Indeling naar functie in de waterkering - Bijzondere constructies

Indeling naar functie in de waterkering

In navolging van de commissie Boertien is de volgende indeling gehanteerd voor bijzondere constructies:

• Bestaand dijkmateriaal vervangen;
• Bij verbreding van de dijk een ander materiaal kiezen;
• Bestaand dijkmateriaal verbeteren;
• Sterkte-eigenschappen ondergrond verbeteren;
• Grondwaterpotentiaal beïnvloeden;
• Erosiebescherming;
• Constructieve elementen;
• Beweegbare keringen.

Per categorie wordt een toelichting gegeven en worden enkele mogelijkheden genoemd.

Bestaand dijkmateriaal vervangen

Het materiaal in de bestaande dijk kan worden vervangen door een materiaal met betere sterkte-eigenschappen of een andere doorlatendheid, om zodoende de stabiliteit van de dijk te verbeteren of om de invloed van een ophoging op de omgeving te verminderen. Een algemeen voordeel van het vervangen van het bestaande dijkmateriaal is dat het ruimtebeslag niet of weinig toeneemt. Een nadeel is dat relatief veel grondverzet nodig is en vaak tijdelijke constructies nodig zijn om de waterkerende functie ook tijdens de bouw voldoende te garanderen.

Mogelijkheden zijn:

• Grondsoort veranderen
  - doel: door de bestaande grond te vervangen door grond met eigenschappen die in de beschouwde situatie meer gewenst zijn, gedacht kan worden aan het vervangen van zand door klei, waardoor de waterdichtheid toeneemt;
  - bij het ontwerp zijn geen speciale aandachtspunten, het ontwerp van grondconstructies wordt in dit technisch rapport behandeld.
• Kern vervangen door licht materiaal
  - doel: vergroten van de stabiliteit of verkorten van de bouwtijd van dijken op een weinig draagkrachtige ondergrond;
  - toe te passen materialen zijn onder andere:
  *flugsand;
  * geëxpandeerde kleikorrels;
  *schuimbeton;
  *polystyreen;
  Informatie over deze materialen en over het ontwerp is onder andere te vinden in de CUR publicatie 162 (Ref. Construeren met Grond).
• Wapenen met geotextielen/geogrids
  - doel: vergroten van de stabiliteit van dijken op een weinig draagkrachtige ondergrond of het mogelijk maken van steilere taluds;
  - algemene informatie over de materialen en over het ontwerp is opgenomen in de CUR publicatie 186 (Ref. Geokunststoffen en rivierdijkverbeteringen); specifieke informatie over de materialen en producten is bij de leveranciers bekend.
• Zand-garen compositie
  - doel: mogelijk maken om steilere taluds aan te leggen door de sterkte eigenschappen van de grond te verbeteren;
  - algemene informatie over de materialen en over het ontwerp is op- genomen in de CUR publicatie 186 (Ref. Geokunststoffen en rivierdijkverbeteringen), specifieke informatie over de materialen en producten is bij de leveranciers bekend.
• Zand-cement stabilisatie
  - doel: het vergroten van de stabiliteit en waterdichtheid van een zanddijk;
  - een zand-cement stabilisatie is alleen toepasbaar bij zand met een voldoende hoge doorlatendheid; er is ter plaatse onderzoek nodig om de mogelijkheden te beoordelen.

Bij verbreding van de dijk een ander materiaal kiezen

Bij het verbreden of verhogen van een dijk kan gekozen worden voor een materiaal anders dan grond. De toe te passen materialen zijn voornamelijk dezelfde als die bij het onderdeel ‘vervangen bestaand dijkmateriaal’ zijn genoemd. Daarnaast bestaat de volgende mogelijkheid:

• Toepassen van zwaar materiaal in een berm
  - Doel: voorkomen van opbarsten van een afsluitende laag en/of verhogen van de stabiliteit van het talud;
  - Er zijn geen speciale ontwerpmethoden van toepassing; afhankelijk van het gekozen materiaal zullen eventuele bijzonderheden met betrekking tot het ontwerp moeten worden onderkend.

Bestaand dijkmateriaal verbeteren

De eigenschappen van een bestaande dijk, opgebouwd uit zand en/of klei, kunnen in sommige gevallen worden verbeterd, waardoor de aanvullende verbeteringswerken beperkter van omvang kunnen blijven.

De volgende mogelijkheden zijn aanwezig:

• Zand-cement stabilisatie: dit is bij het onderdeel ‘vervangen bestaand dijkmateriaal’ behandeld.
• Electro-osmose
  - Doel: verbeteren van de sterkte- en stijfheidseigenschappen van klei ter verbetering van de stabiliteit;
  - Electro-osmose kan alleen worden toegepast in verzadigde klei zonder al te veel verstoringen, voor ontwerp en uitvoeringsaspecten dient een specialist op dit gebied te worden geraadpleegd.
• Injectie met gel
  - Doel: verhogen van de waterdichtheid van een zandlichaam;
  - Injectie met gel kan alleen in voldoende waterdoorlatende grond gebeuren, de toegepaste gel is veelal niet duurzaam, voor ontwerp en uitvoering dient een specialist te worden geraadpleegd.
• Verdichting van de grond
  - Doel: sterkte-eigenschappen en/of waterdichtheid verbeteren;
  - Verdichting kan plaatsvinden door trilwalsen of door valgewichten, afhankelijk van de grondsoort; verwacht mag worden dat de invloed van de behandeling vrij oppervlakkig is, in sommige landen wordt deze methode algemeen toegepast, in Nederland is echter geen ervaring met de toepassing bij dijkverbeteringen.
• Cunet
  - Doel: vervangen slappe grond door grond met betere sterkte-eigenschappen zodat de stabiliteit toeneemt of de bouwtijd afneemt;
  - Toepassen van een cunet kan vooral bij de aanleg van een nieuw dijktracé een goede methode zijn. De beoordeling is gelijk aan die van andere waterkerende grondconstructie.

Eigenschappen van de ondergrond verbeteren

Het verbeteren van de sterkte- en/of stijfheidseigenschappen van de ondergrond kan tijdens de bouw en bij sommige technieken ook tijdens de gebruiksfase, voordelen opleveren. Indien toegepast in binnendijkse afsluitende lagen, dient bij het ontwerp aan de aspecten kwel en piping aandacht besteed te worden. De hier genoemde technieken worden in meer detail onder andere behandeld in de CUR publicatie 162, (Ref. Construeren met Grond).

Genoemd kunnen worden:

• Verticale drainage
  - Doel: verkorten van de consolidatietijd en daarmee van de bouwtijd;
  - Er is veel ervaring met deze techniek.
• Vacuümconsolidatie
  - Doel: verkorten van de consolidatietijd en vergroten van de stabiliteit.
  - Deze techniek kan niet in alle omstandigheden worden toegepast, de inbreng van een specialist op dit gebied is aan te raden.
• Electro-osmose: dit is hiervoor bij ‘bestaand dijkmateriaal verbeteren’ besproken.
• Kalk/cementpalen
  - Doel: verbeteren van de draagkracht van klei door het aanbrengen van kalk/cement in boorgaten;
  - Deze techniek is niet in alle kleisoorten toepasbaar, in Nederland is geen ervaring met deze techniek.
• Grindpalen
  - Doel: vergroten van de draagkracht van kleilagen door het aanbrengen van grind in kolommen;
  - Er is enige ervaring in Nederland met deze techniek.

Grondwaterstroming beïnvloeden

De grondwaterstroming heeft een belangrijke invloed op piping, micro- en macrostabiliteit. Door direct in te grijpen in de grondwaterstand of potentiaal kan een aanzienlijke verbetering ten aanzien van deze aspecten worden verkregen. Er kan onderscheid gemaakt worden tussen de grondwaterstand in de dijk zelf en de potentiaal in de watervoerende lagen onder en achter de dijk.

De grondwaterstand in de dijk kan worden beïnvloed door:

• Het dijklichaam minder doorlatend te maken door het toepassen van een minder doorlatend materiaal, of door een scherm in de dijk te plaatsen;
• Een drainageconstructie aanbrengen, waardoor de grondwaterstand nabij de binnenteen daalt.

De potentiaal in de zandondergrond kan worden beïnvloed door:

• Een filter aan te brengen in de aquifer en de potentiaal in het filter te verlagen door middel van bemaling;
• Een ontlastsloot aan te brengen;
• Een kwelscherm aan te brengen.

Bij een filterconstructie en ontlastsloot zal vaak afvoer van water, al dan niet met een bemaling, nodig zijn om deze maatregelen voldoende effectief te laten zijn of om wateroverlast te voorkomen.

Een kwelscherm in de aquifer kan diverse effecten hebben, afhankelijk van de afmetingen en locatie:

• een kwelscherm dat een groot deel van de aquifer afsluit zal de potentiaal verlagen, waardoor de stabiliteit toeneemt en de kans op opbarsten van een kleilaag afneemt. Tevens neemt de kwelweglengte toe, waardoor de kans op piping kleiner wordt. Een dergelijk kwelscherm zal ook bij gemiddelde waterstanden invloed hebben op de geohydrologie, waardoor de afvoer van (hemel)water naar de rivier geremd kan worden of kwel naar eventuele natuurgebieden kan afnemen. Het beoordelen van het effect hiervan is onderdeel van het ontwerp.
• een kwelscherm dat slechts een beperkt deel van de aquifer afsluit heeft een beperkte invloed op de potentiaal, maar de kwelweg neemt wel toe. Hierdoor neemt de kans op piping af.
• een kwelscherm dat binnendijks is geplaatst voorkomt dat zand horizontaal uitspoelt; er is dan geen sprake meer van piping maar van heave.

Aan de rivierzijde van een kwelscherm zal meestal een verhoging van de potentiaal optreden. Afhankelijk van de plaats in het dijkprofiel, kan hierdoor de stabiliteit afnemen.

Een kwelscherm in de aquifer kan bijvoorbeeld worden gevormd door een damwand, een cement-bentoniet wand of door een wand welke door injectie wordt verkregen.

Als laatste mogelijkheid kan de kwelkade genoemd worden. Dit is een kade binnendijks van de waterkering die kwelwater opvangt. Doordat de waterstand binnen de kwelkade hoger is dan het maaiveld, neemt de kans op opbarsten af. Tevens kan de stabiliteit van de dijk toenemen. Het verhang in de dijk neemt af, waardoor minder snel uitspoeling van grond uit het binnentalud optreedt. Een nadeel is echter dat inspectie van de binnenteen niet mogelijk is. Een kwelkade zal zelden als alternatief voor een dijkverbetering worden toegepast, maar indien een kwelkade aanwezig is en voldoet aan de eisen, kan wel met de invloed rekening worden gehouden.

Bij de dimensionering van alle maatregelen waarbij de grondwaterstroming wordt beïnvloed speelt vanzelfsprekend de berekening hiervan een grote rol.

Erosiebescherming

Traditioneel worden gronddijken door een grasmat beschermd tegen erosie. Op strekkingen die een relatief zware eroderende belasting ondergaan wordt een harde bekledingsconstructie toegepast. Als alternatief voor een harde bekledingsconstructie kunnen enkele versterkingsconstructies worden genoemd, die zinvol kunnen zijn in de periode dat de grasmat tot ontwikkeling komt. In de meeste gevallen zal ook in de periode daarna een erosieremmende werking aanwezig blijven. Genoemd kunnen worden:

• Gewapende grasmat: door een doek dicht onder het oppervlak aan te brengen krijgt de grond meer samenhang; er zijn diverse kunststofdoeken en doeken van natuurlijk materiaal in de handel;
• Honingraatstructuren of doorgroeistenen: deze voorkomen al te grote erosie voordat de grasmat tot ontwikkeling is gekomen.

In de CUR publicatie 186 (Ref. Geokunststoffen en Rivierdijkverbetering) en CUR publicatie 168 (Ref. Natuurvriendelijke oevers) wordt verder ingegaan op deze en andere soortgelijke toepassingen.

Constructieve elementen

Dit zijn elementen die door hun sterkte een deel van de waterkerende functie van een dijk kunnen overnemen. Een aantal mogelijkheden wordt hier genoemd.

• damwand/keermuur: meestal een betonnen wand of een stalen damwand die grond en water keert en daarmee de functie van een talud en/of stabiliteitsberm kan overnemen;
• gewapende grondconstructies: een verticale muur die met horizontale ankerelementen aan het grondlichaam is verankerd en de functie van een talud kan overnemen;
• schanskorven: stalen of kunststof netten, gevuld met steen, waarmee een relatief steil en erosiebestendig talud kan worden opgebouwd; de toepassing als oeverbescherming is vrij algemeen; de netten zijn relatief kwetsbaar;
• kistdam/diepwand: in principe dezelfde functie als een damwand/keermuur;
• groundnailing: platen worden op een talud geplaatst en verankerd aan de diepe ondergrond, door het aanspannen van de ankers wordt een voorspanning in de grond bewerkstelligd; nadelen van deze constructie zijn dat een begroeid talud moeilijk gehandhaafd kan blijven en dat de voorspanning regelmatig moet worden gecontroleerd.

Het ontwerp van damwandconstructies wordt in de CUR publicatie 166 (Ref. Damwandconstructies) behandeld. Voor de overige constructies zijn geen specifieke handboeken beschikbaar.

Beweegbare keringen

Een beweegbare kering is een kering die alleen ten tijde van hoogwater is geplaatst. Een aantal mogelijkheden zijn:

• elementen die van elders worden aangevoerd, zoals schotbalken of modernere varianten daarop;
• elementen die ter plaatse aanwezig zijn en door schuiven of draaien in de juiste positie worden gesteld;
• opdrijvende constructies: keringen die door de kracht van het water in positie worden gebracht.

Naast de constructieve aspecten speelt de sluitingsoperatie een belangrijke rol bij de beoordeling van de veiligheid van een beweegbare kering.

In de (Ref. Leidraad Waterkerende Kunstwerken en Bijzondere Constructies) wordt verder ingegaan op het ontwerp en op de beoordeling van de sluitingsoperatie.