Scherm in dijk - Beïnvloeding stijghoogte en stroming van grondwater

Daar hierbij veelal gebruik wordt gemaakt van cement-bentoniet slurry volgt hieronder een beschrijving van genoemd materiaal.

De cement-bentoniet slurry is heden ten dage sterk aan veran­dering onderhevig. Door toenemende eisen ten aanzien van mogelijke schade aan het milieu wordt gezocht naar steeds milieuvriendelijker materialen. Het lijkt daarom niet zinvol hier mengsels voor te schrijven.

De mengsels die worden voorgesteld zullen moeten voldoen aan eisen ten aanzien van:

• waterdoorlatendheid
• stijfheid
• duurzaamheid
• verandering van eigenschappen in de tijd
• milieu-effecten
• soortelijk gewicht.

De huidige slurry's bestaan uit bentoniet, cement, plastificeerders en verhardingsvertragers. De uiteindelijke samenstelling hangt daarnaast nog af van de grondsoort waarin de slurry zal worden toegepast. Zo heeft veen met de daarin aanwezige veenzuren een sterk negatieve invloed op de verharding van cement. Kontakten van een schermwand met veenlagen dienen daarom zoveel mogelijk te worden voorkomen.

Omschrijving en ontwerp

Afscherming door middel van een folie, kunststofscherm of klei/bentoniet wand vermindert de stroming door het dijkli­chaam zelf aanzienlijk.

Bij toepassing van een scherm in de dijk moet worden berekend hoeveel water nog door het scherm kan stromen en wat de daar­ bij behorende grondwaterstand in de dijk wordt. Daarmee kan de microstabiliteit worden getoetst.

Bij het ontwerp moet worden nagegaan of de sleuf tijdens de uitvoering en in de eindsituatie voldoende stabiel is. De onderstaande bezwijkcriteria moeten worden beschouwd.

• micro-stabiliteit

Bij het graven van een sleuf wordt de sleuf gevuld gehouden met steunvloeistof. Op het grensvlak tussen de steunvloeistof en de omringende grond zal water uit de steunvloeistof weg­stromen. Er vormt zich een filterkoek van opgestijfd materiaal op de wand. De filterkoek moet er voor zorgen dat geen korrels uit de wand loskomen en dat de vloeistofdruk in de steunvloeistof als horizontale gronddruk op de omringende grond wordt overgebracht.

In niet cohesieve gronden kan de stabiliteit van korrels in de wand worden berekend met DIN 4126, lit [8], of volgens de methode van Huder lit [10].

In grindlagen blijkt het niet mogelijk met een filterkoek het uitvallen van steentjes uit de wand te voorkomen. Wel kan worden aangegeven met behulp van lit [10] welke helling in de grindlaag zal ontstaan. Als de grindlaag niet te dik is zullen de lagen erboven in stand blijven.

• macro-stabiliteit

Bij het ontgraven moet men onderscheid maken in het ontgraven in panelen, waarbij steeds over een beperkte lengte een sleuf wordt gegraven en een lengte van iets minder dan een paneel­lengte wordt overgeslagen. Na het opvullen met cement/bentoniet en het opstijven van de slurry worden de tussenliggende panelen uitgegraven en gevuld. Door de beperkte lengte van de sleuf kan worden gerekend met silowerking, waardoor de benodigde horizontale druk wordt gereduceerd.

De (eventueel gereduceerde) horizontale gronddruk moet kleiner zijn dan de vloeistofdruk van de steunvloeistof.

In tabel 10 volgen een aantal berekeningsmethoden met de grondsoorten of randvoorwaarden waarvoor ze geldig zijn en met de literatuurverwijzing naar de methode. Dit overzicht is ontleend aan een intern rapport van GD. Binnenkort zal een CUR studie over dit onderwerp verschijnen.

Bij een aantal methoden wordt gerekend met een doorgaande sleuf en kan met behulp van een reductie op de berekende horizontale gronddruk het effect van de boogwerking bij een kort paneel in rekening worden gebracht.

De cement-bentoniet slurry verkrijgt na verloop van tijd steeds meer inwendige schuifsterkte. Bij de beoordeling van de macrostabiliteit geldt echter de laagste waarde, dit is de waarde van een geroerde slurry. De inwendige wrijving is in die situatie dermate laag dat ze gemakkelijk kan worden ver­waarloosd.

Uitvoeringsmethoden

Voordat een scherm in de dijk kan worden aangebracht zal eerst een sleuf moeten worden gegraven tot aan de gewenste diepte. Voor het graven van de sleuf moeten kruisende kabels en leidingen zijn omgelegd. Zonodig kunnen een beperkt aantal kruisingen worden gerealiseerd.
Voor het graven van de sleuf zijn omvangrijke graafmachines nodig. De uitkomende grond moet worden afgevoerd met vrachtauto's. De sleuf zal met behulp van slurry of steunvloeistof moeten worden opengehouden tot het scherm is aangebracht.
Bestaat het scherm uit een of andere opstijvende klei/bentoniet/cement slurry dan kan na aanvullen en opstijven de dijk worden afgewerkt. In alle andere gevallen meet de steunvloeistof worden vervangen, teruggepompt en behandeld. Dit vereist aanzienlijke ruimte, grote hoeveelheden proceswater en een grote overlast voor de aangrenzende woningen.

De kwaliteit van de steunvloeistof, het materiaal van het uiteindelijke scherm en het open blijven van de sleuf en de aansluiting aan de afsluitende bodemlaag vereist een voortdu­rende controle van het proces.

Beheer, monitoring en onderhoud

Een scherm in de dijk is slecht toegankelijk. Onderhoud is om die reden niet mogelijk.

Controle op de waterdichtheid moet ook in perioden met rela­tief lage waterstanden mogelijk zijn. Een mogelijkheid daartoe is het plaatsen van geperforeerde buizen in een cement/bento­nietwand. De buizen moeten worden gevuld met water. De snel­heid waarmee het water uit deze buizen kan wegstromen is een maat voor de doorlatendheid van de wand. Toepassing van deze techniek vraagt aanvullende studie. Daaruit moeten gegevens volgen over diameter, traject waarover geïnfiltreerd moet worden, hart op hart afstand en frequentie van beproeven.

Bij een folie of kunststof schermwand is deze controle niet mogelijk. Om veiligheidsreden zal men bij die constructies vaak kiezen voor verdubbeling van de folie. De controle op waterdichtheid kan dan worden uitgevoerd door het vullen met water van de ruimte tussen de beide folies. Ook hier geldt dat aanvullende studies of proeven nodig zijn voor een goede dimensionering van dit systeem.