NL1003584C2 - Werkwijze voor het consolideren van waterhoudende grond. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het consolideren van waterhoudende grond.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het consolideren van waterhoudende grond, met name op het geforceerd . 5 consolideren van slecht doorlatende, samendrukbare grondlagen.

Het is bekend om klei- en veenlagen versneld te ontwateren door deze eerst te voorzien van verticale drainagekanalen en deze lagen daarbij onder belasting te brengen. Door de aangebrachte belasting wordt een overdruk op het poriënwater in de klei- of veenlagen 10 uitgeoefend. De verticale drainage-kanalen zorgen voor een sterk verbeterde afvoer van het grondwater. Met deze wijze van ontwateren wordt tevens bereikt dat water in de bodem in horizontale richting naar de drainagekanalen kan stromen, waardoor optimaal gebruik wordt gemaakt van een eventuele gelaagdheid in de grondopbouw. Bij gelaagde 15 grondopbouw is de doorlatendheid van de bodem in horizontale zin als regel een factor 10 groter dan die in verticale zin. Bij het op deze wijze consolideren van de grondlaag wordt de grond op een gecontroleerde wijze belast. Hierbij wordt zorg gedragen dat de belasting niet zodanig snel wordt aangebracht en/of zodanig hoog 20 wordt uitgevoerd dat het grondmassief dat de belasting vormt kan afschuiven. Door het moeten handhaven van de stabiliteit van de belasting is de snelheid waarmee ontwatering kan worden geforceerd beperkt.

Bij de bovengenoemde methode van consolideren kan op het 25 maaiveld over de bovenzijde van de verticale drainagekanalen een horizontale drainagelaag worden aangebracht. Deze bestaat veelal uit een laag zand met een dikte van bijvoorbeeld 0,3 meter of meer. Deze laag vangt het grondwater op, dat via de drainagekanalen de grond verlaat. Een speciale uitvoeringswijze is die, waarbij deze laag 30 wordt afgedekt met folie, waarvan de randen in de grond worden ingegraven tot beneden de grondwaterspiegel. Hierdoor wordt het mogelijk om een onderdruk aan te brengen in de drainagelaag en in de verticale drainagekanalen die op de drainagelaag aansluiten. Door het drukverschil tussen de onderdruk in het drainagesysteem en de 35 atmosferische druk daarbuiten wordt een belasting op de ondergrond gevormd. Door deze belasting wordt het geforceerde consolidatieproces in gang gezet. Het voordeel van het aanbrengen van een onderdruk is dat deze eenvoudiger kan worden aangebracht en verwijderd dan een 1003584.

2 dikke laag ophoogzand. Verder kan direct de maximaal haalbare onderdruk worden aangebracht zonder risico van afschuiven van de te behandelen ondergrond. Hierdoor kan met deze consolidatiewijze een voorbepaalde graad van consolidatie sneller worden bereikt dan met . 5 een bovenbelasting door middel van een grondlichaam. Verder is deze werkwijze effectief aangezien het aangebrachte drukverschil in de drie hoofdrichtingen even groot is.

Een nadeel van de hierboven beschreven consolidatiewerkwijze is dat in de drainagelaag geen grotere onderdruk in de op het maaiveld 10 gelegen drainagelaag kan worden bereikt dan 6-7 meter waterkolom. De onderdruk in de waterverzadigde grond neemt per meter diepte met 0,1 bar af zodat op 6 meter diepte atmosferische druk heerst. Verder komt op veel plaatsen in de grond gas en/of lucht vrij vanwege de drukverlaging in het grondwater. Door deze gasvorming neemt het af te 15 pompen volume in omvang toe hetgeen ten koste gaat van de efficiëntie van het bemalingssysteem.

Een verder nadeel van de boven omschreven werkwijze is, dat alle verticale drainagekanalen via de drainagelaag met elkaar zijn verbonden, zodat het gehele systeem erg gevoelig is voor lekkage. Het 20 is daarom in de praktijk vaak moeilijk om de gewenste onderdruk gedurende langere tijd te handhaven. Het gehele systeem is gevoelig voor een enkel lek. Dat klemt te meer als bedacht wordt, dat de verticale drainagekanalen bij de gangbare methoden toegepast worden in aantallen van 2.000 tot 10.000 stuks per hectare.

25 Het is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een werkwijze voor het consolideren van waterhoudende grond waarbij op effectieve en snelle wijze een blijvende volumevermindering van de grond kan worden teweeggebracht. Het is tevens een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een systeem waarmee een 30 relatief grote onderdruk in de grond kan worden aangebracht. Het is verder een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een dergelijke werkwijze waarbij een relatief klein aantal eenvoudig te bedienen pompen kunnen worden toegepast die weinig onderhoudsgevoelig zijn, die niet nadelig worden beïnvloed door het grondwaterpeil, en 35 die op een groot aantal verschillende diepten toepasbaar zijn.

Hiertoe omvat de werkwijze volgens de uitvinding de stappen van: aanbrengen van een ontwateringselement in de grond tot onder de grondwaterspiegel, 1 0 0 3 5 8 A .

3 plaatsing van een pomp in het ontwateringselement onder de grondwaterspiegel, toevoer van een pompvloeistof aan de pomp door een toevoerleiding, 5 en afvoer van de pompvloeistof en ten minste het rond de pomp aanwezige grondwater door meevoering van het grondwater met de pompvloeistof door de afvoerleiding.

Door toepassing van een pomp waarbij de pompwerking wordt verkregen door de pompvloeistof, kan deze pomp op iedere gewenste 10 positie in het ontwateringselement worden aangebracht. Door de pomp volgens de uitvinding wordt het grondwater omhoog geperst in plaats van gezogen.

Met behulp van een pomp volgens de uitvinding, zoals een venturipomp, kan een onderdruk van ten minste 9 meter waterkolom 15 worden opgewekt. Wanneer de venturipomp volgens de uitvinding op 5 meter diepte wordt geplaatst, is het effect bij een grondwaterstand die één meter onder het maaiveld ligt, een onderdruk van 13 meter waterkolom. Bij de bekende methoden wordt een onderdruk van niet meer dan één meter waterkolom verkregen. Doordat een groot drukverschil 20 kan worden opgewekt met de venturipomp volgens de onderhavige uitvinding kan een voldoende samendrukking van de grond binnen een relatief korte tijd worden bereikt.

Bij ontwateringselementen die van boven open zijn zodat lucht daarin kan binnentreden, wordt door toepassing van de pomp volgens de 25 uitvinding de waterstand verlaagd. Door de verlaging van de grondwaterstand neemt door het boven water komen van de grond en het ontbreken van de opwaartse kracht van het grondwater daarop, de belasting toe waardoor consolidatie wordt bereikt.

Bij ontwateringselementen die zijn afgesloten van de omgeving 30 door een bovenafdekking, zodat toetreding van lucht wordt verhinderd, wordt een onderdruk bereikt. Deze onderdruk verzorgt de belasting op de grondlaag die voor consolidatie zorgt.

Met "ontwateringselement" wordt een in de grond aangebrachte structuur bedoeld met een grotere porositeit dan de omringende 35 grondlaag. Het ontwateringselement kan bijvoorbeeld een schacht omvatten met een diameter van bijvoorbeeld 10 cm of meer. Deze schacht kan zijn gevuld met zand of een ander relatief poreus materiaal zoals bijvoorbeeld steenslag of grind. Het 1003584.

4 ontwateringselement kan eveneens worden gevormd door een verticale wand uit relatief doorlatend materiaal met een lengte van enkele honderden meters, een diepte tussen 1 en 7 meter en een breedte van tussen 5 cm en 25 cm. Als ontwateringselement kan men eveneens een . 5 strook filterdoek toepassen die verticaal in de grond wordt ingebracht.

In het geval de ondergrond zelf relatief doorlatend is, zoals een ondergrond uit zand, kan het ontwateringselement bijvoorbeeld enkel een buisvormig element omvatten met daarin de pomp volgens de 10 uitvinding. Voor dit soort gronden zal de grondwaterstand dalen, en zal, gezien de geringe samendrukbaarheid, een geringe consolidatie worden verkregen.

Pompen werkend met een pompvloeistof zijn zeer eenvoudig van constructie aangezien zij geen mechanisch bewegende delen omvatten en 15 kunnen relatief klein worden uitgevoerd zoals bijvoorbeeld met een diameter van ongeveer 10 centimeter en een lengte van ongeveer 20 centimeter. Hierdoor zijn dergelijke pompen weinig onderhoudsgevoelig en kunnen zij eenvoudig in bijvoorbeeld een relatief smalle ontwateringsschacht, of een relatief nauw buisvormig element worden 20 aangebracht waarbij bochten hierin geen belemmering vormen bij het inbrengen. Verder kan met dergelijke pompen een relatief hoge drukverlaging worden bereikt die 50% hoger kan zijn dan met de gangbare motor-aangedreven pompen gebruikelijk is. Hierdoor wordt een grotere efficiëntie verkregen en kan de gewenste consolidatiegraad 25 sneller worden bereikt dan bij bekende methoden of kan in dezelfde tijd een hogere graad van consolidatie worden bereikt.

Bij voorkeur wordt de pomp gevormd door een venturipomp met een pompcapaciteit van ten minste 1 m3 per uur, bij voorkeur tussen 1 en 10 m3 per uur.

30 Bij voorkeur wordt zowel gas, als het grondwater rond de pomp verwijderd via de afvoerleiding door meevoering met de pompvloeistof. In het algemeen zal met de pomp eerst gas worden weggepompt dat boven het water ligt. In een volgend stadium wordt veel gas en weinig water gepompt en uiteindelijk wordt een mengsel van gas en water weggepomp 35 aangezien bij het oplopen van de onderdruk voortdurend gas vrijkomt en dit doorlopend wordt meegevoerd. Door met de pomp niet alleen het water uit de bodem te verwijderen maar eveneens het gas, zoals lucht, kan een zeer snelle en effectieve inklinking van de grond worden 1003584.

5 bewerkstelligd. Het is gebleken dat door verwijdering van zowel water als gas uit een waterhoudende ondergrond, de inklinktijd met een factor 2 tot 8 kan worden versneld, bijvoorbeeld van 1 tot 3 maanden, in tegenstelling tot inklinktijden van 6 maanden tot 1 jaar zoals bij 5 de bekende versnelde consolidatiemethoden. De werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder geschikt om bouwterreinen en tracées versneld geschikt te maken voor bebouwing en er voor te zorgen dat bij de oplevering de nog te verwachten verzakking van het maaiveld zo klein mogelijk is en bij voorkeur verwaarloosbaar. In dat geval zullen 10 kabels en leidingen maar ook spoorwegen en verhardingen van wegen, straten, pleinen, trottoirs, tuinen en dergelijke geen zakking meer ondergaan nadat een behandeld gebied is opgeleverd. Hierdoor kan een grote besparing van kosten voor onderhoud worden verkregen.

Door toepassing van de consolidatiemethode volgens de 15 uitvinding is het eveneens mogelijk om stroken grond te consolideren waar straten en/of tuinen komen terwijl langs deze stroken waar geconsolideerd wordt bouwwerkzaamheden worden uitgevoerd. Aangezien de bouwwerkzaamheden op de samendrukbare grond vergezeld gaan met het aanbrengen van heipalen, zal ter plekke van de bouwwerkzaamheden zelf 20 geen consolidatie mogelijk zijn.

Aan de toevoeropening van het ontwateringselement, zoals een met zand gevulde schacht, of een buisvormig element kan een in hoofdzaak luchtdichte afdichting worden aangebracht. Indien in de bodem een buisvormig element is aangebracht met een gesloten buiswand 25 en met een in de grond gelegen, afgesloten buisuiteinde, dat is voorzien van perforaties in welk buisvormig element de pomp is geplaatst, kan de afdichting worden gevormd door een kap over het boven de ondergrond gelegen uiteinde van dit buisvormige element. Een dergelijke kap, geplaatst op het blinde deel van dat buisvormige 30 element is essentieel voor het verkrijgen van een voldoende onderdruk.

Bij voorkeur worden voor een effectieve ontwatering een veelheid van ontwateringselementen in de grond aangebracht. Bij voorkeur omgeeft ieder ontwateringselement een respectief buisvormig 35 element waarin een pomp is gelegen. Zo kan bijvoorbeeld met één ontwateringselement en één daarin aangebrachte pomp volgens de uitvinding een strook van 100 bij 5 meter worden geconsolideerd, zodat per hectare terrein maar 20 ontwateringselementen en pompen 1003584.

6 zijn vereist. Voor een zakkingssnelheid van 30 ram/etmaal moet dan 15 m3 water/gas onder atmosferische druk worden afgevoerd. Bij deze hoeveelheid komt lekwater dat door de grond vanaf de zijden of de onderkant toestroomt en/of neerslag op het terreinoppervlak. Een . 5 pompcapaciteit van 1-3 m3 per uur is voldoende om de grond te consolideren.

Wanneer bij een veelheid van ontwateringselementen ieder ontwateringselement wordt voorzien van een eigen pomp, heeft dit als voordeel dat bij het aanzuigen van een overmaat van gas door één 10 pomp, bijvoorbeeld door het lek raken van de afdichting, of het defect raken van een pomp, dit geen nadelige invloed heeft op de andere pompen die hiervan onafhankelijk zijn. Bij voorkeur is iedere pomp voorzien van een controle-inrichting voor het bepalen van een drukverschil over de respectieve pomp. Hierdoor kan op efficiënte 15 wijze worden gecontroleerd of deze pomp geen overmaat aan lucht aanzuigt en of de afdichting vervangen dient te worden.

Bij bekende pompen treedt veelal het probleem op dat het in het grondwater aanwezige ijzer door uitvlokken de pompen en de leidingen verstopt. Bij de onderhavige pompinrichting kan dit op doelmatige 20 wijze worden voorkomen door het toevoegen van een zuur aan de pompvloeistof.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekening. In de tekening toont: 25 Figuur 1 een schematische weergave van een in de ondergrond geplaatste pomp volgens de uitvinding en

Figuur 2 een schematische detailweergave van een venturipomp volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een ondergrond 1 met een grondwaterspiegel 3. In 30 de ondergrond 1 is een buisvormig element 5 aangebracht met een verticaal gedeelte 6 en een horizontaal gedeelte 7. De buis 5 is in het verticale gedeelte 6 "blind" uitgevoerd en is in hoofdzaak ondoordringbaar voor water en lucht. Het blinde gedeelte van de buis 5 kan bijvoorbeeld 25 m lang zijn. Het in de ondergrond gelegen 35 uiteinde van de buis 5, die een diameter heeft van bijvoorbeeld 10 cm, is voorzien van perforaties 8 waardoor het grondwater in de buis 5 kan binnendringen. In de buis 5 is een venturipomp 9 gelegen met een flexibele toevoerleiding 11 en een flexibele afvoerleiding 12.

1 0 0 3 5 8 4 .

7

Door de toevoerleiding 11 wordt via een centrifugaalpomp 13 een pompvloeistof, zoals bijvoorbeeld water, toegevoerd aan de venturipomp 9 bij een druk van een aantal atmosfeer, bijvoorbeeld 10 atmosfeer overdruk. Door de pompvloeistof wordt aan de toevoerzijde 5 van de venturipomp 9 een onderdruk gevormd en worden vloeistof en gas door de pompvloeistof meegevoerd via de afvoerleiding 12 bij een ten opzichte van de toevoerleiding 11 lagere druk en hogere debiet. Met behulp van de venturipomp 9 kunnen tussen 1 en 10 m3 water en/of gas per uur uit de ondergrond 1 worden verwijderd.

10 Zoals getoond in figuur 1, is de buis 5 in een ontwateringselement 13 gelegen. Het ontwateringselement 13 strekt zich bijvoorbeeld tot een diepte van 7 meter onder het oppervlak van de ondergrond 1 uit en heeft een dimensie, loodrecht op het vlak van tekening, van ongeveer 25-30 centimeter. Het ontwateringselement 13 15 is bij voorkeur gevuld met een poreus materiaal zoals zand of steenslag. Bij voorkeur zijn een aantal ontwateringselementen 13 parallel aan elkaar in de ondergrond aangebracht op een onderlinge afstand van bijvoorbeeld 5 meter, zodat bijvoorbeeld iedere strook van 100 m x 5 m een ontwateringselement omvat. Ieder 20 ontwateringselement is voorzien van een eigen venturipomp 9. Het is eveneens mogelijk om meerdere venturipompen 9 aan te brengen in een enkel ontwateringselement, bijvoorbeeld aan beide uiteinden daarvan. Het water uit de ondergrond 1 zal naar de dichtsbi jgelegen ontwateringselementen 13 toevloeien, waaruit het wordt afgevoerd via 25 de perforaties 8 in de buis 5. Aan de bovenzijde van de buis 5 is een afdichting 15 aangebracht in de vorm van bijvoorbeeld een kunststof kap waardoor wordt voorkomen dat lucht langs de bovenzijde van de ontwateringsschacht bij de venturipomp 9 kan komen. Met de ontwateringsconstructie volgens de uitvinding kan iedere strook van 30 100 m x 5 m per etmaal 30 mm worden ingeklonken.

Op de ondergrond 1 kan een bovenbelasting worden aangebracht in de vorm van een additionele laag van grond of zand en/of water. In dat geval is een verlenging van de buizen 5 tot boven de grondafdekking op eenvoudige wijze mogelijk om de pompen 9 met hun 35 toevoerleidingen 11 en afvoerleidingen 12 in de buizen 10 te kunnen plaatsen en na afloop te kunnen terugwinnen.

Bij voorkeur wordt de hierboven beschreven ontwateringsconstructie toegepast in slecht-doorlatende ondergronden, 1003584.

8 zoals klei of veen. Toepassing van de ontwateringsmethode door plaatsing van een venturipomp in een ontwateringsschacht of -buis is eveneens mogelijk bij beter doorlatende ondergronden zoals bijvoorbeeld zand. Hierbij is het niet noodzakelijk dat naast een 5 buisvormig ontwateringselement een verder ontwateringselement wordt toegepast.

Figuur 2 toont een schematische weergave van een venturipomp 9 volgens de onderhavige uitvinding. Door een opening 19 van een inwendige buis 20 wordt de pompvloeistof B toegevoerd. Door de 10 pompvloeistof die via een mondstuk 22 met een hoge snelheid uit de inwendige buis 20 treedt, ontstaat aan de toevoeropening 17 van de pomp 9 een onderdruk. Hierdoor wordt rondom de pomp aanwezig grondwater en gas via de richting van de pijl A aangezogen in de toevoeropening 17. Via de afvoeropening 18 van de pomp wordt de 15 pompvloeistof B en het aangezogen gas en/of water A afgevoerd. Een geschikte venturipomp heeft een lengte van 320 millimeter en een grootste breedte van 70 millimeter. Dergelijke pompen worden gefabriceerd door Grundfoss onder typenummer 900216. De maximale af voer van de pompen bedraagt 2,5 m3/uur. De aansluitingen voor de 20 toevoerleiding 11 en de afvoerleiding 12 zijn bij een dergelijk type pomp vlak naast elkaar in dezelfde richting georiënteerd. De toevoeropening 17 ligt aan de tegenovergestelde zijde. Met behulp van de relatief stijve leidingen kan de venturipomp in een buis met een inwendige diameter van 10 cm worden ingebracht met de toevoeropening 25 17 naar voren.

Op voordelige wijze kan aan de pompvloeistof B een zuur worden toegevoegd voor het oplossen van in het grondwater aanwezig ijzer zodat de venturipomp 9, de toevoerleiding 11 en afvoerleiding 12 hierdoor niet verstopt raken.

30 Een deel van het afgevoerde water A + B kan weer opnieuw als pompvloeistof B worden gebruikt.

1003584.

Claims (11)

1. Werkwijze voor het consolideren van waterhoudende grond (1) met een grondwaterspiegel (3), omvattende de stappen van: 5. aanbrengen van een ontwateringselement (5,13) in de grond (1) tot onder de grondwaterspiegel, plaatsing van een pomp (9) in het ontwateringselement (5,13) onder de grondwaterspiegel (3), toevoer van een pompvloeistof aan de pomp (9) via een 10 toevoerleiding (11), en afvoer van de pompvloeistof en ten minste het rond de pomp aanwezige grondwater door meevoering van het grondwater met de pompvloeistof via een afvoerleiding (12).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, roet het kenmerk, dat de pomp (9) een venturipomp omvat met een pompcapaciteit van tenminste 1 m3 per uur, bij voorkeur tussen 1 en 10 m3 per uur.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat zowel 20 gas als het grondwater rond de pomp (9) wordt verwijderd via de afvoerleiding (12) door meevoering met de pompvloeistof.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat rond een toevoeropening van het ontwateringselement een in hoofdzaak 25 luchtdichte afdichting (15) wordt aangebracht.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ontwateringselement (13) een buisvormig element (5) omvat met een in de grond gelegen buisuiteinde waarbij de buiswand 30 nabij het in de grond gelegen uiteinde is voorzien van perforaties (8).

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat het ontwateringselement (13) een verticaal gerichte wand 35 omvat uit een poreus materiaal, in welke wand de pomp (9) wordt aangebracht.

7. Werkwijze volgens conclusies 5 en 6, met het kenmerk, dat het 1003584. v onwateringselement (13) wordt gevormd door het graven van een sleuf in de ondergrond (1), plaatsing van het buisvormig element (5) in de sleuf en het vullen van de sleuf met een poreus materiaal zoals zand. .5 Θ. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ontwateringselement een breedte heeft tussen 5 cm en 40 cm, een lengte tussen 1 meter en 500 meter en een diepte tussen 1 en 10 m.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een veelheid van ontwateringselementen in de grond wordt aangebracht met ieder een eigen pomp, zoals niet meer dan 100 pompen per hectare, bij voorkeur niet meer dan 20 pompen per hectare.

10. Werkwijze volgens conclusie 6,7,8 of 9, waarbij een aantal ontwateringselementen onderling parallel is gelegen met een onderlinge afstand tussen 0.5 m en 5 m, bij voorkeur ongeveer 2,5 m.

11. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het 20 kenmerk, dat de pomp of een daarmee verbonden toevoereenheid van pompvloeistof is voorzien van een controle-inrichting voor bepaling van het drukverschil over de respectieve pomp.

12. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het 25 kenmerk, dat een oplosmiddel wordt toegevoerd aan de pompvloeistof, zoals bijvoorbeeld een zuur. 1003584.