Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

Factsheet Verticale afdichting met diepwand

Factsheet 7. Verticale afdichting met diepwand

A. ALGEMENE TECHNIEKBESCHRIJVING

Een verticale afdichting met een diepwand wordt in het algemeen toegepast om de horizontale verspreiding van verontreinigd grondwater naar de omgeving te voorkomen. Veelal is aanvullend een (beperkte) grondwateronttrekking noodzakelijk om een toestroming van grondwater naar het te isoleren gebied te verkrijgen.

Diepwanden worden gemaakt door een sleuf te graven met materiaal dat, na verharding, een slecht doorlatende barrière in de bodem vormt. Het toegepaste materiaal is meestal een cement-bentoniet mengsel. Diepwanden kunnen worden aangebracht met grijpers, dieplepels en de hydrofrees. Uitvoeringstechnisch is verder een onderscheid te maken tussen uitvoering in het één- en het twee-fasensysteem. Bij een éénfase systeem dient de uiteindelijke wandvulling eveneens als graafspoeling. Bij een twee-fasensysteem wordt de wand tijdens de graafwerkzaamheden ondersteund door een bentoniet-slurry. Vervolgens wordt het eigenlijke wandmateriaal (cement-bentoniet) in de sleuf gebracht, waarbij het de bentoniet-slurry verdringt. De keuze van de aanbrengtechniek wordt met name bepaald door de keuze van het graafwerktuig en de diepte van de wand. In [toepassingsgebied diepwanden algemeen, realiseringsmogelijkheden vanuit ontwerp, bodemopbouw en -chemie] staat een goed overzicht van die aspecten van bodemopbouw en bodemchemie waarmee in de dimensionering van de wand rekening moet worden gehouden.

In figuur 1 is de werkwijze van het twee-fasensysteem weergegeven.

Indien een diepwand eveneens een grondkerende functie krijgt kan hij met in te hangen stalen damwanden worden versterkt of kan worden gekozen voor een betonnen diepwand.

B. TOEPASSINGSGEBIED

Wat het graafwerk betreft worden in ons land geen problemen ondervonden met de natuurlijke bodemweerstand. Bij een bodemopbouw, met afwisselend cohesieve en niet-cohesieve lagen, zijn in de praktijk bij toepassing van het één-fasesysteem problemen opgetreden.

Bij de aanleg van diepwanden bij de geëvalueerde projecten zijn ervaringen opgedaan, waarmee in de uitvoering rekening moet worden gehouden. Voor de toepassing van diepwanden is geleerd:

  • bij de aanleg in bodems waarin zich (grove) grindlagen bevinden, kan het nog vloeibare wandmateriaal of de steunvloeistof in de omliggende bodem wegvloeien. In de uitvoering kan hiervoor worden gecorrigeerd. Tijdens het vullen van de sleuf kan in het twee-fasensysteem de hoeveelheid verwerkte substantie worden uitgezet tegen de diepte. Uit het hier uit te tekenen stortverloop kan worden opgemaakt of er op zekere diepte verlies aan substantie optreedt als gevolg van de aanwezigheid van holle ruimten in de bodem die hiermee worden opgevuld;
  • bij het graven in fijn, losgepakt zand het gevaar bestaat van het ontstaan van 'vloeiingen' van de grond met instorting als gevolg;
  • de aanwezigheid van zouten een nadelig invloed kan hebben op de verharding van de suspensie;
  • bij de aanwezigheid van veenlagen is het zinvol om de pH van de bodem vast te stellen. Bij een pH lager dan 6 kan flocculatie en stabiliteitsverlies van bentoniet alsmede een vertraging in de uitharding van cement optreden. In de praktijk zijn schadelijke gevolgen hiervan voorkomen door een aanpassing van de uitvoeringsmethode en samenstelling van het mengsel;
  • bij een grondwaterstand minder dan 1 m onder het niveau van het werkplatform. In dat geval is een stabiele sleuf in de uitvoeringsfase niet te garanderen. Indien noodzakelijk kan een tijdelijke bemaling deze problemen oplossen en kan een opzetbalk worden toegepast.

In de onderstaande tabel 1 is een ruwe contour gegeven van het toepassingsgebied voor verticale afscherming met diepwanden op basis van de technische realiseringsmogelijkheden.

Tabel 1: Ruwe contour toepassingsgebied

Locatiekenmerk

Toepassingseisen

Bodemopbouw:

- zeer doorlatende bodems

- extra overdruk noodzakelijk in uitvoering om filtraatverlies te voorkomen.

- diepte (natuurlijke) onderafdichting

- 1-fasen systeem: maximaal 60 m (hydrofrees);

- 2-fasen systeem: maximaal 150 m (hydrofrees);

- maximaal 10 m (dieplepel) en 50 m (grijper).

- veenlagen

- alert zijn bij pH<6;

- zouten

- alert zijn, mengsel aanpassen;

- grondwaterstanden

- 1 m boven freatisch grondwaterstandsniveau.

Verontreinigingssituatie:

- alle bodemverontreinigende stoffen ongeacht concentratie

- in principe is alles mogelijk; echter wel haalbaarheidsonderzoek uitvoe­ren;

- uitvoering en samenstelling mengsel afstemmen op bodemtype en veront­reinigingssituatie.

Omgevingsfactoren:

- funderingsresten

- afmetingen < 1 m;

- spoorwegen

- aanpassen werkvolgorde panelen;

- werkruimte

- minimaal benodigde breedte en hoogte:

. 3 m voor de dieplepel;

. 15 m voor de grijper;

. 15 m voor de frees;

- gronddrukken

- uit een stabiliteitsonderzoek moet blijken of een aanpassing van het mengsel en/of inhangen van een damwand noodzakelijk is.

Onderafdichting:

- minimale aansluiting van 1 à 1,5 m (CUR)

De toepasbaarheid van technieken is niet alleen afhankelijk van de prestaties van technieken (het technisch 'kunnen') maar kan worden ingeperkt door beleidsmatige en/of vergunningstechnische eisen, die door het bevoegd gezag aan de toepassing worden gesteld (beleidsmatig ‘mogen’). In de praktijk worden door het bevoegd gezag veelvuldig eisen gesteld aan de waterdoorlatendheid, levensduur, zettingen/zettingsverschillen en uitloging.
Het uitvoeren van nazorg is essentieel om ook op de lange termijn te kunnen voldoen aan de gestelde toepassingsvoorwaarden.

Waterdoorlatendheid
De waterdoorlatendheid van een diepwand wordt voornamelijk bepaald door de dikte en de samenstelling van de wand en de continuïteit van de wand.

De dikte en de samenstelling van de wand worden in een vooronderzoek gedimensioneerd waarbij eveneens een eventuele aantasting van de wand door verontreinigende stoffen wordt onderzocht. Daarnaast is de continuïteit belangrijk. In de uitvoering moet veel zorg worden besteed aan het voorkomen van naden en het realiseren van een goede aansluiting op een (van nature aanwezige) slechtdoorlatende laag. Met een goed vooronderzoek naar de diepte van de slecht doorlatende laag kan het optreden van slechte onderaansluitingen worden verminderd (rekening houden met 1 à 1,5 m insteekdiepte). Het optreden van naden, zandvensters en andere onvolkomenheden kunnen met een goede kwaliteitszorg in de uitvoeringsfase worden beperkt. De doorlatendheid van het gehele isolatiesysteem (waar de wand deel van uitmaakt) kan in de praktijk aanmerkelijk lager zijn dan verwacht. In [f4_5-5-1c] wordt een overzicht van risicofactoren geboden alsmede de wijze waarop deze risico=s in de verschillende stadia van het proces kunnen worden beperkt.

Op basis van theoretische inzichten en de praktijkervaringen is het in tabel 2 weergegeven toepassingsgebied opgesteld, voor een range in de praktijk door het bevoegd gezag gehanteerde voorwaarden ten aanzien van de waterdoorlatendheid.

Tabel 2: Toepassingsgebied m.b.t. hydraulische weerstand (voorlopig vastgesteld)

Systeem en dikte

Validatierange (etm)

 

100

500

1000

1-fase systeem

•dikte: 0,60 m

 
 
 

•dikte: 0,80 à 1,00 m

 
 
 

2-fasen systeem

•dikte: 0,60 m

 
 
 

•dikte: 0,80 à 1,00 m

 
 
 

Toelichting:

 

toepasbaar

 

toepassingsgebied niet onderkend/niet duidelijk

 

niet toepasbaar

Aan de toepassingsvoorwaarde voor de waterdoorlatendheid van 500 etm kan met een diepwand, gemaakt met het 2-fasensysteem, zeker worden voldaan. Indien een grotere dikte wordt toegepast (0,80 à 1,0 m) kan ook aan de toepassingsvoorwaarde van 1.000 etm worden voldaan.
Met het 1-fasesysteem zijn de in de praktijk behaalde weerstandswaarden lager. Indien een dikte wordt toegepast van 0,60 m is het voldoen aan een waarde van 100 etm onzeker. Indien een grotere dikte (0,80 à 1,0 m) wordt toegepast kan minimaal een weerstand van 100 etm worden verkregen.

Bij de evaluatie van projecten is een aantal negatieve ervaringen geconstateerd, waaruit de volgende leerpunten kunnen worden gehaald:

  • het instorten van een paneel door wegvloeien van (cement-) bentonietspoeling in bijvoorbeeld een voormalig riool. Hieruit kan worden geleerd dat het niveau van het paneel regelmatig moet worden gecontroleerd en voorzieningen om snel te kunnen bijvullen aanwezig moeten zijn;
  • een onverwacht lage weerstand van het 'systeem'. In de praktijk kan blijken dat slechtdoorlatende lagen (bijvoorbeeld de Formatie van Kedichem) veel meer 'gaten' vertonen dan op basis van een beperkt bodemonderzoek wordt verwacht. Indien de weerstand van het systeem bij een overigens goede wand een factor 3 lager blijkt is dit een teleurstelling die echter veelal door sterker onttrekken weer kan worden opgevangen.

Uit de uitgevoerde projectevaluaties is gebleken dat:

  • de kwaliteit van de uitvoering zeer belangrijk is. Of de wand het gewenste effect heeft wordt met name hierdoor bepaald;
  • tijdens de uitvoering soms om 'onverklaarbare' redenen panelen niet willen verharden. Als mogelijk oorzaken zijn in die situaties geïdentificeerd: aanwezige verontreinigingen, sluitpaneel waarbij hoge grondwaterstroomsnelheden kunnen optreden.

Levensduur
De in de praktijk gehanteerde range van toepassingsvoorwaarden ligt tussen 30 en 100 jaar, met een duidelijke voorkeur voor minimaal 50 jaar. Onder normale omstandigheden wordt van een levensduur van 50 tot 80 jaar uitgegaan. Van diepwanden welke voor civieltechnische doeleinden zijn aangelegd zijn geen slechte ervaringen ten aanzien van levensduur bekend.

Verstoring afdichtende bodemlagen
Met name vanuit het grondwaterbeleid kwetsbare gebieden zal door het bevoegd gezag worden geëist dat geen verstoring van afdichtende bodemlagen plaatsvindt door het aanbrengen van een diepwand. Over de mate waarin slechtdoorlatende lagen worden verstoord door de aanleg van de diepwand is geen kwantitatieve informatie beschikbaar. Er wordt aangenomen dat in de praktijk een redelijke aansluiting kan worden gerealiseerd. Dit mede omdat in de uitvoering het vloeibare mengsel eventueel aanwezige holle ruimten indringt en hierdoor het ontstaan van lekwegen langs de wand onwaarschijnlijk is.

Trillingen
De ten aanzien van het aspect trillingen gestelde eisen worden bepaald door de in de nabije omgeving aanwezige trillingsgevoelige objecten. In de uitvoering van diepwanden moet bij aanwezigheid van bebouwing in de directe omgeving rekening worden gehouden met trillingen. In de praktijk hebben zich hiermee echter geen problemen voorgedaan.

Uitloging
In een diepwand worden gewoonlijk geen stoffen gebruikt welke een aanmerkelijke milieubelasting voor de omgeving kunnen betekenen. Daarnaast voorkomt een naar binnen gerichte stromingsrichting de verspreiding van stoffen uit de wand naar de omgeving. In combinatie met een juiste keuze van de samenstelling van het bentonietmengsel kan aan de gestelde toepassingsvoorwaarde worden voldaan.

In [diepwanden, aandachtspunten ontwerp en uitvoering] wordt aandacht besteed aan de wijze waarop aan de toepassingsvoorwaarden kan worden voldaan. Belangrijk is om hiermee in de verschillende stappen van het proces van planvorming, uitvoering en nazorg rekening te houden.

C. AANDACHTSPUNTENVOOR HET ONTWERP

Voor de ontwerpfase kunnen de volgende aandachtspunten worden aangegeven:

  • de dikte en samenstelling van de wand;
  • de aantasting door bodemverontreinigingen;
  • de invloed van verontreinigingen en bodemchemicaliën op de verharding van de wand;
  • de diepte van de slechtdoorlatende laag;
  • de stabiliteit van de omringende bodem;
  • de aanwezigheid van goed doorlatende lagen in verband met wegvloeien wandmengsel.

D. KOSTEN

De kosten van een diepwand zijn afhankelijk van de samenstelling van het wandmengsel, de uitvoeringswijze en de diepte. Als kostenindicatie van een verticale afdichting met een diepwand kan van het volgende worden uitgegaan (tabel 3).

Tabel 3: Kosten aanbrengen diepwand (prijspeil 2004)

Specificatie materiaal

Kosten (excl. BTW)

cement-bentoniet (1-fasesysteem)

€ 100,- per m2 (*)

cement-bentoniet (2-fasensysteem)

€ 125,- per m2 (*)

beton

€ 125,- per m2 (*)

(*): standaardwand van 30 m diep en 0,6 m dik.

E. OMGEVINGSRANDVOORWAARDEN

Bij de aanwezigheid van gevoelige objecten in de directe omgeving van het tracé van de wand moet de uitvoering zodanig zorgvuldig zijn dat schade door trillingen en instabiliteit worden voorkomen.

Het aanbrengen van een diepwand kan gevolgen hebben voor de grondwaterstanden in de omgeving en de grondwaterstromingsrichting. Als gevolg van de optredende grondwaterstandsverlagingen kunnen zettingen optreden die kunnen leiden tot schade aan bebouwing en infrastructuur.

F. PRESTATIEBEREIK

Zoals ook blijkt uit tabel 1 wordt de toepassing van een diepwand beperkt door:

  • de diepte, in de civieltechnische praktijk zijn echter grote diepten gerealiseerd;
  • de nabijheid van bebouwing;
  • de aanwezigheid van obstakels en kabels en leidingen in de ondergrond. Dit kan ertoe leiden dat de uitvoeringswijze moet worden aangepast.

G. OPERATIONALITEIT, TRENDS EN ONTWIKKELINGEN

In algemene zin is in ons land ruime ervaring met de toepassing van diepwanden, met name in de civiele techniek. Het toepassen van diepwanden is derhalve een operationele, civieltechnische techniek. Wat betreft de langdurige weerstand tegen verontreinigende stoffen is er weinig ervaringen over een langere periode. De levensduur wordt echter als toereikend beschouwd.

Met name naar de invloed van verontreinigende stoffen op het mengsel wordt onderzoek gedaan. Daarnaast wordt onderzoek gedaan naar gunstige neveneffecten van de wand: adsorptie en precipitatie van zware metalen aan en in de omgeving van de wand (chemische barrière). Recent zijn protocolllen opgesteld voor de goede uitvoering van diepwanden.

Negatieve ervaringen uit de praktijk zijn:

  • het instorten van panelen door het wegvloeien van verse sleufvulling naar een riool;
  • slechte aansluiting realiseerbaar op een onverwacht discontinue slechtdoorlatende laag, die als onderafdichting functioneert. Dit probleem is ondervangen door een groter beheersdebiet te onttrekken.