Geocell als basis voor gewapende grondconstructies bij project aansluiting Lemmerweg – A7 Sneek

Aan de zuidzijde van Sneek wordt de bestaande rondweg opgewaardeerd tot een kruisingsvrije autosnelweg. Een onderdeel van dit project is de aanleg van de aansluiting van de Lemmerweg met de nieuwe autosnelweg A7. Deze aansluiting wordt uitgevoerd als een ongelijkvloerse kruising in de vorm van een hooggelegen ovale rotonde (ovatonde).

De aannemer van dit 7,5 miljoen kostende Design en Construct project is MNO-Vervat Noord en MNO-Vervat Beton. Het deel wat MNO-Vervat Noord voor haar rekening neemt zijn de grondwerkzaamheden als voorbelastingen voor de Lemmerweg en het maken van de toe- en afritten in gewapende grond naar de Rijksweg 7 en alle verhardingswerkzaamheden. Het deel voor MNO-Vervat Beton omvat de viaducten Ovatonde, de overkluizingen en de brug Waterstad. In het eerste ontwerp is gekozen voor verticale gewapende grondconstructies voor de toe- en afritten omdat de beschikbare ruimte beperkt is. Het door de opdrachtgever, provincie Fryslân, aangeleverde DO-ontwerp betrof alleen aan de situatie van de gewapende grondconstructies in de eindfase. Omdat de gewapende grondconstructies op een 2 tot 2,5 meter dikke slappe veenlaag wordt gebouwd direct langs de stadsrondweg levert dit bij de uitvoering ervan risico’s op voor de stabiliteit en de vervormingen. Om het project binnen de beschikbare tijd te realiseren zou dit betekenen dat er maatregelen genomen moeten worden als bijvoorbeeld het plaatsen van diepe damwandschermen aan weerszijden van de gewapende grondconstructies en/of een diepe grondverbetering. MNO-Vervat Noord heeft hier een samenwerking gezocht met Ingenieursbureau Geologics om hiervoor een meer kosteneffectieve oplossing te ontwerpen. De (geotechnische) omstandigheden bij dit project zorgde ervoor dat hier een geocell-constructie uitermate geschikt is waarop vervolgens de gewapende grondconstructies gebouwd kunnen worden. Geologics heeft de ontwerpberekeningen voor zowel de geocell-constructie als ook de gewapende grondconstructie gemaakt. Om het effect van deze constructie en de vervormingen van de ondergrond, de bestaande rondweg en de gasleiding te bepalen zijn door Fugro ingenieursbureau Plaxis berekeningen uitgevoerd. MNO-Vervat heeft dit uitgewerkte voorstel bij de opdrachtgever neergelegd als een oplossing die in de praktijk te realiseren valt. Na toetsing van het ontwerp is er door de opdrachtgever groen licht gegeven om met deze oplossing te beginnen.

De geocell-constructie bestaat uit een samengestelde cellen-achtige driehoekstructuur van verticaal gezette 1 meter hoge Tensar uni-axiale geogrids. De cellen worden gevuld met een grofkorrelig materiaal. Deze bouwwijze levert een verhoging van de draagkracht op zonder dat er een grondverbetering nodig is. De gevulde geocell biedt al direct bij de aanleg een werkplatform voor het zware werkverkeer op de slappe grondlagen. Het vormt tevens een stijve fundering met een zeer goede belasting –rek verhouding zodat verschilzettingen uitgevlakt worden. Het totale systeem moet sterk maar vooral ook stijf zijn in zijn gedrag. De belangrijkste criteria voor een geocell-constructie zijn het ontstaan van een buigstijve één meter dikke plaat, door de interactie van het grofkorrelige vulmateriaal met de in de cellenstructuur opgestelde geogrids. De grote treksterkte van de geocell zorgt ervoor dat trekscheuren door de ophoging verhinderd worden en dat aan de onderzijde van de ophoging de volle ongedraineerde schuifsterkte (Cu) van de slappe lagen kan worden gemobiliseerd. Hier helpt ook de ruwe onderkant van de geocell, doordat het grofkorrelige aanvulmateriaal door de openingen van het bi-axiale geogrid in de basis dringen. De geocell-constructie benut de maximale afschuifcapaciteit van de slappe funderingslaag en verhoogt in belangrijke mate de stabiliteit. Ongelijke zettingen en zijdelingse uitwijking van de slappe lagen worden tot een minimum teruggebracht. Dit heeft voor het project in Sneek tot gevolg gehad dat de ophoogslagen veel groter kunnen worden aangebracht dan traditioneel het geval zou zijn. De totale bouwtijd van de gewapende grondconstructies kan daarmee aanzienlijk worden bekort, zodat het gehele project binnen de beschikbare tijd kan worden afgerond.

De geocel wordt samengesteld uit eerst een laag bi-axiale geogrid wat op de ondergrond wordt uitgerold. Op deze laag wordt een uni-axiaal geogrid aan de onderzijde vastgemaakt en vervolgens verticaal gezet en opgespannen. Hiervoor zijn aan beide zijden van de geocell houten paaltjes om de meter in de grond gedrukt. Deze 1 m hoge geogrids worden op deze wijze om de meter geplaatst. Tussen deze gespannen banen wordt vervolgens onder 45° een andere baan uni-axiale geogrid aangebracht en op de kruispunten verbonden door middel van een steekstaaf. De samengestelde geocellen worden vervolgens gevuld met een grofkorrelig granulair materiaal. De vier geocellen onder de toe- en afritten langs de rondweg met een totale oppervlakte in bovenaanzicht van ca. 6.000 m² werden in slechts 13 werkdagen samengesteld en gevuld.

Omdat er in Nederland geen rekenmethode voor het ontwerpen van een geocell-constructie bestaat is hiervoor de methode volgens de BS8006 (section 8) gebruikt. Een van de belangrijkste parameters in het ontwerp is de ongedraineerde schuifsterkte van de ondergrond. Hiervoor zijn door Fugro enkele vinproeven uitgevoerd in de slappe lagen. Het resultaat van de proeven is dat op enkele plaatsen een ongedraineerde schuifsterkte van 15 kPa werd gevonden. Omdat de ondergrond wisselend is in zijn draagkracht en er enkele objecten (zoals de rondweg, een fietstunnel en een gasleiding) direct in de nabijheid van de geocell-constructie liggen, is er voor dit project door Fugro een uitgebreid monitoringsplan opgesteld. Door deze monitoring wordt de uitvoering van de gewapende grondconstructie gecontroleerd en kan er eventueel worden bijgestuurd. Het betreft hier metingen van de verdichtingsgraad van de aanvulgrond, deformatiemetingen maar ook waterspanningsmetingen in de ondergrond en de toename van de schuifsterkte van de veenlaag door middel van vinproeven. Om de vervormingen te volgen zijn dwars onder de geocell-constructie 17 zettingsslangen aangebracht. De resultaten hiervan worden vergeleken met de uitkomsten uit de plaxisberekeningen. De horizontale vervormingen van de slappe grondlagen worden gemeten met een 34 tal hellingmeetbuizen die op diverse plaatsen naast de teen van de constructie zijn aangebracht. Om de zettingen en horizontale verplaatsingen van de rondweg te beoordelen zijn hier meetspijkers aangebracht, die regelmatig ingemeten worden, evenals enkele meetpunten aan de zijkant van de gewapende grondconstructie.

Op de geocel wordt vervolgens een gewapende grondconstructie geplaatst met de zogenaamde omslagmethode tot een kerende hoogte van 6 m. Bij een dergelijke omslagmethode wordt het geogrid aan de voorzijde om de laag aanvulgrond heengeslagen en met een verbindingsstaaf (bodkin) aan de bovenliggende laag geogrid vastgemaakt. Aan de binnenzijde van de omslag wordt een zanddicht geotextiel aangebracht. Aan de buitenzijden zijn bouwstaalnetten aangebracht die dienen om de klimplanten die later wordt aangebracht te geleiden. Het ontwerp van de gewapende grondconstructie is gemaakt volgens de Nederlandse CUR198 “Kerende constructies in gewapende grond” richtlijn.

De gewapende grondconstructies zijn medio oktober 2009 gereed en in het voorjaar van 2010 is het totale project afgerond.