Grondinjectie met ultrafijn cement

Transcriptie

1 Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving rapport 99-7 Grondinjectie met ultrafijn cement Literatuurstudie

2 Postbus AK Gouda Telefoon GRONDINJECTIE MET ULTRAFIJN CEMENT Literatuurstudie Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving

3 Dit rapport is onder de volgende trefwoorden opgenomen in het CUR-infobestand: geotechniek grondinjectie eisen injectievloeistoffen injecteerbaarheid grond grondverbetering laboratoriumonderzoek literatuurstudie ultrafijn cement geschiktheidsonderzoek Foto omslag: Heidelberger Zement Umwelttechnik, Leimen Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt. ' CUR-rapport 99-7 'Grondinjectie met ultrafijn cement. Literatuurstudie', september 1999, Stichting CUR, Gouda.' Aansprakelij kheid De CUR en degenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en de CUR sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor de schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens de CUR en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt. ISBN

4 VOORWOORD In Nederland ontbreekt het momenteel aan praktische ervaring met het gebruik van ultrafijn cement voor grondinjecties. De enkele proefinjecties die met ultrafijn cement in Nederland zijn uitgevoerd, bleken slechts matig of in het geheel niet succesvol te zijn. Op initiatief van RWS Bouwdienst is daarom besloten deze injectiemethode in Nederland nader te onderzoeken. Dit onderzoek heeft ten doel de state-of-the-art vast te leggen door het uitvoeren van een literatuurstudie en interviews te houden met buitenlandse deskundigen. Daarnaast is bij Heidelberger Zement een indicatief laboratoriumonderzoek op enkele Nederlandse grondmonsters uitgevoerd. Indien de resultaten van deze onderzoekingen voldoende hoopgevend zijn, kan besloten worden een proef in-situ proef in Nederland uit te voeren. In eerste instantie gaat het dan om het creëren van een waterafsluitende laag. Voor de volledigheid kan nog vermeld worden dat ook de jetgrout-techniek (op basis van normale cement) een alternatief kan zijn voor injectie met chemische middelen. Bovenstaande overwegingen waren reden om in CUR-verband een preadvies op te stellen voor de mogelijke toepassing van grondinjectie met ultrafijn cement, waartoe een literatuurstudie en een beperkt laboratoriumonderzoek zijn uitgevoerd. Het in dit rapport beschreven onderzoek is begeleid door CUR pre-adviescommissie PC 116 'Injectiepolder'. De commissie was als volgt samengesteld: ir. H.R.E. Dekker, voorzitter Bouwdienst RWS ir. H.L. Jansen, rapporteur Fugro Ingenieursbureau b.v. ir. B.J. Admiraal Visser & Smit Bouw B.V. dr.ir. J.W. Frénay ENCI N.V. D.W. Hemelop Bouwdienst RWS ing. P.H. Langhorst Nederhorst Grondtechniek b.v. ing. A. Jonker, coördinator CUR ir. W.J. Heijnen, mentor CUR Het rapport is opgesteld door ir. H.L. Jansen en mevr. ing. B. van der Meer van Fugro Ingenieursbureau b.v. De CUR dankt ENCI N.V., Fugro Ingenieursbureau b.v., Nederhorst Grondtechniek b.v., Rijkswaterstaat Bouwdienst en Visser & Smit Bouw B.V. voor de financiële bijdrage die dit onderzoek mogelijk heeft gemaakt. september 1999 Het bestuur van de CUR

5

6 INHOUD NOTATIES 6 SAMENVATTING 7 SUMMARY 8 1 INLEIDING 9 2 DOEL EN OPZET VAN DE STUDIE Doel Opzet literatuurstudie Interviews buitenlandse deskundigen Oriënterend laboratoriumonderzoek 11 3 INJECTEREN MET ULTRAFIJN CEMENT 12 4 CRITERIA VOOR INJECTEERBAARHEID 15 5 GESCHIKTHEIDS- EN CONTROLE-ONDERZOEK Opzet van het onderzoek Geschiktheidsonderzoek Controle-onderzoek Onderzoek in de literatuur Geschiktheidsonderzoek suspensie Eigenschappen geïnjecteerde grond 27 6 UITVOERINGSASPECTEN Benodigd grondonderzoek Injectievloeistof Uitvoering en materieel Praktijkervaringen 34 7 INJECTEERBAARHEID NEDERLANDSE GROND 39 8 TOEPASSING IN NEDERLAND 41 9 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Conclusies Aanbevelingen 42 LITERATUUR 43 Bijlage A VERKLARING VAN ENKELE BEGRIPPEN 47 Bijlage B VRAGENLIJST INTERVIEWS 49 Bijlage C ANTWOORDEN VAN HEIDELBERGER ZEMENT 52 Bijlage D ANTWOORDEN VAN W.J. CLARKE 61 Bijlage E KORRELVERDELINGSDIAGRAMMEN 65

7 NOTATIES Dx [mm] korreldiameter van het zand die door X gew- % van het materiaal wordt onderschreden; veelvuldig gebruikt worden D10, Dis en DÓO dx [mm] korreldiameter van het ultrafijn cement die door X gew-% van het materiaal wordt onderschreden; veelvuldig gebruikt wordt dss Cu AH II [Pa] [-] [m] [m] vloeigrens van de suspensie; ook ZD genoemd gelijkmatigheidscoëfficiënt: Cu = Dèo I Dio. Voor deze grootheid wordt in de Duitse literatuur de letter U gebruikt. In Nederland wordt met U het specifiek oppervlak van de zandfractie aangeduid. sedimentatie van de suspensie in een maatcilinder; AH is de hoogte van het vrije water boven de suspensie totale hoogte (vrij water + suspensie) in de maatcilinder V [mpa-s] dynamische viscositeit (Newton-vloeistof). Opmerking: 1 mpa-s = 1 cp. De viscositeit van water bij kamertemperatuur (293 K) bedraagt 1 mpa-s TJB [mpa-s] plastische viscositeit (Bingham-vloeistof); ook de notatie gebruikt TJP wordt 77' [mpa-s] schijnbare viscositeit (Bingham-vloeistof) k qu [m/s] [MPa] waterdoorlatendheidscoëfficiënt prismadruksterkte pp [kg/m 3 ] volumieke massa van de suspensie ro [Pa] vloeigrens van de suspensie; ook cohesie c genoemd fmarsh [S/dm 3 ] U [-] wcf [-] W/B [-] uitlooptijd uit de Marshtrechter. Voor water bij kamertemperatuur (293 K) bedraagt deze circa 27 a 28 s/dm 3. specifiek oppervlak zandfractie water-cementfactor, dat wil zeggen quotiënt van massa water en massa cement water/bindmiddelfactor; als wcf, echter niet alleen betrekking hebbend op het cement maar ook op de hulpstoffen

8 SAMENVATTING Door middel van een literatuurstudie en het interviewen van buitenlandse deskundigen is een beeld gevormd van de toepassingsmogelijkheden van ultrafijn cement voor bodeminjectie. In Nederland is hiermee tot nu toe slechts beperkte ervaring opgedaan. De techniek komt in aanmerking als alternatief voor een injectie met oplossingen op basis van waterglas en dergelijke voor het waterondoorlatend maken of het verstenen van grondlagen. Met name wanneer de toepassing van chemische oplossingen om milieutechnische redenen niet is toegestaan, zou het gebruik van ultrafijn cement een mogelijkheid kunnen zijn. Een belangrijk verschil met de in Nederland bekende injectietechnieken is dat met ultrafijn cement en water een suspensie wordt gevormd die zich anders gedraagt dan een chemische oplossing. Hoewel de beide technieken (injecteren met een suspensie op basis van ultrafijn cement en met een chemische oplossing) uiterlijk veel overeenkomst vertonen, worden duidelijk andere eisen aan de injectieapparatuur gesteld. In Duitsland is de methode van uitvoering inmiddels geoptimaliseerd. Van een aantal Nederlandse zandmonsters is op basis van de in de literatuur gevonden criteria de injecteerbaarheid onderzocht. Daarnaast heeft in aanvulling hierop Heidelberger Zement een beperkt laboratoriumonderzoek uitgevoerd. Op basis van deze onderzoeken is geconcludeerd dat injectie met ultrafijn cement in de onderzochte zanden mogelijk is. Voor verdere toepassing van de techniek in Nederland is nader onderzoek aanbevolen om de optimale uitvoeringswijze en de kosten beter in beeld te brengen.