Mixed-in-Place: leren van praktijkproef Lekdijk - Royal Haskoning

waterhuishouding & waterbouwMixed-in-Place: leren vanpraktijkproef LekdijkOp de Lekdijk in Nieuw-Lekkerlandis voor het eerst ineen Nederlandse primairewaterkering een fullscale praktijkproefmet de dijkversterkingstechniekMixed-in-Placeuitgevoerd. Er zijn belangrijkeconclusies getrokken voorde toepasbaarheid van dezetechniek.Ir. R.M. Bos / F.A. van den Berg / ing. M. de Kant /ing. R.J. Looij MBABehoud van het landschap en oude poldergebiedenwas in 2001 de reden waarom Rijkswaterstaatbij de watersector innovatieve conceptenvoor dijkversterking initieerde. Mixed-in-Placedijkversterking (MIP) is een van de drie techniekendie binnen het CUR-onderzoeksprogrammaInside (2001-2007) zijn ontwikkeld. Met MIPwordt de binnenwaartse stabiliteit van de dijkverbeterd zonder de dijk uit te breiden. Het isdaardoor een goede oplossing in een omgevingwaar geen ruimte is voor een gebruikelijke verbeteringmet grondberm. Het Expertise NetwerkWaterkeren (ENW) heeft de techniek in eenvroeg stadium geaccepteerd als volwaardige enbetrouwbare dijkversterkingsoplossing. Voordaadwerkelijke toepassing in reguliere projectenmoest de techniek nog worden uitgeprobeerd,waarbij monitoring van het gedrag van de dijken het effect op de omgeving essentieel is.Mixed-in-PlaceDit is gebeurd in het najaar van 2009. Dankzij debereidwilligheid van Waterschap Rivierenlandheeft het MIP-consortium HKR (aannemersbedrijvenHakkers en Keller Funderingstechniekenen adviesbureau Royal Haskoning) de techniekin 't kort - praktijkproef• Mixed-in-Place: techniek voor dijkversterkingwaar geen ruimte is voor grondberm• ‘Droge methode’ toegepast bij fullscale praktijkproefop Lekdijk Nieuw-Lekkerland• Tijdens uitvoering onverwacht grote vervormingenin grond opgetreden• Mixed-in-Place blijft toepasbaar, meer onderzoeknodig, zoals voor ‘natte methode’Proef met Mixed-in-Place op de Lekdijk in Nieuw-Lekkerland, september 2009.mogen toepassen op een proefvak van circa50 meter op de Lekdijk in Nieuw-Lekkerland.De MIP-techniek (deep soil mixing) is een techniekvoor grondverbetering die in Scandinaviëen Japan al meer dan dertig jaar wordt gebruik.Deep soil mixing is een manier om de sterkte enstijfheid van natuurlijke grond te verbeterendoor slappe zones te vermengen met cement.Met een kraan met mengkop wordt bindmiddel(onder andere cement) vermengd met vochtigegrond, waardoor na verharding gestabiliseerdegrondkolommen ontstaan. Voor de uitvoeringvan de dijkverbetering bij Nieuw-Lekkerland isuitgegaan van de zogenaamde ‘droge methode’,waarbij het cement onder hoge luchtdruk in degrond wordt gebracht. Hierbij wordt geen grondverwijderd. Er bestaat ook een ‘natte methode’,waarbij het bindmiddel als een slurry met degrond wordt gemengd.MIP-dijkversterking bestaat uit gestabiliseerdeMIP-blokken met een zekere tussenafstand. Binneneen blok worden de kolommen in twee richtingenoverlappend gemixed. De kolommenworden doorgezet tot in de pleistocene zandlaagonder het slappe klei/veenpakket. Dit voorkomtafschuiven op het grensvlak tussen hetslappelagenpakket en de zandlaag, waar dooropwaartse druk de schuifspanning het kleinst is.Vergeleken met gangbare technieken bij beperkteruimte, zoals verankerde damwanden endure diepwanden, heeft MIP diverse voordelen.De methode is trillingsvrij, waardoor trillingsschadeniet optreedt. Bovendien is de methodegeluidsarm. Bij obstakels, zoals woningen, ismaatwerk mogelijk door blokken kleiner of groterte maken of te verschuiven op het talud. Uitbreidbaarheidis een must vanwege de onzekerheidover toenemende waterstanden door klimaatveranderingenin de toekomst. MIP is eentechniek waar uitbreiding goed mogelijk is doorhet bijplaatsen van extra kolommen.RandvoorwaardenWaterschap Rivierenland heeft een circa 400 meterlang gedeelte van de Lekdijk bij Nieuw-Lekkerlandbeschikbaar gesteld, waarvan een kleine50 meter met MIP is versterkt. Dit gedeelte is eenzwakke plek in de waterkering, ruim onder deveiligheidsnorm. Dit was voor het waterschapeen voorwaarde om het dijkvak op korte termijnen niet via het reguliere hoogwaterbeschermingsprogramma(HWBP) te mogen versterken.Ook de bewoners van de – veelal oude, op staalgefundeerde, schadegevoelige – huizen in hetdijkvak moesten ermee instemmen; dit gebeurdeop een van de bewonersavonden. Voor ontwerpen uitvoering heeft het waterschap eenbouwteam gevormd met het MIP-consortium,Rijkswaterstaat WINN vanuit het project InnovatiefWaterkeren en Deltares als toetser.foto's: Royal haskoning20Land+Water nr. 11 - november 2010

In het ontwerpproces is gewerkt van grof naarfijn, beginnend met een schetsontwerp. Het definitieveontwerp is gebaseerd op geavanceerdePlaxis-berekeningen en een sterkte van het MIPmateriaal,gebaseerd op een in 2004 uitgevoerdepraktijkproef in Lekkerkerk (eveneens aan deLek) op vergelijkbare ondergrond.ResultatenIn het uitvoeringsplan zijn de definitieve maatvoeringen de cementdosering over de kolomvastgesteld. Begin september 2009 begon hetconsortium met het maken van een testveld. Ditwas primair bedoeld voor het vaststellen van desterkte van MIP-materiaal en om procesparameterste optimaliseren voor het uitvoeren van dedaadwerkelijke dijkversterking. De sterkte is afgeleiduit laboratoriumproeven. Daarnaast zijnin-situ testen (sonderingen en Column Penetration-testen)uitgevoerd om de variatie in sterkteover de kolom te bepalen en de ontwikkelingervan in de tijd. Op de dijk heeft het consortiumeen uitgebreid monitoringprogramma uitgevoerdom inzicht te krijgen in de standzekerheidvan de dijk en het effect op de omgeving en omte kunnen ingrijpen bij overschrijding van drempel-of grenswaarden.Bij het maken van de eerste kolommen blekenbehoorlijke vervormingen in de grond op te treden,die uiteindelijk de gestelde grenswaardeoverschreden. Daardoor was het niet mogelijkom volgens plan dicht bij de huizen MIP toe tepassen, omdat anders schade zou ontstaan. Niemandvan de betrokken partijen had zulke vervormingenverwacht.In overleg met het bouwteam heeft het consortiumverschillende maatregelen uitgeprobeerdom de vervormingen terug te brengen.Omdat het contract was gebaseerd op een inspanningsverplichtingen wederzijds vertrouwen,was het mogelijk discussies hierover op eeninhoudelijke wijze te voeren. Dit voordeel bleekook al tijdens de ontwerpfase, waarin aanvullendeeisen van Deltares nog zijn meegenomen.De maatregelen hadden helaas onvoldoendeeffect. Gelukkig was het na afloop mogelijk eengoede analyse te maken van deze problematiekdankzij het zeer uitgebreide monitoringprogramma.Er zijn verschillende oorzaken aan tewijzen, maar de hoge luchtdruk – nodig om hetcement in te spuiten – heeft het belangrijksteaandeel in de vervormingen. Hoewel er maatregelenmogelijk zijn om de luchtdruk in de grondzelf te beperken, zijn deze waarschijnlijk ontoereikendom dijkversterking aan de Lekdijk ensoortgelijke situaties met schadegevoelige, opstaal gefundeerde woningen mogelijk te maken.Is MIP-dijkversterking dan een mislukt innovatiefproject? Dat zeker niet.MIP in de toekomstEr blijven nog diverse toepassingen met MIP mogelijk.Op de vervormingen na hebben zich geenonoverkomelijke problemen voorgedaan enheeft MIP zich als dijkversterkingstechniek bewezen.Te denken valt aan versterking van dijkenlangs natuurgebieden of binnendijkse wateren,waar de vervormingsproblemen niet spelen, enbij taludversterkingen van infrastructuur. Daarnaastis er veel potentie voor toepassing van MIPin boezemkades op slappe grond. MIP is hier ookbruikbaar als zettingreducerende maatregel.Maar ook voor situaties als de dichtbebouwdeLekdijk hoeft MIP niet te worden afgeschreven.De ‘natte methode’ biedt een oplossing voor devervormingsproblematiek. Bij de natte methodewordt het cement in een mengsel met water ingebracht.De sterkte is over het algemeen substantieelhoger dan bij de droge methode. Bovendienis de homogeniteit van de kolommenDijkVeenKleiZandBovenaanzichtMIXED-IN-PLACEAfzonderlijke Mixed-in-Place kolommen vormensamen blokken, die in de lengterichting van dedijk met tussenafstanden van enkele metersworden aangebracht. De schuifsterkte van deondergrond wordt hierdoor op de gewenstelocatie vergroot. De stabiliteit van de waterkeringis berekend met numerieke modellen(Plaxis). De rode kruisjes zijn berekende rekkenen laten de vorm zien van het maatgevendebezwijkvlak.groter door een betere menging.In het Inside-traject is gekozen voor de drogemethode vanwege meerdere redenen. Het werdniet mogelijk geacht om met het benodigdezware materieel vanaf de kruin kolommen aan tebrengen in het binnentalud. Bovendien is denatte methode een gedeeltelijk grondvervangendemethode en werd de vrijkomende hoeveelheidspoil als nadeel gezien. Deze nadelenworden evenwel opgelost door gebruik van detechniek Triple Soil Mixing (TSM). Dit is een zogenaamdehybride methode, waarbij het mengenwordt gecombineerd met waterjets, waardoorhet boorkoppel wordt gereduceerd; dit maaktgebruik van lichter materieel en uitvoering vanafde kruin mogelijk. Bij toepassing van de TSMtechniektreden nauwelijks vervormingen op. Ditblijkt uit de praktijk, waarin de TSM-techniekveelvuldig wordt toegepast als bouwputwandop zeer korte afstand of zelfs onder belendingen.Bij dijkversterking is daardoor wellicht meermaatwerk mogelijk dan vooraf van de droge methodewerd verwacht. Voordat de techniek toepasbaaris, is het noodzakelijk bepaalde aspectenaan te tonen, zoals optredende wateroverspanningenen vervormingen en de werkelijkesterkte in de slappe Nederlandse ondergrond.In samenwerking met Deltares heeft de combinatieSmet-Keller – Royal Haskoning resterendeonderzoeksvragen geformuleerd, die met eenbeperkte praktijkproef zijn te beantwoorden.Het vertrouwen is aanwezig dat Mixed-in-Placedijkversterking met de TSM-techniek alsnogbaan gaat breken en als concurrerend alternatiefeen omgevingsvriendelijke uitvoering van dijkversterkingenmogelijk maakt.illustratie: royal haskoningDe locatie van het proefproject.Mathijs Bos is projectleider bij Royal Haskoning.Frans van den Berg is hoofd Projectbureau voorbereidingdijkverbetering bij Waterschap Rivierenland.Martin de Kant is geotechnisch expert bijRoyal Haskoning. Richard Looij is projectleider bijSmet-Keller Funderingstechnieken.Land+Water nr. 11 - november 201021