Grondstabilisatie

Grondstabilisatie is een techniek die steeds meer bekendheid krijgt en zich leent voor diverse toepassingen. Bij grondstabilisatie wordt doorgaans gebruik gemaakt van bodeminjectie. Bodeminjectie is een trillingsvrije stabilisatiemethode en omliggende percelen ondervinden er geen hinder van. De injecties zijn bedoeld om de eigenschappen van de bodem te verbeteren. Met behulp van injectielansen worden vloeistoffen in de bodem gespoten. De injectievloeistof vult de poriën tussen de aanwezige grondkorrels. De viscositeit van de injectievloeistof wordt aangepast aan de aanwezige ruimte in het grondpakket. Hierdoor wordt op een trillingsvrije manier een stabiliserende of afdichtende laag gecreëerd (afhankelijk van het doel van de injecties).
Bodeminjecties worden toegepast in plaats van ondermetselen, damwanden of onderwaterbeton. Bodeminjecties kennen tegenwoordig een laag risico en zijn meestal concurerend in prijs vergeleken met de bestaande alternatieven.

Constructieve grondinjecties
Constructieve grondinjecties worden gebruikt als er sprake is van verzakking van bestaande fundamenten en voor het verticaal afgraven van grondlagen in verband met aanbouw/nieuwbouw. Bij constructieve injecties worden injectielansen onder of naast bestaande funderingen geplaatst. Vervolgens wordt daar de injectievloeistof ingespoten. Na uitharding van het injectiemateriaal wordt de belasting overgebracht naar een dieper of breder niveau, zodat de belasting wordt gedragen door een groter oppervlak. Hiermee worden verzakkingen in een gevel gestopt en bestaande funderingen versterkt.
Een andere constructieve toepassing is het maken van grondkeringen. Als alternatief van damwanden of andere traditionele methodes wordt het grondpakket onder een bestaande fundering dan versteend, zodat daarna het grondpakket naast de bestaande fundering verticaal kan worden afgegraven. Hierdoor gaat er geen ruimte verloren en zal de bestaande fundering niet verzakken.

Waterkerende injecties
Waterkerende grondinjecties worden gebruikt voor het afdichten van grondlagen in bouwputten, of om ondergrondse waterlopen te keren. In een bebouwde omgeving is het vaak niet toegestaan om bij diepe bouwputten bronbemaling toe te passen. Door het verlagen van de grondwaterstand kunnen onder meer bestrating, gebouwen, beplanting en landbouwgewassen schade ondervinden. Dit kan worden voorkomen door grondinjectie toe te passen: de wanden en/of de bodem van de bouwput worden geïnjecteerd, waardoor in de regel met oppervlaktebemaling kan worden volstaan.

Onderzoek
Voordat tot grondstabilisatie kan worden overgegaan onderzoekt Injection Nederland BV of het aanwezige grondpakket wel geschikt is voor bodeminjectie. Deze techniek kan alleen worden toegepast indien de opbouw en samenstelling van de grond geschikt zijn. Dit stellen wij vast aan de hand van sonderingen en/of boringen. Met de sonderingen kan de weerstand (drukvastheid) van het grondpakket worden afgelezen en op basis van boringen kan de laagopbouw van het grondpakket worden vastgesteld. Ook wordt er een zeefkromme van het grondpakket gemaakt. Tot slot wordt het grondpakket gecontroleerd op verontreiniging.
Met name informatie over de laagopbouw is van belang bij het injecteren. De injectievloeistof kiest namelijk altijd de weg van de minste weerstand. Dus als er zandlagen (of nog grovere fracties) aanwezig zijn, zullen deze als eerste worden gevuld waardoor op andere plaatsen minder of geen materiaal terecht komt. Verder is het belangrijk om op de hoogte te zijn van de grondwaterstand en -stroming, zodat we weten of het materiaal gemakkelijk wegspoelt. Dit haalbaarheidsonderzoek wordt meestal uitgevoerd door gespecialiseerde bedrijven op het gebied van grondmechanica en funderingstechnieken.
Als blijkt dat het grondpakket geschikt is voor injectie kan aan de hand van de onderzoeksresultaten worden bepaald met welk materiaal de werkzaamheden moeten worden uitgevoerd. Dit hangt ook af van de functie van het geïnjecteerde grondpakket. Aansluitend kan de omvang van het te injecteren pakket worden bepaald waarna het materiaalverbruik wordt berekend. Op basis hiervan worden ook de exacte mengverhouding en de reactietijd van het injectiemengsel vastgesteld.
Injecteren is niet altijd de oplossing. Klei is nagenoeg niet waterdoorlatend. Daarom wordt in klei meestal niet geïnjecteerd. De mate van injecteerbaarheid wordt in hoofdzaak bepaald door de doorlatendheid van de grond, in combinatie met de viscositeit van de injectievloeistof.
In de praktijk komt het nog steeds voor dat er wordt geïnjecteerd zonder voorafgaand onderzoek. Met name bij kleine projecten zijn de kosten voor een grondig onderzoek naar verhouding te groot. In dit geval zal veel aandacht geschonken moeten worden aan een eventuele proefontgraving zodat het injectieproces tijdens de werkzaamheden eventueel kan worden aangepast. Tevens zal het proces goed moeten worden doorgenomen met de opdrachtgever, die daardoor mogelijke risico's kan incalculeren.

Uitvoering
Voordat Injection Nederland BV tot uitvoering overgaat moet een injectieplan worden gemaakt. Dit plan is gebaseerd op de informatie die tijdens het vooronderzoek verzameld is. In het plan komen de volgende gegevens aan de orde:
• Het materiaal dat wordt gebruikt voor de injectie en in welke mengverhouding.
• Op welke plaatsen wordt geïnjecteerd.
• In welke volgorde wordt geïnjecteerd.
• Op welke diepten wordt geïnjecteerd, met welke hoeveelheden en druk.
• Welke controles moeten plaatsvinden.
Bij het injecteren mag de injectiedruk niet zo hoog worden dat de structuur van de grond verandert, of dat de grond splijt. Gebeurt dit wel, dan loopt het materiaal ongecontroleerd en drukloos weg door de ontstane opening. Het materiaal wordt daarom meestal via lansen in de grond gebracht volgens een vastgesteld injectiepatroon.

Materialen
Materialen die worden gebruikt voor bodeminjecties zijn silicaten (waterglas), watergedragen injectieharsen (gels), polyurethanen en minerale injectiemortels.

Silicaatgrouten
Silicaatgrouten zijn gebaseerd op waterglas. Om van waterglas een harde of ondoorlaatbare verbinding met zandkorrels te maken, moeten stoffen worden bijgemengd. Zo worden polymeren gevormd die zich aan de korrels binden of de poriën vullen. Meestal worden hiervoor esters gebruikt, hoewel voor zachte gels ook een verbinding mogelijk is met natriumaluminaat. Afhankelijk van de soort harder en de mengverhouding kan zowel een harde als zachte gel worden gemaakt. Het geheel reageert tot silicagel: een vrij brosse, witte massa. Bij mengverhoudingen van 10% harder, 60% waterglas en 30% water, kunnen sterkten worden bereikt van 5 N/mm2. Bij grotere hoeveelheden harder kunnen nog hogere sterkten worden bereikt. Ook de viscositeit van het injectiemateriaal neemt dan toe, zodat de injectie moeizamer en langzamer zal verlopen.
De in de gel gevormde bijproducten zijn over het algemeen biologisch afbreekbaar. Bij voldoende neutralisatie is de waterafdracht (synarese) in zandgronden zo gering, dat bij injecties boven de grondwaterspiegel geen noemenswaardige beïnvloeding van het grondwater is te verwachten. Als de bodemgesteldheid het toelaat, kan als alternatief worden geïnjecteerd met een microcementsuspensie.

Watergedragen injectiehars
Injecties met gel worden voornamelijk voor waterkerende doeleinden gebruikt. Meestal worden hiervoor gels op acrylamidebasis gebruikt, zoals AP-4. Dit materiaal is vergelijkbaar met de gels voor het injecteren tegen optrekkend vocht en lekkages.
Door de zeer lage viscositeit van AP-4 is het toepassingsgebied enorm. AP-4 wordt gemakkelijk onder druk in grondformaties geïnjecteerd, zelfs tot op grote diepte. Doordat de viscositeit van het materiaal veel lager is dan van andere injectieharsen, wordt het met name toegepast in fijne zandlagen. Hierdoor kan toch nog een bepaalde drukvastheid worden bereikt.

Polyurethaan
Kunstharsen op basis van polyurethaan vormen plastische of zeer harde injectiemassieven. De mechanische eigenschappen van polyurethanen kunnen worden aangepast aan de bodemgesteldheid. Injecties met polyurethanen reageren met het in de bodem aanwezige water. De reactietijd kan door toevoeging van een katalysator zo kort worden gemaakt dat de waterstromen onmiddellijk worden stopgezet.
Bepalend voor de expansie en daardoor het materiaalverbruik, is de korrelopbouw van het te injecteren grondpakket en de aanwezige waterdruk. Bij grotere projecten wordt meestal een proefinjectie uitgevoerd waardoor, afhankelijk van het resultaat, het verbruik kan worden aangepast.

Cementgebonden injectievloeistoffen
Bij grondstabilisaties kunnen een aantal minerale injectievloeistoffen worden toegepast:
• Cementgrout
• Microcement
• Dämmer/bentoniet
De gangbare cementgrouts bestaan uit een portlandcement met een toeslagstof. De viscositeit van deze injectievloeistof is hoog waardoor het bij grondstabilisaties alleen wordt toegepast in zeer grove zand- en grindlagen.
Microcement is geschikt voor diverse grondinjectietechnieken. De hoge fijnheid en de nauwkeurige korrelverdeling leiden tot een zeer goed penetrerende suspensie met een sedimenterende stabiliteit. Microcement dringt door tot de fijnere poriën en capillairen van grond en rots die met normale cementen niet te injecteren zijn.
Dämmer is een product op cementbasis dat in eerste instantie speciaal voor de mijnbouw is ontwikkeld. Het is een product met hydraulische eigenschappen dat is samengesteld uit portlandcement, mergel, klei en gips. Door de samenstelling van dämmer ontstaat er tijdens de verwerking geen ontmenging. Omdat het aanmaakwater volledig wordt gebonden is het materiaal krimparm. De druksterkte wordt vooraf bepaald aan de hand van de water-cement factor.
Het is ook mogelijk om voor het vereiste resultaat bepaalde injectievloeistoffen met elkaar te combineren. Silicaten kunnen bijvoorbeeld worden gecombineerd met een gel waardoor het eindproduct taaier is dan een silicaat en harder dan een gel. De waterdichtende eigenschap wordt hierdoor ook verhoogd. Silicaat kan ook worden toegevoegd aan dämmer waardoor het verhardingsproces wordt versneld. Als dämmer wordt gemengd met een gewone minerale injectiemortel is het product beter te verwerken, maar de drukvastheid loopt dan wel terug.
Omdat cementgebonden injectievloeistoffen steeds vaker worden toegepast, heeft Injection Nederland BV er een apart hoofdstuk aan gewijd. Hierin wordt uitgebreid ingegaan op de samenstelling en toepassingen van deze mortels (zie "Cementinjecties").
De in de gel gevormde bijproducten zijn in principe allen biologisch afbreekbaar. Bij voldoende neutralisatie is de waterafdracht (synarese) in zandgronden zo gering, dat bij injecties boven de grondwaterspiegel geen noemenswaardige beïnvloeding van het grondwater is te verwachten. Als de bodemgesteldheid het toelaat kan als alternatief worden geïnjecteerd met een microcementsuspensie.