SBW Hervalidatie Piping HP5.4a Inrichting en aanleg full-scale experiment Goaitske de Vries Deltares, 2009
Inhoud 1 Achtergrond 1 1.1 Kader 1 1.2 Doelstelling full-scale proef 1 1.2.1 Doelstelling vanuit SBW 1 1.2.2 Doelstelling vanuit IJkdijk 4 1.2.3 Doelstelling rapportage 4 1.3 Succesfactoren en definitie geslaagde proef 4 1.4 Locatie 5 2 Algemene beschrijving inrichting werkterrein en uitvoeringswijze 6 2.1 Algemene beschrijving proefopzet 6 2.2 Beschrijving proefterrein 7 2.2.1 De ondergrond 7 2.2.2 Situering proefbak 7 2.2.3 De stelconplatenweg 8 2.2.4 Locaties van pompputten 8 2.2.5 Bemaling 9 2.2.6 Terpen 9 2.3 Algemene beschrijving uitvoeringswijze 9 3 Factual report inrichting werkterrein en uitvoeringswijze 12 3.1 Planning 12 3.2 Afwijkingen t.o.v. draaiboek 13 3.2.1 Maken grondwerk 13 3.2.2 Inrichting piping bakken (folie, bemaling) 15 3.2.3 Aanbrengen en verdichten zandpakket 17 3.2.4 Vacuüm en opstromen 19 3.2.5 Aanbrengen pipingdijk en instrumentatie 22 i
1 Achtergrond 1.1 Kader In het kader van het programma Sterkte & Belastingen Waterkeringen (SBW) voert Deltares in opdracht van Rijkswaterstaat onderzoek uit naar het fenomeen piping met als doel een verbeterde toetsregel vast te stellen. Middels proeven op kleine en vervolgens op medium schaal is de verbeterde toetsregel afgeleid. De full-scale proef is bedoeld deze toetsregel te valideren. In het SBW piping project worden de belangrijkste kennisleemten rondom het mechanisme piping onderzocht om te komen tot een verbeterde toetsmethode voor dit mechanisme. Voor het project is een onderzoeksplan opgesteld (projectplan 2008, CO-433380/2, d.d. september 2007, en een projectplan 2009 (TO), d.d. 7 mei 2009). De onderzoeksresultaten worden uiteindelijk gevalideerd in de full-scale piping proeven. Het SBW programma heeft een directe relatie met het programma Wettelijk Toetsinstrumentarium (WTI). De resultaten van het programma Sterkte & Belastingen Waterkeringen zullen worden gebruikt door het programma WTI om het toetsinstrumentarium voor de wettelijk voorgeschreven vijfjaarlijkse toetsing van de primaire waterkeringen in Nederland verder te verbeteren. Momenteel zijn de activiteiten gericht op het verbeteren van het WTI 2011, dat aan de waterkeringbeheerders zal worden verstrekt voor de 4 e toetsronde (2011-2016). Voorts zijn er relaties met programma s en projecten, binnen en buiten Deltares, die zich ook richten op de waterveiligheid, t.w.: Veiligheid Nederland in Kaart (VNK-2), IJkdijk, Delfts Cluster Veiligheid tegen overstromen en Waterveiligheid 21 e eeuw (WV21) Het project IJkdijk heeft tot doel na te gaan in hoeverre moderne meet- en sensortechnieken een aanvulling kunnen zijn op de reguliere visuele inspectie. Met deze technieken kan dan een beeld van de actuele standzekerheid van dijklichamen worden gevormd en indien relevant tijdens maatgevende omstandigheden tijdig noodmaatregelen worden genomen. Binnen het IJkdijk project worden verschillende potentiële faalmechanismen onderzocht. Eén van deze faalmechanismen is het faalmechanisme piping. 1.2 Doelstelling full-scale proef Het doel van de validatieproef is tweeledig, namelijk een doelstelling volgend uit die van SBW Hervalidatie piping en vanuit de IJkdijk. 1.2.1 Doelstelling vanuit SBW De doelstelling vanuit SBW is zoals de naam al zegt het valideren van de bevindingen van het SBW onderzoek aan de praktijk. Het betreft daarbij - in volgorde van belangrijkheid - validatie van: de (aangepaste) rekenregel; toepassingsgebied van de (aangepaste) rekenregel; reststerkte theorie van begin zandtransport tot bezwijken; geldigheid van small- en medium- scale proeven (schaaleffect). De concrete doelstelling voor de SBW full-scale proef is de validatie van de (aangepaste) rekenregel en theorie- en procesbeschrijving: SBW Hervalidatie Piping 1
Het primaire doel van de grote schaalproef is het valideren van de, op basis van de kleinere schaalproeven, aangepaste rekenregel (uitgangspunt is rekenregel van Sellmeijer) en het toepassinggebied van deze aangepaste rekenregel. Valideren theorie- en procesbeschrijving vanaf het begin van zandtransport tot aan doorgaande pipe en dijkdoorbraak. Validatie rekenregel van Sellmeijer In het project Veiligheid Nederland in Kaart I kwam piping als een dominant faalmechanisme naar voren, hetgeen niet aansluit bij het beheerdersoordeel. Nader onderzoek naar de betrouwbaarheid van de resultaten van de pipinganalyses binnen VNK wees uit dat de kans op piping, bij een betere schematisatie, kleiner zou worden maar nog steeds groter is dan verwacht. Ook vanuit de historie zijn aanwijzingen dat het pipingmechanisme relevanter kan zijn dan tot nu toe gedacht. Het is niet uit te sluiten dat de kans op piping is onderschat en onveilige procedures rondom het schematiseren en voorschrijven van rekenmodellen zijn opgesteld. Nadere validatie van rekenmodellen is nodig. Teneinde de onzekerheden binnen de huidige piping toetsingsregels in beeld te krijgen en deze eventueel te verkleinen of elimineren is het onderzoeksspoor SBW Hervalidatie Piping opgestart. De full-scale pipingproef maakt onderdeel uit van dit onderzoek en past in een serie van proeven die inmiddels zijn uitgevoerd waarvan de schaalgrootte telkens is vergroot. Er zijn een groot aantal kleine schaalproeven uitgevoerd met als doel inzicht te krijgen in de relevante paramaters. Er zijn centrifuge proeven uitgevoerd om het proces van het ontstaan van kanaaltjes tot aan het bezwijken van de dijk in beeld te krijgen. Er zijn een beperkt aantal medium scale proeven uitgevoerd om schaaleffecten te kunnen bepalen. Tot slot van dit programma van proeven worden de full-scale proeven uitgevoerd. Naast het wetenschappelijke belang van de full-scale proef wordt het zeker zo belangrijk gevonden om aan te kunnen tonen dat piping inderdaad een van de dominante faalmechanismen van dijken is. In onderstaande figuur is gevisualiseerd hoe met het SBW piping onderzoek de onzekerheden in de theorie zullen worden verminderd en het geloof in de urgentie van het faalmechanisme piping zal worden verhoogd. SBW Hervalidatie Piping 2
onzekerheid zekerheid vertrouwen wantrouwen Small-scale experiment Gedrag klei Herijken beheerders Handleiding oordeel schematiseren Case studies tijd Medium-scale experiment Kennis Doorlatendheidstudie Fullscale intern deskundigen extern exp. Geloof theorie communicatie toepassing / ervaring onzekerheid zekerheid vertrouwen wantrouwen Figuur 1.1.1 Small-scale experiment Gedrag klei Herijken beheerders Handleiding oordeel schematiseren Case studies tijd Medium-scale experiment Onderzoeksstrategie binnen SBW Piping Kennis Doorlatendheidstudie Fullscale intern deskundigen extern exp. Geloof theorie communicatie toepassing / ervaring Het doel vanuit SBW is derhalve het verifiëren van de, op basis van de kleinere schaalproeven en medium schaalproeven, aangepaste rekenregel (uitgangspunt is de rekenregel van Sellmeijer) en het toepassingsgebied van deze aangepaste rekenregel en het valideren van de theorie- en procesbeschrijving vanaf het begin van zandtransport tot aan SBW Hervalidatie Piping 3
doorgaande pipe en dijkdoorbraak. Het is niet bekend hoe lang het duurt om progressieve erosie volledig te laten plaats vinden. Dit is van belang om eventuele noodmaatregelen te kunnen nemen. Deze kunnen variëren van het aanbrengen van zandzakken tot een evacuatie. Door de proeven door te zetten tot een vorm van progressieve erosie kan meer inzicht worden verkregen in de theorie- en procesbeschrijving vanaf het begin van het zandtransport tot aan een doorgaande pipe en dijkdoorbraak. Omdat de proef inzicht geeft in het werkelijke proces van bezwijken van een dijk als gevolg van het faalmechanisme piping draagt het hiermee als showcase bij aan de brede acceptatie van het fenomeen bij stakeholders en burgers. 1.2.2 Doelstelling vanuit IJkdijk Vanuit IJkdijk is de doelstelling om te onderzoeken of er een monitoringsysteem kan worden opgesteld voor het bezwijkmechanisme piping. De validatie en ontwikkeling van meettechnieken vindt plaats door het uitvoeren van fullscale piping proeven. Het opstellen van een monitoringsysteem voor dijkbewaking Monitoren is het herhaald uitvoeren van metingen aan of bij een constructie om rationeel beslissingen te kunnen nemen. Tijdens extreme omstandigheden rondom waterkeringen levert monitoring informatie voor het nemen van beslissingen over te nemen noodmaatregelen. Monitoring levert als het ware een kwantitatieve bijdrage aan het beheersen van risico s. Voordat een monitoringsysteem kan worden opgesteld moet antwoord worden gegeven op vragen die te maken hebben met het wat, waarom, hoe, waar, wanneer en in welke mate van monitoren. Een ander doel van de proeven is na te gaan in hoeverre met moderne meet en sensortechnieken het faalmechanisme piping vroegtijdig kan worden gedetecteerd. Voorwaarde hierbij is dat de testdijken hierbij bezwijken volgens het faalmechanisme piping. 1.2.3 Doelstelling rapportage Doel van de rapportage is een document op te stellen waarin het definitieve ontwerp en de uitvoering wordt omschreven. De as built situatie. Belangrijke onderdelen van de rapportage zijn: Inrichting van het terrein; Uitvoeringswijze; Definitieve ontwerp. Tevens is in de volgende paragraaf nog even neergezet wat de succesfactoren zijn en hoe de definitie van een geslaagde proef wordt omschreven. 1.3 Succesfactoren en definitie geslaagde proef Vanuit de doelstelling is een aantal kritieke succesfactoren af te leiden. De kritieke succesfactoren zijn die aspecten die getoetst zullen worden in de validatieproef waarvan vooraf predicties zijn opgesteld die binnen nader te bepalen toelaatbare marges moeten worden vastgesteld. De kritieke succesfactoren zijn: Binnen de normale hogere relatieve dichtheid van het zand waarvoor de regel van Sellmeijer geldig is, moet sprake zijn van terugschrijdende erosie; Het op basis van de predicties bepaalde verval waarbij piping op moet treden moet binnen een acceptabele marge (20%) ook in de proef optreden; SBW Hervalidatie Piping 4
De op basis van de predicties bepaalde verhangen nabij het uittredepunt moeten worden gemeten in de proefopstelling; De wateraanvoer moet zodanig zijn dat progressieve erosie kan optreden, zodat een doorgaande pijp kan ontstaan; De op zand aangelegde kleidijk moet bezwijken aan een door piping geïnitieerd proces; Minimaal dienen twee verschillende soorten zand te worden beproefd (verschillende d 70 en uniformiteit) en dienen predicties van karakteristieke gradiënten te worden uitgevoerd; De geometrie van de proefopzet zal uiteraard zodanig moeten zijn dat deze gevoelig is voor het optreden van piping, terwijl andere bezwijkmechanismen alleen mogen optreden als secundair mechanisme, d.w.z. als gevolg van de schade aan de waterkering die door piping is ontstaan. De regels die cursief zijn gemaakt, kunnen voor geen enkele proefopstelling met absolute zekerheid worden gesteld. Er kan gezegd worden dat daar naar voortvarend gestreefd wordt. Deze regels schrijven wel in zekere zin de gewenste uitkomst van de proef voor. Samengevat betekent dit het volgende: De proevenserie is geslaagd wanneer de proef aansluit op de vooraf uitgevoerde predicties. De parameters waarop dit wordt getoetst zijn: Doorlatendheid; Waterdrukken en verhang onder de dijk; Verval waarbij zand in transport komt. Tevens dient als gevolg van progressieve erosie een spoelgat onder de dijk te ontstaan met een diameter van circa 0,5 m, waarbij het debiet over de bak met een factor 100 toeneemt. Het zou mooi zijn als gevolg daarvan de dijk in het spoelgat zakt en er daadwerkelijk deformaties zichtbaar zijn op kruinniveau van de dijk. 1.4 Locatie Onderstaande afbeeldingen geven de locatie weer van de full-scale pipingproef. Nieuweschans Figuur 1.2 Locatie SBW IJkdijk full-scale pipingproeven SBW Hervalidatie Piping 5
2 Algemene beschrijving inrichting werkterrein en uitvoeringswijze 2.1 Algemene beschrijving proefopzet Voor de proeven is een bak van circa 44 x 27 bodemoppervlakte gegraven op 3.0 m diepte onder maaiveld. Deze bak is bekleed met een waterdichte folie. Verschillende series proeven worden vervolgens in deze bak uitgevoerd. Doel van de tweede en derde proef is het vergroten van het inzicht in het pipingproces. De resultaten kunnen worden gebruikt voor validatie van rekenmodellen. In de eerste en laatste proef staat de validatie van de rekenmodellen op de achtergrond, maar worden vooral de diverse mogelijke meetsystemen getest. Voor de proeven is de bak in twee secties verdeeld die van elkaar zijn gescheiden door een compartimenteringsdijk. De twee secties worden gevuld met twee verschillende soorten zand. Onderstaande afbeelding geeft de proefopzet weer. A B Figuur 2.1 Ontwerp SBW IJkdijk pipingproeven SBW Hervalidatie Piping 6
Op bovenstaande afbeelding is de bak links gesitueerd bak A en rechts bak B. Voor detailtekening m.b.t. het ontwerp wordt verwezen naar de rapportage SBW Hervalidatie piping, HP5.1 Draaiboek IJkdijk full-scale piping proef d.d. 26-8-2009. Hierin zijn in de bijlage meerdere ontwerp- en detailtekeningen opgenomen. Vervolgens zijn de compartimenteringsdijken aangelegd. Het zand is laagsgewijs in slagen aangebracht. Na elke slag heeft verdichting plaats gevonden. Vervolgens is de bak vacuüm getrokken. Tijdens het vacuüm wordt vanuit de drains onder in de bak water opgestroomd. Het pakket wordt zo langzaam verzadigd. Na het prepareren van het zandpakket wordt de pipingdijk gebouwd en worden de meetinstrumenten aangebracht. Voor de proef op het fijne zand wordt de dijkzate van de pipingdijk zo mogelijk verbreedt van 15 m tot 20 m door middel van een berm. Uitgegaan wordt van de volgende zandsoorten: 1 Bak met zand met een korrelverdeling tussen 125 en 250 m; 1 Bak met zand met een korrelverdeling tussen 250 en 375 m; De volgende vier proeven worden uitgevoerd: Proef 1 fijn zand (participantenproef); Proef 2 grof zand (SBW proef); Proef 3 fijn zand (SBW proef); Proef 4 grof zand, eventueel ook gelaagd zand (participantenproef). In alle gevallen waarbij kabels of buizen een rol spelen worden deze dwars op de stromingsrichting gelegd en langs de naastliggende kleidijk (die in de lengterichting van de proefbak ligt) omhoog geleid. Plaatsing parallel aan de stromingsrichting wordt vermeden om zodoende preferente stroombanen langs de kabel of buis uit te kunnen sluiten. Evenwel dient rekening te worden gehouden met lekstromen langs kabels en leidingen. 2.2 Beschrijving proefterrein 2.2.1 De ondergrond De ondergrond ter plaatse van waar de bak is gelegen, is afgegraven. Er is hier tot 3 meter beneden gemiddeld bestaand maaiveld afgegraven om de bak aan te leggen. 2.2.2 Situering proefbak Aan de noordzijde wordt de dijk tegen de bestaande omringdijk, de zogenoemde Noordelijke Ringdijk, aangelegd. De volledige kruinbreedte van die dijk blijft 'vrij', het zuidelijke talud wordt geheel bedekt. Onderstaande afbeelding geeft de situering van de proefbak weer. SBW Hervalidatie Piping 7
A B Figuur 2.2 Situering proefbak Bak A is links gesitueerd, bak B rechts. De richting waarvandaan de wateraanvoer komt is langs de noordzijde van de stabiliteitsdijk vanaf het kanaal. Dit betekent overigens ook dat er 2 pijpen onder de stelconplatenweg zijn gelegd (rond 500 mm). 2.2.3 De stelconplatenweg De stelconplatenweg is, ten opzichte van de bestaande weg, verlengd. Deze ligt schuin over de oprit tegen de Noordelijke ringdijk. Daarna volgt een schuine bocht, net om de noordwest hoek van de pipingbak heen, en dan evenwijdig aan de stabiliteitsdijk naar beneden. 2.2.4 Locaties van pompputten Voor de beide pompputten zijn ook de beoogde locaties aangegeven: A. Op de bekende locatie langs de Oostelijke ringdijk (waar de gele pomp van het Waterschap stond); B. in de noordwest hoek, zodat via de noodafwatering in de vorm van de ingegraven rioolbuis kan worden afgevoerd. SBW Hervalidatie Piping 8
2.2.5 Bemaling Om te voorkomen dat de folie voor het vullen met zand gaat opdrijven zijn er in de bak drains aangelegd. Deze drains zijn onder de folie aangelegd. Hierop zijn pompen aangesloten die er voor zorgen dat overtollig water wordt afgevoerd. 2.2.6 Terpen Ten behoeve van een camera opstelling en visuele inspectie zijn er twee terpen gebouwd. Vanuit hier kan de proef in de gaten worden gehouden. Zand dat gebruikt is, is afkomstig uit de stabiliteitsdijk die er nog ligt. Op de terpen is met steigerbuizen en zeil een droge voorzieningen gemaakt t.b.v. de camera s. 2.3 Algemene beschrijving uitvoeringswijze Onderstaande opsomming geeft de fasering weer van de bouw van de proefopstelling. 1. Aanleggen werkwegen naar locatie en rondom de proefopstelling zodat deze van alle kanten bereikbaar is met redelijk zwaar materieel. Stelconplatenweg is de definitieve weg en aanrijroute. Verder zijn er voldoende rijplaten aanwezig om de bak heen; 2. Aanleggen 2 bouwketen op elkaar aan de benedenstroomse kant (een voor SBW en voor participanten); 3. 2 buizen rond 500 mm onder stelconplatenweg doorleggen aan zuidkruin noordelijke ringdijk ; 4. Maken van een opslagplaats voor de verschillende soorten zand (langs toegangsweg, met behulp van rijplaten); 5. Graven van de bassins en afwateringssloot, uitkomende grond wordt in depot gebracht; 6. Plaatsen 3 à 4 peilbuizen buiten de bak in verband met de bemaling; 7. Aanleggen van horizontale drainage in verband met het aanleggen en mogelijk opdrijven van de folie (onder de folie); 8. Dijken bouwen om het bassin met behulp van de aanwezige klei van de macrostabiliteitsproef met taluds; 9. Aanleggen ringdijkjes, ten behoeve van het meten van het uitstromende water. Aan benedenstroomse kant voorziening (open buizen) maken om water door af te voeren en debiet te kunnen meten; 10. Aanleggen 2 terpen t.b.v. cameraopstelling en visuele inspectie (zand uit stabiliteitsdijk); 11. Aanleggen pompsysteem naar de bovenstroomse kant; 12. Aanbrengen sensoren onder de folie; 13. Folie aanleggen en lassen; 14. Aanleggen van horizontale (afsluitbare) drainage boven de folie t.b.v. uitvoering proef (om de bak weer leeg te kunnen maken en te vullen); 15. Vooraf kleiproppen ten behoeve van Begemann boringen aanbrengen; 16. Laagsgewijs vullen van het bassin door het zand er droog in te strooien. Dit wordt gedaan in lagen van 35 centimeter; 17. Verdichten van het zand (ook laagsgewijs) met behulp van een trilplaat; 18. Op het zand een horizontale ringdrainage aan brengen en het zand af dekken met folie om vervolgens een vacuümpomp op de ringdrainage aan te sluiten; 19. Wanneer vacuum is bereikt vanaf onderaf langzaam vullen van de bak met water; 20. Aanbrengen referentiemonitoring en instrumentatie; 21. Aanbrengen kleibroden rondom instrumenten; 22. Aanbrengen kleilaag van 30 cm. Dit betreft geschredderde klei die via een transportband wordt geplaatst. Daarna met een trilplaat verdichten; SBW Hervalidatie Piping 9
23. Aanbrengen tweede kleilaag van 30 cm. Dit betreft geschredderde klei die via een transportband wordt geplaatst. Daarna met trilplaat verdichten; 24. Folie plaatsen voor de bigbags om het waterdicht te maken (alleen aan de bovenstroomse kant); 25. Bovenbelasting vergroten met bigbags, gevuld met zand. 26. Afwerken bigbags met klei, alleen aan de bovenstroomse zijde; 27. Uitvoeren metingen ten behoeve van vaststellen beginsituatie proef; 28. Uitvoeren proef; 29. Verwijderen kleibekleding, bigbags en folie van de proefdijk; 30. Voorzichtig verwijderen klei onder bigbags, op het laatst zal dit veel handwerk zijn; 31. Verwijderen instrumentatie en opnieuw kalibreren voor de volgende proef; 32. Uitvoeren Begemannboringen en sonderingen (grond)onderzoek om eindsituatie vast te leggen. 33. Verwijderen toplaag zand en opnieuw instrooien en verdichten voor de tweede serie proeven, weer verder met stap 11 t/m 25 uitgezonderd van stap 15, 17 en 18. Het is vanzelfsprekend dat de volgende proef weer start bij het opnieuw vullen van de bak en verdichten van het zand. Daarbij wordt in de eerste en vierde proef niet alleen de referentiemonitoring aangebracht maar ook monitoring vanuit de participanten. Onderstaande doorsneden laten het ontwerp van 2 kanten zien. SBW Hervalidatie Piping 10
Figuur 2.3 Doorsneden ontwerp SBW IJkdijk pipingproef SBW Hervalidatie Piping 11
3 Factual report inrichting werkterrein en uitvoeringswijze 3.1 Planning Onderstaande afbeelding geeft de planning weer. Week 39 is hierin gemarkeerd. Deze rapportage behelst de bouw- en inrichting van het werkterrein tot en met week 39. Aannemersbestek Vragen/inlichtingen Aanbiedingen/gunning Planning full scale piping experiment, locatie IJkdijk Maand: Juni Juli Augustus September Oktober November December Week: 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 bouwvak Mobilisatie Aanleg faciliteit Zand vullen en verdichten Aanleg pompsysteem Doorstromen beide zandpaketten Instrumenteren van een vak Pipingdijk aanbrengen Verwijderen dijk en instrumentatie Herstellen zand Proef 1 uitvoeren: particpanten Proef 2 uitvoeren: SBW Proef 3 uitvoeren: SBW Proef 4 uitvoeren: participanten Mijlpalen Bestek uit: 5 juni Uitvoering proef 1: 14-18 september Mogelijkheid tot stellen van vragen: 8-11 juni Uitvoering proef 2: 5-9 oktober Verslag inlichtingen rondsturen 12 juni Uitvoering proef 3: 2-6 november Aanbiedingen aannemers binnen: 19 juni Uitvoering proef 4: 23-27 november Gunning: 3 juli Start werk op locatie: 13 juli Faciliteit gereed, incl. zand verdichten: 14 augustus Pompsysteem (door derden) in werking: 21 augustus SBW Hervalidatie Piping 12
Op dit moment (week 39) lopen we achter op planning. Concreet wordt er nu gewerkt aan het gereed maken van Bak B voor de proef. Dit betekent dat de laatste hand wordt gelegd aan de kleidijk, alvorens kan worden begonnen met de start proef. Het zandpakket heeft onder vacuüm gestaan en is inmiddels verzadigd. In bak A wordt nu de bak laagsgewijs gevuld met zand en verdicht. Vervolgens wordt ook deze bak onder vacuüm gezet. In de navolgende paragraven wordt ingegaan op deze aspecten. Tevens wordt duidelijk waarom we achter lopen op planning. 3.2 Afwijkingen t.o.v. draaiboek Het vorige hoofdstuk is ingegaan op de algemene beschrijving van de inrichting van het werkterrein en de uitvoeringswijze. Hieruit valt op te merken dat er wijzigingen zijn opgetreden t.a.v. het eerder opgestelde draaiboek. Redenen hiervoor zijn nieuwe inzichten en veranderende omstandigheden door de uitvoering. In onderstaande paragraven wordt ingegaan op deze veranderingen en de kritische onderdelen. 3.2.1 Maken grondwerk Het grondwerk van bak B is afgerond. Deze is conform ontwerp uitgevoerd. Onderstaande afbeelding laat zien hoe bak B eruit ziet. De afbeelding geeft het aanleggen van de drainage weer, rechts is te zien dat het zandpakket op hoogte ligt. Figuur 3.3.1 Aanleg drainage in bak B In bak A is het minder goed gegaan. Er zijn talud instabiliteiten opgetreden langs de dijk aan kanaalzijde welke veroorzaakt worden door kwel. Hierdoor is het doek opgedrukt en het talud ingezakt. De opgedrukte folie en de verzakkingen zijn inmiddels opgegraven en in kaart gebracht. Hieruit is gebleken dat het te risicovol is om het doek uit te snijden en vervolgens de taluds weer op te trekken. Dit omdat er een grote kans bestaat dat de taluds weer inzakken en bovendien vermengd het klei zich mogelijk met de proefzand dat in de bak ligt. Ook zitten er scheuren in de folie ter plaatse van de inzakking. SBW Hervalidatie Piping 13
Figuur 3.2 Problemen met opgedrukte folie en verzakkingen bij aanleg bak A De bak is verzwaard met zand en de vloer is geëgaliseerd. Daarop is een nieuwe laag folie aangelegd om de bak waterdicht te maken. Daarop is de drainage aangelegd. Dit betekent dat de diepte van de bak (hoogte zandpakket) geen 3 meter is maar minder. We hebben de bovenkant van de omringdijken als maximum aangehouden. De bovenkant van de dijk is 3223+, 3239+, 3238+, 3137+, 3037+ en nogmaals 3037+. Om iets reserve te hebben wordt de bovenkant van de pipingdijk 2900+. De hoogte van de folie (de tweede bodem) is ingemeten. Die ligt op 3407-,3450-,3308-,3382-,3537-,3498- en 3537-. Dit betekent dat: 2900+ minus 3500 klei = 0.600- is zandhoogte. Dan 0.600- naar de foliehoogte 3300- is 2,7 meter zand. Onderstaande afbeelding geeft de ingemeten bak weer. Inmiddels is het zandpakket volledig aangebracht. SBW Hervalidatie Piping 14
Figuur 3.2 Ingemeten bak B, de bodem 3.2.2 Inrichting piping bakken (folie, bemaling) Er is besloten om de bemaling van bak A langer door te laten malen. Tevens is deze geïntensiveerd. Dit omdat het opdrukken van de bak en het afschuiven van de taluds worden SBW Hervalidatie Piping 15
veroorzaakt door te grote waterspanningen. Het opbarsten heeft ook geleid tot scheuren in de folie. Bak A is begin week 31 open gegraven en er zijn waterspanningsmeters in het zand onder de bak geplaatst. De onderkant van de bak lag toen op circa NAP 4,0 m. Het polderpeil, wat ongeveer gelijk is aan het peil in het diepe zand, stond toen op c.a. NAP 2,20 m. Nadat de meters in boreholes waren gelegd kwamen op vrijdag 31 juli de folieleggers. De onderkant van de bak was toen papperig van het opstromende water en ook de taluds begonnen al iets in te zakken. De folie is toen wel gelegd en de bak is vol gezet met water tot circa NAP 2,40 m (ca 1,60 m). Onderstaande afbeelding geeft de waterspanningsmeters weer ter plaatse van bak A en B. Figuur 3.3 Waterspanningsmeters bak A SBW Hervalidatie Piping 16
Figuur 3.4 Waterspanningsmeters bak B Uit de grafiek van de waterspanningsmeters in bak B (figuur 3.4) valt op te merken dat de waarden hiervan redelijk constant zijn. Hier zijn geen problemen ontstaan rondom het opdrukken van de bak. Alle voorzieningen om de piping bakken heen (werkwegen, bemalingen, depots etc.) zijn inmiddels aangelegd. 3.2.3 Aanbrengen en verdichten zandpakket De verdichting van het zandpakket is een van de kritische onderdelen. Voordat het zandpakket is aangebracht en verdicht in de proefvakken is een kleine veldroef uitgevoerd. Hierin is bekeken hoe de juiste verdichtingsgraad bereikt kan worden. Per laag is gevarieerd in de dikte van de aan te brengen laag maar ook in de mate van verdichting door een trilplaat. Per laag zijn door middel van een troxler metingen gedaan, er zijn steekringen genomen en tevens zijn handsonderingen uitgevoerd. Onderstaande afbeeldingen laten deze verdichtingstest zien. SBW Hervalidatie Piping 17
1200690-000-GEO-0021, Versie 02, 24 september 2009, definitief Figuur 3.5 Aanbrengen en verdichten zandpakket in bak A De veldproef heeft opgeleverd dat het zand aangebracht moet worden in lagen van 35 cm. Dit wordt verdicht door er met een kleine trilplaat 4 keer overheen te gaan. In bak B is inmiddels het zandpakket aangebracht op deze manier. Onderstaande figuren geven de korrelverdelingen van het grove en fijne zand weer. SBW Hervalidatie Piping 18
Figuur 3.6 Korrelverdeling fijn zand Figuur 3.7 Korrelverdeling grof zand 3.2.4 Vacuüm en opstromen Belangrijk is om zoveel mogelijk lucht uit het zandpakket te halen. In het draaiboek staat dat dit zal worden gedaan door middel van opstromen. Gedurende 2 weken zou water vanaf onderaf door het pakket heen stromen. Uit proefjes is gebleken dat dit niet voldoende werkte. Daarom is gekozen voor vacuüm. Dit gaf wel het gewenste effect in proefjes die vooraf zijn uitgevoerd. Onderstaande afbeelding geeft schematisch het pompsysteem weer. SBW Hervalidatie Piping 19
pomp tussen Bak 8 m Figuur 3.8 Pompsysteem Links staat de vacuümpomp. Deze pomp is middels een spindelkraan bevestigd aan de tussenbak welke dient om eventueel mee opgezogen zand te laten bezinken voordat het in de pomp komt. Tevens heeft deze bak een functie als vacuümbuffer, een bak die relatief constant onder druk blijft. De bak is van RVS met een perspex afdekplaat en voorzien van een laagje water. Op deze bak is de vacuümleiding aangesloten. De vacuümleiding is rond 40 mm dik. Deze leiding gaat via een brugconstructie naar de pipingbak toe. Deze brugconstructie is minimaal 8 m hoog zodat bij een vacuümdruk van 0.8 bar (0.2 bar absoluut) er geen water vanuit de piping bak omhoog kan worden gezogen. Aan de pipingbakzijde staat een bak water op de met folie afgedichte pipingbak. In deze bak mondt en deel van de vacuümbuis uit. De tweede vacuümleiding gaat door de folie en komt daar op een langsdrainage uit welke op het zand onder de folie ligt. Deze langsdrainage dient de vacuümdruk enigszins gelijkmatig over het zandpakket te verspreiden. Op onderstaande foto is de langsdrainage zichtbaar welke tot doel heeft de vacuümdruk gelijkmatig over het vak te verspreiden. SBW Hervalidatie Piping 20
1200690-000-GEO-0021, Versie 02, 24 september 2009, definitief Figuur 3.9 Langsdrainage voor gelijkmatige verspreiding vacuümdruk De drains liggen met een h.o.h. afstand van 3.0 m uit elkaar. De waterbak zal overstromen als er water uit het zandpakket wordt opgezogen, dit water komt als het ware in de overstort uit. Eventueel opgezogen zand valt in de tussenbak en slaat neer. Wanneer deze bak onder vacuüm blijft zal er geen stofzuigereffect optreden. Met de tussen de tussenbak en de pomp geplaatste regelkraan kan het vacuüm extra worden geregeld (pomp kunnen we dan volledig vacuüm laten zuigen en vacuüm druk regelen door de kraan naar de bak toe zeer langzaam open te draaien). Daarbij is het met deze kraan mogelijk om het gehele systeem af te sluiten en onder druk te houden. Op de drainbuizen, op de pomp en in het vacuüm vak wordt de druk gemeten. Met de pomp is het vak (vak B) vacuüm gezogen. Echter komt de druk niet verder dan - 0.33 bar. Dit terwijl 0.5 bar minimaal moet worden gehaald. Daarom is er voor gekozen een tweede pomp aan te sluiten op het vak. Dit betekent meer capaciteit om de lucht uit het zandpakket te halen. Het vak haalde een vacuüm van 0,5 bar. Vervolgens is er begonnen met opstromen. Uit de proefjes volgde dat ongeveer 0.25 m water per twee uur kan worden opgestoomd. Dit betekent 10 uur per meter en 30 uur totaal. Het opstromen heeft inmiddels plaatsgevonden volgens het volgende schema: SBW Hervalidatie Piping 21
Vrijdag gestart vanaf 7:00 met een laagje van 0,125 m water (is ca 17.5 m 3 ) voorzichtig via de header naar de drains laten stromen waarbij de vacuümdruk constant werd gehouden (hiervoor 1 uur uitgetrokken); Om 8:00 zit er 17.5 m 3 water in de bak en wordt begonnen met de volgende 0,125 m wat (dus ca 35 m 3 ); Om 9:00 zit er 35 m 3 water in de bak, en is de onderste 0.25 m verzadigd; Om 19:00 175 m 3 water in de bak en stromen we verder op tot 210 m 3 en zijn we iets verder als halverwege; Vrijdagnacht is er doorgegaan met opstromen, op dezelfde manier. Zaterdag om 12:00 uur is de laatste 17,5 m 3 opgestroomd totdat het folie is gaan drijven. Vervolgens is de vacuümpomp uitgezet. Tijdens het opstromen zijn vooral de vacuümdrukmeters in de gaten gehouden. Dit omdat er niet een te groot verschil in vacuümdruk over de bak mag ontstaan (zowel in oppervlakte als in diepere meters). Met niet te groot moet worden gedacht aan niet meer dan 150 mbar. Dit is gelukt. Verder is er voorzichtig en rustig opgestroomd. 3.2.5 Aanbrengen pipingdijk en instrumentatie Bak B is inmiddels bijna gereed. De laatste hand wordt gelegd aan de kleidijk. De instrumentatie van de bak heeft inmiddels plaatsgevonden. Dat betekent dat de instrumentatie in het zand en in de klei van de pipingdijk aangebracht zijn. Alleen op het talud dienen nog spiegeltjes te worden aangebracht in verband met de metingen met de total station. De pipingdijk is als volgt aangebracht: 1e laag is een laag van 30 cm geschredderde klei; Hierop is het kwelscherm aangebracht en is afgewerkt met de 2e 30 cm laag geschredderde klei; Monitoring in kleilaag is aangebracht; De bigbags worden geplaatst en het kwel scherm per meter gelast aan de zijwanden. Planning is dat bak B eind week 39 gereed is en dat de proef start op maandag 28-9-2009. Onderstaande afbeelding geeft de opbouw van de pipingdijk weer. SBW Hervalidatie Piping 22
Figuur 3.3 Opbouw pipingdijk SBW Hervalidatie Piping 23