themaGrensverleggend funderingssysteem in Utrecht8201410themaGrensverleggendfunderingssysteemin Utrechtir. Sander Vernooij RC,ing. Jan de Vries MSEng RCBAM Advies & Engineering1 Bouwput Nieuw Hoog Catharijnefoto: Bouwpututrecht.nlVijf lagen parkeren onder Hoog Catharijne gebouwd met top-downmethodeGrensverleggend funderingssysteem in Utrecht 82014 11Als onderdeel van de grootschalige vernieuwing vanhet stationsgebied in Utrecht wordt ook winkelcen-trum Hoog Catharijne aangepakt. Het krijgt eenondergrondse vijflaagse parkeergarage. Omwillevan een hoge bouwsnelheid is gekozen om tebouwen volgens de top-downmethode. De start lagbij de -2-vloer en vanaf daar zal tegelijkertijd naarboven en naar onder verder worden gebouwd. Omdit mogelijk te maken was een vernieuwend funde-ringssysteem nodig.In 1973 opende Hoog Catharijne in Utrecht zijn deuren als hetgrootste overdekte winkelcentrum van Europa. Het diende teruitbreiding van het centrumgebied en verbond het oude stads-centrum met het centraal station. Met meer dan 26 miljoenbezoekers per jaar is Hoog Catharijne momenteel een van degrootse winkelcentra van Nederland. Het winkelgebied wasechter toe aan een grondige vernieuwing.Het plan Nieuw Hoog Catharijne (NHC) omvat een uitbreidingvan het winkelcentrum met 35 000 m2en daaronder eenparkeergarage voor 1300 auto's. Deze vernieuwing maakt deeluit van het plan CU2030, dat uitkomst moet bieden aan achter-stallig onderhoud, verloedering en een groeiend aantal reizigersen inwoners in de stad. Onderdeel is ook het opengraven vande gedempte Catharijnesingel.NieuwbouwDe nieuwbouw kan worden onderverdeeld in een onder- eneen bovenbouw. Deze splitsing betreft niet alleen de functie(bovenbouw winkels en woningen, onderbouw parkeren), maarook andere aspecten. Zo wordt de onderbouw uitgewerkt opbasis van Engineer&Build en de bovenbouw in Bouwteam.Daarnaast worden voor beide delen andere normen gehan-teerd: het onderste deel wordt uitgewerkt conform de TGB enhet bovenste conform de Eurocode. Dit is het gevolg van eenander moment van vergunningverlening. Omdat de onder-bouw de fundering is voor de bovenbouw, worden in dieonderbouw wel de gevolgen van de Eurocode meegenomen.Het bovenste bouwdeel zal na oplevering niet direct als ??ncomplex herkenbaar zijn; het wordt namelijk verdeeld door deCatharijnesingel. Deze singel loopt dwars over de parkeerga-rage heen en heeft aan de ene zijde het Poortgebouw, erbovende Stadskamer en aan de andere zijde het Entreegebouw (fig. 3en 4).De onderbouw van het project omvat de parkeergarage en dein- en uitritten. Om op deze smalle locatie toch voldoendeparkeerplaatsen te kunnen realiseren, is een garage ontworpen1Grensverleggend funderingssysteem in Utrecht8201412themaWaterdichte kuipVoor het project is een waterdichte kuip gerealiseerd doortijdelijk gebruik te maken van het polderprincipe. Aan deonderzijde wordt deze kuip afgesloten door de laag van Kedi-chem (NAP -58 m). De laag heeft op die diepte een gemiddeldedikte van meer dan 2 m, waarbij de waterdoorlatendheid geringis. De omtrek van de kuip is gerealiseerd door cement-bento-nietwanden tot in de laag van Kedichem. Deze wanden zijn1 m breed en zijn uitgevoerd met de diepwandtechniek. Desleuf is gevuld met een cement-bentonietmengsel dat fungeertvan vijf lagen diep. Hij wordt ontsloten door twee tunnels vanongeveer 220 m lang (fig. 2). Deze sluiten aan op de -3-laag,omdat de inrit onder de singel uitkomt.Een vijflaagse diepe garage betekent een diepte van minimaal5 x 3 m plus de benodigde dikte voor een fundering en eenovergangsconstructie. Dat resulteert in een bouwkuip van 18 mdiep. De constructie van de garage bestaat uit in het werkgestorte vloeren, prefab afgehangen betonkolommen (onderstedrie lagen) en traditionele in het werk gestorte kolommen(bovenste twee lagen).342Grensverleggend funderingssysteem in Utrecht 82014 13stalen damwandwaterafsluitende laag2 De garage wordt ontsloten door twee tunnels van ongeveer 220 m lang3 Impressie van de bovenbouw met links het Entreegebouw, in het middende Stadskamer en rechts het Poortgebouw4 De bovenbouw wordt in twee?n gesplitst door de Catharijnesingel, die overde parkeergarage gaat lopenvolledig is afgelast. Doordat de damwanden worden afgehangenin een uitgegraven sleuf, kon de helft van de lassen in de fabriekworden aangebracht. Voor de damwanden zijn voorzetwandengeplaatst. De koppeling tussen de vloeren en de damwandenvindt plaats met behulp van deuvels die tegen de damwandworden gelast. Ten gevolge van corrosie moest met een afnamevan de doorsnede van de damwand worden gerekend.Top-downHet maken van een 18 m diepe kuip is op zichzelf al een uitda-ging. Het feit dat dit moest gebeuren in het hart van Utrechtdirect naast verschillende belendingen ? waaronder het voormeer dan 100 miljoen gerenoveerde muziekgebouw Vreden-burgTivoli ? maakte de uitdaging nog een stuk groter. Gekozenis om te bouwen volgens de top-down-bouwmethode, waar-door deels van boven naar onder wordt gebouwd (fig. 7).Reden hiervoor is de ligging dicht tegen de belendingen en eenhoge bouwsnelheid omdat gelijk naar boven en naar onder kanworden gebouwd. Bijkomend voordeel is dat de vloeren ookmeteen als stempelraam fungeren.Bij dit project is in eerste instantie een twee lagen diepe bouw-kuip gemaakt, die door middel van groutankers op -1 stabielwordt gehouden. Vervolgens is de vloer op -2 gestort die destempelfunctie gaat verzorgen.Het deel boven de -2-vloer wordt gebouwd op een traditionelewijze. Het doorstempelen tot beneden de -2 vloer is echter nietmogelijk, omdat onder deze vloer wordt gebouwd en vrij moetworden gehouden van stempels. De -2-vloer is daaromverhoogd belastbaar uitgevoerd om de stortbelasting van deerboven gestorte vloeren te kunnen dragen. In dit artikel wordtverder vooral ingegaan op de bouw onder het niveau -2.als steunvloeistof (foto 5). Door toevoeging van cement aan desteunvloeistof is die na verloop van tijd verhard, waardoor eenwand met een geringe waterdoorlatendheid is ontstaan. In dezesleuf zijn stalen diepwandprofielen (Larssen 430) van 35 m langafgehangen (fig. 6). Deze damwand verzorgt de benodigdestabiliteit van de bouwkuip en vormt in de definitieve fase eengesloten bak in combinatie met de keldervloer. Vanuitconstructief oogpunt was een lengte van 35 m voldoende. Dewaterdichting onder de voet van de damwand wordt door decement-bentonietwand verzorgd.De damwand vormt tevens de definitieve buitenwand van deparkeergarage, waardoor hij ten behoeve van de waterdichtheid565 Uitvoering diepwandtechniek6 Principe cement-bentonietwand met gedeeltelijke stalen damwandGrensverleggend funderingssysteem in Utrecht8201414thema7 Begonnen is met de -2-vloer, waarna tegelijkertijd naar onder en naar bovenwordt gebouwd8 Aanbrengen boorpalen9 Visualisatie boorpaal met prefab kolom10 Boorpaal loopt tot onderzijde van de -5-vloer.; voor het deel tussen -5 en -2wordt een prefab kolom in de boorpaal afgehangenFunderingOm voldoende bouwsnelheid te halen en zowel naar boven alsnaar onder te kunnen bouwen, is gekozen voor een innovatieffunderingssysteem. In basis bestaat dit uit grote diameter-boor-palen (GDBP, foto 8) met prefab-betonkolommen. Deze boorpa-len zijn vervaardigd vanaf werkniveau op NAP -2,5 m, (ongeveerhet -2 niveau) terwijl de definitieve fundering in de eindfase zichop NAP -13,5 m bevindt. Daarom is alleen het onderste deel(van NAP -35 m tot -14 m) van de GDBP gevuld met beton enzijn in de GDBP de definitieve geprefabriceerde betonkolommenvoor de onderste drie kelderverdiepingen afgehangen (fig. 9).Deze kolommen dragen de -2-, -3- en -4-vloer (fig. 10).De toelaatbare tolerantie van de afgehangen kolom is beperkt. Bijde uitvoering is afgestemd een maat van 50 mm in alle richtin-gen aan te houden. Daarom is een geavanceerd stelframe toege-past, waarmee de kolom exact kon worden geplaatst (foto 13).De GDBP kan worden beschreven als een combinatie van paalen een 1-paals poer: de paal is meteen een 1-paalpoer voor dekolommen. Het maken van een GDBP begint met het intrillenvan een casing. Deze casing geleidt de boorkop, die het daad-werkelijke gat maakt voor de paal. Voordat beton in hetboorgat wordt gestort, wordt de casing gevuld met een bento-nietmengsel dat als tijdelijke steun voor het boorgat dient. Hetbeton wordt gestort nadat de wapeningskorf is aangebracht,maar voordat de casing is getrokken. Het beton duwt daarbijhet bentonietmengsel er als het ware uit. Nadat het beton isgestort, wordt de prefab kolom afgehangen tot 2 m in de GDBP.Het beton krijgt een overhoogte om te garanderen dat dekolompunt wordt omhuld met beton (foto 11).Paal-plaatNa het maken van de onderste (-5) vloer die de bouwkuipafsluit en definitief waterdicht maakt, is als bijna automatischeen plaat ontstaan. Deze heeft ten gevolge van de draagkrach-tige zandlagen in de Utrechtse grond een dragende functiegekregen. De GDBP en de plaat werken dus samen waardooreen paal-plaatfundering is ontstaan. Deze fundering is reedseerder toegepast in Utrecht, bij de nieuwbouw van de Rabo-bank-torens aan de Croeselaan [1].Afhankelijk van de locatie in de bouwput en de voortgang vande bouw, nemen GDBP's een forser deel van de permanentebelasting voor hun rekening ten koste van de plaat. Doordat hetmaken van vloeren in dit project langzamer gaat dan bij traditi-oneel omhoog bouwen, is dit een relatief groot deel.Aansluiting prefab-betonkolom en GDBPTer plaatse van de -5 vloer sluit de kolom aan op de GDBP.Onder de punt van de kolom moet beton aanwezig zijn dat7a7b7c7d7eGrensverleggend funderingssysteem in Utrecht 82014 15voldoet aan de beoogde betonsterkteklasse. Aan het bentoniet-mengsel kan geen constructieve waarde worden toegekend.Om dit zo veel mogelijk te sturen, is onder de kolom een kleinepunt (ca. 15?) aangebracht (foto 12). Door deze punt is tijdenshet zakken van de kolom in het beton een kleine zijwaartsestroming ontstaan. Hierdoor is onder de punt het bentonietvolledig verwijderd zodra de kolom op de juiste hoogte kwamte hangen. Zo is de aansluiting met het constructieve beton(C35/45) gewaarborgd.Tijdens het ontwerpproces is veel gesproken over het nazakkenvan beton onder de punt, waardoor geen goede aansluiting zoukunnen ontstaan. Gezien de grote hydrostatische druk van hetbovenliggende bentonietmengsel wordt dit niet waarschijnlijkgeacht. Toch is gekozen om stekankers onder de kolom aan tebrengen. Dit sluit ook aan op de eis uit de VBC, die stelt dat ineen op normaalkracht belaste doorsnede ten minste moetworden gerekend met Md = 0,1 h N'd.In de aansluiting tussen prefab kolom en GDBP kan ook draag-vermogen worden ontwikkeld door schachtwrijving. Reken-kundig is ervoor gekozen om hier geen waarde aan te hechten.Het aansluitvlak tussen kolom en GDBP is wel ruw gemaaktten behoeve van een goede aanhechting.Inleiding kolombelasting in boorpaalDe wapeningskorf in de boorpaal bestaat uit verticale staven enbeugels. De beugels zitten in de buitenste laag, de langsstavenin de tweede laag. De verticale staven zijn enerzijds om deboorpaal te koppelen aan de -5-vloer om opdrijven van dievloer te voorkomen. Anderzijds is een deel van de kolombelas-ting `opgehangen' aan de vloer, waardoor de plaat is geactiveerden er een paal-plaatwerking is ontstaan (zie volgende alinea).Onder de kolompunt is een driedimensionaal vakwerkontstaan als gevolg van de kolomlast. Door dit vakwerk vormenzich horizontale spatkrachten, die worden opgesloten door debeugels. De kracht uit de diverse drukdiagonalen wordtontbonden in een trekkracht in de beugels, waarmee de beno-digde diameter en de staalspanning is bepaald. Scheurwijdtewordt bepaald door een randzone aan te nemen en middels hettrekstaafmodel de scheurwijdte te bepalen.Storten vloerenZoals gezegd is de bouwkuip eerst tot de -2-vloer ontgraven.De -2-vloer kon hierdoor simpelweg op staal worden gestort.Echter de onderzijde van deze vloer komt in de eindfase in hetzicht. Voor een optimaal en uitvoerbaar resultaat, is de keuzegemaakt voorgespannen breedplaatvloeren te leggen op eenvooraf door trilplaten gestabiliseerd grondpakket. Mede om demogelijke toleranties van de breedplaten in lengterichting op tevangen, is tussen de kolommen in ??n richting een stortstrook(natte strook, fig. 14) toegepast. Deze strook is meegestort metde druklaag op de breedplaatvloeren.Ten behoeve van een goede aansluiting zijn de kolommen ruwgemaakt over de hoogte van de vloer. Daarnaast zijn stekankersaangebracht in de kolommen om de vloer te koppelen met dekolom.Om de vloeren onder niveau -2 te kunnen bouwen, moet degrond onder dat niveau worden ontgraven. Dit ontgravengebeurt vanuit een tijdelijke sparing, die uiteindelijk als laatstewordt gesloten. Door dit ontgraven worden de damwanden vande bouwkuip belast. Dit moet geleidelijk gebeuren en spiegel-symmetrisch, anders heeft de gehele kuip de neiging ??n rich-ting op te gaan en dat heeft een negatieve invloed op de belen-dingen. Daarom is een specifieke routing bedacht.grote diameter boorpalenniveau B1niveau B2niveau B3niveau B4niveau B5paal/kolom puntniveauniveau B08 9 10themaGrensverleggend funderingssysteem in Utrecht8201416Voor de -3- en de -4-vloer is het net als voor de -2-vloer zeerwenselijk breedplaatvloeren op een uitgevlakt grondpakket toe tepassen. De breedplaten moeten tussen de reeds afgehangenkolommen worden vervoerd. Door de elementen smaller tehouden dan de tussenafstand van de kolommen, wordt hetaanbrengen van de platen vereenvoudigd. De combinatie vanstortstroken en breedplaten, met allemaal dezelfde lengte, maakthet maken van de vloeren in de top-downmethode uitvoerbaar.OmgevingKasteel VredenburgDe bouwlocatie ligt in het hart van Utrecht, tussen het centraalstation en de oude gracht en deels op de plek waar in de 16eeeuw Kasteel Vredenburg is gebouwd. Dit is een beschermdhistorisch monument. Gekozen is om delen van het kasteel inde parkeergarage terug te plaatsen. De oude stadswal wordthiervoor in delen gezaagd, op een apart terrein bewaard envervolgens op de -1-laag teruggebracht. Op die manier krijgende toekomstige bezoekers de mogelijkheid dit deel van histo-risch Utrecht te bezichtigen.TivoliVredenburgEen van de belendingen van de parkeergarage is het muziek-gebouw TivoliVredenburg, dat zich op ??n plek op minder daneen meter van de bouwput bevindt. Onderdeel van dat projectwas de renovatie van de oude symphoniezaal van Hertzberger.13111211 Prefab kolom afgehangen in de bentoniet van de boorpaal12 Onder de kolom is een kleine punt (ca. 15?) aangebracht, waardoortijdens het zakken van de kolom in het beton een kleine zijwaartsestroming ontstond13 Geavanceerd stelframe voor de plaatsing van de prefab-betonkolomGrensverleggend funderingssysteem in Utrecht 82014 17AABBanker ? 32beugels 3 ? 16+zakstaaf 3 ? 16flank 2 ?102 ? 1214 Tussen de breedplaatvloeren wordt een natte strook gerealiseerd,waar de verbinding met de kolommen wordt gerealiseerdDeze is gefundeerd op korte palen, waarvan de paalpunt hogerligt dan tot waar de bouwput is ontgraven. Om te voorkomendat het muziekgebouw te grote vervormingen zou ondergaan,is voor het oude gebouw een funderingsverbetering toegepasten is ervoor gekozen de buitenste palenrij van het oudegebouw, grenzend aan de bouwput, over te pakken met behulpvan hydraulische vijzels. Deze vijzels kunnen opwaarts of neer-waarts worden gevijzeld, afhankelijk van de zakking van de 2een 3e palenrij. Forse scheuren zouden kunnen ontstaanwanneer de buitenste palenrij niet zakt, maar de 2e en 3e rijvan de bestaande palen wel (sagging). De opgepakte buitenstepalenrij kan hierop anticiperen.Aanvullend op de hydraulisch vijzelbare buitenste palenrij isgekozen de uitbuiging van de damwand te beperken. Die treedtop door het uitgraven van de grond onder de -2-vloer. Uit degeotechnische berekeningen blijkt het graven onder de -3- en-4-vloer de grootste invloed te hebben. Om de uitbuiging vande damwand te beperken en de elastische en krimpvervormingvan de vloer te overbruggen, worden deze twee vloeren hori-zontaal gevijzeld. Tussen de vloer en de damwand wordenhiervoor hydraulisch gestuurde vijzels aangebracht, die dezakking van alle palen van TivoliVredenburg verder beperken.V&DAan de andere kant van de bouwput staat de V&D. De traversetussen dit warenhuis en de bouwput blijft tijdens de bouw ingebruik. Het is een 24-uursroute die dus dag en nacht zeerdruk is bezocht. Hoewel de traverse in een volgende fase wordtvervangen, is ook deze opgevangen met funderingsverbeterin-gen. Daardoor komt de bruikbaarheid van de route gedurendede bouw van de parkeergarage niet in het geding.Monitoring (geluid/trilling/grondwater)Op voorhand is een goede inschatting gemaakt van de uit- endoorbuigingen. Omdat berekeningen altijd worden gemaaktaan de hand van schematiseringen en aannamen, is de gehelebouwput (en inpandig bij TivoliVredenburg) nauwgezet gemo-nitord. De resultaten zijn gebruikt bij het bepalen van de vijzel-stappen voor het opvangen van de buitenste palenrij.OpeningNaar verwachting opent de parkeergarage in 2016. Tot datmoment zal de gekozen top-down-bouwmethodiek zichmoeten bewijzen, samen met de funderingsverbeteringen vande belendingen, de vijzels, de gekozen ontgravingsmethode enhet storten van drie vloeren van 80 x 120 m2onder de reedsgestorte vloeren. Gedurende de bouw kunnen ge?nteresseerdenvanuit de traverse nabij V&D plaatsnemen in het `bouwtheater'.Vanaf daar is er perfect zicht op de bouwplaats. LITERATUUR1 Galjaard, J., Toonen, S, Ellipsen sieren Utrechtse skyline.Cement 2010/5.14 PROJECTGEGEVENSproject Nieuw Hoog Catharijneopdrachtgever Corioaannemer BAMarchitect Altoon + Porter Architects, Los Angelesuitwerkend architect Oeverzaaijerconstructeur bovenbouw en ontwerp onderbouw Van Rossumconstructeur onderbouw uitvoering BAM Advies & Engineering