Grondwaterkering

Water zoekt de weg van de minste weerstand. Altijd. Bij diepe ontgravingen is die weg meestal recht de bouwput in, wat zonder ingrijpen leidt tot drijfzand of een volledige overstroming van de werkplek. Een grondwaterkering fungeert als de hydraulische scheiding tussen de natuurlijke grondwaterstand en het gewenste peil binnen een projectgebied. Het is een cruciaal onderdeel van de geotechnische beheersing waarbij stabiliteit voorop staat. Ongecontroleerde grondwaterstroming kan namelijk zanddeeltjes verplaatsen, wat piping veroorzaakt en de fundering van naburige panden ernstig in gevaar brengt. Of het nu gaat om een tijdelijke hulpconstructie of een permanente kademuur, de kering moet de hydrostatische druk kunnen opvangen zonder noemenswaardige lekkage. De keuze voor het type kering hangt volledig af van de lokale bodemopbouw, de aanwezige waterdruk en de toegestane vervorming van de directe omgeving.

De realisatie van een grondwaterkering begint doorgaans met het verticaal inbrengen van ondoorlatende elementen in de bodem tot in een waterremmende laag zoals klei of potklei. Klei is hierbij essentieel. Bij stalen damwanden drijft een trilblok de planken de grond in, terwijl in stedelijke gebieden vaak voor trillingsvrije druktechnieken wordt gekozen om schade aan belendingen te vermijden. De sloten tussen de afzonderlijke damwandplanken worden vooraf vaak voorzien van een zwellend dichtingsmiddel of achteraf afgeperst met kunststof om de waterdichtheid te garanderen.

Een alternatieve methode is de vervaardiging van diepwanden. Hierbij graaft een machine een diepe sleuf die tijdens het graafproces gevuld blijft met een bentonietslurry; deze vloeistof voorkomt dat de sleufwanden instorten door een tegendruk op te bouwen. Na het bereiken van de doeldiepte wordt de wapening afgehangen en beton gestort, waarbij het beton de lichtere steunvloeistof van onderaf verdringt. Het resultaat is een massieve, gewapende wand die zowel gronddruk als waterdruk effectief keert.

Indien een natuurlijke afsluitende laag op bereikbare diepte ontbreekt, wordt de kering horizontaal gecompleteerd. Groutinjecties vormen hierbij een veelgebruikte techniek. Lange injectielansen brengen onder hoge druk een mengsel van cement en water in de zandlaag, waardoor de poriën tussen de zandkorrels verzadigd raken en verharden tot een ondoorlatende massa. Ook bodembevriezing komt voor. Hierbij circuleert een koelvloeistof door buizen in de grond totdat de bodem rondom volledig bevroren is, wat een tijdelijke maar uiterst betrouwbare barrière vormt tegen instromend grondwater.

De keuze voor een specifieke kering wordt gedicteerd door de grondslag en de levensduur van het werk. De stalen damwand is de meest voorkomende verschijning. Het is een modulair systeem. Snel te installeren en vaak weer te verwijderen. De zwakke schakel bij staal is echter het slot; zonder extra vulling met hydrofiele zwelstrips of bitumen is een damwand nooit volledig waterdicht. Voor permanente toepassingen, zoals parkeerkelders in binnensteden, zijn diepwanden de norm. Deze wanden van gewapend beton fungeren niet alleen als grondwaterkering, maar nemen ook de volledige constructieve last van het gebouw op.

Een minder bekend maar effectief alternatief is de cement-bentonietwand, ook wel gierwand genoemd. Deze wand is puur functioneel bedoeld voor waterdichting. Men graaft een sleuf en vult deze met een mengsel dat uithardt tot een taaie, ondoorlatende massa. Het heeft geen constructieve stijfheid. Het blokkeert enkel de stroming. Dit type wordt vaak ingezet bij saneringen om verspreiding van verontreinigd grondwater te voorkomen over grote lengtes.

Wanneer een ondoorlatende bodemlaag ontbreekt, moet de onderzijde van de put kunstmatig worden 'dichtgezet'. Dit kan op verschillende manieren. Waterglasinjectie is een beproefde methode bij zandgronden. Een mengsel van waterglas en een verharder wordt onder lage druk ingebracht, waardoor de zandkorrels aan elkaar kleven en de poriën verstoppen. Het resultaat? Een tijdelijke, harde en waterdichte laag.

Groutbooginjecties werken volgens een vergelijkbaar principe maar maken gebruik van cementmassa onder hoge druk. Men spreekt hierbij vaak van een jetgroutvloer. In situaties waar chemische injecties ongewenst zijn of de bodem te complex is, biedt bodembevriezing uitkomst. Dit is de Rolls-Royce onder de keringen. Uiterst betrouwbaar. Kostbaar. Door stikstof of pekel door bodemlansen te pompen, bevriest het aanwezige grondwater tot een massieve ijsmuur die elke stroming effectief stillegt tot de koeling stopt.

Vaak ontstaat verwarring tussen een grondwaterkering en een primaire waterkering. Een primaire waterkering, zoals een dijk of sluis, keert oppervlaktewater en beschermt tegen overstromingen vanuit rivieren of zee. Een grondwaterkering werkt echter onder het maaiveld. Het gaat om de beheersing van de freatische lijn. Waar een damwand zowel grond als water keert, is een puur 'kwelscherm' enkel bedoeld om de horizontale toestroom van water te reduceren zonder de gronddruk op te vangen. In de praktijk worden de termen echter vaak door elkaar gebruikt, afhankelijk van de discipline van de ingenieur.

Binnenstedelijke kelderbouw

Stel je een bouwput voor in een drukke binnenstad. De ruimte is beperkt. Direct naast de ontgraving staan historische panden op houten funderingspalen. Hier is een grondwaterkering van trillingsvrij gedrukte damwanden onmisbaar. Deze wanden voorkomen dat het grondwaterpeil buiten de put zakt. Zou dat wel gebeuren? Dan komen de houten palen droog te staan. Ze rotten weg. De huizen verzakken. In zo’n geval fungeert de kering als een kritische beschermmuur voor de omgeving.

Sanering van fabrieksterreinen

Bij een bodemsanering van een oud benzinestation of een chemische fabriek kom je vaak de gierwand tegen. Dit is een verticale barrière van cement en bentoniet. Men graaft een diepe sleuf rond de vervuilde plek en vult deze met het mengsel. Het hardt uit tot een ondoorlatend gordijn. Het schone grondwater stroomt er simpelweg omheen, terwijl de vervuiling veilig opgesloten blijft op het terrein zelf. Geen verspreiding. Geen risico voor de omliggende woonwijken.

De kunstmatige badkuip

Een aannemer legt een nieuwe verdiepte spoorwegonderdoorgang aan. De bodem bestaat uit een metersdik pakket grof zand. Er is geen afsluitende kleilaag in de buurt om de verticale wanden in te 'steken'. Om de put toch droog te krijgen, wordt een jetgroutvloer aangebracht. Met injectielansen spuit men onder hoge druk cementmortel in het zand. Dit vormt een horizontale plaat diep onder het maaiveld. Een kunstmatige bodem. Het resultaat is een volledig waterdichte bak waarin veilig gewerkt kan worden zonder dat het grondwater van onderaf de put in spuit. De pompen kunnen uit.

• Tijdelijk: Een stalen damwand voor de bouw van een rioolgemaal.
• Permanent: De gewapende diepwanden van een ondergrondse parkeergarage onder een grachtenpand.
• Preventief: Een kwelscherm onder een nieuwe waterkering om piping te voorkomen.

De bodem is geen niemandsland. Wie een grondwaterkering plaatst, treedt direct de sfeer van de Omgevingswet binnen. Zorgplicht is hier het sleutelwoord. Een juridisch dwingend principe dat de initiatiefnemer verantwoordelijk houdt voor nadelige gevolgen in de fysieke leefomgeving. Je wijzigt immers de hydrologische balans. Het voorkomen van funderingsschade bij belendingen door een gewijzigde grondwaterstand is daarbij geen optie, maar een harde eis.

Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) vormt het technische fundament voor elke ingreep. Hierin staat dat constructies die grond of water keren, moeten voldoen aan strikte regels voor constructieve veiligheid. Voor de praktijk betekent dit rekenen volgens de NEN-EN 1997, ook wel Eurocode 7 genoemd. Deze norm dicteert hoe we omgaan met grenstoestanden van waterdruk en het risico op hydraulisch opbarsten. Om bezwijkmechanismen zoals 'uplift' of piping. Voor stalen damwanden dienen CUR-aanbevelingen zoals CUR 166 vaak als de technische standaard die de wettelijke eisen concreet invult.

Waterschappen kijken mee via hun eigen Waterschapsverordening. Voorheen de Keur. Een permanente grondwaterkering kan de natuurlijke stroming van het freatisch water blokkeren en dat is in veel gebieden vergunningplichtig. De regels beperken zich niet tot de sterkte van de wand alleen. De wetgever eist dat het totale systeem van kering en eventuele bemaling de omgeving niet nadelig beïnvloedt; een waterdichte bak voor de één mag immers geen natte kruipruimte voor de ander betekenen.

Vroeger was de strijd tegen grondwater vooral een gevecht met houten schotten en kleiproppen. Onbetrouwbaar spul. In de Nederlandse poldergeschiedenis vormden houten damwanden de basis voor de eerste kades, maar de beperkte levensduur boven de grondwaterlijn dwong tot innovatie. Met de industriële revolutie kwam staal in beeld; Tryggve Larssen patenteerde begin twintigste eeuw zijn iconische profiel met slotverbinding, een innovatie die de weg vrijmaakte voor diepere bouwputten en havenwerken die voorheen simpelweg ondenkbaar waren door de enorme waterdruk.

De jaren vijftig en zestig markeerden de opkomst van de diepwandtechniek. Ingenieurs zochten naar manieren om trillingsarm te werken in historische stadskernen waar de oude funderingen elke trilling verafschuwden. De introductie van bentonietslurry als steunvloeistof was een gamechanger. Het maakte het mogelijk om sleuven te graven tot tientallen meters diepte zonder direct instortingsgevaar van de sleufwanden. Later, rond de jaren tachtig, verschoof de technische aandacht naar horizontale barrières. Het afsluiten van de onderzijde van een put bleef lang een riskante gok met wisselend resultaat, totdat chemische injecties en jetgrouting hun intrede deden als betrouwbare methoden.

Tegenwoordig dient de grondwaterkering niet enkel meer de droge bouwput. Sinds de jaren tachtig en negentig fungeert het steeds vaker als een milieutechnisch isolatiemiddel. De focus verschoof van puur mechanisch water keren naar het beheersen van verontreinigingspluimen. Van tijdelijke hulpconstructie naar een integraal onderdeel van stedelijke waterhuishouding en bodemsanering. De techniek is volwassen geworden. De uitdaging ligt nu vooral in de nauwkeurigheid van uitvoering en de levensduur van de gebruikte dichtingsmaterialen.

• https://kennis.hunzeenaas.nl/index.php/Id-23034dfc-02de-4cc7-bec8-fad10c1b7321