Op het Koningin Julianaplein voor het centraal station in Den Haag wordt door Mobilis, in opdracht van de Gemeente Den Haag, een fietsen-kelder gerealiseerd. De kelder vormt tevens de onderbouw en fundering voor de maximaal 90 mhoge woontorens die er op gebouwd gaan worden(zie figuur 2). Het bouwkundig, constructief en geotechnisch ontwerp van de kelder is door ABTverzorgd. Het funderen van de hoge woontorenwordt bemoeilijkt door een ruimtebeslag onder defietsenkelder, waardoor maar 50% van de voet-print van de toren beschikbaar is voor funderings-palen. Er moest dus een funderingsoplossingworden gezocht voor een toren met een equiva-lent van 180 m hoog, voor wat betreft de verticalebelasting. Dit is in de Nederlandse ondergrondnog niet vaak vertoond.

FunderingsontwerpDe Haagse ondergrond, met een kleilaag op circa15 m diepte, maakt het bij dit project niet mogelijkom op staal te funderen of om een paal-plaat-fundering te maken. Een trillings- en geluidsarmfunderings(paal)systeem bleek vanwege de loca-tie in de binnenstad de enige oplossing voor defundering. In het ontwerptraject zijn daarvoor devolgende mogelijkheden overwogen:- Boorpalen / diepwandpanelen- Geschroefde palen- BuisschroefpalenIn verband met de benodigde hoge draagkracht inrelatie tot de vastheid van de grondslag , die volgt

uit de sondering in afbeelding 3, werd sowieso gezocht naar systemen die tot relatief grotediepte uitvoerbaar zijn.

Palen of panelen die in een bentonietspoelingworden gegraven zijn als ‘laatste redmiddel’ geïdentificeerd. Deze palen hebben een relatief ongunstige verhouding tussen kosten, stijfheid endraagkracht. Dit als gevolg van de grote mate vangrondontspanning die bij de uitvoering optreedten de ongunstige verhouding tussen volume enschachtoppervlak.

Geschroefde palen met een verloren stalen punt,permanente stalen casing en groutinjectie goldenin eerste instantie als voorkeursoplossing. Op tweeposities liep dit systeem echter tegen beperkingen

aan. Een hoge kolomlast van circa 18.000 kNmoest worden opgenomen op de plek waar de bouwputwand stond en in de zone waar geen palen geplaatst konden worden was de bovenbelasting zo hoog dat de verdichting van de ondergrond de theoretisch maximale paaldichtheid zou overschrijden.

Voor het opnemen van de bovenbelasting nabij de zone waar geen palen konden worden ge-plaatst zouden twee rijen van palen �850 mm met tussenafstanden van 1,95 m moeten worden toegepast (2,3 maal de paaldiameter). De paal-belasting zou hierbij maximaal 9.000 kN bedragen.Met de rekenmethode voor grondverdringing voor trekpalen (f1) is vastgesteld dat in deze configuratie, uitgaande van volledige grond-verdringing, de relatieve dichtheid zou toenemenvan 83% naar 111% of de conusweerstand van 45MPa naar 100 MPa. Deze waarden, zijn uiteraardniet mogelijk. Hierdoor zou het opvoeren van zandbij de uitvoering van de palen zeker moeten

ing. Niki LoonenABT

ing. Simon van DijkVoorbij Funderingstechniek

Figuur 1 – Artist impression ingang fietsenkelder.

Figuur 2 – Artist impression hoogbouw op de fietsenkelder.

Alex van der GeestBAM Infra

Funderingstechnieken

Buisschroefpalen 2.0

19 GEOTECHNIEK – September 2018

20 GEOTECHNIEK – September 2018

optreden. De risico’s hiervan werden zowel ont-werp- als uitvoeringstechnisch te hoog geacht.

Met het toepassen van buisschroefpalen � 900mmen 30m lengte kon ontwerptechnisch aan de opgave worden voldaan. In de bouwputwand zijn enkele buisschroefpalen gecombineerd toteen palenwand die voldoende draagkracht biedt.In de zwaarst belaste zone zijn drie palenrijen toegepast met paalafstanden van 1,49 m (1,65maal de paaldiameter). De uitvoerbaarheid van de palen is in de ontwerpfase beoordeeld doorVoorbij Funderingstechniek en Voorbij schakeldeBAM Infra Speciale Technieken in als specialist in het uitvoeren van deze grote maat buisschroef-palen. Als innovatie heeft BAM het paalsysteemgemodificeerd. Door het toepassen van eengrondverdringende schroefpunt onder de paal éneen geringe groutsmering, van 60-70 l/min meteen water-cement-factor van 4,0, werden de voordelen van geschroefde palen met grout-injectie en buisschroefpalen gecombineerd. Deverwachting was dat de palen hiermee goed op diepte zouden kunnen komen en ook weer getrokken konden worden. De draagkracht van 6.000 kN per paal werd bere-kend op basis van onderstaande factoren conformavegaarpalen:- �s = 0,006- �p = 0,8 (geen reductie van paalklassefactori.v.m. bouwaanvraag voor 01-2017)- qc,III = 2 MPa

In het geval van de boorpapenwand is gerekendmet een paneel met een conservatieve paalpunt-en paalschacht oppervlak en een paalvoet-vormfactor. In de zones met de hoogste paalcon-centraties, met paalafstanden kleiner dan 2 maalde paaldiamter, werd zekerheidshalve met eenextra min of meer willekeurig gekozen reductie-factor van 30% op de schachtwrijving gerekendom een eventueel ongunstig effect van grond-ontspanning door omliggende palen te verdiscon-teren.

UitvoeringDe palen zijn door BAM in samenspraak met Voorbij/TBI uitgevoerd. De ingezette boorkraan betreft een Sennebogen6100 XLR. De boormotor heeft een capaciteit van50tm. Voor de groutaanmaak is een vol automati-

sche MAT mengset gebruikt.De buisschroefpaal ø900 mm heeft een kernbuisø560 met een doorgaand schroeflint (zie figuur 4).Aan de onderzijde van de buis wordt een losse sta-len gegoten boorpunt geplaatst (zie figuur 5). Bijhet inboren vindt door een centrale groutleidingtot in de boorpunt een beperkte injectie plaatsvan een dun groutwater. Deze injectie dient puurals smeermiddel/fluidatie om het inboorproces inde zware zandgrondlagen te verlichten/te verbe-teren.

Tijdens het inboren vindt een continue boor-registratie plaatst van inboordiepte, omwentelin-gen, boormoment en pull down kracht.Door de groutwater injectie bleef het boor-moment beperkt tot 15-30 tonm.Na het bereiken van het beoogde paalpuntniveauwordt een wapeningskorf in de kernbuis afgehan-gen. Voordeel is dat deze korfwapening over

de volle paallengte kan worden aangebracht. De korf bestaat uit 2 delen en wordt in het werkgekoppeld .Middels een betonpomp werd de kernbuis vol-gezet met betonmortel en daarna werd de boorstatisch getrokken met continu bijpompen van de betonmortel in de kernbuis. De boorbuis is uitgevoerd met een betondrukmeter nabij de onderzijde zodat tijdens het trekproces gestuurdkan worden op een voldoende overdruk in de buis.Het betonverbruik lag op ca. 22 m3/paal. Bij aanvang van het trekken van de paal bedroeg debetondruk 5 bar en op 20 m diepte nog 3 bar,waarmee de druk ruim hoger is dan de heersendewaterdruk. Bij de treksnelheid van circa 1m./minwas de betondruk door de machinist goed te monitoren, waardoor ook onderstorten adequaatwordt voorkomen.

Het betonverbruik is daarmee circa 15% hoger dan

SamenvattingEen complexe funderingsopgave vraagt om bijzondere palen. Bij het KJ-plein inDen Haag zijn doorontwikkelde buisschroefpalen met groutinjectie toegepastom een hoogbouw te funderen met een zeer hoge paaldichtheid. De succesvolle uitvoering biedt goede kansen voor toekomstige opgaven.

Figuur 3 –Representatieve sondering.

Figuur 4 – Boorstelling.

Figuur 5 – Boorpunt.

21 GEOTECHNIEK – September 2018

het theoretisch paalvolume. In de praktijk wordter doordat de boor niet exact recht is een iets grotere paaldoorsnede gerealiseerd. Tevens wordtdoor gebruik van een plastisch betonmengselonder de hoge betondruk van 30 m iets water uithet beton geperst in het omhullende zand. Deoverconsumptie is daarmee verklaarbaar en kan als normaal worden beoordeeld.

BeproevingOm een validatie te krijgen van de kwaliteit van depalen zijn akoestische metingen, controlesonder-ingen en proefbelastingen op de palen uitgevoerd.Het geregistreerde betonverbruik is een eerste indicatie dat de paalschachten met een juiste diameter zijn gerealiseerd. Bij het akoestischmeten van de palen zijn geen onvolkomenhedenaangetroffen (zie figuur 6).

Bij het ontgraven van de bouwput is de paallengtetot 8 m geïnspecteerd en bleken de schachtengoed te zijn ontwikkeld (zie figuur 18). Ook werdbij het ontgraven geconstateerd dat de paalmis-standen ook op grotere diepte veel beperkterwaren dan bijvoorbeeld bij de in andere zones toegepaste grondverdringend geschroefde palen(zie af. 18 en 19). Het merendeel van de palen hadeen misstand op 6 m ontgravingsdiepte van 50 mmmet uitschieters tot 150 mm. Bij de geschroefdepalen was die misstand orde grote twee maal zohoog. Nabij enkele palen zijn controlesonderingen uitge-voerd. Afbeeldingen 7 en 8 tonen de posities vancontrolesonderingen nabij geboorde palen en eenvergelijk met vooraf uitgevoerde sonderingen.Afbeeldingen 9 en 10 tonen de controlesonderin-gen bij palen 21 en 193 inclusief een vergelijk metde vooraf uitgevoerde sonderingen DKM15 enDKM13.Om te beoordelen of er en verschil in voor- en na-sonderingen zou kunnen bestaan is ook buiten het

invloedgebied van de palen een controlesonderinguitgevoerd. De resultaten van deze controle-sonderingen komen goed overeen met de voorafuitgevoerde sonderingen DKM13 en DKM15. figuur 9: (controle)sonderingen nabij paal 21

Sondering S5 is slechts tot beperkte diepte uitgevoerdDe controlesonderingen en proefbelastingengeven aanleiding om te veronderstellen dat depalen met gunstigere paalklassefactoren kunnenworden berekend. Met een �s van 0,006 zou enigegrondontspanning mogen optreden. Op basis vaneen beoordeling van de hoeveelheid opgevoerdegrond, die niet meer is dan het paalvolume magverwacht worden dat de grondontspanning zeerbeperkt is.

Uit een analyse van de controlesonderingen kanhet volgende worden afgeleid:- In zandlaag tussen NAP -2 en 6 m aanzienlijke ont-

spanning.- In zandlaag tussen NAP -8 en -13 m geringe ont-

spanning bij paal 21 en enige opspanning bij paal193.

- In de zandlaag tussen NAP -17 en NAP -26 mwordt gemiddeld geen afname in conusweer-stand gemeten*. Wel lijken hoge conusweerstan-den te worden gereduceerd en lage conusweer-standen wat te worden verhoogd.

- In de zandlaag vanaf NAP -26 m wordt bij de zeerhoge conusweerstanden een afname van de conusweerstand gemeten gemiddelde conus-weerstanden per sondering tussen NAP -17 en -26 m: DKM13 = 17,8 MPa / DKM15 = 21,1 MPa /S1 = 19,0 MPa / S2 = 21,8 MPa / S3 = 18,7 MPa /S4 = 17,1 MPa / S6 = 18,6 MPa.

Op basis van bovenstaande constateringen is hetvermoeden dat de uitvoering van de palen metgrotere diameter en geringe betondruk bij het

trekken van de laatste meters tot ontspanningleidt. Verder lijken grondlagen met een lagere conusweerstand in relatie tot de heersende korrel-spanning vaster te worden en bij relatief hoge conusweerstanden juist iets te ontspannen. Denormtechnische gehanteerde scheidslijn van 15MPa lijkt op dit effect goed aan te sluiten. Om te toetsen of de palen de gewenste draag-kracht behalen is door Allnamics een StatRapidtest op de palen 21 en 193 uitgevoerd. Figuur 11toont de proefopstelling.

Het werkingsprincipe van StatRapid behelst het laten vallen van een modulair valgewicht opeen speciaal ontwikkeld, modulair verenpakket bovenop de paalkop. Door de totale reactiemassaen de stijfheid van het verenpakket op elkaar af te stemmen, kan de klaplengte dusdanig wordenverlengd, dat de paal zich quasi-statisch gedraagt. Beide palen zijn tot de maximale capaciteit van detestopstelling beproefd. De last-zakkingsdiagram-men van de proeven zijn in afbeeldingen 12 t/m 15weergegeven.

De proefbelastingen zijn uitgevoerd op een mo-ment dat de bovenlagen nog niet ontgravenwaren. Er geldt dus nog geen ontgravingseffect ende positieve schachtwrijving van de lagen bovende kleilaag rond NAP -15 m wordt ook meegeno-men. Het paaldraagvermogen van circa 6000 kN

Figuur 6 – Representatieve akoestische meetgrafiek.

Figuur 7 & 8 – Locaties controlesonderingen.

wordt hierdoor met 3000 à 4000 kN verhoogd toteen testbelasting van circa 9.500 kN. Bij paal 21 valt te zien dat bij een draagkracht vancirca 11.500 kN een paalvervorming van 40 mmoptreedt; dit is circa 4,5% van de paaldiameter. Devervormingslijn buigt daarbij nog niet sterk af.Gelet op het feit dat het hier een grondverwijde-rende paal betreft zou de vervorming bij volledigemobilisatie conform NEN9997-1: 20% mogen bedragen. Bij paal 193 is de vervorming bij last-cyclus 2 minder groot dan bij paal 21, hetgeen inlijn is met de iets hogere conusweerstanden bij sondering DKM13.

Met de uitgevoerde proefbelasting wordt mini-maal aangetoond dat de palen de benodigdedraagkracht inclusief de normtechnische veilig-heid gerealiseerd hebben. Bij extrapolatie van deresultaten uitgaande van de conservatieve aan-namen dat de paalschacht niet verkort en de punt-vervorming die van een grondverdringende paalvolgt bedraagt de draagkracht van paal 21 mini-maal 12.500 kN zou zijn. Dit is een factor 1,32hoger dan de rekenwaarde van de draagkracht inclusief de extra positieve kleef. Aangenomen datde blijvende paalvervorming gelijk is aan de paal-puntzakking is bij paal 21 bij circa 9000 kN paallastcirca 1,6% paalpuntvervorming opgetreden en bij11.500 kN circa 2,8%. De paalpunt is dan conformNEN9997-1 figuur 7.n voor respectievelijk circa

37,5% en 50% gemobiliseerd (zie figuur 16). Aan-gezien bij 15 mm paalpuntvervorming conformNEN9997-1 figuur 7.0 de paalschacht al voor 90%gemobiliseerd is zal de toename in paaldraag-kracht van 2.500 kN is de laatste laststap vrijwelvolledige door de paalpunt geleverd zijn; met een

ondergrens van 1.600 kN (900 kN aftrek zijnde10% van de testbelasting is stap 2). Van 50% naar100% paalpunt mobilisatie mag dan nog minimaal4 x 1.500 = 6.000 kN paaldraagkrachttoename verwacht worden. De paaldraagkracht zou danzelfs uitkomen op 17.900 kN.

22 GEOTECHNIEK – September 2018

Figuur 11 – Proefopstelling StatRapid test.

Figuur 12 t/m 15 –Resultaat StatRapid testen.

Figuur 9 – (Controle)sonderingen nabij paal 21. Figuur 1 0 – (Controle)sonderingen nabij paal 193.

23 GEOTECHNIEK – September 2018

De paal laat dus een stijver gedrag zien onder deproefbelasting dan vergelijkend met een grond-verwijderende schroefpaal conform de lastzak-kingslijnen uit NEN9997-1 fig 7n en 7o.

LiteratuurDoor de Amerikaanse Federal Highway Admini-stration is een uitgebreide ‘Geotechnical Enginee-ring Circular (Gec) No. 8 - Design And ConstructionOf Continuous Flight Auger Piles –‘opgesteld.Hierin worden buisschroefpalen benoemd onderde groep ‘Drilled Displacement Piles’. Er wordtdaarbij geen onderscheid gemaakt met andere ge-schroefde systemen. Zowel de voordelen vanenige grondverdringing als het effect van ontspan-ning op omliggende palen wordt in het documentuitgebreid beschreven. De grafiek in afbeelding 17toont de mobilisatie van kleef bij proefbelastingenop basis waarvan kan worden vastgesteld dat bijde uitgevoerde proefbelastingen de kleef groten-deels zal zijn gemobiliseerd.

Uit beoordelingen van rekenmethoden en proef-belastingen kan worden afgeleid dat het rekenenmet paalklasse factoren van mortelschroefpalenvoor buisschroefpalen conservatief is. In de passa-ges met betrekking tot correlatie naar CPT waar-den wordt in de ‘circular’ geen reductie van deconusweerstand boven de paalpunt benoemd. In het SBR handboek funderingen wordt benoemddat op basis van proefbelastingen verwacht magworden de buisschroefpaal een hogere draag-kracht heeft dan mortelschroefpalen. Ook wordter benoemd dat uit proefbelastingen is geblekendat de paalstijfheid hoger is dan van mortel-schroefpalen.

Beoordeling qc,III reductieDoor de zeer hoge vastheid van het zand in

Den Haag op grote diepte worden buisschroef-palen hier niet ‘gestraft’ door de qc,III reductie. Deaanleiding voor die reductie is er bij deze uitvoeringswijze echter niet, zoals die er bij mortelschroefpalen wel is. Bij dat paaltype is hetmogelijk dat de avegaar getrokken wordt terwijlde klep onder in de buis nog niet goed geopend isof de betondruk in de buis nog onvoldoende is opgebouwd. Bij toepassing van dezelfde paalpuntals een geschroefde paal en de vulling van de grotediameter buis met beton, is een onderdruk bij hettrekken van de buis niet mogelijk. De uitgevoerdecontrolesonderingen tonen ook aan dat een dergelijke ontspanning niet optreedt. Wel is er bij paal 193 een afname van conusweerstand tezien nabij de paalpunt, maar deze blijft hoger dan20 MPa en wordt derhalve primair geweten aan de zeer vaste pakking voorafgaand aan het borenvan de paal. Ook de resultaten van de proefbelas-ting geven een indirecte bevestiging dat het zand rond de paalpunt niet noemenswaardig isontspannen.

Dit smaakt naar meerDaar waar de uitvoering van geschroefde syste-men bij vaste zandlagen, grote paallengtes endichte paalvelden de uitvoeringsbeperkingen bereikt lijken te hebben, biedt de buisschroefpaal2.0 een aantrekkelijk alternatief. In de toegepaste paalconfiguratie zou, onder eenplaatfundering, een funderingsbelasting van 2500kN/m2 kunnen worden opgenomen. Daarmee zoudit paalsysteem geschikt zijn om een 300 m hogetoren te funderen. Door de relatief grote diameterin relatie tot de draagkracht zijn ook horizontalebelastingen beter op te nemen dan bij veel anderepaalsystemen. Bij extreem hoog bouwen zal echter veelal een kelder nodig zijn om horizontalebelastingen adequaat te kunnen opnemen. Met de

trend van steeds hoger bouwen in de grote stedenbieden buisschroefpalen daarom zeker kansen.

Op basis van de onderzoeksresultaten wordt binnenkort een dialoog met het COBc aangegaanom bij onderstaande randvoorwaarden de qc,IIIreductie te laten vervallen:- Toepassing van een grondverdringende gegoten

stalen schroefpunt;- Minimale paalschachtdiameter 500 mm;- Volume buis minimaal 40% van het theoretisch

paalvolume;

Figuur 18 – Vrij gegraven paalkoppen.

Figuur 17 –Mobilisatie

kleef bij proefbelasting

CFA palen.

Figuur 16 –Paalpunt-vervormingconformNEN9997-1.

- Groutwater smering maximaal 10% van het paal-volume.

Tevens lijkt het op basis van de proefresultaten enuitvoeringsmethode voor de hand te liggen omeen paalstijfheid te hanteren die tussen grondver-wijderende en grondverdringende palen in ligt.

Buitenlandse literatuur, het SBR handboek funde-ringen, uitvoeringsregistraties, controlesonderin-gen en proefbelastingen geven aanleiding om teverwachten dat hogere paalklassefactoren reëelzouden kunnen zijn. Om hogere �-waarden aan tekunnen tonen, wordt gedacht aan het uitvoerenvan statische proefbelastingen. Mogelijk dat datover enige tijd dan ook een aanleiding is voor eenvervolg op deze publicatie. Het ‘eindresultaat’ van de buisschroefpalen nethet ontgraven van de bouwput.

Literatuur- NEN 9997-1:2016. Geotechnisch ontwerp vanconstructies - Deel 1: Algemene regels- Geotechnical Engineering circular (GEC) No. 8.Design and construction of continuous flight augurpiles. April 2007.- CUR Richtlijn 230. Rapid load testing on piles.2012. �

Figuur 19 –Deels

ontgravenbouwput.

www.baminfraconsult.nl

BAM Infraconsult bv | Postbus 268 | 2800 AG Gouda | Tel. (0182) 59 05 10 | info@baminfraconsult.nl | www.baminfraconsult.nl

s 268 | 2800 AG Gutbsov | Ponsult bacrfAM InB

l. (0182) ea | Tduos 268 | 2800 AG G

onsult.nl | www.baminacrfo@baminf59 05 10 | inl. (0182)

onsult.nlacrfonsult.nl | www.bamin