Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

Factsheet Geohydrologische isolatie met horizontale drains

A. ALGEMENE TECHNIEKBESCHRIJVING

Geohydrologische isolatie met horizontale drains wordt toegepast om, door middel van het beïnvloeden van de stromingsrichting van het grondwater, verspreiding van verontreinigd grondwater naar de omgeving te voorkomen.

Een horizontale drain is een, over nagenoeg de gehele lengte, geperforeerde buis, die eventueel met een omhulling horizontaal in de bodem wordt gelegd in een sleuf. De horizontale drain wordt in het algemeen omstort met filtergrind. De drains worden aangesloten op één of meerdere centrale pompputten, waarin een pomp hangt. De pomp reageert op waterstanden in de put en pompt het water via een leiding naar een afvoerpunt (eventueel via een waterzuivering).

Het drainageysteem bestaat in het algemeen uit drie elementen (zie figuur 1):

  • de drain zelf: diameter, materiaal, spleetwijdte;
  • de drainomhulling: polypropeen;
  • de drainomstorting: dikte omstorting, samenstelling (grof zand, grind).

Horizontale drains kunnen machinaal worden aangelegd en worden ingegraven tot dieptes van 3 tot 5 meter. Met de techniek van horizontaal gestuurd boren (HDD) kunnen drains tegenwoordig ook op grotere diepten worden aangelegd zonder dat daarbij moet worden gegraven.

B. TOEPASSINGSGEBIED

De technische mogelijkheden om met horizontale drains een duurzame geohydrologische isolatie van een verontreinigde locatie te creëren worden bepaald door de volgende factoren:

  • het ontwerp van het drainageysteem: beheerspeil, intensiteit;
  • het ontwerp van de drain: diameter drain, omhullingsmateriaal, omstorting etc.;
  • de bodemopbouw en geohydrologische situatie: doorlatendheid bodem, niveau grondwaterstand;
  • de bodemchemie;
  • de verontreinigingssituatie;
  • de inbrengtechniek en diepteniveau;
  • de omgevingsaspecten.

In [toepassingsgebied algemeen voor horizontale drains, aspecten van belang voor het functioneren] wordt op deze aspecten uitgebreid ingegaan. In tabel 1 is een ruwe contour van het toepassingsgebied op basis van de technische realiseringsmogelijkheden weergegeven.

Tabel 1: Ruwe contour toepassingsgebied horizontale drains

Locatiekenmerk

Toepassingseisen

Bodemtype:

- aanwezigheid obstakels (puin)

- geen machinale aanleg mogelijk;

- type omhulling en omstorting

- aanpassen op korrelverdeling bo­dem (filterregels).

Geohydrologische situatie

- effectiviteit en rendement sterk afhankelijk van geo­hydro­logische omstandigheden;

 

- k-waarde bij voorkeur > 0,5 m/dag.

Inbrengtechniek en dieptebereik:

- graafmachine

- maximaal 3 meter;

- drainagemachine

- maximaal 5 meter;

- HDD

- maximaal 30 meter.

Bodemchemie:

Vertopping drain:

- ijzer en mangaan

- geen problemen bij Fe < 5 mg/l en drain minimaal 0,5 m beneden GLG;

- veen/organische componenten

- geen organische materialen toepassen;

- pH

- pH.

Verontreinigingssi­tuatie:

- hoge concentraties VOCL en minerale olie

- geen pvc toepassen, gebruik re­sis­tente onderdelen (HD­PE);

- aanwezigheid drijflaag of zaklaag

- niet met behulp van horizontale drains isoleren.

Locatiekenmerken:

- herinrichtingsplannen

- ontwerp horizontaal drainagesysteem afstemmen op herin­richtingsplannen.

Omgevingsaspecten:

- grondwaterstandsverlagin­gen beperken in zettings­ge­voelige gebied

De toepasbaarheid van technieken is niet alleen afhankelijk van de prestaties van technieken (het technisch 'kunnen') maar kan worden ingeperkt door beleidsmatige en/of vergunningstechnische eisen, die door het bevoegd gezag aan de toepassing worden gesteld (beleidsmatig ‘mogen’). In de praktijk worden door het bevoegd gezag veelvuldig eisen gesteld aan de waterdoorlatendheid, levensduur, zettingen/zettingsverschillen en uitloging.
Het uitvoeren van nazorg is essentieel om ook op de lange termijn te kunnen voldoen aan de gestelde toepassingsvoorwaarden.

Levensduur
De in de praktijk gehanteerde range van toepassingsvoorwaarden ligt tussen 5 en 25 jaar. Uit de civieltechnische praktijk is bekend dat een levensduur van 15 jaar haalbaar is, mits de uitvoering zorgvuldig plaatsvindt en regelmatig onderhoud wordt gepleegd. Een goed vooronderzoek is noodzakelijk om voortijdige dichtslibbing te voorkomen. Over het effect van langdurige blootstelling van drainagebuizen en omhulling aan verontreinigende stoffen onder praktijkomstandigheden is vrij weinig bekend. Indien drains worden aangebracht binnen het verontreinigde gebied wordt een levensduur van 10 à 15 jaar reëel geacht. Bij aanwezigheid van puur product of een drijflaag (minerale olie) zal de levensduur maximaal circa 5 jaar bedragen.
Over de levensduur van met de HDD-techniek aangelegde drains is weinig uit de praktijk bekend.
Indien horizontale drains worden aangebracht in een regulerende laag, als onderdeel van een leeflaagconstructie, dan zal de levensduur veel groter zijn (25 jaar of langer).

Onttrekkingsdebiet
Het benodigde onttrekkingsdebiet wordt bepaald door:

  • de horizontale toestroming, afhankelijk van het aanwezige verhang in de grondwaterspiegel en het doorlaatvermogen van de betreffende bodemlaag;
  • de verticale toestroming vanuit de diepte, afhankelijk van de hydraulische weerstand van de aanwezige scheidende laag en het gecreëerde potentiaalverschil;
  • het vereiste beheersniveau.

De hoeveelheden te onttrekken grondwater zijn bij toepassing van horizontale drains in het algemeen relatief beperkt (enkele m3/uur), zeker indien ze in combinatie met een verticale wand of een bovenafdichting worden toegepast.

Ter beperking van het optreden van verdroging en bescherming van de grondwatervoorraad zal ernaar moeten worden gestreefd om onttrekkingsdebieten te beperken. Uit de projectevaluaties blijkt dat het bevoegd gezag Wbb in het algemeen vooraf geen eisen stelt aan het onttrekkingsdebiet, maar dat in overleg met de grondwaterbeheerder wordt gestreefd naar een een minimalisatie van het onttrekkingsdebiet. Gezien de in het algemeen geringe onttrekkingsdebieten kan in het algemeen aan de gestelde eisen worden voldaan.

Beheersniveau
De realisatie van het gewenste beheersniveau wordt bepaald door de geohydrologische situatie ter plaatse en het ontwerp van het drainagesysteem, met name de intensiteit. Een onvoldoende beheersniveau komt in de praktijk evenzeer voor als gevolg van een beperkte effectiviteit door de aanwezigheid van relatief slechtdoorlatende lenzen (veelvoorkomend in ophooglagen) direct boven of onder de drain alsmede de aanwezigheid van obstakels in de ondergrond (voormalige dijken, lekkende riolen, oude opgevulde sloten etc.) die de effectiviteit van drains in negatieve zin beïnvloeden. Uit de praktijkevaluaties blijkt dat met name de hydraulische weerstand direct rond de drain en van de drainomhulling en -omstorting beperkend zijn voor het te realiseren beheersniveau en minder de doorlatendheid van het omliggende zand.
De in de praktijk gehanteerde range van toepassingsvoorwaarden ligt tussen 0,10 en 0,50 m. In situaties met een homogene bodemopbouw en een relatief gering doorlaatvermogen (kD <100 m2/dag) kunnen de beheersniveaus tussen 0,10 en 0,50 m worden gerealiseerd. Indien sprake is van een heterogene bodemopbouw of een groter doorlaatvermogen (kD >100 m2/dag) of complicerende omgevingsfactoren (veel bebouwing, aanwezigheid oude drainagesystemen, riolen etc.), dan bestaan meer onzekerheden ten aanzien van de realiseerbaarheid van beheersniveaus groter of gelijk aan 0,25 m.

Effecten op de omgeving
Door verlaging van de stijghoogte ter plaatse van de drain wordt de grondwaterstroming ook in de omgeving beïnvloed. Effecten op de omgeving in de vorm van stijghoogteverlagingen en veranderingen van stromingsrichtingen zijn op lokale schaal onvermijdelijk. De gehanteerde toepassingsvoorwaarde van een grondwaterstandsverlaging van 0,05 m is in de praktijk vaak niet eenduidig vast te stellen ten opzichte van de natuurlijke fluctuaties. Een beïnvloeding van de ondiepe grondwaterstand van 01,0 m over een afstand van 50 tot 100 m is goed mogelijk is. Indien grote grondwaterstandsverlagingen worden gecreeërd in situaties met een relatief grote kD voor de ondiepe bodemlagen en weinig voeding door neerslag of vanuit dieper gelegen bodemlagen plaatsvindt, dan zal het gebied waarbinnen effecten kunnen optreden (grondwaterstandverlagingen groter dan 0,10 m) tot maximaal enkele honderden meters kunnen toenemen. Wel zullen dan mogelijk andere aspecten (bodemheterogeniteiten, locale obstakels in de ondergrond) de invloedssfeer van de grondwaterbeheersing in meerdere mate gaan bepalen. Met de keuze van de locatie van de drain en het ontwerp kunnen de effecten echter worden beperkt. De invloed van een geohydrologische isolatie met behulp van drains is over het algemeen geringer dan die bij toepassing van verticale putten.

Zettingen
Als gevolg van de gecreëerde grondwaterstandsverlagingen kunnen zettingen optreden. De maximaal optredende grondwaterstandsverlagingen en dus zettingen zijn bij toepassing van drains veelal geringer dan bij toepassing van verticale putten. De range van in de praktijk toegepaste toepassingsvoorwaarden ligt tussen 5 en 25 mm. In hoeverre aan deze toepassingsvoorwaarden kan worden voldaan, wordt bepaald door de lokale zettingsgevoeligheid in relatie tot de verlaging van de grondwaterstand beneden de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG).

Uit de projectevaluaties is gebleken dat in de nazorgfase wel de hoogte van meetbouten aan panden wordt gecontroleerd (met het oog op schade), maar dat maaiveldzettingen niet als prioritair worden beschouwd en dus veelal niet worden gemeten.

C. AANDACHTSPUNTEN VOOR HET ONTWERP

Aandachtspunten voor het ontwerp zijn:

  • de bodemopbouw en grondwaterstanden. Met name de aanwezigheid van in een watervoerend pakket ingeschakelde kleilenzen en de diepte van de basis van het pakket;
  • de keuze van het beheerspeil, bepaald door de optredende grondwaterstanden en de seizoensfluctuaties daarin en de randvoorwaarden vanuit de omgeving;
  • het aanlegniveau van de drain om verstoppingsproblemen (als gevolg van ijzer- en mangaanafzettingen) te voorkomen (veilige maat: minimaal 0,5 m beneden de grondwaterstand);
  • de intensiteit van het draingesysteem;
  • de diameter van de drain (bij voorkeur groter dan 90 mm);
  • de keuze van het drainmateriaal, chemische resistentie in relatie tot de aanwezige verontreinigende stoffen (meestal HDPE);
  • de keuze van de drainomhulling, bij voorkeur volumineus (polypropeen, plolystyreen) materiaal;
  • de keuze van de drainomstorting met grof zand of grind;
  • de aanwezigheid van obstakels alsmede kabels en leidingen in de bodem;
  • het inventariseren van aanwezigheid zettingsgevoelige gebouwen.

In [aandachtspunten voor de uitvoering met horizontale drains] is inzichtelijk gemaakt hoe aan de toepassingvoorwaarden kan worden voldaan door tijdig hiermee in de verschillende stappen van het proces rekening te houden.

D. KOSTEN

In tabel 2 is een globale kostenindicatie weergegeven.

Tabel 2: Globale kostenindicatie onttrekkingsmiddelen

Techniek

Kostenindicatie

Horizontale drains, gelegd 1

PVC/PP: € 5,– à 25,– per m1 lengte

HDPE: € 10,– à 35,– per m1 lengte

Horizontale drains, geboord 1

HDPE: € 50,– à 250,– per m1 lengte

Het toepassingsgebied van horizontale drains, aangebracht door middel van horizontaal gestuurde boringen, is in de praktijk toegenomen. Als gevolg van de opgedane ervaringen is de kostprijs al beduidend lager geworden, ten opzichte van de beginperiode van toepassing, ter indicatie: van € 250,- naar € 75,- per m'.

E. OMGEVINGSRANDVOORWAARDEN

In de directe nabijheid van zettingsgevoelige gebouwen moeten de verlagingen van de grondwaterstand ten opzichte van de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) worden geminimaliseerd, eventueel door infiltratievoorzieningen.

F. PRESTATIEBEREIK

Zoals ook blijkt uit tabel 1 wordt de toepassing van een horizontale drains beperkt door:

  • de diepte (anders de HDD-techniek toepassen);
  • de doorlatendheid van het watervoerend pakket;
  • de bodemchemie.

Uit de uitgevoerde projectevaluaties blijkt dat bouwactiviteiten die aansluiten op de sanering het grootste risico op beschadiging van de horizontale drains vormen. Ondanks dat het systeem nauwkeurig is ingemeten en aangegeven, vindt vaak beschadiging door de bouwactiviteiten plaats. Een probleempunt hierbij is dat de bouwplannen (en palenplannen) vaak tot het laatste moment nog wijzigingen ondergaan, terwijl het horizontale drainagesysteem was ontworpen op basis van een eerder ontwerp. Ook wortelingroei van later geplaatste bomen kan een probleem vormen. Een ander probleempunt vormt het korte tijdsbestek waarbinnen de nieuwbouw vaak moest worden gerealiseerd, waardoor er niet/nauwelijks mogelijkheden aanwezig waren om een controle op beschadiging van het onttrekkingssysteem door het heien van de funderingspalen uit te voeren. Bij een project is een beschadiging van het horizontale drainagesysteem pas geconstateerd nadat de vloeren al waren gestort. In een later stadium zijn hier nieuwe drains en controleputten aangebracht.

Uit de projectevaluaties is gebleken dat het wenselijk is om het horizontale drainagesysteem min of meer onafhankelijk aan te leggen van andere constructies, zoals wegen, riolering etc., zodat minder raakvlakken en mogelijke negatieve beïnvloedingen ontstaan.

G. OPERATIONALITEIT, TRENDS EN ONTWIKKELINGEN

In Nederland is veel praktische ervaring aanwezig met de toepassing van horizontale drains, met name voor agrarische en civieltechnische toepassingen. Toepassing van horizontale drainage voor het gebruik als saneringsmaatregel of bodembeschermende maatregel is van recentere datum. Het toepassen van horizontale drains is derhalve een operationele techniek.

Negatieve ervaringen uit de praktijk zijn:

  • voortijdig verstoppen van de drain (drainagesysteem regenereerbaar maken);
  • plaatselijk onvoldoende verlaging (beheersniveau) als gevolg van de onverwachte aanwezigheid van slechtdoorlatende lenzen in het te beheersen watervoerend pakket.

Ten behoeve van de toepassing van horizontale drains vinden ontwikkelingen plaats ten aanzien van de techniek van het horizontaal gestuurd boren en de ontwikkeling van geschikte materialen (met het oog op resistentie tegen bodemverontreinigende stoffen).