Pneumatisch afzinken

Het afzinken van bouwonderdelen is al een lange tijd een gekende bouwmethode, echter zijn maar weinig mensen op de hoogte van de werking van het Pneumatisch afzinken. Maar hoe werkt het nu eigenlijk?

Geschiedenis

Pneumatisch afzinken is een bouwmethode, die in Nederland niet vaak wordt toegepast. In totaal zijn er een 70-tal constructies afgezonken. De eerste maal, dat het principe van afzinken is toegepast, is in 1874 de noordelijke pijler van de Willemsbrug te Rotterdam. In 1890 volgde Amsterdam met enkele caissons voor de bouw van een aantal landhoofden van spoorbruggen.

Onder de Wibautstraat in Amsterdam ligt een lange lijn van afgezonken caissons, die samen de Oostlijn van de metro vormen. Verder zijn er een aantal caissons afgezonken voor de zwaar beveiligde kluizen van de Nederlandsche Bank en ook het Ministerie van Financiën in Den Haag is gebouwd op een afgezonken caisson. Ook de bekende Erasmusbrug in Rotterdam staat op dergelijke caissons. Recent is de startschacht voor de boortunnels van de Westerscheldetunnel en als laatste in Nederland is de startschacht voor de boortunnel van de Noord-Zuidlijn gebouwd en afgezonken.

Bouwmethode

Over het algemeen wordt er gestart met de bouw van de werkkamer boven de grondwaterstand. Dit is de ruimte van waaruit de grond onder het caisson wordt weggehaald, waardoor het caisson uiteindelijk naar de gewenste diepte wordt gebracht. Deze werkkamer wordt gevormd door een grondmodel met taluds van 45 graden. Dit talud wordt afgedekt met golfplaten die onder in de snijrandconstructie worden gevat. Deze stalen snijrandconstructie bestaat uit een stalen UNP300 of UNP400 profiel voorzien van stekken en gesteld op betontegels. Na het stellen van de wand- en vloerkist wordt de betonconstructie van de werkkamer in één keer gestort zonder stortnaden, dit om scheurvorming te voorkomen.

De vloer van de werkkamer is voorzien van diverse doorvoeren. Deze doorvoeren zijn voor toevoer van water, afvoer van het water-grondmengsel, lucht, elektra- en telefoonkabels. Verder ophangbeugels voor slangen, snoeren en ander equipement. Ook is er een grote stalen doorvoer aangebracht waar in een later stadium de personeelssluis op wordt geplaatst.

Hierna wordt het caisson verder afgebouwd met wanden en eventueel een dak. De wanden worden enkele centimeters binnen de randen van de vloer geplaatst om een sponning te maken waar tijdens het afzinken de bentonietsmering in kan vloeien om de wrijvingsweerstand van het caisson tijdens het afzinken te verminderen. De betonconstructie wordt zwaarder uitgevoerd dan gebruikelijk, omdat bij het afzinkproces relatief veel torsiekrachten optreden.

Afzinkproces

Het afzinkproces begint met het maken van een lokatie waar de uitkomende natte gronden tot bezinken kunnen komen en het proceswater wordt verzameld om te worden hergebruikt. Verder worden alle machines voor de luchtdruk aangevoerd. De personeelssluis wordt geplaatst. Verder wordt er rond het caisson een sleuf gegraven, het z.g. “bentonietslootje” en gevuld met bentonietslurry. De hoekpunten van het caisson worden voorzien van meetbakens.

Nu begint het eigenlijke afzinkproces. Dit start met het leegmaken van de werkkamer. Dit geschied nogal provisorisch met een tijdelijke spuit- en zuiginstallatie tot er voldoende ruimte is om de definitieve (gedeeltelijk) installatie te monteren. Deze werkzaamheden gebeuren zonder luchtdrukinstallatie, omdat er totdat de gehele werkkamer leeg is, geen grondwater kan binnentreden, het caisson is boven de grondwaterstand gebouwd.

Vanaf dit moment wordt er verder onder luchtdruk gewerkt om het grondwater “weg te drukken”. Het personeel, dat onder het caisson werkt, dient een duikerskeuring te hebben ondergaan en moet dus in het bezit zijn van de benodigde vergunningen om onder luchtdruk te mogen werken. De geplaatste personeelssluis is tevens voorzien van een compressie/decompressietank. De in- en uitschut tijden en de werktijden worden aangepast aan de diepte van het caisson. Hoe dieper het caisson zakt hoe korter er gewerkt kan worden en hoe langer in- en uitschutten duurt, de luchtdruk neemt immers toe. Tijdens het afzinken worden de hoekpunten van het caisson constant gemeten in hoogte-, breedte- en lengterichting. Afhankelijk van deze metingen wordt er besloten waar onder het caisson de grond moet worden verwijderd. Het caisson zakt niet gelijkmatig, maar waggelt naar beneden. Afhankelijk van de grondslag kan er tot één meter per dag worden afgezonken. E.e.a. is wel afhankelijk van de capaciteit van het bezinkveld en de grondsoort onder het caisson. Zand en fijn grind zijn eenvoudig te verwijderen. Veen en klei echter niet, ook het spoelwater is niet her te gebruiken, zodat er telkens nieuw spoelwater moet worden ingenomen.

Wanneer het caisson zijn uiteindelijke diepte nadert, wordt het afzinkproces vertraagd om de positie van het caisson te kunnen fijn regelen. Uiteindelijk kan er een positie worden bereikt, waarbij afwijkingen in horizontale en verticale zin niet méér afwijken dan 20mm.

Direct na het positioneren van het caisson wordt alle spuitapparatuur verwijderd en wordt er begonnen met het vullen van de werkkamer met beton. Dit vullen gebeurt uiteraard ook onder luchtdruk. De gehele werkkamer wordt gevuld met beton. De doorvoeren, die eerst voor de afvoer van de gronden werden gebruikt, zijn nu de stortdoorvoeren voor de beton. Na het betonstorten wordt als laatste de ruimte, die door de zakking van de beton ontstaat, opgevuld met grout, zodat uiteindelijk de gehele werkkamer is opgevuld. Nu kan de luchtdruk eraf en alle overige apparatuur worden verwijderd en het gronddepot opgeruimd.