. Deze poging werd gestaakt, vanwege het overschrijden van de vastgestelde norm aan lekkage. De grondwaterstand buiten de bouwkuip bereikte de inter - ventiewaarde. De bouwkuip werd weer vol gepompt. Enkele dagen later is de vriesinstallatie geactiveerd. Na drie weken vriezen, is opnieuw begonnen met het gecontroleerd droogpompen van de bouwkuip. In figuur 10 is de verplaatsing van het onderwaterbeton te zien, nadat de bouwkuip is drooggezet. Op de x-as is de afstand gegeven ten opzichte van de diepwand. Duidelijk te zien is dat de onderwaterbetonvloer vervormt over een breedte van 16 m uit de diepwand. Ter plaatse van de diepwand wordt het onderwaterbeton vastgehouden (vastwiggen). Vanaf 16 m komt de vloer recht omhoog. Conclusies Een ronde bouwkuip heeft voor- en nadelen. Gebleken is dat het waterdicht maken van een ronde bouwkuip extra aandacht behoeft. Door het inzetten van speciale technieken op het gebied van injecties en het bevriezen van grond bleek het wel mogelijk de vereiste waterdichtheid te realiseren. Door waarneming van duikers is geble - ken dat er een kier is ontstaan tussen het onderwaterbeton en de diepwand. Daar - entegen bleek uit metingen dat de onderwaterbetonvloer wel degelijk was vastgewigd achter de diepwand. Op ver - schillende punten sloot de diepwand dus aan op het onderwaterbeton, maar op andere punten bleven dus openingen tussen de diepwand en het onderwater - beton bestaan met lekkages tot gevolg. 11 Overzichtsfoto bouwput Lammermarkt, foto: hollandluchtfoto 9 VAKBLAD I 2 2017 04_Lammermarkt.indd 9 01-06-17 11:55