Paal­plaatfundering met zettingsremmers Biesbosch 225: Trekankers in bouwfase fungeren als 'zettingsremmer' in eindsituatie 1 Leeggepompte bouwkuip Biesbosch 225 1 18? CEMENT 4 2021 Het nieuwbouw Biesbosch 225 is 55 m hoog en heeft 18 woonver- diepingen (fig. 2). De ruwbouw wordt uitgevoerd met een tunnelbekisting. De be- ganegrondvloer en het omliggende dek van de parkeergarage wordt 1,5 m boven het naastliggende maaiveld gerealiseerd, waar- door tweeëneenhalve verdieping van de drielaagse parkeerkelder ondergronds wordt aangebracht (foto 1). Een dergelijk diep aanlegniveau op deze projectlocatie vroeg de nodige aandacht. Ontwerp kelder en fundering Bij het maken van diepere bouwkuipen in Amstelveen ontbreekt een waterremmende laag, waardoor de stijghoogte van het grond - water vrij spel heeft. Deze stijghoogte komt ongeveer overeen met het maaiveld. Een bouwkuip maken met een bemaling is in verband met de grote debieten en de invloed buiten de bouwkuip niet wenselijk, waar- door een oplossing met onderwaterbeton of een gelinjectie benodigd is. Bij het project Biesbosch 225 zijn bei - de uitvoeringsmethodes in een varianten - studie met elkaar vergeleken, waarbij ook is gekeken naar het aantal parkeerlagen. Gekozen is voor de oplossing met onderwa - terbeton en een drielaagse parkeerkelder. Hiervoor waren verschillende redenen. De eerste reden was dat met onderwa - terbeton kortere damwanden kunnen wor- den toegepast dan bij een gelinjectie. Omdat de damwanden in het ontwerp permanent en dragend zijn en daardoor in de grond achter blijven, was de oplossing met onder- waterbeton voordeliger. De tweede reden was nog belangrijker. De grondopbouw laat zien dat op het aanleg - niveau van de fundering bij een bak van tweeëneenhalve laag diep een sterke zand - laag aanwezig is. Deze draagkrachtige pleis- tocene zandlaag bevindt zich onder slappe klei- en veenlagen in het holocene pakket, tot 7 à 8 m beneden maaiveld. Bij een à twee kelderlagen wordt bij deze bodemopbouw normaal een paalfundering toegepast. Maar omdat het aanlegniveau van de drielaagse kelder van Biesbosch 225 op circa 9 m onder het maaiveld ligt, was in dit geval een paalfundering niet noodzakelijk; de kelder- vloer ligt compleet in het pleistocene zand - pakket. De neerwaarts gerichte funderings- lasten kunnen direct in deze draagkrachtige zandlagen worden afgedragen en de funde- ring van het gebouw kan als klassieke fun - dering op staal worden ontworpen. Door de onderwaterbetonvloer gewapend uit te voe- ren kan deze deel uitmaken van deze plaat- fundering. Het onderwaterbeton wordt dan niet alleen gebruikt als afdichting van de bouwkuip en als werkvloer, maar is ook onderdeel van de constructievloer. Uiteindelijk is in het ontwerp gekozen voor een onderwaterbetonvloer van 1250 mm dik die samenwerkt met een 400 mm dikke constructievloer. Om in de bouwfase het onderwaterbeton op zijn plek te houden zijn trekankers (schroefinjectiepalen type D con - form CUR236) ontworpen (fig. 3). In Amstelveen wordt sinds begin 2020 gebouwd aan het nieuwbouwproject Biesbosch 225. Het kantoorgebouw dat hier stond werd gesloopt en maakt plaats voor hoogwaardige en duurzame nieuwbouw met 276 appartementen en een drielaagse parkeerkelder. In de fundering zijn speciale maatregelen genomen om het vervormingsverschil en moment in de gewapende onderwaterbetonvloer te reduceren. PROJECTGEGEVENS project Biesbosch 225 in Amstelveen opdrachtgever Forum Invest architect OZ Architects Form Concept & Design constructeur IMd Raadgevende Ingenieurs geotechnisch adviseur CRUX Engineering aannemer Heddes Bouw & Ontwikkeling CEMENT 4 2021 ?19 Optimalisatie Op basis van het definitief ontwerp is het project aanbesteed en is het ontwerptraject in bouwteamverband doorgezet. Bij de start van het bouwteam moesten drie risico's met betrekking tot de uitvoering van de gewapende onderwaterbetonvloer nader worden uitgezocht: 1 De fundering op staal geeft op lange termijn een vervormingsverschil van circa 120 mm tussen de rand van de kelder en midden onder het gebouw. Wat zijn de bouwkundige gevolgen hiervan? 2 Welke wapening is nodig in het onder- waterbeton en hoe kan deze worden aange- bracht? 3 De trekankers zijn niet ontworpen op een drukkracht en moeten flexibel worden inge- stort in het onderwaterbeton zodat geen druk in de ankers kan ontstaan. Hoe kan dat zonder risico worden gerealiseerd? In het bouwteam zijn bovenstaande risico's nader bekeken. De oplossing voor alle drie de risico's is het toepassen van een paal- plaatfundering waarbij de trekankers als zettingsremmers werken. Paal-plaatfundering Het vervormingsverschil zoals genoemd bij risico 1 wordt veroorzaakt doordat onder de kern van het gebouw relatief hoge funde- ringslasten in de grond worden afgedragen, terwijl de randen van de kelder netto op trek zijn belast omdat hier alleen de kelder aanwezig is. Uit vervormingsberekeningen met PLAXIS bleek dat de niet uniforme be- lastingen tot relatief grote verschilzakkingen en krommingen in de keldervloer leiden. Daarom zouden voor de trekankers zoals genoemd bij risico 3 kostbare 'drukvrije' aansluitingen van de ankerpaalkoppen in de vloer benodigd zijn, omdat de ankerpalen bij een klassieke fundering op staal enkel op trek ontworpen zijn. Om de zettingen, de verschilvervor- mingen en de krommingen in de vloer te kunnen reduceren en toch het detail voor de drukvrije aansluiting van de ankerpaalkop in de vloer te vermijden, is een alternatieve funderingsmethode uitgewerkt: een paal-plaatfundering. Kern van dit funde- ringstype is het benutten van de verticale ankerpalen, niet alleen als trekelementen, maar ook als op druk belaste 'zettingsrem - mer' onder de vloer. Hiermee wordt het mo- ment in de vloer en daarmee de hoeveelheid wapening gereduceerd. De oplossing bleek zelfs te leiden tot de benodigde bezuiniging die nog moest worden gevonden. De paal-plaatfundering is uitgewerkt conform de in 2017 door SBRCURnet gepu - bliceerde richtlijn 'Paal-plaat funderingen - Ontwerppraktijk' [1]. In het systeem wordt het geotechnische draagvermogen van de plaat in de uiterste grenstoestand (UGT) ont- leent aan de draagkrachtige zandlaag direct onder de plaat (klassieke berekening als fundering op staal) en wordt de verticale stijfheid van de in de eindsituatie lokaal op druk belaste ankerpalen meegenomen in de vervormings- en constructieve analyse voor zowel de UGT- als de BGT-controles. Hier- door kan de vervorming van de vloer wor- 2 3D-doorsnede van het gebouw IR. ROB STARK Directeur IMd Raadgevende Ingenieurs IR. DENNIS RIETDIJK Projectleider IMd Raadgevende Ingenieurs IR. GUIDO MEINHARDT Senior Specialist / Partner CRUX Engineering BV IR. DAVID HARTMANN Senior Adviseur CRUX Engineering BV auteurs 2 20? CEMENT 4 2021 den gehalveerd ten opzichte van een klassie- ke fundering op staal en de krommingen in de vloer (en daarmee de momenten) zijn be- duidend minder. Verificatie Het ontwerp van een paal-plaatfundering vereist iteratieslagen tussen constructeur en geotechnisch adviseur. De geotechnisch ad - viseur bepaalt de verticale beddingen en de paalstijfheden en bijbehorende afkapwaar- des van het representatieve geotechnische draagvermogen als input voor de construc- tieve berekeningen. Op het moment dat het representatieve geotechnische drukdraag - vermogen wordt bereikt, heeft de ankerpaal geen stijfheid meer en wordt hij weggedrukt. Het paalsysteem is dusdanig ontworpen dat de vloeikracht in de ankerstaaf altijd hoger is dan de representatieve drukkracht in de paal. De hiermee berekende vervormingen uit het constructieve model moeten over- eenkomen met de vervormingen uit het geo- technische model. Voor de constructieve verificatie van de paal-plaatfundering moesten een aantal bezwijkmechanismen worden getoetst. Voor deze toetsingen zijn verschillende scenario's nodig voor de verticale beddingen van de bodem en de paalstijfheden. Aan de hand van het SBRCURnet-rapport zijn op basis van de te beschouwen mechanismen (linker kolom tabel 1) in totaal zes maatgevende geotechnische berekeningsvarianten bepaald die in tabel 1 zijn weergegeven. Tabel 1 geeft aan met welke belastingsituatie moet wor- den gerekend en welke stijfheden voor grond, palen en damwanden moeten wor- den toegepast om voor het specifieke me- chanisme de maatgevende situatie te be- schouwen. Zo moet bijvoorbeeld voor de toets 3, pons paal, met een hoge belasting (UGT) en paalstijfheid (UGT bovengrens) en een lage grond- en damwandstijfheid (UGT ondergrens) worden gerekend, omdat dit de meest ongunstige krachtwerking levert voor deze specifieke toets pons paal. Voor elke geotechnische berekeningsvariant is een bedding en paalstijfheid conform de richtlijn bepaald, die de basis vormt voor een specifiek constructief berekenings- scenario. Met de verschillende combinaties van bedding, paalstijfheid en afkapwaardes zijn de benodigde modellen van de keldervloer in SCIA gegenereerd (fig. 4). Voor de kalibratie hebben verschillende iteraties plaatsgevon - den, waarbij ook verificaties zijn uitgevoerd met een 1D-model in Technosoft. Voor bezwijkmechanisme 1 (sterkte en scheurwijdte) is een tweede model 3 Doorsnede bouwkuip kelder UITVOERINGSMETHODE BOUWKUIP Voor het aanbrengen van de onderwater- betonvloer werd na het aanbrengen van de stalen damwandenplanken en het verankeren met een eenlaagse ankerrij, de kuip in den natte ontgraven. De trek- elementen (ankerpalen) zijn vanuit een ponton aangebracht. Na de installatie van de ankerpalen werd de geprefabri- ceerde wapening met een kraan en onder begeleiding van duikers op de bodem van de bouwput geplaatst. Nadat de wapening was aangebracht, werd de onderwaterbetonvloer gestort en de bouwkuip leeggepompt. 3 CEMENT 4 2021 ?21 4 4 Model krachten in keldervloer Tabel 1?Berekeningsvarianten* Mechanisme BelastingGrondstijfheidPalenDamwandGeotechnische berekeningsvariant 1a.1 Sterkte plaat (dragende wand) UGTE k;low / 1,3UGT og UGT bg1 1a.2 Sterkte plaat (belaste wand) UGTE k;low / 1,3UGT og UGT og2 1b Scheurwijdte plaat BGTE k;low BGT ogBGT og3 2.1 Verbinding plaat-wand (dragende wand) UGTE k;low / 1,3UGT og UGT bg1 2.2 Verbinding plaat-wand (belaste wand) UGTE k;low / 1,3UGT bg UGT og 4 3 Pons paal UGTE k;low / 1,3UGT bg UGT og 4a Pons kolom (boven veld) UGTE k;low / 1,3UGT bg UGT bg5 4b Pons kolom (boven paal/palen) UGTE k;low x 1,5 x 1,5UGT og UGT og6 5 Sterkte paal UGTE k;low / 1,3UGT bg UGT og4 6 Draagvermogen plaat UGTE k;low x 1,5 x 1,5UGT og UGT og6 7 Draagvermogen paal UGTE k;low / 1,3UGT bg UGT og4 8.1 Draagvermogen grondkering UGTE k;low / 1,3UGT og UGT bg1 8.2 Draagvermogen grondkering UGTE k;low / 1,3UGT og UGT og2 9a Zetting (vb: ROK) BGTE k;low BGT ogBGT og 3 9b Bovenbouw BGT (vb: gebouwen) BGTE k;low BGT ogBGT og 9c Belendingen BGTE k;low BGT ogBGT og * Blauw zijn bezwijkmechanismen van de constructie Rood zijn geotechnische bezwijkmechanismen Groen zijn mechanismen die betrekking hebben op de vervormingen van de grond gemaakt, waarbij de paalstijfheden zijn verlaagd om een gelijke zetting in het SCIA-model te krijgen als in het PLAXIS- model. De reden hiervoor is dat de SCIA- berekening alleen de s1-zetting (paalkop) meeneemt en niet de langeduur zetting s2 (zettingen onder de paalpunt door de paal - groep). De wapening van de vloer is bere- kend aan de hand van dit tweede model. Uitwerking wapening De onderwaterbetonvloer is in bouwfase on - gewapend berekend. Vanwege de toleranties aan de onder- en bovenzijde van de vloer is gerekend met een dikte van 1,0 m, in plaats van 1,25 m (toleranties onderzijde ±150 mm en bovenzijde ±75 mm). In de eindfase werkt de onderwater- betonvloer samen met de in het droge 22? CEMENT 4 2021 ?200 verankering ø40 -100 ø20-150 (/) hrspø20 -150 ø25 -300 ø16-150 (/) beton gestort na leegpompen kuip supports bovennet* onderwaterbeton schotel tolerantie onderwaterbeton gestorte vloer van 0,4 m dik. Om deze samen - werking te kunnen bewerkstelligen is de benodigde onderwapening, dwarskrachtwa - pening en afschuifwapening in het onder- waterbeton ingestort (foto 5). De uitwerking van de wapening vergde de nodige aandacht, omdat de wapening onder water moest worden aangebracht en een juiste configuratie moest hebben om het storten van het beton mogelijk te maken. Het storten van het beton is gedaan met de Hop-dobbermethode. De Hop-dob- ber heeft aan de onderzijde van de stortbuis een schotel met een diameter van 1,0 m die vlak boven de onderwapening moet kunnen komen om het beton goed te kunnen laten uitvloeien en om ontmenging van het beton tegen te gaan. Om dit mogelijk te maken zijn U-korven met een breedte van 1,2 m ontworpen waartussen de Hop-dobber kon bewegen (fig. 6, foto 7). Deze U-korven zijn hart op hart 2,4 m aangebracht, hetgeen overeenkomt met de h.o.h.-afstand van de trekankers waardoor geen conflict ontstaat met de schotels van de trekankers. De wa - pening van de U-korven is opgebouwd uit de bijlegonderwapening van de hoofdwape- ningsrichting, de dwarskrachtwapening 5 Voor de constructieve verificatie van de paal-plaat- fundering zijn een aantal bezwijk - mechanismen getoetst 5 Uit onderwaterbetonvloer stekende korfwapening 6 Wapeningsconfiguratie keldervloer 6 CEMENT 4 2021 ?23 400 gem. dikte onderwaterbeton 12\f0 P -8\b40 dam wand AZ28-700 constructieve vloer aangelaste deuvels, 2ø16 (l=150mm) langs volledige lengte damwand hrspø16 -125 ø16 -100 ø12 -100 ø16 -125 ø20 -100 3hrspø10 -125 3hrspø10 -125 3hrspø10 -125 dubbele hrspø8 (1 set per 2 haken ø16 -125) 1ø16* kimblik 7 Korfwapening, foto: Heddes Bouw & Ontwikkeling 8  Aansluiting keldervloer met damwand en de benodigde schuifwapening tussen de op verschillende tijdstippen gestorte vloeren. De overige onderwapening is aange- bracht met (eerder aangebrachte) netten. De basiswapening hiervan is Ø32-125 in hoofd - richting en Ø16-100 in andere richting. De netten en U-korven samen ? in de korven bevinden zich op enkele plaatsen staven Ø40-100 ? resulteren in een aanzienlijke hoeveelheid wapening die onder water moest worden geplaatst, met de kans dat het beton niet overal kon komen. Door plaat- singsproeven op het droge uit te voeren is dit in beeld gebracht en is het risico be- heerst. Aansluiting vloer damwand In de bouwfase is de fixatie van de onderwa - terbetonvloer met de damwand gerealiseerd door wrijving ten gevolge van de stempel - druk van de damwand. In eindfase is de koppeling voorzien in het later gestorte deel van de constructievloer. Hierbij is rekening gehouden met de krachtswerking volgens de geotechnische modellen met verschillende beddingen en paalstijfheden. In de ene situ - atie moet kracht worden overgedragen van de dragende damwand naar de constructie- vloer en in de andere situatie andersom. De koppeling is gemaakt met twee rijen aangelaste deuvels en haarspelden (fig. 8). Voor een langere lekweg is een 'kimblik' toegepast. Dit kimblik is gemaakt met een stalen strip van 12 mm dik die rond - om aan de damwand is vastgelast. Bepalend voor de dikte van de stalen de strip is het voorkomen van kromtrekken door de warmte die ontstaat bij het lassen. Geslaagd concept Met het toepassen van een paal-plaatfunde- ring met zettingsremmers is optimaal ge- bruikgemaakt van de omstandigheden in de projectlocatie. De technische uitwerking was alleen mogelijk door een goede samen - werking tussen IMd Raadgevende Ingeni - eurs, CRUX Engineering en Heddes Bouw & Ontwikkeling. De keldervloer is inmiddels uitgevoerd en de ervaringen zijn zeer posi - tief. Het is een geslaagd concept dat vaker kan worden toegepast. LITERATUUR 1?Paal-plaat funderingen ? Ontwerppraktijk, CROW, www.crow.nl/ publicaties/paal-plaat-funderingen. Er zijn 1,2 m brede U-korven ontworpen waartussen de Hop-dobber kon bewegen 7 8 24? CEMENT 4 2021