Wat is het

Drainagetechnieken zijn erop gericht om de aanwezige grondwaterstand onder of rondom de dijk te verlagen en daarmee het risico op opbarsten, heave en/of de vorming van erosiekanaaltjes te verkleinen.

Drainagetechnieken zijn in te delen in twee categorieën, namelijk:

• Actieve drainage: een actief systeem bevat een pomp die het grondwater onttrekt.
• Passieve drainage: wanneer er in de zandlaag een hogere waterdruk heerst dan in het drainagesysteem (zonder pomp), dan zorgt het drukverschil ervoor dat water onder vrij verval uit de zandlaag stroomt richting het drainagesysteem.

In Nederland zijn reeds diverse drainagetechnieken toegepast. Ervaringen daarvan zijn beschreven in de POV-publicatie [Drainagetechnieken, 2011]. Internationaal zijn ook systemen beschreven, dit betreft onder andere [Design, 1992], of [Filters, 2011]. In de Ontwerp- en beoordelingsrichtlijn Drainagetechnieken [Bart, 2022] zijn praktijkvoorbeelden en handelingsperspectieven opgenomen. De drainagetechnieken zijn op hoofdlijnen ingedeeld in drie categorieën:

• Verticale bronnen.
• Horizontale drains.
• Grindkoffers.

Verticale bronnen

De verticale bron wordt geplaatst in verticale boorgaten met een tussenruimte. Via sleuven in het filter (perforaties in de stijgbuis) staat de bron in verbinding met de zandlaag. Tijdens hoogwater kan water uit de zandlaag richting de verticale drainagebuizen stromen. Daarmee wordt de waterspanning in de zandlaag lokaal verlaagd door middel van het principe van een puntbron. Het uitstromende water wordt opgevangen in een verzamelput en wordt vervolgens afgevoerd naar bijvoorbeeld een teensloot.

Onttrekking van grondwater uit een verticale bron is een veelgebruikte methode om de waterdruk in een zandlaag te verlagen. Dit kan met zowel een passief systeem als een actief systeem. In onderstaande figuur is een schematische doorsnede van een verticale bron weergegeven. Kenmerken van het systeem zijn:

• Het systeem is verticaal, de drain onttrekt water over de gehele filterlengte die zich in de zandlaag bevindt.
• De afvoer van het onttrokken water moet vaak worden afgevoerd door een separaat horizontaal afvoersysteem, zoals een sloot of een buis.
• De hydraulische straal van een puntbron is kleiner dan bij horizontale drainage.
• De stijghoogteverdeling rondom de verticale drain is variabel, afhankelijk van de afstand tot de drain.
• De aanwezige deklaag blijft intact behoudens de lokale perforatie.

Horizontale drains

Horizontale drains is een vorm van drainage die parallel aan de dijk en vaak over (bijna) de gehele lengte aanwezig is. Een veel voorkomende horizontale drainage van het freatisch grondwater is een teensloot. Hierdoor verbetert de betreedbaarheid van het binnenbeloop en het direct aansluitende maaiveld.

Een horizontale drain kan ook worden gebruikt in een afgesloten watervoerende laag volgens een vergelijkbare methode als de verticale bron; een geperforeerde horizontale buis onttrekt dan het toestromende grondwater. In onderstaande figuur is een schematische doorsnede van een horizontale drain weergegeven. Kenmerken van het systeem zijn:

• Het systeem ligt horizontaal en onttrekt alleen aan de bovenzijde van het watervoerende pakket.
• De afvoer van het onttrokken water loopt in eerste instantie via dezelfde geperforeerde buis, terwijl bij een verticale bron de afvoer door een afzonderlijke verzamelleiding plaatsvindt.
• De hydraulische straal van een horizontale drain kan groter zijn dan van de verticale bronnen samen in een bronsysteem.
• Bij ondiepe ligging is het benodigde debiet om een verlaging van de stijghoogte te realiseren kleiner dan bij een onttrekking met verticale putten.
• De stijghoogteverdeling nabij de drain is gelijkmatig.
• De aanwezige deklaag moet na aanbrengen van de drainage hersteld worden om kortsluiting te voorkomen.

Grindkoffer

De grindkoffer is voor zover bekend het oudste ondergrondse drainagesysteem dat bij waterkeringen is toegepast. Een grindkoffer vormt een verbinding tussen de zandlaag en het oppervlaktewater. De constructie wordt ingebed in de watervoerende zandlaag en watert direct af naar het oppervlaktewater. Dit betekent dat water door het filter kan stromen, maar zanddeeltjes niet. Zie ook het artikel Filtertechnieken, voorkomen van zanduitspoeling.

Onderstaande figuur toont een schematische doorsnede van een grindkoffer. De opbouw van een grindkoffer voorkomt dat zand door het uittredende kwelwater mee spoelt: optioneel wordt een geotextiel toegepast in combinatie met grind (linkerdeel van de afbeelding), of een granulair filter (rechterdeel van de afbeelding). Het filter is in beide gevallen gronddicht, daardoor kan geen uitspoeling van zand plaatsvinden en treedt ook geen piping op.

Het principe is vooral geschikt voor een dunne deklaag (enkele meters), omdat dan de aanleg relatief eenvoudig kan worden uitgevoerd. Een grindkoffer kan ook eventueel worden aangebracht onder een bestaande watergang. Het peilbeheer in de watergang bepaalt dan mede de verlaging van de stijghoogte. Het specifieke waterbezwaar van een grindkoffer kan niet eenvoudig worden waargenomen. Het dient te gebeuren door een meetoverlaat of een meetstuw aan te brengen in een watergang.

Een alternatief is om de grindkoffer los van het systeem van het oppervlaktewater aan te leggen, door een stuw te plaatsen in een gescheiden peilvak. Het peilbeheer kan dan afzonderlijk worden geregeld en de afvoer van de grindkoffer kan dan specifiek worden waargenomen. Als onder vrij verval geloosd wordt, moet in het ontwerp wel rekening worden gehouden met het peilbeheer in het bestaande oppervlaktewater.

Hoe te bepalen

Het ontwerp van een drainage is afhankelijk van het mechanisme waar men op in wil grijpen:

• Inzet specifiek op het faalmechanisme opbarsten wordt bereikt door de stijghoogte (ruim) onder de opbarstpotentiaal van de afdekkende laag te verlagen.
• Inzet specifiek op het faalmechanisme heave wordt bereikt door het verschil tussen de stijghoogte en het niveau van het uittredepunt te reduceren zodat dit geringer is dan het kritische heave gradiënt.
• Inzet specifiek op het faalmechanisme terugschrijdende erosie wordt bereikt door het verhang in het grondwater richting het uittredepunt zo ver te reduceren dat dit kleiner is dan het kritische verhang.

Om een drainage te ontwerpen is de Ontwerp- en beoordelingsrichtlijn (OBR) Drainagetechnieken opgesteld [Bart, 2022]. De OBR Drainagetechnieken is bedoeld voor dijkbeheerders, ingenieursbureaus en aannemers die drainagetechnieken willen toepassen om de veiligheid van dijklichamen te verhogen.

De OBR gaat in op zowel drainagetechnieken in het watervoerende pakket als op freatische drainage. Dit document is een richtlijn voor het toepassen van drainagetechnieken als versterkingsmaatregel. In het document worden daartoe de stappen om te komen tot een doeltreffend ontwerp van het systeem en de realisatie van de versterkingsmaatregel behandeld. Deze richtlijn geeft tevens handvatten voor het beoordelen en ontwerpen van drainagetechnieken in waterkeringen passend binnen de landelijk geldende beoordelings- en ontwerpkaders. De OBR Drainagetechnieken richt zich op drainagetechnieken met als doel het verbeteren van de faalmechanismen piping, afschuiven en uitspoelen van een waterkering.

Relatie met andere faalmechanismes

Drainage van het (freatisch) grondwater heeft direct invloed op de mechanismen afschuiven en uitspoelen.

• Afschuiven langs diepe glijvlakken:
  - Door het freatisch niveau van het grondwater te verlagen, wordt de effectieve spanning in de dijk verhoogd, waardoor afschuiving wordt voorkomen.
  - Door de stijghoogte te verlagen, wordt de effectieve spanning verhoogd op het grensvlak tussen de watervoerende laag en de cohesieve laag, waardoor de schuifsterkte toeneemt en de weerstand wordt verhoogd tegen afschuiving. Deze manier is extra effectief wanneer er risico is op opbarsten of opdrijven van de deklaag. Indien nodig wordt de stijghoogte verlaagd tot onder de opbarstpotentiaal.

• Afschuiven langs ondiepe glijvlakken of uitspoelen van kernmateriaal:
  - Door het freatische niveau te verlagen, wordt de kweldruk van het water op het binnentalud verlaagd. Daardoor wordt afschuiven van kleilagen op het talud voorkomen. Daarnaast wordt uittredend grondwater voorkomen, waardoor het uitspoelen van zanddelen uit te sluiten is. Er zijn hiervoor reeds handvatten gegeven in het 'Technisch rapport waterspanningen bij dijken' [Van der Meer, 2004], bijlage 1.

Aandachtspunten en geldigheidsgebied

• Een drainagesysteem vergt periodiek onderhoud, dit om de werking van het systeem te waarborgen. Onderhoud kan bestaan uit:
  - Visuele inspectie op de werking van het systeem tijdens dagelijkse en maatgevende omstandigheden.
  - Periodiek testen van het systeem; dit kan bestaan uit inzetten tijdens een relatief laag hoogwater of actief door middel van bijvoorbeeld doorspuiten of aanzetten van de pompen.
  -  Periodiek doorspuiten om verstopping te verwijderen of te voorkomen.

• De grond- en/of oppervlaktewaterkwaliteit kan wijzigen.
  Door de verlaging kunnen verontreinigingen zich anders gaan verplaatsen. Daarnaast wordt geloosd, in de regel op oppervlaktewater. Deze lozing dient te voldoen aan de vigerende regelgeving qua lozingsnormen.
• Neveneffecten grondwater verlagingen.
  In de regel worden drainagetechnieken voor dijkveiligheid zo ontworpen dat de inzet tijdens hoogwater maximaal is. Echter kunnen, afhankelijk van het ontwerp, ook invloeden ontstaan op de dagelijkse grondwaterstand. Indien dit het geval is, kan dit leiden tot neveneffecten. Daarbij valt te denken aan risico op zettingen of gewasschade.