Horizontale bodemafsluiting door middel van waterglasinjectie

Indicatie opbouw waterglasinjectie in bodem van bouwkuip. (Figuur: Gerssen en Van der Werfhorst)

De toepassing van waterglasinjectie als bodemafsluiter in bouwkuipen wordt iNederland regelmatig toegepast. Door het plaatselijk verlagen van de doorlatendheid van de bodem wordt grondwater grotendeels tegengehouden. In dit afstudeerwerk zijn de invloed van omgevingstrillingen en injectiedruk op de doorlatendheid van een waterglasinjectie nader onderzocht.

De techniek

Het injecteren van grond door middel van een waterglasinjectie wordt veelal aangeduid met de Engelse term ‘permeation grouting’. Deze techniek berust op het vullen van de poriën in een injecteerbaar zandpakket, waarbij de korrelstructuur intact blijft. Een waterglasinjectie is een vorm van horizontale bodemafsluiting waarbij de injectievloeistof, dat een mengsel is van waterglas, water en een harder, een waterremmende laag vormt in de bodem van een bouwkuip. De waterremmende laag is opgebouwd uit aansluitende, min of meer bolvormige elementen, waarbij de waterremmende werking wordt verkregen doordat het mengsel omslaat en een gel vormt. Doordat de zandkorrels als het ware aan elkaar gekit worden, ontstaat een hechte laag met een sterk gereduceerde doorlatendheid van 1*10-4 m/s à 1*10-5 m/s (k-waarde zand) tot maximaal ongeveer 1*10-7 m/s als resultaat. Een met waterglas geïnjecteerde laag is qua doorlatendheid dus vergelijkbaar met een natuurlijke silt- of kleilaag.

Redenen om een waterglasinjectie als horizontale bodemafsluiting te kiezen in plaats van een onderwaterbetonvloer zijn veelal de verkorte bouwtijd en het minder diepe beno- digde ontgravingsniveau. Een waterglasinjectie heeft een uithardingstijd van slechts een week in tegenstelling tot de vier weken die nodig zijn voor een onderwaterbetonvloer.

Een waterglasinjectie kan niet willekeurig in de bodem van de bouwkuip gerealiseerd worden. Vooraf dient in het ontwerp aan de hand van een evenwichtsprincipe op basis van de wet van Archimedes de diepte van de injectielaag te worden bepaald. Hierbij geldt dat de waterdruk onder de injectielaag niet groter mag zijn dan de gronddruk die na ontgraving op de injectielaag werkt. Als aan de voorwaarde wordt voldaan, zal opbarsten van de injectielaag niet optreden.

Het onderzoek

Uit een aantal praktijkprojecten is gebleken dat een waterglasinjectie onvoldoende resultaat geeft met betrekking tot de waterremmende werking. De oorzaken hiervoor kunnen sterk uiteenlopen. Zowel in het ontwerp als uitvoering kunnen oorzaken te vinden zijn. In overeenstemming met de afstudeerbedrijven CRUX Engineering en B&P Bodeminjectie is voor het onderzoek gekozen om twee uitvoeringsaspecten te onderzoeken, namelijk omgevingstrillingen en de injectiedruk. Er is onderzocht in hoeverre deze twee aspecten de waterremmende werking van een waterglasinjectie kunnen beïnvloeden.

Het aspect omgevingstrillingen is beproefd door een grondmonster in een met waterglas geïnjecteerd stuk pvc op verschillende momenten in trilling te brengen. Er is getrild tijdens injectie, tijdens kippen (omslaan injectievloeistof naar gel) en na 72 uur uitharden. Hieruit is gebleken dat trillingen na 72 uur uitharden de doorlatendheid van de injectielaag met een factor 10 hebben vergroot in vergelijking met de nulmeting (van 0,16*10-7 m/s naar 1,67*10-7 m/s).

Het aspect injectiedruk is onderzocht door in een proefbak drie verschillende injectiedrukken toe te passen en van elke injectielaag na 72 uur uitharden de doorlatendheid te meten. Het is belangrijk om te weten dat de injectiedruk ontstaat uit het injectiedebiet dat vooraf is ingesteld. Uit de proef is gebleken dat de doorlatendheid bij de injectielagen geïnjecteerd met 2 L/ min (6,26*10-7 m/s) en 5 L/min (5,40*10-7 m/s) nagenoeg gelijk is gebleven. De injectielaag geïnjecteerd met 8 L/min heeft een afwijkende doorlatendheid laten zien, namelijk 12*10-7 m/s, wat ruim twee keer hoger is in vergelijking met de andere twee injectielagen. Uit een analyse is gebleken dat in de laag die is geïnjecteerd met 8 L/min ruimtes zijn ontstaan waarbinnen geen menging tussen het zand en waterglasmengsel heeft plaatsgevonden. Dit gegeven in combinatie met het drukfiguur van deze injectielaag, die enorm fluctueert en relatief grote pieken en dalen weergeeft, duidt op het optreden van fracturing (grondscheuring). Dit wil zeggen dat het geïnjecteerde zand niet de capaciteit heeft gehad om de injectiedruk te verwerken, waardoor de korrelstructuur is veranderd en er geen sprake meer is van injecteren volgens het permeation-groutingprincipe. In de praktijk zal het water daarom langs de gevormde lenzen stromen en zal de doorlatendheid nog vele malen hoger zijn dan in de proef gemeten.

Resultaat injectielaag bij respectievelijk 2, 5 en 8 L/min. (Foto’s: Gerssen en Van der Werfhorst)

Op basis van het onderzoek is het aan te bevelen om voor de omgevingstrillingen nader onderzoek te doen en hierbij de amplitude en frequentie te wisselen en op meer momenten tijdens het uithardingsproces te trillen. Trillingen hebben niet allemaal dezelfde frequentie en door bij meer momenten tijdens uitharden te trillen, wordt beter in kaart gebracht in hoeverre trillingen het uitharden kunnen beïnvloeden. In het kader van de invloed van de injectiedruk is het sterk aan te bevelen om te injecteren volgens het permeation-groutingprincipe en hierbij altijd de injectiedruk te monitoren en vast te leggen. Het drukfiguur zegt namelijk veel over het effect van de injectievloeistof op het grondpakket en hieruit kan afgeleid worden of fracturing optreedt.