CEMENT 4 2021 ?25 Paleis Het Loo PROJECTGEGEVENS project Ondergrondse uitbreiding Paleis Het Looarchitect KAAN Architecten integraal technisch ontwerp Team Valstar bestaande uit Valstar-Simonis, DGMR en WSP (voorheen Lievense) deelproject Bouwkuip en tijdelijke opvangconstructies (Perceel P1) aannemer Perceel P1 Volker Staal en Funderingen BV 26? Bouwkuip met verschillende technieken 31? Staalvezelversterkte onderwaterbetonvloer 34? CSM-bouwkuipwanden 38?Jetgroutwanden 41? Hardgelbouwkuip 43? Funderingsversterkende injecties 45? Opvangconstructies en vijzelwerk Paleis Het Loo wordt uitgebreid. Technisch een zeer uitdagende opgave: 10 m diep graven, pal naast en ónder bestaande monumentale, op staal gefundeerde gebouwen. De bouwkuip is gerealiseerd met een veelvoud aan funderingstechnieken, afgestemd op de ondergrond en de locatie. ING. EDDY VAN CAULIL RO Vakgroepmanager / Senior Adviseur WSP IR. FALCO VAN DIJCK Ontwerpleider / Hoofd Ontwerp / Sr. Specialist Geotechniek Volker Staal en Funderingen / VolkerWessels IR. JENS DE VRIES Projectleider Volker Staal en Funderingen / VolkerWessels ING. JAAP CROMWIJK Specialist Geotechniek Van Hattum en Blankevoort / VolkerWesselsauteurs Foto: Koen de Mol Fotografie 26? CEMENT 4 2021 In 1684 gaf stadhouder en (en later koning van Engeland) Willem III opdracht om een vorstelijk jacht- verblijf in Apeldoorn te bouwen dat we kennen als Paleis Het Loo. Het paleis is sindsdien door tien opeenvol - gende generaties Oranjes bewoond, alleen koning Lodewijk Napoleon heeft deze lijn kortstondig onderbroken. In 1969 werd het besluit genomen om van het paleis een mu - seum te maken, waarin de geschiedenis van de koninklijke familie en het paleis zelf cen - traal stonden. Na een grootscheepse renova - tie werd het museum in 1984 geopend. Ruim 30 jaar na deze openstelling bleek onderhoud noodzakelijk, met onder meer vervanging van installaties en een as- bestsanering. Tegelijk met deze intensieve renovatie vindt een ondergrondse uitbrei - ding plaats. Hiermee komt er meer ruimte voor wisseltentoonstellingen en publieks- faciliteiten en kan de omvangrijke collectie beter worden gepresenteerd aan de museum - bezoekers. De uitbreiding Het paleis bestaat uit een centraal plein, het Bassecour, met enkele gebouwen eromheen (fig. 2). Het meest in het oog springt het Corps de Logis, het centraal gelegen hoofd -gebouw van het paleis, met ernaast de bin - nen- en buitenpaviljoens. Naast het plein zijn de oostvleugel en de westvleugel gelegen. De uitbreiding bestaat uit een nieuw deel onder het centrale plein, dat de vleugels verbindt met het Corps de Logis. Het nieuwe museum is toegankelijk via de bovengrondse entreepaviljoens (oos- telijk en westelijk hoekpaviljoen in fig. 2). Via deze paviljoens dalen de bezoekers via trap- partijen af naar de nieuwe ondergrondse uitbreiding met daarin het entreegebied, de museumzalen en de Grand Foyer. De on - dergrondse uitbreiding is tevens via de zoge- noemde onderaansluitingen verbonden met de twee hoekpaviljoens, de oostvleugel en het Corps de Logis. De Grand Foyer is zichtbaar vanaf de Bassecour door een glazen plafond waar- over een dun laag je water stroomt. In het nieuwe deel liggen ook diverse nieuwe ten - toonstellingsruimtes en andere bezoekers- voorzieningen. Aanbesteding Het project kent een strakke planning. Het paleis werd op 7 januari 2018 gesloten en de opening van het vernieuwde museum is voorzien in 2022. Voorgesteld is de uitvoe- ring van de bouwkuip naar voren te halen Bouwkuip met verschillende technieken Tegelijk met een intensieve renovatie van Paleis Het Loo vindt een ondergrondse uitbreiding plaats. De uitbreiding bestaat uit een nieuw deel onder het centrale plein, dat de vleugels verbindt met het hoofdgebouw. Het project is opgedeeld in vijf deelprojecten, waaronder Perceel P1: de bouwkuip en tijdelijke opvangconstructies. De ondergrondse uitbreiding is via de zogenoemde onderaanslui - tingen verbonden met de twee hoek paviljoens, de oostvleugel en het Corps de Logis CEMENT 4 2021 ?27 1 Opgeleverde bouwkuip Paleis Het Loo bij start onderhoudsperiode Perceel P1, foto: Koen Mol Fotografie door deze afzonderlijk aan te besteden op basis van het afgeronde DO. Op basis van een geprognosticeerde bouwtijd van de bouwkuip van 12 maanden kon zonder ver- dere vertraging het TO voor de uitbreiding en renovatie worden afgerond en aanbe- steed. Vanwege de specialistische technieken voor de bouwkuip, is in overleg met de op- drachtgever besloten de bouwkuip in een UAVgc-vorm, dus inclusief ontwerp vanaf DO-fase, aan te besteden. Dit om het zoveel mogelijk inbrengen van optimalisaties en/of alternatieven met betrekking tot in te zetten technieken en risicobeperking vanuit de markt te faciliteren. Hiertoe zijn aanvullend aan het DO-referentieontwerp voor de bouwkuip een Vraagspecificatie Eisen en Vraagspecificatie Proces opgesteld. Uiteindelijk is het project aanbesteed in vijf percelen: Perceel P1: Bouwkuip en tijdelijke opvang - constructies bestaande bouw Perceel P2: Ondergrondse uitbreiding en renovatie vleugels bouwkundig en construc- tief Perceel P3: Restauratie Corps de Logis en paviljoens, asbestsanering gehele paleis Perceel P4: W- en E-installaties Perceel P5: Liftinstallaties Dit artikel gaat alleen in op Perceel P1, de bouwkuip. Bouwkuip Onder het centrale plein is een bouwkuip gemaakt van circa 4500 m² en een diepte van ongeveer 10 m. Rondom het plein 1 Paleis Het Loo (1) 28? CEMENT 4 2021 zijn verankerde bouwkuipwanden aange- bracht met een totale lengte van 400 m. Voor de verbindingen tussen de nieuwe ondergrondse ruimten en de bestaande gebouwen, de eerder genoemde onderaan - sluitingen (bij de twee hoekpaviljoens, de oostvleugel en Corps de Logis), zijn enkele complexe bouwkuipen gemaakt onder de monumentale panden, de inpandige bouw - kuipen. Zo ontstonden verschillende bouw - kuipen, een grote centrale bouwkuip en een aantal kleinere inpandige. Deze ver- schillende bouwkuipen zijn gescheiden door middel van compartimenteringswanden. In het VO en DO zijn verschillende va - rianten voor de bouwkuip onderzocht. Hier- bij is rekening gehouden met de aanwezige bodemopbouw ? pas op 160 m diepte is een afsluitende kleilaag in het zandpakket aan - wezig ? en de maximale grondwaterstand ? die zich op ongeveer 2 m onder het maaiveld bevindt. Vanwege het risicoprofiel is gestart met het opstellen van een risicoanalyse ten behoeve van de juiste combinatie van uitvoe- ringstechnieken voor de bouwkuip. Uiteinde- lijk zijn verschillende funderingstechnieken toegepast, zoals vastgelegd in het referentie- ontwerp ten behoeve van de aanbesteding. Na optimalisatie van het referentieontwerp is de grote bouwkuip (fig. 3) uitgevoerd met CSM-wanden, deels met groutankers veran - kerd, deels afgestempeld. De kleine bouwkui - pen zijn uitgevoerd met jetgroutwanden. Ter plaatse van het Corps de Logis is een hardgel - bouwkuip toegepast. De bouwkuipen zijn aan de onderzijde voorzien van een met GEWI- ankers verankerde staalvezelversterkte onderwaterbetonvloer. Onder de strokenfun - deringen van de bestaande bouw zijn funde- ringsversterkende injecties aangebracht. Ter plaatse van de inpandige bouw - kuipen zijn tijdelijke opvangsconstructies gemaakt en is de bestaande constructie ver- vormingsgestuurd gevijzeld. Hierna is hier een kelderconstructie gerealiseerd als per- manente ondersteuning. Gevoeligheid vervormingen In het ontwerp zaten behoorlijke construc- tieve uitdagingen. De grootste uitdaging was het voorkomen van te grote vervormingen 2 Overzicht bouwdelen Paleis Het Loo Onder het centrale plein is een bouwkuip gemaakt van circa 4500 m² en een diepte van ongeveer 10 m 2 hoekpaviljoen oost hoekpaviljoen west Corps de Logis oostelijk en westelijk binnenpaviljoen oostelijk en westelijk buitenpaviljoen oostvleugel westvleugel restaurantvleugel kantoorvleugel Bassecour ondergrondse uitbreiding grote bouwkuip CEMENT 4 2021 ?29 en/of verschuiving van de ondergrond ten gevolge van de bouwkuip. In overleg met de opdrachtgever heeft WSP (bij tender Bartels, daarna Lievense, inmiddels WSP) het vol - gende uitgangspunt vastgelegd: 'De ondergrondse uitbreiding blijft binnen de kaders van het bouwkundige ontwerp, zover mogelijk van de bestaande bebouwing. De combinatie van de lokale afstand van de bouw- put tot aan de bestaande bebouwing, water- dichtheid van de grondkeringen en tijdelijke opvangmaatregelen van de bestaande bebou - wing mag niet leiden tot blijvende schade.' De toegestane schade is schadeklasse 1 van het eindrapport F530 'Aanbevelingen voor het ontwerp van bouwkuipen in stedelijke omgeving' van het COB. Het Corps de Logis met de aansluitende binnen- en buitenpaviljoens, vormt vanwege de monumentale waarde en de opbouw met gemetselde kruisgewelven het meest kriti -sche onderdeel. De west- en de oostvleugel zijn in principe minder gevoelig voor scha - de, mede door diverse eerder uitgevoerde verbouwingen. Bij deze verbouwingen zijn staalconstructies aangebracht met grotere overspanningen waarbij de vloeren alleen loodrecht op de gevel spannen. Voortgang Na de aanbestedingsfase, het gunningstra - ject en de DO-ontwerpfase zou volgens de contractplanning in november 2017 de aan - nemer van Perceel P2 worden gecontrac- teerd, zodat de raakvlakken tussen de bouwkuip(en) en het definitief betonwerk verder zouden kunnen worden afgestemd. Doordat Perceel 2 later is aanbesteed, was dit een complicerende factor. Door goede samenwerking tussen Volker Staal en Fun - deringen (VSF) en WSP en het onder andere in detail, op uitvoeringsniveau uitwerken 3 Ter plaatse van de inpandige bouwkuipen zijn tijdelijke opvangscon - structies gemaakt en is de bestaande constructie vervormingsge- stuurd gevijzeld 3 3D-model uitvoeringsontwerp bouwkuip inpandige bouwkuip met hardgel inpandige bouwkuip met jetgroutwanden en stalen opvangconstructie inpandige bouwkuip met jetgroutwanden en stalen opvangconstructie CSM-wanden met groutankers bouwkuip voorplein met stempelraam inpandige bouwkuip met jetgroutwanden en stalen opvangconstructie Paleis Het Loo (1) 30? CEMENT 4 2021 van een stappenplan van de bouw fasering kon dit voor een groot deel worden onder- vangen. Eind maart 2018 werd begonnen met de fysieke werkzaamheden aan de centrale bouwkuip met de realisatie van de CSM- wand, de GEWI-ankerpalen, de sloop en het aanbrengen van de inpandige staalconstruc- ties en navolgend de CSM-wandverankering. Vervolgens zijn de inpandige bouwkuipen met jetgrouten en hardgelinjectie gereali - seerd. Midden 2018 volgden de eerste ont- gravingen binnen de bouwkuip en begin 2019 de stort van het (staalvezel)onderwater- beton. Het diepste punt van de bouwkuip werd midden 2019 bereikt en gevierd. De inmiddels voor Perceel P2 gecontracteerde aannemer is direct daarna begonnen met de start van de ruwbouw. De uitvoering van de diverse werk - zaamheden is nauwlettend gevolgd met een uitgebreide monitoring. De uiteindelijk ge- meten vervormingen bleken goed binnen de progenoses te blijven. De risicogestuurde ontwerpaanpak, het vooraf uitvoeren van proeven en uitgebreide berekeningen, en de validatie daarvan door middel van monito- ring, hebben geleid tot een schadevrije en daarmee succesvolle realisatie van de bouw - kuip(en) ten behoeve van de ondergrondse uitbreiding van Paleis Het Loo. 4 In de volgende delen van dit artikel komen achtereenvolgens aan bod: - Staalvezelversterkte onderwaterbetonvloer - CSM-bouwkuipwanden - Jetgroutwanden - Hardgelbouwkuip - Funderingsversterkende injecties - Opvangconstructies en vijzelwerk 4 Overzicht bouwkuip, foto: Koen Mol Fotografie CEMENT 4 2021 ?31 Al in het referentieontwerp werd voor de onderafsluiting van de grote bouwkuip uitgegaan van een staalvezelversterkte onder- waterbetonvloer (SVOWB) in combinatie met GEWI-palen. In de tender is een softgelinjectie overwogen. On - danks de grote passieve weerstand van de zandige lagen, leidde deze optie echter tot te veel vervorming van de bouwkuipwanden en dus de belendingen. Dit met name door het ontbreken van de stempelfunctie van het onderwaterbeton. Deze optie werd ook (te) risicovol beschouwd in verband met enerzijds de aanwezige grondwaterstroming en anderzijds de gestuwde lagen en daarmee verticale oriëntatie van de lagen. Dit laatste zou het aanbrengen van softgel bemoeilij- ken. Er zijn ook subvarianten beschouwd zoals ongewapend onderwaterbeton, met meer palen of een dikkere vloer. Ook die vielen snel af. Meer palen zou minder eco- nomisch zijn en ongunstig in de planning. Een dikkere vloer zou leiden tot meer ont- graving en daarmee dus weer vervorming of dikkere bouwkuipwanden. 5 Aanbrengen onderwaterbeton Onderwater­ betonvloer De onderafsluiting van de bouwkuip is uitgevoerd met een met GEWI-palen verankerde staalvezelversterkte onderwaterbetonvloer. Veel aandacht ging uit naar het beperken van de krimp en daarmee de vervorming van de bouwkuipwanden. In het uiteinde- lijke ontwerp is in plaats van zwaar onder- waterbeton gekozen voor een staalvezel - gewapende onderwater- betonvloer in combinatie met trekpalen 5 Paleis Het Loo (2) 32? CEMENT 4 2021 Ontwerp Ter plaatse van de inpandige onderaanslui - tingen was in het referentieontwerp gekozen voor zwaar onderwaterbeton (4000 kg/m³) zonder trekpalen. Deze massa zou worden gehaald door toepassing van zwaar toeslag - materiaal (MagnaDense gemaakt van ijzer- oxidemagnetiet). De vloer had in dit ontwerp een dikte van 800 ? 2300 mm. In het uitein - delijke ontwerp is voor een variant gekozen: een staalvezelgewapende onderwaterbeton - vloer in combinatie met trekpalen. Het voor- deel hiervan was dat op deze wijze de inpan - dige bouwkuipen minder diep ontgraven hoefden te worden, hetgeen resulteerde in minder wandvervorming. Dit was vooral op deze posities van groot belang. Ook zou het niet eenvoudig zijn het zware onderwaterbe- ton stabiel en goed verpompbaar te houden, gezien de lastig te bereiken kleine bouwkui - pen en noodzakelijke pompafstanden van meer dan 50 m. Voor het Corps de Logis, met de strengste vervormingseisen, is ervoor geko- zen een sprong in het onderwaterbeton aan te brengen, zodat dit hier de kerende hoogte en dus vervorming reduceerde (foto 6). Daarover meer in het deel over de CSM- wanden. Staalvezelgehalte De dikte van de SVOWB-vloer is voor de centrale bouwkuip, conform het referentie- ontwerp, gehandhaafd op 800 mm. De sterkteklasse is C30/37. In het ontwerp is een equivalente buigtreksterkte f eqm = 3,5 MPa aangehouden. De waarde is later door proe- ven onderbouwd. Het vezelgehalte kon, in overleg met de betonleverancier en de pro- ducent van de vezels, worden geoptimali - seerd naar 30 kg/m³. Dit was gezien de grootte en bereikbaarheid van de bouwkui - pen, met name van de inpandige, ook van belang voor de verwerkbaarheid van het betonmengsel. Krimp De bouwkuip is op het breedste punt 69 m. Uit de berekeningen bleek dat krimp van het onderwaterbeton een belangrijk deel van de vervorming van de wanden en daar- mee de belendingen veroorzaakte. Uit de Plaxis-beschouwingen volgde namelijk dat tot wel 50% van de totale wandvervorming veroorzaakt werd door de krimp van de vloer. In het referentieontwerp was de krimp gesteld op ?xx = 0,011% ofwel circa 3,5 mm per zijde, inclusief reductie als gevolg van verhindering. Uit een nieuwe berekening volgde al een ongehinderde adiabatische krimp van 0,02%, op basis van ?T = 20 °C en ? = 10 ? 10 -6. De autogene krimp en kruip werd berekend op 0,006%. Daaruit zou een totale krimp volgen van 0,026%, ofwel 9 mm per zijde. Hierna ontstond een discussie welk uitgangspunt voor krimp moest worden aangehouden. Om dit risico te beheersen zijn voorafgaand aan het werk proeven uit- gevoerd in het laboratorium. Doel hiervan was een mengsel vast te kunnen stellen waarbij een optimum zou worden gevonden tussen voldoende snelle sterkteontwikkeling ? nodig vanwege de kritische plek van de vloer in de planning ? en een gelimiteerde krimp. Uiteindelijk is veiligheidshalve uitge- gaan van de bovengrens van de krimpver- wachting. Uit het monitoringsprogramma, aan de hand van inclinometingen aan de wand, bleek dat de hogere krimpverkorting uiteindelijk niet optrad maar dat deze binnen de in het referentieontwerp gereken - de waarde viel. Verhindering als gevolg van de GEWI-palen, wrijving langs de onderzijde van de SVOWB-vloer en waarschijnlijk toch 6 Gestempelde bouwkuip voorplein Corps de Logis met sprong in het onderwaterbeton, foto: Koen Mol Fotografie 6 CEMENT 4 2021 ?33 stijver reagerende bouwkuipwanden waren hiervan waarschijnlijke oorzaken. Bovendien was in de berekeningen de maximale vervormingseis getoetst voor een situatie met een maximaal (ontwerp-)water- standsverschil over de bouwkuipwand, ter- wijl deze in de praktijk niet is opgetreden. GEWI-palen De OWB-vloer is (samen met de definitieve constructievloer) verankerd met GEWI-pa - len. In de centrale bouwkuip zijn 414 palen toegepast. Deze zijn, voorafgaand aan de ontgraving, aangebracht vanaf maaiveld- niveau op circa NAP +18 m. Het gemiddelde paalpuntniveau is hier NAP -9,5 m. Hierbij kon een conventionele, relatief grote anker- machine worden toegepast. Voor de inpandige bouwkuipen was de toepassing van GEWI-palen een uitdaging vanwege de beperkte ruimte. Toch is ervoor gekozen ook hier GEWI-palen toe te passen, met gebruik van kleine stellingen, kleinere segmenten en dus ook een kleinere diameter/ boorpunt (i.v.m. weerstand/boormoment). Hier zijn 62 palen gesegmenteerd aange- bracht vanaf het maaiveld (ca. NAP +16 m) tot een paalpuntniveau van NAP -4 m. Bezwijkproeven? Het paalontwerp is geba - seerd op tijdens de DO-ontwerpfase uitge- voerde bezwijkproeven conform CUR-richt- lijn 236 Ankerpalen (CUR236). Er zijn negen proefpalen geboord, waarbij drie boortech -nieken zijn beproefd: standaard dubbel verbuisd spoelboren (CUR236 type A) met kleine ankerboorstel - ling ten behoeve van inpandig boren met kleine diameter boorbuis en punt; reversed circulation dubbel verbuisd spoelboren (CUR236 type A) met standaard grote ankerboorstelling en grote diameter boorbuis en punt; enkel verbuisd spoelboren (CUR236 type B). Vaak wordt bij bezwijkproeven gekozen voor de minimale groutproplengte van 5 m, onder andere ter limitatie van de bezwijkbelasting. Hoewel conform CUR236 geologisch niet noodzakelijk, is gemeend in dit project be- zwijkproeven uit te voeren op langere grout- lichamen, in dit geval 10 m. De ankerpalen zijn in het uiteindelijke ontwerp immers ook langer en hiermee wordt de spreiding in conusweerstand over grotere hoogte ook in de resultaten meegenomen. De resultaten van de proeven lieten zien dat de waarde van de schachtwrijving ?t ? een waarde die de lengte van de GEWI- trekpalen bepaalt ? voor de grote stelling bij zowel dubbel verbuisd als enkel verbuisd spoelboren over de volledige groutproplengte gemiddeld 2,06% bedroeg. Voor de kleine inpandige palen volgde een waarde van ?t groter dan 2,5%. Conform CUR236 is deze op de maximum waarde van 2,5% gelimiteerd. Tijdens de uitvoering is het paaltrek - draagvermogen conform CUR236 gevalideerd met behulp van geschiktheidsproeven. 7 7 Overzicht leeggepompte bouwkuip gezien vanaf het Corps de Logis, foto: Koen Mol Fotografie Krimp van het onderwaterbeton veroorzaakte een belangrijk deel van de vervorming van de wanden en daarmee de belendingen Paleis Het Loo (2) 34? CEMENT 4 2021 Voor de bouwkuipwanden van de centrale bouwkuip, inclusief het gedeelte bij het Corps de Logis, was in het referentieontwerp al gekozen voor de Cutter Soil Mixing (CSM) bouwkuipwanden. Bij de CSM-techniek wordt met een freeskop met hierop twee cutterwielen de aanwezige bodem met een groutmengsel gemixt (foto 8). Het bodemprofiel ter plaatse bestaat, met uit- zondering van een geroerde toplaag, voorna -melijk uit grof zand, wat zich prima voor de CSM-techniek leent en relatief stijve wanden oplevert. De dikte van een CSM-wand is af - hankelijk van het toegepaste materieel. Meestal worden freeskoppen gebruikt waar- bij een wanddikte van 550 mm gebruikelijk is. De freesbreedte van het materieel is ook vrij standaard en levert meestal netto paneelbreedten (na overlap) van 2,2 m op. Net als diepwanden worden CSM-panelen om-en-om gegraven. Dat wil zeggen dat eerst 8 Soilmix-stelling CSM ­ bouw kuipwanden Voor de grote centrale bouwkuip is gebruikgemaakt van Cutter Soil Mixing (CSM) bouwkuipwanden. Deze zijn deels verankerd, deels gesteund door een stempelraam. 8 CEMENT 4 2021 ?35 een paneel wordt gemaakt en vervolgens een paneel wordt overgeslagen. Pas daarna wordt het tussenliggende paneel (overlappend) aan - gebracht. Voor de sterkte en stijfheid worden vervolgens in ieder paneel meestal twee sta - len IPE-profielen afgehangen (h.o.h. 1,10 m). In de tender zijn enkele alternatieven be- schouwd zoals gedrukte damwanden, diep- wanden en een boorpalenwand. Deze bleken ofwel te weinig stijfheid te hebben en daar- mee te leiden tot te veel vervorming of een groter risico. Ofwel er zouden te zware dam - wandprofielen nodig zijn, wat minder eco- nomisch zou zijn dan een CSM-wand. Daar- om zijn deze opties afgevallen. 3D-berekeningen CSM-wand Tijdens de installatie van de CSM-wand is sprake van een sleuf met vloeibare suspen - sie, terwijl op zeer korte afstand een funde- ring op staal aanwezig is. Dit risico is nader onderzocht met Plaxis 3D-berekeningen. Hierbij kon enerzijds het effect worden be- schouwd van de boogwerking rondom een CSM-paneel in zandige bodem en anderzijds de hoge stabiliteitsfactor (de slurry kent een grote dichtheid en oefent daarmee voldoende tegendruk uit op het omringende zandmas- sief ). Uit de berekening bleek dat de vervor- ming ter plaatse van de op staal gefundeerde belendingen minder dan 1 mm zou bedra - gen. Normaal gesproken is dit verwaarloos- baar, maar gezien de hoge toelaatbare vervormingseisen was het van belang deze waarde toch mee te nemen in het ontwerp en de risicobeschouwing. De CSM-wand bevindt zich op ongelijke afstanden ten opzichte van de bestaande, op staal gefundeerde bebouwing. Dit levert hier verschilzettingen op, een ongunstig effect met het oog op de strenge relatieve hoekver- draaiingseisen. Voor de maatgevende positie is daarom ook een Plaxis 3D-berekening uit- gevoerd om aan te tonen dat ook hier aan de vervormingseisen werd voldaan. Verankering Ter minimalisatie van de vervorming wer - den de CSM-wanden bovenin door één res - pectievelijk twee ankerrijen (groutankers) ondersteund (foto 9 en 10). Dit laatste op po - sities die zich zeer dicht bij de belendingen bevinden. 9 9 Afspannen van eerder aangebrachte groutankers, foto: Koen Mol Fotografie Tijdens de instal latie van de CSM-wand is sprake van een sleuf met vloei - bare suspensie terwijl op zeer korte afstand een fundering op staal aan - wezig is Paleis Het Loo (3) 36? CEMENT 4 2021 In het ontwerp moest rekening worden ge- houden met het uitvallen van ankers. Nor- maal gesproken is dit bij een CSM-wand geen probleem, omdat in dat geval boogwer- king in de wand optreedt. Echter, ankeruit- val leidt wel tot additionele vervorming van de wand. Daarom is ervoor gekozen toch één doorgaande ankergording toe te passen. Dit ook ter spreiding van verschilvervormin - gen tussen verschillende posities. Omdat de centrale bouwkuip voor het Corps de Logis versmald is, is in dit gedeelte gekozen voor het toepassen van een (voorge- spannen) stempelraam in plaats van een verankering (foto 6). Bij een smallere bouw - kuip is een stempelraam economischer. Bovendien zouden hier twee tijdelijke com -partimenteringswanden een belemmering vormen voor de ankers. Doordat een onderwaterbetonvloer is toegepast, wordt in de fase van nat ontgra - ven de vervorming beperkt door de gunstig werkende waterdruk binnen de bouwkuip. Bij het droogpompen van de bouwkuip vindt de bouwkuipwand vervolgens op dieper niveau steun door de onderwaterbetonvloer. Dimensionering Bij Paleis Het Loo, waarbij de bouwkuip met name op stijfheid in plaats van sterkte moest worden ontworpen, was de buigstijf - heid van de CSM-wand een belangrijke ont- werpparameter. Sinds 2016 is voor het ont- werp van CSM-wanden het SBRCURNet 10 Dubbelverankerde CSM-wand onder de westvleugel (rechts) en inpandige, met trekgording verankerde compartimenteringswand onder de westtoren (links), foto: Koen Mol Fotografie Ter minimalisa- tie van de ver- vorming werden de CSM-wanden bovenin door één respectievelijk twee ankerrijen ondersteund 10 CEMENT 4 2021 ?37 Ter plaatse van de inpandige bouwkuipen onder de bestaande bouw bevinden zich compartimente- ringswanden, ook uitgevoerd met CSM-wanden Handboek Soilmix-wanden (Handboek CSM) beschikbaar. Voor het bepalen van de buigstijfheid worden twee methodes gege- ven. Methode 1 betreft een uitgebreide ana - lyse volgens: Formule 1 ongescheurd gescheurd eff 2 EI EI EI ? ? Formule 2 3 sm c1 eff a a sm 2 3 h b EI E I E ?? ?? ?? ???? ?? ? ? ???????? Bij methode 2 wordt de EI van de wapening opgeteld bij de EI van de soilmix in de ge- drukte zone (~0,5 x de hoogte): Formule 1 ongescheurd gescheurd eff 2 EI EI EI ? ? Formule 2 3 sm c1 eff a a sm 2 3 h b EI E I E ?? ?? ?? ???? ?? ? ? ???????? Het Handboek CSM stelt dat methode 1 het meest aangewezen is om een vrij realisti - sche inschatting van de gescheurde buig - stijfheid te kunnen bepalen. Over het alge- meen levert deze een 10 ? 20% hogere buigstijfheid op. In het referentieontwerp was in relatie tot de kritische vervormings- eisen methode 2 toegepast in combinatie met een veilige waarde E sm = 4000 N/mm². Tevens was gekozen voor een wanddikte van 700 mm. Een grotere wanddikte levert di - rect een grotere buigstijfheid op, maar het materieel voor deze wanddikte bleek be- perkt beschikbaar. Per paneel was in het referentieontwerp over het algemeen uitge- gaan van twee profielen IPE450. Uitzonde- ring vormden de wanden ter plaatse van de binnenpaviljoens, met de strengste vervor- mingseisen. Hier waren drie profielen IPE600 per paneel gekozen. Op basis van de ervaring bij andere projecten in vergelijkbare grondslag, was de opvatting dat de E sm waarde hoger zou moe- ten kunnen worden gesteld. Ter onderbou - wing op de direct na gunning uitgevoerde geschiktheidsproeven met gebiedseigen opgeboord materiaal, kon de waarde van E sm onderbouwd worden bijgesteld naar 7800 N/mm². Door het verrichten van proe- ven op monsters ontnomen in de uitgevoer- de wand, is deze waarde later ook in het werk aangetoond. Door deze optimalisatie kon de wanddikte weer worden gereduceerd naar de meer gangbare 550 mm. Op de meeste plekken kon worden volstaan met twee profielen IPE400 per paneel. Bij de snede voor het Corps de Logis, met de strengste vervormingseisen, is ervoor geko- zen een sprong in het onderwaterbeton aan te brengen. Hiermee kon voor deze precaire snede het niveau van het onderwaterbeton omhoog worden gebracht, met als doel de maximale ontgravingdiepte en daarmee dus ook de kerende hoogte en de vervormingen te reduceren. Deze snede kon hiermee uit- eindelijk worden geoptimaliseerd tot maxi - maal drie profielen type IPE O 400+ (+40% stijver t.o.v. normale IPE400) per paneel, zodanig dat ook hier een CSM-wand met dikte 550 mm kon worden toegepast. Compartimenteringswanden Ter plaatse van de inpandige bouwkuipen (onder de bestaande bouw) bevinden zich compartimenteringswanden, ook uitgevoerd met CSM-wanden. Hier zijn deze gewapend met zwaardere profielen, tot HEB 300. Naast een kerende functie, hadden deze namelijk ook de functie om de verticale belasting uit het vijzelframe, dat de bestaande constructie opvangt, af te kunnen dragen naar de onder- grond. Dit zodanig dat naastgelegen panelen van de compartimenteringswand kunnen worden doorbroken en in een latere fase het definitieve betonwerk zou kunnen worden gerealiseerd. Paleis Het Loo (3) 38? CEMENT 4 2021 In het referentieontwerp was voor de inpandige bouwkuipen ter plaatse van de twee hoekpa - viljoens, de oostvleugel en onder het Corps de Logis gekozen voor bouwkuipen met jetgroutwanden. Jetgrouten is een techniek waarbij onder hoge druk grond wordt gemengd met een mengsel van water en cement. Dit resulteert in in de grond gevormde ronde kolommen die overlappend zijn aangebracht. Hiermee kunnen grond- en waterdichte bouwkuip- wanden worden gerealiseerd. De jetgrouttechniek is hier met name interessant omdat deze met kleine stellin - gen vanuit binnenuit de bestaande bebou - wing kan worden toegepast. Dit biedt een uitkomst voor de beperkte ruimte in deze inpandige bouwkuipen (foto 11 en 12). In het uiteindelijke ontwerp is beslo- ten de bouwkuip onder het Corps de Logis, in afwijking van het referentieontwerp, uit te voeren als een hardgelkuip (zie verder het deel 'Hardgelbouwkuip'). De overige inpan - dige bouwkuipen zijn wel met jetgoutwan - den uitgevoerd. Wel is het jetgroutpatroon uit het referentieontwerp nader geoptimali - seerd, op basis van ruime ervaring met de techniek (fig. 13). Dit was nodig omdat voor het inbrengen van de jetgroutlansen reke- ning moest worden gehouden met de be- staande staalfundering (metselwerk), de beperkte ruimte en onverwachte overige obstakels in de bodem. De jetgroutwanden zijn gewapend met centrale staven GEWI Ø32 en Ø40. Verankering In het referentieontwerp waren de drie jet- groutwanden van de kleine bouwkuipen rondom met groutankers verankerd. De bestaande gemetselde staalfundering zou hiermee, naast de sowieso al zeer beperkte inpandige ruimte om een ankermachine op te stellen, een fysiek obstakel vormen voor het uitlijnen van de ankerboorrail (nodig voor het wegboren van de ankerbuizen). Daarnaast was aanvankelijk voorzien dat eerst de klei - ne bouwkuipen van de onderaansluitingen gereed zouden komen en pas daarna de centrale bouwkuip. Deze volgorde moest omwille van de planning worden aangepast. Om deze redenen werd de veranke- ring van de jetgroutwanden vervangen door een ruitvormig stempelraam. Hiermee kon nog een ander voordeel worden gerealiseerd, namelijk dat klein graafmaterieel vanaf het stempelraam zou kunnen werken om de kleine kuipen in de eerste fase inpandig te ontgraven. De diepere ontgraving en vervol - gens de stort van het onderwaterbeton vond eveneens plaats met klein equipment, in verband met de beperkte ruimte. Uitdaging bij deze aanpassing was dat in de eindfase de kleine bouwkuipen driezij- dig door grond worden belast. Het afsteunen van de achterwand, via het stempelraam, op de dan ook nog eens deels weggesloopte compartimenteringswand ging niet. Deze wand moet namelijk vervormingsvrij de gevijzelde hoektorens/oostvleugel dragen. Daarom werd ervoor gekozen de ankers in de achterwanden te handhaven. Het Jetgroutwanden Voor de inpandige bouwkuipen zijn jetgroutwanden toegepast. Deze zijn deels verankerd met een ruitvormig stempelraam en deels met van buitenaf aangebrachte ankers. De jetgrout- techniek is hier met name interessant omdat deze met kleine stellingen vanuit binnenuit de bestaande bebouwing kan worden toegepast CEMENT 4 2021 ?39 11 Inpandige bouwkuip met jetgroutwanden en en gesloopte CSM-compartimenteringswand, foto: Koen Mol Fotografie 12 Jetgrouten inpandig in kleine ruimte, foto: Koen Mol Fotografie 11 12 Paleis Het Loo (4) 40? CEMENT 4 2021 aanbrengen van deze ankers werd van bui - tenaf gerealiseerd. Ze werden vanaf een schottenplateau door de ramen van Paleis Het Loo aangebracht (foto 14). De belasting vanuit de zijwanden van de kleine bouwkuipen zou dan echter via de schoorstempels van het stempelraam nog steeds op de compartimenteringswand afdragen. Voor het initiële uitgangspunt, zijnde dat de centrale bouwkuip nog niet was ontgraven en er voldoende passieve steun van die grond zou zijn, zou dat geen probleem vormen. Alleen in de eindfase, wanneer ook de centrale bouwkuip (nat) zou worden ontgraven en de compartmen - teringswand vrij zou komen te staan, zou deze belasting dan met trekstangen naar de achterwanden kunnen worden afgedra - gen. Echter toen de hoofdplanning wijzigde en de centrale bouwkuip eerder ten opzichte van de kleine bouwkuipen zou worden gere- aliseerd, had dit ook consequenties voor het stempelraam. Het vooraf aanbrengen van trekstangen lijkt dan een simpele oplossing, maar zou het ontgraven in de weg zitten. Aanvullend is er daarom voor gekozen voor deze fase ook schuine ankers in de haaks op de centrale bouwkuip aansluitende wanden aan te brengen, zodat hiermee het globale horizontale evenwicht kan worden gewaar- borgd. 13 Jetgroutpatroon 14 Ankers inpandige bouwkuipen boren vanaf plateau door het gevelraam Het aanbrengen van de ankers in de achterwanden werd van buiten - af gerealiseerd 13 14 CEMENT 4 2021 ?41 Bij een hardgelbouwkuip worden diverse injectiepunten met lansen aangebracht. Door vervolgens te injec- teren wordt de zandbodem, dat wil zeggen het zandkorrelskelet, verlijmd. Door overlap van de injectiepunten kan zodoende een wand/vloer/bouwkuip worden gerealiseerd. Deze techniek is eerder onder meer toege- past bij het Mauritshuis voor een diepe lift- put onder een op staal gefundeerd gebouw. Deze techniek had bij het Paleis Het Loo als voordeel dat er minder spoil was ten opzich - te van de jetgrouttechniek. Ook de vloeren zijn met een hardgel (in plaats van zwaar onderwaterbeton) gerealiseerd. Uitdaging hierbij vormden de beperk - te werkruimte in de gewelfkelder en de bestaande, soms conflicterend aanwezige dragende muren en bestaande fundering om de injectielansen aan te kunnen 15 Corps de Logis met hardgelbouwkuip Hardgel­ bouwkuip Om de wanden onder het Corps de Logis te realiseren, waar ook sprake was van een relatief kleine bouwkuip, is een zogenoemde hardgelbouwkuip toegepast. 15 Paleis Het Loo (5) 42? CEMENT 4 2021 brengen. Met een 3D-beschouwing, waarbij een goede inmeting van het bestaande pand essentieel bleek, is een uitgebreid 3D-boor- plan uitgewerkt, om zowel ter plaatse van de wanden als ter plaatse van de vloeren de injectiepunten in te kunnen brengen. De hardgelbouwkuip is aan de achterzijde verankerd met twee groutankers. Aan de pleinzijde wordt hij ondersteund door het stempelraam van de grote bouwkuip (voor- plein Corps de Logis) (fig. 16). 16 Inpandige hardgelbouwkuip onder Corps de Logis (bovenzijde figuur); aan onderzijde het voorplein van het Corps de Logis met stempelraam 17 Injecteren van eerder geplaatste manchettebuizen en injectiepunten t.b.v. formeren wanden en vloeren van hardgelbouwkuip Corps de Logis Uitdaging bij het aanbrengen van de hardgel - bouwkuip vormden de beperkte werk - ruimte in de gewelfkelder en de bestaande muren en fundering 16 17 CEMENT 4 2021 ?43 Bij het onderzoek naar de bestaande bebouwing en het bouwhistorisch onderzoek is vast gesteld dat vanaf de oor- spronkelijke bouw tot aan de laatste verbouwing in de jaren tachtig de bestaande fundering gefaseerd eenzijdig is ontgraven. De grootste ontgraving vond plaats bij de westvleugel. Bij controle bleek dat het draagvermogen van de fundering op staal tekort kwam en dat er alleen evenwicht 18 Injectielansen voor herstel van het draagvermogen van de fundering met microcementinjecties Funderings­ versterkende injecties Om het draagvermogen van de fundering onder de bestaande bouw te herstellen is duurzame microcementgrondinjectie aangebracht. 18 Paleis Het Loo (6) 44? CEMENT 4 2021 mogelijk zou zijn door een inklemmingseffect van de fundering door een horizontale opsluiting tussen de betonnen beganegrond - vloer en de grond aan de buitenzijde. Om het draagvermogen van de funde- ring in de bouwfase te waarborgen, is beslo- ten een duurzame microcementgrondinjec- tie (injectie met fijnere cementdeeltjes) van 1,0 m aan te brengen onder de bestaande funderingen langs de Bassecour tot 2 à 3 m onder het maaiveld (foto 18, fig. 19). Micro- cement is het enige funderingsversterkend injectiemiddel in de grond in staat om een ontwerplevensduur van 50 jaar en langer te realiseren. Dit in tegenstelling tot gelinjecties. Uit de voorafgaand aan het werk uitge- voerde proefinjecties bleken stoorlagen aan - wezig. Ten behoeve van de injecteerbaarheid is daarom een extra fijne maling van het cement toegepast. Om verschilvervorming en relatieve rotaties van de wanden, met oog op de vervormingseisen, te minimaliseren, is er ook onder de wanden, die haaks op de inpandige bouwkuipen aansluiten, aanvul - lend geïnjecteerd zodat deze hun belasting op dieper niveau afdragen. 19 Doorsnede fundering westvleugel met microcemengrondinjectie 19 Ten behoeve van de injecteer- baarheid is een extra fijne maling van het cement toegepast microcementgrondinjectie i.v.m. ontgraving aan straatzijde CEMENT 4 2021 ?45 Om de inpandige bouwkuipen bij het Corps de Logis (hardgelbouw - kuip), de oostvleugel en de ooste- lijke en westelijke hoekpaviljoens ( jetgroutbouwkuipen) te kunnen realiseren, moesten opvang- en vijzelconstructies worden gerea - liseerd. De gevels zijn met inpandige staalconstructies gestabiliseerd, zodat daar- na de bestaande vloeren en wanden konden worden gesloopt om ruimte te maken voor de bouwactiviteiten. Deze bouwdelen rusten initieel op hun staalfundering. Ter realisatie van de bouw - kuipen, en in latere fase de definitieve beton - kelderwanden, moesten de gevels, versterkt met de staalconstructie, de belasting gecon - troleerd overdragen naar een tijdelijke hulp - constructie. Door de metselwerkwanden zijn stalen balken geplaatst die aansluiten op de opvangconstructie. De balken met daartus - sen vijzels rusten op een stalen balkrooster, die de belasting weer afdraagt op de omlig - gende bouwkuipwanden (CSM- of jetgrout - wanden) (foto 20). Per bouwkuip moest wor - den voorzien in een uitgebreid vijzelplan. Vervormingen Om aan de stringente vervormings(hoekver- draaiings)eisen te voldoen moest vooraf 20 Opvangconstructie in inpandige bouwkuip, foto: Koen Mol Fotografie Opvang­ constructies en vijzelwerk Om de inpandige bouwkuipen te kunnen realiseren, moesten opvang- en vijzelconstructies worden toegepast. 20 De gevels moesten de belasting gecontroleerd overdragen naar een tijdelijke hulpconstructie Paleis Het Loo (7) 46? CEMENT 4 2021 een goede voorspelling worden gemaakt van de te verwachte vervormingen, onder andere om de benodigde maximale vijzelslag vooraf goed in te schatten. Maar ook om te antici - peren op de ontwikkeling van de vervorming over de verschillende bouwfasen van de bouwkuip, die per locatie van de balken ook verschilt. Vervorming van de bouwkuipwand over de bouwfasen leidt immers tot (beperk - te) zakking van het maaiveld en dus de aan -sluitende, nog wel op staal gefundeerde ge- vel. Dit terwijl het aansluitende, net wel gevijzelde bouwdeel direct op de bouwkuip- wand gaat afdragen en daarmee een relatief star steunpunt vormt. Dit 'knikpunt' bleek al een relatief grote hoekverdraaiing op te leveren, verder verstrekt door de belastingaf - dracht door doorbuiging van de hoofdliggers en stekers van het vijzelframe ten gevolge van de gevelbelasting. Daarbij moest er nog rekening worden gehouden met onzekerheid omtrent de belastinggrootte uit de bovenbouw en het bijdragende gedeelte van de gevels. Uitgebreide analyse in Plaxis 3D met betrekking tot de verschillende vervormin - gen in de verschillende bouwfasen en op de verschillende locaties hebben hiermee ge- holpen. Door het in het vijzelplan aanhouden van een bandbreedte op de geprognotiseerde vervorming en actieve monitoring tijdens de initiële vijzeling, konden de diverse bouwde- len uiteindelijk succesvol, dat wil zeggen zonder schade aan gevels, worden gevijzeld. Contractueel was een eenmalige correctie van de vijzelconstructies voorzien ter com - pensatie van mogelijk te grote vervormin - gen. Deze bleken echter niet nodig dankzij de nauwkeurige onderbouwing voorafgaand aan de uitvoering en en doorgaande monito- ring tijdens de bouw en onderhoudsperiode. In 2021 zijn alle bouwdelen ook weer succesvol teruggevijzeld op het definitieve betonwerk. 21 Vijzelconstructie, bestaande uit aangegoten doorstekers, de ter bescherming ingepakte hydraulische borgmoervijzels, en stalen onderslagboxliggers, foto: Koen Mol Fotografie 22 Gevijzeld oostelijk hoekpaviljoen, foto: Koen Mol Fotografie 21 22