MEMO Aan Van Dossier Project Betreft : Waterschap Vallei en Veluwe : H.A.W. van Gelder : BA7927-101-100 : KRW Bentinckswelle : Maatregelen Bentinckswelle irt keringen Ons kenmerk : LW-AF20130182 Datum : 26 februari 2013 Status : definitief Review : M.R.Tonneijck Classificatie : Klant vertrouwelijk Inleiding Zomerbedverlaging Beneden IJssel is een van de maatregelen uit de Planologische Kernbeslissing (PKB) Ruimte voor de rivier. Bij deze maatregel wordt het zomerbed van de IJssel door middel van vergraving verlaagd (doelstelling waterveiligheid). Vanuit de doelstelling ruimtelijke kwaliteit is de inrichting van uiterwaarden voorzien. Voor alle maatregelen welke binnen de buitenbeschermingszone van de primaire waterkering vallen dient een watervergunning te worden aangevraagd. Voorliggende memo beschrijft de mogelijke effecten ten aanzien van de inrichting van de uiterwaard Bentinckwelle en dan speciaal de aanleg van een geul. Deze memo is gebaseerd op de volgende documenten: 1. LW-AF20130268-Aanvulling op Deelrapport 3 Grondwater met kenmerk LW-AF20120698. 2. LW-AF20120608-Deelrapport 1B Inventarisatie Constructies en Kunstwerken januari 2013 3. LW-AF20122388 Bentinckswelle Doorkijk integratie KRW geul in plan Zomerbedverlaging IJssel versie 1.0 nov. 2012 definitief 4. Fugro 2005 - Veiligheidstoetsing dijkring 11; IJsseldelta opdrachtnr. 1204-0029-000 In navolgende paragraaf is een overzicht gegeven van de uit te voeren maatregelen. Vervolgens is per geotechnisch faalmechanisme aangegeven of de maatregelen effect hebben op de waterkering. Hierbij is veelal verwezen naar de ontwerprapporten en is een samenvatting van de bevindingen opgenomen in deze memo. Beschrijving maatregelen Binnen het totale project worden diverse maatregelen genomen waaronder een zomerbedverlaging tussen Molenbrug en Eilandbrug. In de uiterwaarden van Bentinckwelle worden specifiek de navolgende maatregelen genomen: In de buitenbeschermingszone van de primaire kering: Aanleggen nevengeul Vervangen duikers Verwijderen stuw
Aanleggen grondwal In de beschermingszone overige kering: Doorgraven van de zomerkade Verwijderen gemaal Bentinck Wellen Vervangen duiker Bentinck Wellen In de buitenbeschermingszone van de overige kering: Aanbrengen van grondwal Aanleggen nevengeul De ligging van de nevengeul Bentinckswelle is weergegeven op tekening BA7927-101-100-001. Dit ontwerp vormt het uitgangspunt van de in deze memo gepresenteerde analyse. Op deze tekening is te zien dat de geul in de buitenbeschermingszone van de primaire waterkering is gelegen. Het maatgevende ontwerpprofiel is in onderstaande figuur weergegeven. Het maaiveldniveau kan variëren, maar het ontgravingsniveau is NAP-0,3 m. Figuur 1: ontwerpprofiel geul [3] Effecten van maatregelen De aanleg van de nevengeul en aftakkende sloten kunnen de volgende effecten hebben: 1. Verandering van geometrie van het voorland: vergraving nabij de teen van de waterkering ondermijnt de dijk of waterkerende constructie en kan de stabiliteit van de dijk of constructie direct beïnvloeden. Verhogingen van het maaiveld kunnen ongewenste zettingen veroorzaken maar kunnen tegelijkertijd de macrostabiliteit bevorderen. Klant vertrouwelijk - 2 -
2. Vergraving dóór de deklaag: nieuw intredepunt tijdens hoogwatersituaties waardoor de stijghoogte van het grondwater in het watervoerend pakket kan veranderen en de kwelweglengte korter kan zijn. 3. Verandering grondwaterstand: verandering in het peil in de IJssel en/of het polderpeil kan de grondwaterstand beïnvloeden. Verlaging van de freatische grondwaterstand tot onder de bestaande de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) kan tot zetting van samendrukbare klei- of veenlagen leiden. Verandering in de stijghoogte van het grondwater in het watervoerend pakket ten gevolge van verlaging van het zomerbed en verhoging van het polderpeil is mogelijk. Ad 1: In de fasen SNIP2A en SNIP3 is geotechnisch onderzoek uitgevoerd om de bodemopbouw op de projectlocatie te bepalen. Daarnaast zijn onder meer berekeningen uitgevoerd om te onderzoeken of de voorgenomen ontgravingen voor de zomerbedverlagingen van invloed zijn op de stabiliteit van onder andere de oevers en de dijk [2]. Deze stabiliteitsberekeningen kunnen als basis dienen voor het onderzoek van de effecten van de genoemde maatregelen. Ad 2: Bij een vergraving in de uiterwaarden kunnen zich de volgende situaties voordoen: Vergraving reikt tot in het watervoerend zandpakket: er ontstaat een nieuw intredepunt en veiligheid ten aanzien van piping moet worden beoordeeld; Bodem van vergraving blijft in de kleideklaag, er ontstaat geen contact met het watervoerend zandpakket. Eerdere analyses met bestaande intredepunt blijven dan geldig. Uit het voorgaande blijkt dat de dikte van de deklaag bepalend is welke effecten er kunnen optreden. In navolgende figuur is de dikte van de kleilaag weergegeven volgens de zandbanenkaart: Klant vertrouwelijk - 3 -
Figuur 2: Zanddiepte (bron: zandbanenkaart Gelderland en Overijssel, rapport Zand in Banen UU 2010) Boringen uitgevoerd op de projectlocatie geven echter aan dat de kleilaag niet geheel conform de Zandbanenkaart is en dat op sommige locaties de kleilaag ontbreekt: Klant vertrouwelijk - 4 -
Figuur 3: dikte kleidek Klant vertrouwelijk - 5 -
Ten westen van de geul wordt een grondwal aangelegd met een hoogte van ca. 0,60 m en ten oosten met een hoogte van ca. 0,45 m. Verder wordt het maaiveld op enkele plaatsen eveneens opgehoogd met 0,30 m tot ca. 0,60 m [3]. Ad 3: Onder gemiddelde omstandigheden leidt de zomerbedverlaging tot een verlaging van de freatische grondwaterstand (> 5 cm) in het buitendijkse gebied van Zwolle tot Kampen [1] waartoe Bentinckswelle behoort. Binnendijks treedt onder gemiddelde omstandigheden geen significant effect op. Aanvullende berekeningen zijn uitgevoerd om de invloed van de geul te bepalen op de grondwaterstand. Hieruit blijkt dat de GLG (gemiddeld lage grondwaterstand) ter plaatse van de waterkering met een orde van grootte van ca. 5-15 cm kan toenemen. Invloed is er ook op de hoge grondwaterstanden. Na aanleg van de geul zal een groot deel van de Bentinckwelle in het voorjaar geïnundeerd zijn of een zeer ondiepe grondwaterstand zal hebben. Het graven van de geul heeft ook invloed op de stijghoogte in het watervoerend zandpakket. Uit onder meer Figuur 3 blijkt dat het kleidek op sommige locaties zeer dun is of ontbreekt. Na vergraving zal de deklaag niet overal meer aanwezig zijn en is er meer en beter contact met het watervoerend zandpakket. De stijghoogte van het grondwater neemt hierdoor naar verwachting op een aantal plaatsen toe aan de buitenzijde, ondanks de verlaging van MHW. Verwacht wordt dat dit echter zeer beperkt zal zijn omdat er reeds in de bestaande op verschillende plekken op dit moment al geen deklaag aanwezig is (zie Figuur 3). Er is al op meerdere plekken een direct contact met het watervoerend zandpakket, lokale extra ontgravingen zullen de stijghoogte niet beïnvloeden. In het geotechnisch rekenmodel is rekening gehouden met direct contact tussen de IJssel en het zandpakket, de waterremmende laag is niet meegenomen bij het bepalen van de stijghoogte nabij de binnenteen van de dijk. De stijghoogte bij de binnenteen wordt in geval van opbarsten begrensd door de grenspotentiaal. Bij verlaging van MHW neemt in dit berekeningsmodel de stijghoogte bij de teen af. Gevolgen voor veiligheid waterkering De veiligheid van primaire waterkeringen wordt op 2 hoofdsporen beoordeeld: Hoogte (HT); Stabiliteit (ST). De stabiliteit (ST) van een dijk wordt beoordeeld op de volgende onderdelen: Piping / Heave (STPH); Macrostabiliteit binnenwaarts (STBI); Macrostabiliteit buitenwaarts (STBU); Microstabiliteit (STMI); Bekleding (STBK); Voorland (STVL). Hoogte De kruinhoogte van de dijk kan worden beïnvloed door optreden van zetting ten gevolge van: Klant vertrouwelijk - 6 -
verlaging van de grondwaterstand tot onder de GLG maaiveldverhogingen binnen het invloedsgebied van de waterkering Grondwaterstand Het effect van de aanleg van de geul is, dat verwacht wordt dat de GLG ter plaatse van de waterkering met 5-15 cm zal stijgen. Daardoor zal er geen zetting optreden. Verhoging maaiveld Maximale maaiveldverhogingen bedragen ca. 0,6 m. Geen significante zetting is te verwachten op een afstand van teen ophoging tot teen waterkering van 2 maal de dikte van de slappe laag (kleidek). Op sommige locaties is de dikte van de deklaag meer dan 2 m, meestal echter minder dan 2 m. Gezien de geringe ophoging en het feit dat ter plaatse van de dijk het maaiveld voorbelast is, zal de maaiveldverhoging op een afstand van 5 m uit de teen van de waterkering, geen significante zetting veroorzaken. Piping/heave Stabiliteitsverlies door piping kan ontstaan wanneer te veel gronddeeltjes uit de onderliggende (zandhoudende) grondlagen (horizontaal) worden meegevoerd door een kwelstroom bij (langdurig) hoge waterstanden. Heave betreft het opdrukken van de deklaag, een situatie die ontstaat na het wegvallen van verticale korrelspanningen in een zandlaag onder invloed van een verticale grondwaterstroming. Indien de deklaag niet opbarst zal er geen piping/heave optreden. In deze memo wordt op basis van Figuur 3 ervan uitgegaan dat de deklaag in het geheel ontbreekt of door de vergraving kan opbarsten. Op grond daarvan dient nader onderzocht te worden of er voldoende veiligheid ten aanzien van piping/heave is. De weerstand tegen piping/heave wordt onder andere bepaald door: Kwelweglengte (afstand tussen intredepunt op het voorland en uittredepunt in het achterland); Korrelverdeling van het zandpakket; Dikte en gewicht van afdekkende laag. Voor de beoordeling van de veiligheid ten aanzien van piping/heave is gebruik gemaakt van [4]. Ingrepen in het zomerbed zorgen voor een afname van Maatgevend Hoog Water (MHW) waardoor het verval over de waterkering afneemt. Dit is een direct gunstig effect, het gevaar voor piping en heave neemt daardoor af. De stijghoogte aan de binnenteen neemt onder maatgevende omstandigheden af door de lagere MHW. De veiligheid tegen opbarsten neemt daardoor toe. Dit is een gunstig effect. Een mogelijk ongunstig effect is het weggraven van de deklaag in het voorland. Dit kan leiden tot verkorting van de kwelweglengte. In de toetsing [4] is in de berekeningen uitgegaan van het intreepunt ter plaatse van de buitenteen, juist omdat er in de huidige situatie niet vertrouwd kan worden op de weerstand van de deklaag in het voorland. Dit is een conservatieve, veilige benadering voor locaties waarbij de deklaag wel aanwezig is. De toekomstige locatie van de nevengeul ligt buiten de buitenteen. Vergravingen waarbij mogelijk de deklaag lokaal wordt verwijderd hebben daarmee geen invloed op de kwelweglengte zoals gehanteerd in de toetsing [4]. Klant vertrouwelijk - 7 -
De werkelijke kwelweglengte zal op veel locaties langer zijn en dus gunstiger door de aanwezigheid van de deklaag. Het veiligheidsoordeel ten aanzien van piping verandert dus niet door de aanleg van de geul. In de werkelijke situatie heeft de eventuele aanwezige kleilaag wel een positief effect op de aanwezige veiligheid/weerstand tegen piping. Deze situatie moet in de toekomstige situatie minimaal gelijkwaardig blijven. Door bijvoorbeeld weer een kleilaag in de geul aan te brengen kan de intredeweerstand gehandhaafd blijven. Macrostabiliteit binnenwaarts De maatgevende situatie voor de beoordeling van macrostabiliteit binnenwaarts is het optreden van MHW. De aanleg van een nevengeul heeft geen effect op MHW. Ten gevolge van de zomerbedverlaging zal de MHW lager worden. Dit is een gunstig effect. De geometrie van de dijk en overige uitgangspunten als bodemopbouw en grondparameters veranderen niet ten gevolge van de zomerbedverlaging en inrichting van de uiterwaarden. De stijghoogte van het grondwater in het zandpakket neemt onder de maatgevende situatie af, alhoewel ze onder normale omstandigheden kan toenemen (hierbij wordt opgemerkt dat de stijghoogte volgens metingen in andere uiterwaarden vrijwel gelijk is of maar tot 0,2 m lager dan het IJsselpeil [3]). De afname van de stijghoogte gedurende de maatgevende situatie is een gunstig effect. Macrostabiliteit buitenwaarts Bij het bepalen van de veiligheid voor wat betreft macrostabiliteit van het buitentalud wordt de situatie na val van hoogwater beschouwd. De geometrie van de dijk zelf en overige uitgangspunten als bodemopbouw en grondparameters veranderen niet ten gevolge van de inrichting van de uiterwaard. Het maatgevend hoogwaterstand wordt lager, dit is een gunstig effect, omdat de voor de buitenwaartse stabiliteit belangrijke grondwater in de dijk minder hoog zal oplopen. Voorwaarde voor voorkomen van beïnvloeding is dat de uitgraving (verlaging van het maaiveld) buiten de invloedszone van de dijk blijft om ondermijning van de dijk te voorkomen. In de fasen SNIP2A en SNIP3 zijn stabiliteitsberekeningen uitgevoerd om te onderzoeken of de voorgenomen ontgravingen voor de zomerbedverlagingen van invloed zijn op de stabiliteit van onder andere de oevers en de dijk [6]. Uit deze analyses volgt dat het aanhouden van een invloedszone van 15 m uit de teen voldoende is. In Bentinckswelle is een invloedszone van 15 m uit de teen zonder meer voldoende. De aangehouden zomerbedverlagingen (tot maximaal ca. 2,3 m) zijn groter zijn dan de verlagingen door aanleg van de nevengeul (ca. 1,3 m). Uit tekening BA7927-101-100-001 is af te leiden dat de afstand van de teen van de waterkering tot de geul meer dan 15 m bedraagt. De vergraving heeft daarmee geen negatieve invloed op de macrostabiliteit buitenwaarts. Microstabiliteit De belastingsituatie ten aanzien van het mechanisme microstabiliteit zal niet verslechteren ten gevolge van de verlaging van het zomerbed en de ontgravingen in de uiterwaard. Er zijn geen aanvullende maatregelen anders dan al was voorzien benodigd. Klant vertrouwelijk - 8 -
Bekleding De maximale stroomsnelheid bij de dijk neemt door verlaging van het zomerbed en de inrichting van de uiterwaarden (graven geul) niet toe. Aanpassing van de bekleding in verband met de aanpassing van het zomerbed is niet nodig. Voorland Door de aanleg van de nevengeul en het lokaal ontbreken van de deklaag, is het faalmechanisme stabiliteit voorland relevant. In [2] is ingegaan op de stabiliteit van het voorland. Conclusie van het onderzoek is: Voor de toekomstige situatie met verlaging van het zomerbed, volgt uit de toetsing van de stabiliteit van het voorland de scores voldoende voor het faalmechanisme afschuiving en voldoende voor het faalmechanisme zettingsvloeiing. Voor het bepalen van de invloed van de geul op de waterkering dient volgens de geometrische toets (VTV) de insteek van het talud van de geul zich op minimaal 2 maal de geuldiepte te bevinden waarna het talud maximaal 1:15 dient te bedragen. Gezien de afstand van de geul vanaf de buitenteen (>>15 m) en de geringe diepte van de geul (maximaal ca. 1,3 m) wordt er voldaan aan de toetsing. Vervangen duikers en verwijderen overige constructies Tijdelijke ontgravingen en eventueel een bemaling om in den droge te kunnen werken zullen nodig zijn. De opdrachtnemer moet ervoor zorg dragen dat de ontgraving en de bemaling geen negatief effect hebben op de omgeving. Eventueel kunnen bijvoorbeeld bij het vervangen van de duikers sleufbekistingen worden toegepast om een stabiele ontgraving te kunnen uitvoeren en bemaling te beperken. Bij grotere ontgravingen kan worden gedacht aan bijvoorbeeld (gestempelde) damwanden. Bij eventuele bemalingen dient ervoor gezorgd te worden dat het niveau van de freatische grondwaterstand niet verlaagd wordt tot beneden de GLG ter plaatse van de waterkering, om zettingen van de waterkering te voorkomen (in het extreme geval kan een retourbemaling worden overwogen). De uitvoerende partij dient in zijn werkplan te vermelden hoe negatieve effecten op de waterkering worden voorkomen en hoe dit gemonitoord gaat worden. Het doorgraven van de deklaag heeft geen negatieve geotechnische effecten (zie voorgaande analyses). Afdammen sloten en doorgraven zomerkade Hierdoor zal de grondwaterstand in de uiterwaarden toenemen, maar heeft geen negatief geotechnisch effect. Conclusie Verlaging van het zomerbed heeft verlaging van MHW tot gevolg. Dit is een gunstig effect, waardoor de veiligheid van de waterkering toeneemt. De geul is ruim buiten de invloedszone van de dijk geprojecteerd waardoor er geen verslechtering van de overige faalmechanismen optreedt. Klant vertrouwelijk - 9 -
In het veiligheidsoordeel ten aanzien van de geotechnische stabiliteit van de dijk kan (en is) in de huidige situatie al geen rekening worden gehouden met weerstand in het voorland. De mogelijke verhoging van stijghoogten in het watervoerend zandpakket door vermindering van weerstand in het voorland heeft daarmee geen enkele invloed op het veiligheidsoordeel. De MHW-verlaging is in dezen dominant. Verhoging van het maaiveld leidt niet tot significante zettingen indien de afstand van teen waterkering tot teen ophoging minimaal 5 m bedraagt. Bij het vervangen van duikers en verwijderen overige constructies dient de opdrachtnemer zorg te dragen dat de ontgravingen en eventuele bemaling geen negatieve invloed het op de waterkering. Klant vertrouwelijk - 10 -