Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei. Ontwerp en toetsing onder- en achterloopsheid gemaal Nijenbeek

Transcriptie

1 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei Ontwerp en toetsing onder- en achterloopsheid gemaal Nijenbeek

2 Projectnaam : Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei Contractnummer : Opdrachtgever project CoVo : Waterschap Vallei en Veluwe Opdrachtnemer project CoVo : de Vries en van der Wiel Opdrachtnemer Gemalen : GMB Civiel B.V. Objectcode : Onderbouw gemaal Documenttitel : Ontwerp en toetsing onder- en achterloopsheid gemaal Nijenbeek Documentnummer : BER-1177 Status : definitief Contactpersoon m.b.t. inhoud : GMB Civiel B.V. Klaas Kuiper Telefoonnummer : Revisieoverzicht Revisie Omschrijving Auteur Datum 0 Eerste uitgave Klaas Kuiper Wijzigingen na overleg WS V&V Klaas Kuiper Opmerkingen WS V&V verwerkt Klaas Kuiper Voor akkoord, opsteller Voor collegiale toets namens Opdrachtnemer Voor vrijgave namens Opdrachtnemer Naam Klaas Kuiper Harm Mulder Bas Stolte Functie Constructeur Technisch Manager Projectmanager Datum Handtekening GMB BER-1177 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei i

3 Inhoud 1 Inleiding Algemeen Leeswijzer Uitgangspunten Opbouw constructie Geotechnische en hydraulische uitgangspunten gondopbouw Hydraulische randvoorwaarden Hoogtemaatvoeringen Kwelwegen en dimensioneringkwelschermen algemeen Analyse huidig ontwerp Dimensionering kwelschermen Kwelschermen onder gemaal kwelschermen naast gemaal (aan beide zijden) Conclusies BIJLAGEN... 4 BIJLAGE 1 Toetsing kwellengte... I BIJLAGE 2 Sonderingen en boringen... II GMB BER-1177 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei ii

4 1 Inleiding 1.1 Algemeen In dit document wordt in aanvulling op de berekening van de bouwkuip een toets uitgevoerd op onder en achter loopsheid ter plaatse van het nieuw te bouwen gemaal Nijenbeek. In dit document worden de uitgangspunten vastgelegd en op basis hiervan wordt een en ander nader uitgewerkt. In UO-fase zal de totale constructie inclusief maatregelen die nodig zijn met betrekking tot kwelbelasting in detail nader uitgewerkt worden. 2 Leeswijzer H. 6, conclusies toegevoegd. 3 Uitgangspunten 3.1 Opbouw constructie Het gemaal wordt gebouwd binnen een verloren bouwkuip. De bouwkuip bestaat uit stalen damwanden die fungeren als grond en waterkering. De OWB vloer zorgt voor de onder afdichting van de tijdelijke bouwkuip. Zowel het OWB als de damwanden blijven achter. Een en ander is omschreven in ons rapport met kenmerk BER De onderwaterbetonvloer (OWB) wordt aangelegd op een redelijk draagkrachtige ondergrond. In de bouwfase zijn echter ook trekelementen noodzakelijk om te voorkomen dat OWB opdrijft. Deze trekelementen kunnen ook goed de functie van drukpaal vervullen. Deze belastingen uit de civiele constructie wordt afgedragen via uitvulvloer en OWB naar de aanwezige palen. In de berekening wordt ervan uitgegaan dat het gemaal rust op de aanwezige uitvullaag met OWB eronder. Deze verzorgen de fundering. De aanwezige trekelementen voorkomen dat het gemaal in gebruikssituatie in combinatie met hoog water opdrijft. Om die reden worden de trekelementen ook in de constructievloer opgenomen. Vanwege de aanwezigheid van deze palen bestaat er een risico dat er theoretisch een holle ruimte kan ontstaan tussen OWB en onderliggend zandpakket. Met betrekking tot kwelweglengte mag het horizontale deel van de OWB vloer niet meegenomen worden in toetsingen omdat het OWB gefundeerd wordt op palen. GMB BER-1177 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei pagina 1

5 3.2 Geotechnische en hydraulische uitgangspunten gondopbouw De opbouw van de bodem is in onderstaande tabel geschematiseerd welke voor de gehele bouwkuip wordt gebruikt. Dit is tot stand gekomen op basis van handboring B-239 van Inpijn-Blokpoel en de beschikbare sonderingen DKM 008 t/m 011 van Fugro. Deze gegevens zijn opgenomen in bijlage 2. grondopbouw grondsoort hoofdnaam bijmengsel cons. b.k. laag o.k. laag laagdikte γ γ sat ϕ [NAP] [NAP] [m] [kn/m 3 ] [kn/m 3 ] [ ] zand zwak siltig, kleiig ,40 0,70 19,00 21,00 32,50 klei zwak zandig slap 8,40 3,00 5,40 18,00 18,00 22,50 zand zwak siltig, kleiig - 3,00-1,50 4,50 19,00 21,00 32,50 klei zwak zandig Slap -1,50-5,00 3,50 18,00 18,00 22,50 zand schoon vast' -5, ,00 22,00 40, Hydraulische randvoorwaarden Maatgevende hoge waterstand IJsselzijde NAP 1) Maatgevend streefpeil polderzijde NAP 2) 1) De maatgevende hoge waterstand aan de IJsselzijde is gebaseerd op de toekomstige overstorthoogte van de uitstroomdrempel van NAP ter plaatse van het nieuw te bouwen gemaal met nog 100mm opstuwing. 2) dit is het aan te houden normale streefpeil aan polderzijde 3.3 Hoogtemaatvoeringen Kruin huidige dijk NAP Uitstroomhoogte toekomstige dijk NAP Bovenkant constructievloer gemaal NAP Onderkant OWB NAP o.k. damwand bouwkuip NAP In de bouwfase zal MHW nog een maatgevend criterium zijn. Hier wordt in het ontwerp van de kwelschermen geen rekening mee gehouden. Dit gaan wij oplossen door in de bouwfase het huidige dijkprofiel onaangetast te laten. De bouwkuip wordt in de dijk geplaatst en de omliggende grond blijft gedurende de realisatie van het gemaal aanwezig. Pas in de eindfase, wanneer de nieuwe dijk de primaire functie heeft overgenomen zullen de aansluitende watergangen gegraven worden. Met deze fasering in de uitvoering blijft het dwarsprofiel van de huidige dijk intact en zal piping en kwel niet anders zijn dan in de huidige situatie. Schets met doorsnede bouwkuip, plaats kwelschermen en huidig dijkprofiel GMB BER-1177 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei pagina 2

6 4 Kwelwegen en dimensioneringkwelschermen 4.1 algemeen Kwelweg 3 Kwelweg 1 Object 2 Object 1 Principeschets met typen kwelwegen dsn Kwelweg 2 Kwelweg 1 Kwelweg 3 Principeschets met typen kwelwegen baz Kwelweg 1 onderloopsheid gemaal Kwelweg 2 achterloopsheid horizontaal (buitenom de damwandkuip) Kwelweg 3 achterloopsheid van MHW naar mv polderzijde (buitenom de damwandkuip) GMB BER-1177 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei pagina 3

7 4.2 Analyse huidig ontwerp De analyse van de kwelwegen worden getoetst met de formules van Lane (1935), overeenkomstig TAW = (1 3.h+) Cw, creep ΔH [NAP] het verval over de waterkering ΔH c [m] maximaal toelaatbaar verval L h [m] totale lengte van horizontale delen van de kwelweg L v [m] totale lengte van verticale delen van de kwelweg C w,creep [-] gewogen creep-factor (afhankelijk opbouw grond) ** In bijlage 1 wordt met behulp van bovenstaande formule en de bijbehorende uitgangspunten een toets gedaan op de verschillende kwelwegen. ** In het rapport van Arcadis (2011) wordt een doorlatendheid aangehouden van m/s bij een d70 van 150. Deze doorlatendheid resulteert in een C w,creep van 6 à 7. In de berekening wordt een factor 6.5 aangehouden (een gemiddelde waarde) 5 Dimensionering kwelschermen In bijlage 1 is een berekening opgesteld van de minimaal benodigde kwellengten. 5.1 Kwelschermen onder gemaal b.k. damwand [NAP] o.k. damwand [NAP] (deze inheidiepte is constructief minimaal benodigd) lengte damwand [m] kwelschermen naast gemaal (aan beide zijden) b.k. damwand [NAP] o.k. damwand [NAP] lengte damwand [m] Conclusies In hoofdstuk 5 is een opsomming gemaakt van de benodigde kwelschermen om onder- en achterloopsheid te beheersen. Een en ander is getoetst met de empirische rekenregels van Lane. Alle unity checks zijn kleiner dan 1. De berekeningen zijn opgezet conform Technisch Rapport Zandmeevoerende Wellen (TAW 1999). Daarnaast is ook gebruik gemaakt van het vernieuwde onderzoeksrapport Zandmeevoerende Wellen van Delatres maart 2012 De kwelschermen zoals deze zijn omschreven in hoofdstuk 5 voldoen aan de gestelde eisen met betrekking tot onder- en achterloopsheid van kunstwerken in waterkeringen. 7 BIJLAGEN GMB BER-1177 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei pagina 4

8 BIJLAGE 1 Toetsing kwellengte GMB BER-1177 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei I

9 project Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei datum: projectnummer onderdeel toets onder- en achterloopsheid gemaal Nijenbeek TOETSING KWELWEGLENGTE TAW 1999 Kwelweglengte toets m.b.v. theorie van Lane (1935) Cw,creep [-] 6,50 MHW [NAP] 7,71 streefpeil [NAP] 4,65 ΔH [m] 3,06 b.k. vloer [NAP] 3,00 o.k. vloer [NAP] 1,55 b.k. damwand bouwkuip [NAP] 9,10 o.k. damwand bouwkuip [NAP] -5,50 b.k. damwand kwelscherm [NAP] 7,25 Formule van Lane: L c = 1/3 x L h + L v = ΔH x C w,creep ΔH x C w,creep [m] 19,89 l c,hor = 3 x L c [m] 59,67 l c,vert = L c [m] 19,89 L 1 = 1/3 x L h + L v Toetsing kwelweg 1 (onderloopsheid) aantal kwelwegbeperkende objecten [st] 2 object 1 object 2 object 3 object 4 lengte [m] 8,50 7,10 0,00 0,00 lengte [m] 7,10 8,50 0,00 0,00 L h1 [m] 31,20 tekort 0,00 Toetsing kwelweg 2 ontwikkelde lengte damwand per m1 (verfoppervlak) (achterloopsheid) lengte [m] lengte [m] lengte [m] lengte [m] lengte [m] 29,50 7,48-2,80 0,00 correctie* [-] 1,37 1,37 1,00 0,00 * is correctie verfopp. damwand 40,42 10,25-2,80 0,00 L h,2 [m] 47,86 tekort 11,81 lengte [m] lengte [m] lengte [m] lengte [m] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 L v,2 [m] 0,00 tekort 3,94 Toetsing kwelweg 3 ontwikkelde lengte damwand per m1 (verfoppervlak) (achterloopsheid) lengte [m] lengte [m] lengte [m] lengte [m] lengte [m] 29,50 7,48 6,35 0,00 correctie* [ - ] 1,37 1,37 1,37 0,00 * is correctie verfopp. damwand 1,37 40,42 10,25 8,70 0,00 L h,3 [m] 59,36 tekort 0,31 lengte [m] lengte [m] lengte [m] lengte [m] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 L v,3 [m] 0,00 tekort 0,10 1 van 2

10 project Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei datum: projectnummer onderdeel toets onder- en achterloopsheid gemaal Nijenbeek TOETSING KWELWEGLENGTE TAW 1999 Kwelschermen onder gemaal extra lengte kwelscherm onder gemaal tekort [m] 0,00 o.k. damwand minimaal -5,50 b.k. damwand 9,10 L damwand minimaal 14,60 aan te houden lengte 14,60 o.k. damwand -5,50 kwelschermen naast gemaal lengte kwelscherm naast gemaal tekort [m] 1,97 o.k. damwand minimaal -0,42 b.k. damwand 7,25 L damwand minimaal 7,67 aan te houden lengte 7,70 o.k. damwand -0,45 schermlengte kwelscherm naast gemaal per zijde tekort [m] 5,90 schermlengte 5,90 aan te houden schermlengte 6,00 2 van 2

11 BIJLAGE 2 Sonderingen en boringen GMB BER-1177 Zutphen - Dijkverlegging Cortenoever Voorsterklei II

12 Grondonderzoek CoVoTi te Voorsterklei Betreft Resultaten geotechnisch onderzoek Opdrachtnummer VH-6300-Voorsterklei Documentnummer VH-6300-Voorsterklei-1 Opdrachtgever ARCADIS Nederland B.V. Postbus AR Apeldoorn Opgesteld door Gezien Status Codering : : : : F.W.A. van Heerebeek Ing. H.M. Geurtjens Definitief RG Paraaf : Paraaf : Datum rapport : 10 december 2010 INPIJN-BLOKPOEL ingenieursbureau Postbus AB Son Telefoon/Fax: T F

13 Opdacht: VH-6300 Project: Grondonderzoek CoVoti Plaats: Voorsterklei Boring: B-139M Uitvoering op: Uitvoering door: RNN Boring volgens NEN 5119 Classificatie volgen NEN 5104 Maaiveldhoogte: 8,38 m t.o.v. N.A.P. x-coordinaat: ,7 m (in RD) Grondwaterstand: cm - maaiveld y-coordinaat: ,7 m (in RD) 8, ,00 0,15 0,60 1,00 Zand, matig fijn, zwak siltig, zwak humeus, matig wortelhoudend, lichtbruin Zand, matig fijn, matig siltig, zwak roesthoudend, zwak wortelhoudend, lichtbruin Klei, zwak zandig, matig roesthoudend, zwak wortelhoudend, licht grijsbruin 7,00 4 Klei, zwak siltig, zwak roesthoudend, zwak houthoudend, donkergrijs 2,00 6,00 5 Klei, zwak siltig, zwak roesthoudend, donkergrijs 2,80 5, ,70 4,00 Klei, matig zandig, donkergrijs Klei, sterk zandig, donkergrijs Boring: B-140 Uitvoering op: Uitvoering door: RNN Boring volgens NEN 5119 Classificatie volgen NEN 5104 Maaiveldhoogte: 5,85 m t.o.v. N.A.P. x-coordinaat: m (in RD) Grondwaterstand: 149 cm - maaiveld y-coordinaat: ,4 m (in RD) 5,00 4,00 0,00 0,10 0,50 0,70 1,40 1,90 Zand, zeer fijn, kleiïg, zwak humeus, matig wortelhoudend, bruin Klei, matig zandig, zwak roesthoudend, lichtbruin Zand, matig fijn, zwak siltig, lichtgrijs Zand, matig fijn, kleiïg, matig roesthoudend, licht grijsbruin Klei, matig zandig, matig roesthoudend, licht grijsbruin Klei, matig zandig, zwak roesthoudend, donkergrijs 3,00 2,00 3,00 3,15 3,85 4,00 Klei, sterk zandig, donkergrijs Klei, zwak siltig, zwak houthoudend, donkergrijs Zand, matig fijn, kleiïg, donkergrijs INPIJN-BLOKPOEL Ingenieursbureau

14 Opdacht: VH-6300 Project: Grondonderzoek CoVoti Plaats: Voorsterklei Boring: B-239 Uitvoering op: Uitvoering door: RNN Boring volgens NEN 5119 Classificatie volgen NEN 5104 Maaiveldhoogte: 8,6 m t.o.v. N.A.P. x-coordinaat: ,2 m (in RD) Grondwaterstand: cm - maaiveld y-coordinaat: m (in RD) 8,00 7,00 0,00 0,15 0,90 1,30 Zand, matig fijn, kleiïg, zwak humeus, matig wortelhoudend, bruin Klei, matig zandig, zwak humeus, zwak roesthoudend, lichtbruin Zand, matig fijn, kleiïg, zwak roesthoudend, lichtbruin Klei, zwak siltig, zwak houthoudend, zwak roesthoudend, grijs 6,00 5,00 3,20 3,40 3,80 4,00 Klei, zwak siltig, zwak houthoudend, zwak roesthoudend, zwak puinhoudend, grijs Klei, zwak siltig, donkergrijs Zand, matig fijn, zwak siltig, grijs Boring: B-240 Uitvoering op: Uitvoering door: RNN Boring volgens NEN 5119 Classificatie volgen NEN 5104 Maaiveldhoogte: 5,11 m t.o.v. N.A.P. x-coordinaat: ,8 m (in RD) Grondwaterstand: 78 cm - maaiveld y-coordinaat: ,1 m (in RD) 5,00 4,00 0,00 0,25 0,75 1,00 Klei, zwak zandig, matig humeus, matig wortelhoudend, donkerbruin Klei, zwak siltig, matig roesthoudend, zwak wortelhoudend, lichtbruin Zand, matig fijn, kleiïg, zwak roesthoudend, grijsbruin Zand, matig fijn, matig siltig, zwak roesthoudend, grijs 3,00 1,90 Klei, zwak zandig, zwak houthoudend, donkergrijs 2,00 3,05 Zand, matig fijn, matig siltig, licht grijsbruin 4,00 INPIJN-BLOKPOEL Ingenieursbureau

15 0 conusweerstand (MPa) hellingshoekα 50 MAAIVELD = 5.71 m tovnap NAP (m) diepte in meters tov plaatselijke wrijving (MPa) wrijvingsgetal w/c (%) CoVoTi INPIJN-BLOKPOEL Ingenieursbureau TYPE: elektr. volgens NEN 5140 continue sondering datum: uitv.: mat.: sondering: DKM-15 opdracht: VH-6300

16

17 B-239 B-139M DKM-15 Wellenbergweg IJssel Voorsterbeek 7 B-140 B-311 B B-141 B-241 B-511 B-142M B-242 DKM-16 B-143 B-243 B-144 B-244 B-411 Voorsterklei B-245 B-312 B-145 DKM-17 6 B-512 B-246 B-146 B-147 B Voorsterklei B-148M B-248 DKM-18 9 B-149 B-412 B-249 Voorsterklei B-313 B-150 B-250 Trafo 8 B-251 B-513 DKM-19 B-151M B-152 B-252 B-153 B B-254 B-154M DKM-20 4 Voorsterklei B-413 B-155 B-314 B B B-156 B-256 B-157M B-257 DKM-21 2 B-158 B B-159 B-414 B B-260 B B-160M DKM-22 Voorsterklei Wellenbergweg Trafo IJssel B-161 B-261 B B-162 B B B-163M DKM B-164 B-264 B-415 IJssel B-165 B-316 B-265 B-266 B-516 B-166M DKM-24 Gelders - Hoofd a Dovenkampweg 8 8a B-167 B-267 Trafo 8 B-268 B-168 B-416 DKM-25 Bron: digitale tekening Bureau + vestigingsplaats: Arcadis N Opdrachtomschrijving / locatie: Grondonderzoek CoVoTi te Voorsterklei Omschrijving tekening: Gelders - Hoofd Jssel Opdrachtnummer: Bijlage: VH-6300 SIT-01 Bewerkt: Datum: JBS Tekening- / bladnummer: -- Datum laatste bewerking: INPIJN-BLOKPOEL Ingenieursbureau Situatietekening X, Y: Schaal: 1 : Formaat: A2 Deze situatietekening dient om inzicht te geven in de locatie van de meet- en onderzoekspunten. De tekening dient niet voor andere doeleinden te worden gebruikt. M:\Opdrachten\VH\VH-\Veld\Teken\VH-6300-TOTAAL-001-JBS

18

19

20

21

22