Kunststof damwanden als heavescherm

Waterbouw
Dijken 
‹ Terug naar overzicht
Geplaatst op:
Waterschap Rivierenland gaat de Waaldijk tussen Wolferen (Overbetuwe) en Sprok (Nijmegen) versterken om aan de strenge normen voor hoogwaterveiligheid te voldoen. Een deel van de dijk wordt versterkt met kunststof damwanden, vooral vanwege de duurzaamheid ervan.

Om de kunststof damwanden op de gewenste diepte aan te brengen en waterdicht op elkaar aan te laten sluiten, is vooraf een maakbaarheidsproef uitgevoerd. Het is namelijk niet eerder gebeurd in Nederland dat planken van deze lengte in een harde ondergrond zijn aangebracht.

Kunststof damwanden

De dijk is afgekeurd omdat delen ervan te laag zijn en de macrostabiliteit onvoldoende is. Daarnaast is voor nagenoeg het gehele traject sprake van een piping probleem. Iets waar veel waterschappen mee te kampen hebben. Waterschap Rivierenland heeft voor deze dijkversterking voor een ontwerpteam gekozen. Dit team bestaat uit de aannemerscombinatie van Ploegam, GMB Civiel en Dura Vermeer Infra Landelijke Projecten, en met ingenieursbureau Witteveen+Bos Raadgevende ingenieurs. Het waterschap maakt ook deel uit van het ontwerpteam dat zich De Betuwse Waard noemt. Het gehele dijktraject is ongeveer 15 kilometer lang. Hiervan valt 13,2 kilometer binnen het dijkversterkingsproject. In hoofdlijnen bestaat het versterkingsontwerp uit het aanbrengen van steunbermen aan de binnenzijde van de dijk over ca. 6,8 km. Hiervan is 5,6 km gecombineerd met een pipingvoorziening, de kunststof damwand.
Op plekken waar een steunberm niet past, omdat er te weinig ruimte is, is gekozen voor een constructie (6,4 km) in de vorm van een stalen wand die niet alleen de stabiliteit versterkt, maar ook piping tegengaat. Over een lengte van ca. 9 km moet de dijk beperkt verhoogd worden. Sinds april 2020 is het concept dijkontwerp te bekijken op www.dijkversterkingwolferensprok.nl. Het ontwerp maakt onderdeel uit van de formele besluitvorming van de dijkversterking. De volgende stap is de ter inzage legging van het ontwerp projectplan Waterwet. De verwachting is dat de dijkversterking wordt uitgevoerd in de periode 2021-2024.
Op plekken waar een steunberm niet past, omdat er te weinig ruimte is, is gekozen voor een constructie (6,4 km) in de vorm van een stalen wand die niet alleen de stabiliteit versterkt, maar ook piping tegengaat. Over lengte van ca 9 km moet de dijk beperkt verhoogd worden.

Heavescherm

Een heavescherm voorkomt piping. Het bestaat uit een waterdichte wand, die verticaal in de watervoerende zandlaag wordt aangebracht. Eventuele zand meevoerende wellen lopen dood tegen het scherm. Waterschap Rivierenland heeft bij deze dijkversterking voor een heavescherm gekozen, omdat het daar ruime ervaring mee heeft, zowel met het ontwerp, de uitvoering als het beheer. Bovendien sluit een heavescherm goed aan op stabiliteitsschermen, zoals stalen damwanden.

De heaveschermen worden toegepast in combinatie met stabiliteitsbermen (grond). Waar geen ruimte is voor stabiliteitsbermen, bijvoorbeeld bij woningen, wordt een stalen damwand aangebracht die zorgt voor stabiliteit en tevens functioneert als een heavescherm.
Voor heaveschermen zijn verschillende technieken mogelijk zoals ‘Mixed In Place’ en ‘Cutter Soil Mix’, kunststof of stalen damwand. Door verschillende aspecten af te wegen, zoals: kosten, duurzaamheid, betrouwbaarheid en levensduur, kwam de kunststof damwand gunstig naar voren. 

Duurzaamheid

Er is een vergelijking gemaakt tussen stalen damwanden en kunststof damwanden in DuboCalc. In DuboCalc kan de milieu-impact van materialen en producten kwantitatief worden vergeleken door middel van de Milieukosten indicator (MKI) en de CO2-footprint. De kunststof damwand reduceert de CO2 met 96 procent en de MKI met 94 procent ten opzichte van de stalen damwand per vierkante meter. Vanuit de duurzaamheidsgedachte gaat de voorkeur dan ook uit naar een kunststof scherm. Bovendien is dat veel goedkoper.

Doelen maakbaarheidsproef

Omdat kunststof damwanden dienen als heavescherm, zijn ze minder sterk en stijf dan een stalen damwand. En dat is een risico bij het aanbrengen. Daarom was er zorg of de kunststof damwanden gecontroleerd op diepte (12 m) konden komen en of de planken in het slot aan elkaar zouden zitten.
Daarom is voorafgaand aan de uitvoering van de dijkversterking een maakbaarheidsproef uitgevoerd om na te gaan of de kunststof damwanden met voldoende zekerheid aangebracht konden worden. 

De belangrijkste doelen waren: testen of de planken schadevrij op diepte konden komen én nagaan of de voorziene methode goed werkbaar is in een grondslag die veel voorkomt in dit projectgebied. En verder:

  • Testen van verschillende typen kunststof planken: SG325 dikte 6,4 mm (lichtste profiel); CL-9000 dikte 7,1 mm (medium profiel); CL-9900 dikte 8,9 mm (zwaarste profiel;
  • Testen van voorboren met een avegaar en de invloed hiervan op de weerstand van de ondergrond;
  • Testen van de voortgang van het plaatsen van de damwandplanken;
  • Meten van de trillingsinvloed op de omgeving.

Werkmethode 

Vanwege de hoge conusweerstand (op de proeflocatie zo’n 56MPa) is gekozen voor een aangepaste werkmethode, met voorboren en intrillen, om de kunststof damwanden aan te brengen. Gezien de positie van het heavescherm in de dijk, zo’n 4 m uit de teen, maakten we eerst een heisleuf. Het vrijkomend materiaal is verwerkt in een werkplateau. Ook brachten we meetapparatuur aan, om achteraf te bepalen welke onderdelen uit het proces (ongewenste) trillingen veroorzaken. Hier kunnen we tijdens de uitvoering rekening mee gaan houden. 

Voorboren

Aan de funderingsmachine, Hitachi EX455 voorzien van een knikgiek, werd een boormotor bevestigd met een avegaarboor van 300 mm. Hiermee boorden we de huidige bodem, met een deklaag van klei en een zandpakket, over de volledige diepte voor. Bij het boren gebruikten we een boorframe met geleiders die voorkomen dat de boor tijdens het indraaien gaat verlopen. Bijvoorbeeld bij grove grind. Daarna is de boor tegendraads teruggedraaid zodat de grond loswoelt en niet wordt verwijderd.
Het kunststof profiel is niet bestand tegen de krachten van het intrillen bij een bodemopbouw van kleiig materiaal in de bovenlagen met daaronder zware zandlagen. Daarom is de kunststof damwand ingetrild met behulp van een stalen moederplank met dezelfde vorm. De krachten van het trilblok kunnen op die manier door de stalen moederplank worden opgenomen, waardoor deze de bodem in gaat en het kunststof profiel meeneemt. Eerst stellen we het heiframe, dit bepaalt de richting en positie van de aan te brengen damwand. Vervolgens wordt de kunststof damwand in de moederplank gehesen, gepositioneerd in het heiframe en verticaal gesteld. Dan start het intrillen van de moederplank met daarin de kunststof damwand. Tijdens het intrillen laten we water in de heisleuf lopen, hetgeen als een smeermiddel werkt tussen de kunststof damwand en de kleiige bovenlagen. De verticaliteit van de plank wordt continu gemonitord door de heier totdat het definitief niveau is bereikt. Dan trekken we de moederplank uit de grond en de kunststof damwand blijft achter.

Resultaten van de proef

Het totale proces van de proef is geanalyseerd en uit verschillende situaties zijn 27 verbeterpunten afgeleid. Denk hierbij aan veiligheid tijdens de werkzaamheden, conditionering voorafgaand aan het werk, machinemodellen en beveiliging van het werkterrein. Deze punten nemen we mee in de uitvoering.
Maar het belangrijkste is dat er voldoende vertrouwen is om kunststof damwanden toe te passen bij dijkversterking Wolferen-Sprok. Het best toepasbare profiel blijkt het middelste profiel, de CL9000. Voor het aanbrengen geldt dat er is voorgeboord tot de einddiepte en water in de heisleuf is gezet. De profielen kunnen op die manier gecontroleerd aangebracht worden tot 10 meter onder maaiveld.
De sleutelrol bij het aanbrengen is water. Dit voorkomt dat klei aan de planken kleeft. Toch opmerkelijk, want de meer dan 9.000 kunststof profielen moeten daarna het water juist buitendijks tegen houden.

Gerjan Westerhof is technisch manager bij Waterschap Rivierenland en Rick Slats is uitvoerder bij Ploegam.