Uitbreiding Strandhotel met appartementen en parkeerkelder in Cadzand-Bad. Uitdagende bouwput en kelder in de duinen

Transcriptie

1 Uitbreiding Strandhotel met appartementen en parkeerkelder in Cadzand-Bad Uitdagende bouwput en kelder in de duinen Uitdagende bouwput en kelder in de duinen

2 1 ing. Herco Huurnink Bartels Ingenieursbureau Gilliam de Nijs (sr.) BMNED 1 Impressie van het uitgebreide Strandhotel in Cadzand-Bad Hoogteligging niveau begane grond bestaande hotel: NAP +5,48 m niveau -3 van de parkeergarage: NAP -3,27 m maximaal ontgravingsniveau: NAP -5,02 m ontgravingsniveau t.p.v. liftschachten: NAP -6,42 m maximaal te keren grondhoogte: 7,52 tot 16,52 m maximaal te keren waterhoogte: 6,77 m 1 Onder het gehele nieuwe oppervlak, in totaal circa 4000 m 2, komt een twee- tot drielaagse ondergrondse parkeergarage voor 222 parkeerplaatsen. Met name de ligging van het project is uitzonderlijk, namelijk gedeeltelijk in de duinen. Opbouw constructie De kelder is uitgevoerd met een betonnen casco van kolommen, wanden en vloeren met versterkte stroken. De onderste keldervloer bestaat uit een 350 mm dikke constructieve betonvloer op een 1000 mm dikke onderwaterbetonvloer, voorzien van liftputten. Hiertussen bevindt zich lokaal een uitvullaag van zand. De kelderwanden zijn gestort tegen de stalen wand van de bouwput. Het gebouw is gefundeerd op palen. Om de waterdruk tegen de keldervloer en het onderwaterbeton (owb) op te nemen, zijn trekankers toegepast. Ook de bovenbouw is grotendeels een betonnen casco met plaatselijk stalen onderdelen. In de rest van dit artikel wordt alleen ingegaan op de meest uitdagende onderdelen: de bouwput en de kelder. In de duinen van Cadzand-Bad wordt het bestaande Strandhotel uitgebreid, onder meer met luxe koopapparte menten. Het nieuwe deel komt boven op een drielaagse ondergrondse parkeergarage. Juist deze parkeergarage was uitvoerings- technisch een grote uitdaging door de beperkte ruimte en de plaatselijk grote te keren grondhoogte en grondwaterdruk door onder andere het verlopende duinprofiel. Bovendien komen door de bovenbouw, tot plaatselijk tien verdiepingen, lokaal vrij grote belastingen op de fundering. Het Strandhotel is een hotel aan Boulevard de Wielingen in het centrum van Cadzand-Bad, aan een van de mooiste zandstranden van Nederland. Het hotel wordt uitgebreid met extra kamers en enkele nieuwe faciliteiten zoals een ontbijtzaal en een zwembad. Daarnaast worden 62 koopappartementen toegevoegd. Het nieuwe deel telt zeven bouwlagen en een toren van elf bouwlagen. Keuze bouwkuip De bouwkuip lag pal tegen een bestaand hotel. De bestaande bebouwing is grotendeels op palen gefundeerd. Alleen een later aangebouwde serre ligt op staal. Het geheel is gelegen in de duinen, in de bufferzone van een primaire waterkering. De bouwkuip moest buiten het stormseizoen worden ontgraven en gestabiliseerd. Dit was een behoorlijke geotechnische uitdaging. Er zijn verschillende bouwputvarianten doorgerekend en de vooren nadelen zijn tegen elkaar afgezet. Omdat de nieuwbouw direct aansluit op een bestaand bouwwerk is een geheel open ontgraving (geen horizontale en verticale afscherming) buiten beschouwing gelaten. Belangrijkste reden daarvoor was dat de stabiliteit van de bestaande bebouwing dan niet kon worden gegarandeerd. De volgende opties zijn bestudeerd: 1. Bouwput met een uitsluitend horizontaal grondkerende constructie in combinatie met een bemaling. 2. Bouwput met een horizontale grond- en waterkerende constructie in combinatie met een verticale constructie onder afdichting. Uitdagende bouwput en kelder in de duinen

3 2 Langsdoorsnede 3 Dwarsdoorsnede 4 Bouwput met onderwaterbetonvloer, augustus Doorsnede over de liftputten 6 Detail koppeling bekisting liftputten P P 4700+P 2150-P peil peil 8750-P 8750-P De eerste variant viel al snel af omdat de daarvoor noodzakelijke bemaling een veel te grote impact zou hebben op de omgeving. Ook bij een oplossing met gebruikmaking van een retourbemaling zou de impact onacceptabel hoog blijven. Voor de tweede variant zijn de volgende subvarianten onderzocht: een secanspalenwand (bestaande uit in de grond gevormde, elkaar insnijdende schroefpalen) in combinatie met een bodeminjectie of owb; een damwand in combinatie met een bodeminjectie of owb; een twinpalenwand (stalen buispalen met een V-vormig tussenschot) in combinatie met een bodeminjectie of owb. De voor- en nadelen van de bestudeerde opties zijn in een matrix geplaatst. De secanspalen- en de twinpalenwand in combinatie met owb scoorden daarin het best. Belangrijkste reden hiervoor was dat, rekening houdende met onder andere de bodemsamenstelling, deze beide varianten geheel trillingsvrij kunnen worden aangebracht. Uiteindelijk heeft de opdrachtgever gekozen voor de oplossingsvariant twinpalenwand in combinatie met owb. De twinpalenwand heeft een permanente functie en blijft dus aanwezig nadat het gebouw gereed is. Hij wordt gebruikt als verloren bekisting en wordt meegerekend bij de afdracht van de belasting uit de bovenbouw (zie verderop in het artikel). de bovenzijde van de palen dicht bij elkaar. Hierdoor kunnen de belastingen direct naar de palen worden afgedragen. Hiermee is voorkomen dat hoge poeren nodig waren en kon de bovenzijde van de owb-vloer dicht onder de keldervloer worden uitgevoerd en hoefde de bouwkuip niet extra te worden verdiept. Op enkele plaatsen waren de verticale belastingen uit de kolommen en wanden te hoog om dit met alleen schoorpalen op te lossen. Dit is opgelost door de owb-vloer constructief te laten samenwerken met de constructieve keldervloer. De uitvullaag (zand) tussen het owb en de keldervloer is waar nodig weggelaten en de constructieve vloer is hier tegen het owb aangestort. Een ander probleem waarmee bij de uitwerking rekening moest worden gehouden, is dat plaatselijk dragende betonwanden boven de twinpalenwand van de bouwput zijn gesitueerd. Door in het ontwerp de beschikbare ruimte zo efficiënt mogelijk te benutten, is zowel de bouwput als de bovenbouw tegen de erfgrens ontworpen. De verticale draagkracht van de twinpalen- 4 Fundering Het gebouw moest worden gefundeerd op palen. Doordat de belastingen uit de bovenbouw in de kelder geconcentreerd via kolommen worden afgedragen, waren meerdere palen per kolom noodzakelijk. Door het toepassen van schoorpalen komt 6

4 U-vormige stekken 150 mm overhoogte boven de owb U-vormige stekken owb constructie beton hoekstalen aan bekisting constructie beton owb wand is echter beperkt. Op de oplossing die hiervoor is gevonden, wordt verderop in het artikel nader ingegaan. owb 5 stalen bekisting Owb-vloer Voor het bepalen van de krachtswerking in de vloeren is een gecombineerde berekening gemaakt met behulp van Scia Engineer. Hierbij zijn de belastingen uit de bovenbouw, maar ook de betonwanden in de kelder ingevoerd. Hierdoor is de stijfheid van de betonwanden meegenomen bij de afdracht van de belasting. Waar de vloeren samenwerken, is met de volledige hoogte van de twee vloeren gerekend. De gezamenlijke krachtswerking is bepaald voor zowel de uitvoeringsfase als de gebruiksfase. draadeind M16 x koppelmoer M16 stekeind Ø 12/M16 (in later stadium) 2x moer + sluitring M16 staalplaat 8 mm stekanker U-vorm Ø 12/M16 Wapening Om de krachten op te nemen, is de owb-vloer gewapend met een basiswapening van staalvezels. Op die plaatsen waar staalvezels alleen niet voldeden, is extra traditionele wapening aangebracht. Door de samenwerking tussen de owb-vloer en de constructieve vloer, is voor de uitwerking van de bouwput en de constructie van de kelder intensief overleg geweest tussen de geotechnisch adviseur en de constructeur. De wapening in de owb-vloer is uitgewerkt door de geotechnisch adviseur (wapening in de constructieve keldervloer is door de con structeur bepaald). Op een aantal plaatsen zijn in de owb-vloer wapeningskorven met beugels aangebracht. Dit in verband met optredende dwarskracht. Deze korven steken door in de constructieve vloer, waardoor directe samenwerking ontstaat tussen de vloeren. De benodigde bovenwapening van de samenwerkende vloeren is in de constructieve vloer opgenomen. De benodigde onderwapening zit in de owb-vloer. Naast de wapening die benodigd is voor de krachtswerking, is de constructieve vloer ook gewapend om scheurvorming ten gevolge van krimp te beperken. Uitgangspunt hierbij was dat door mogelijke lekkage van de bouwput tegen de constructieve vloer de volledige grondwaterdruk zou kunnen optreden. Koppeling met twinpalenwand Om het glijden/schuiven van het owb langs de twinpalenwand tegen te gaan, zijn ter hoogte van het owb doken aan de twinpalenwand aangebracht. Voor de gebruiksfase worden deze doken ook gebruikt om verticale belasting vanuit de kelderconstructie over te brengen op de twinpalenwand (zie ook onder Kelderwanden en twinpalenwand ). Voor de krachtswerking in de vloeren is de capaciteit, voor de verticale draagkracht, van de twinpalenwand gemaximaliseerd tot 100 kn/m. Hierdoor worden verticale belastingen (nauwelijks) aan de twinpalenwand afgedragen. In een gunstig geval kan deze capaciteit echter veel hoger zijn, waardoor de gehele constructie een stuk stijver wordt. Liftputten Een uitdaging voor de waterdichtheid van de owb-vloer was het maken van vijf liftputten. Deze liftputten zijn uitgevoerd door eerst de stalen bekistingen te plaatsen, vervolgens het diepe deel leeg te zuigen en bij het storten van het owb te beginnen met het diepste deel en later het hoge deel van het owb. Voor de constructieve vloeren en wanden is begonnen met de vloeren en wanden/balken van de liftput tot onderkant keldervloer, waarna de constructieve keldervloer hier overheen is gestort en daarna de bovengelegen constructie. Bij het ontwerpen van de bekistingen is onder meer met de volgende aspecten rekening gehouden (zie ook fig. 5 en 6): Op het laagste niveau van de bekisting is met een waterdruk van 82,3 kn/m 2 gerekend. Ten behoeve van dwarskrachtoverdracht en om de kans op lekkage te verkleinen, zijn hoeklijnen aan de stalen wanden aangebracht aan de zijde van het owb. Het lagergelegen niveau van het owb staat onder druk, waardoor het water zich geen weg kan banen tussen het beton en de stalen bekisting door. De bekisting ter plaatse van het hogergelegen niveau van het owb wordt van het beton afgedrukt. Hierdoor ontstaat een grote kans op lekkage. Om deze reden zijn er U-vormige stekankers tussen het constructieve beton en het hoger gelegen owb (fig. 6) in het beton voorzien. Voor de gebruiksfase worden de koppelingen meegerekend voor het overdragen van momenten vanuit de constructieve beton naar het owb. Voor het doorkoppelen van deze stekankers zijn koppelmoeren aan de binnenzijde van de bekisting voorzien. Om te voorkomen dat er per ongeluk te veel beton vanuit het hogere niveau in de put terechtkomt, is de bekisting 150 mm te hoog gemaakt. Het deel van de bekisting dat in de betonvloer steekt, wordt naderhand afgeslepen. 6 Uitdagende bouwput en kelder in de duinen

5 ruw stortvlak tussen owb en paal garanderen verankeringslengte in keldervloer -3 minimaal 300 mm keldervloer -3 uitvullaag owb-vloer x schotelankel Ø 340 mm t.o.v. NAP keldervloer -3 uitvullaag 8 F d = ca. 800 kn/m V51 V52 in de grond gevormde betonpaal excentriciteit bovenbelasting wordt opgenomen door de aanstorten tussen de palen als kolommetjes te wapenen t.o.v. NAP owb-vloer peil doorsnede over aanstort tussen de palen gewapend als kolom 538 randbalk over de palenwand 8750-P concentratie van beugels i.v.m. hoge belasting uit kelderwand ankerstaaf groutlichaam uitstekende wapeningskorven in owb als koppeling met keldervloer excentriciteit kelderwand t.o.v. funderingspaal 9 7 Koppeling owb-vloer met trekankers Een andere uitdaging voor de owb-vloer was de koppeling met de trekankers en de in de grond gevormde betonpalen. De trekankers, bestaande uit constructief grout en een centraalstaaf, konden worden voorzien van een zogeheten schotel ter plaatse van het owb en de constructieve vloer (fig. 7). Dankzij deze schotel was er voldoende ponsweerstand, zodat de trekankers hun werk konden doen tijdens de uitvoeringsfase. Voor de in de grond gevormde betonpalen was dit echter gecompliceerder. Onder water koppensnellen bracht grote risico s met zich mee, omdat de kwaliteit van het betreffende detail van groot belang is voor de draagkracht van de paal en het meewerken van de owb-vloer in de permanente situatie. Bovendien is de kwaliteitsbeheersing tijdens het storten van 4000 m 3 beton lastig. Om die reden zijn de in de grond gevormde betonpalen onder water onder hoge druk opgeruwd (fig. 8). Een test hiervan is van tevoren uitgevoerd en op het droge beoordeeld. Kelderwanden en twinpalenwand De constructie van de kelder is zoals aangegeven direct tegen de relatief gladde twinpalenwand gestort. Hechting tussen de stalen buizen en de betonnen kelderwanden wordt echter verwaarloosd. Voorkomen moest worden dat, door de verticale belasting en een grotere draagkracht van de twinpalenwand dan waarmee is gerekend, de constructie van de kelder langs de buispalenwand gaat schuiven. Dit zou namelijk mogelijk lokaal grote spanningen door lokale hechting of dookwerking tot gevolg hebben. Daarom is ermee gerekend dat alle verticale belasting uit de kelder ook kan worden overgedragen op de twinpalenwand. Gedeeltelijk kan deze belasting worden overgedragen via de doken in de owb-vloer. Waar de capaciteit van deze doken niet voldoende is, zijn extra doken aangebracht op de twinpalenwand en zijn meegestort in de kelderwand. De kelderwanden zijn gewapend op de volledige grondwaterdruk, waarbij het uitgangspunt is dat de twinpalenwand lek is. Voor de gronddruk is gerekend dat deze volledig via de twinpalenwand wordt afgedragen naar de vloeren. Voor de stabiliteit van de buispalenwand in de uitvoeringsfase zijn gordingen met trekankers en plaatselijk stempelframes aangebracht. Tijdens de uitvoering zijn deze voorzieningen verwijderd. De drukkrachten in de vloeren worden afgedragen naar de wanden in de kelder. De vloeren zijn gecontroleerd op deze belastingen. De kelderwanden zijn horizontaal gewapend om scheurvorming ten gevolge van krimp te beperken. Afdracht belasting bovenbouw De dragende betonwanden zijn plaatselijk direct boven de buispalenwand van de bouwput gesitueerd. Het gaat om de gevel van het hoogste deel van de bovenbouw. Dit is een vloerdragende gevel met een hoogte van ruim 30 m. De belasting uit de gevel is circa 800 kn/m. Deze belasting wordt via cannelures tussen de twinpalenwand overgebracht naar de kelderwanden (fig. 9). De cannelures zijn ter plaatse van de bovenste kelderlaag berekend als kolommetjes met een excentriciteit van de belasting. In de fundering wordt de belasting afgedragen naar de palen Uitdagende bouwput en kelder in de duinen

6 7 Detail betonpalen in het beton 8 Detail trekankers 9 Doorsnede ter plaatse van hoge boven belasting op de twinpalenwand 10 Bouwwerkzaamheden uitbreiding Strandhotel, juni 2017 Om de dwarskracht die ontstaat in de owb-vloer te kunnen opnemen, zijn dwarskrachtkorven aangebracht. Deze korven steken door in de constructieve keldervloer, waardoor er meer nuttige hoogte wordt gerealiseerd. Ook voor de buigende momenten is de extra dikte waarmee kan worden gerekend gunstig. Het totale moment in de vloer ter plaatse van de samenwerking wordt bepaald door de afzonderlijke momenten in de owbvloer en de constructieve keldervloer bij elkaar op te tellen. De benodigde wapening is vervolgens bepaald op de beschikbare totale vloerhoogte. Hierbij is de onderwapening in de constructieve vloer, die zich relatief hoog in de doorsnede bevindt, verwaarloosd. In figuur 9 is de constructie globaal weergegeven. Uitdagingen in de uitvoering en planning (bouwkuip) Een van de grootse uitdagingen in de uitvoering is de planning. De belangrijkste reden daarvoor is het feit dat het project is gelegen in de bufferzone van een primaire waterkering aan de Noordzeekust. Om ervoor te zorgen dat alle ontgravingen en het volledig stabiel opleveren van de bouwkuip buiten het stormseizoen gerealiseerd konden worden, was het noodzakelijk dat alle aan de ontgravingen voorafgaande activiteiten in het stormseizoen plaatsvonden. Dit betrof het aanbrengen van de twinpalenwand, de funderingspalen, de trekankers en de gordingen en stempelramen die buiten het profiel van de waterkering vallen. Een andere uitdaging was het zeer nauwkeurig aanbrengen van de twinpalenwand. In overleg met de uitvoerende partijen is ervoor gekozen geen tolerantie mee te nemen voor scheefstanden en paalmisstanden bij het ontwerp voor de posities van de palen. Er is gerekend met een theoretische wanddikte van 300 mm. Veel scheefstand en afwijking van de palen was hierdoor niet mogelijk. Een kleine scheefstand van 1% geeft namelijk al een afwijking, over de gemiddelde hoogte van 8,0 m, van 80 mm. Tel hierbij een afwijking van de paalpositie van 20 mm en er blijft nog maar een wand van 200 mm over. De keuze bleek achteraf gerechtvaardigd. De afwijkingen van de buispalen was minimaal (minder dan 50 mm). Op incidentele locaties is een wat grotere afwijking tot ongeveer 100 mm gemeten. Hier is gekozen extra wapening in de wand aan te brengen. Ter plaatse van de grootste grondkerende hoogte is door een grotere afwijking een deel van de wand over de twee onderste bouwlagen 50 mm dikker uitgevoerd en is tegen de buispalenwand een bentonietmat aangebracht om de kans op lekkages door scheurvorming te minimaliseren. Tot slot Tijdens het schrijven van dit artikel is de uitvoering van de bouwkuip en kelder gereedgekomen en is begonnen met de bovenbouw. Bij de uitvoering van de bouwkuip en de kelder zijn er, op een paar incidentele tegenslagen na, geen grote problemen geweest. De tegenslagen hadden met name betrekking op plaatselijke lekkages van de bouwkuip. Dit is in het werk opgelost door plaatselijk extra stalen platen en buispalen tussen de standaardbuispalen aan te brengen en af te lassen. De uitvoering van de bovenbouw verloopt voorspoedig. Eind 2017 moeten de eerste delen van het hotel casco (wind- en waterdicht) worden opgeleverd. Voor deze delen zal het hotel zelf de afwerking verzorgen. De oplevering van de appartementen zal vanaf medio 2018 plaatsvinden. 10 PROJECTGEGEVENS project Uitbreiding Strandhotel Cadzand-Bad opdrachtgever Compagnie Het Zoute architect Arcas constructeur Bartels Ingenieursbureau Utrecht geotechnisch adviseur/constructeur BMNED staalvezels Bekaert aannemer Aannemersbedrijf Van der Poel Terneuzen Interessante websites Webcam op het bestaande hotel die op de bouwput kan worden gericht. Informatiesite over het project. 9