Wat is een schroefinjectiepaal?
Een schroefinjectiepaal wordt met een hydraulische boormotor ingeschroefd, terwijl groutspecie via de paalpunt uitstroomt en rond de stalen buis verhardt.
Een schroefinjectiepaal, meestal afgekort tot SIP-paal, is een grondverdringende stalen buispaal die door schroeven en gelijktijdige groutinjectie in de bodem wordt aangebracht. De stalen buis blijft permanent in de grond achter en vormt een constructief onderdeel van de funderingspaal.
De onderzijde van de paal is voorzien van een boor- of schroefpunt, injectieopeningen en doorgaans twee halve, tegengesteld geplaatste schroefbladen. Tijdens het inschroeven stroomt cementgebonden mortel of grout onder gecontroleerde overdruk uit de paalpunt.
Voor dit funderingssysteem worden ook termen gebruikt als groutinjectiepaal, geschroefde stalen buispaal en stalen schroefpaal met groutinjectie. Niet iedere gewone schroefpaal is echter een SIP-paal. De gelijktijdige injectie van groutspecie is een kenmerkend onderdeel van het schroefinjectiesysteem.
Omdat de paal zonder wezenlijke grondontgraving wordt geĆÆnstalleerd, behoort hij tot de verdringingspalen. Een schroefinjectiepaal verschilt daarmee van een traditionele boorpaal, waarbij grond uit het boorgat wordt verwijderd.
Uit welke onderdelen bestaat een SIP-paal?
Een schroefinjectiepaal bestaat uit een combinatie van staal, grout en een projectspecifieke paalkopconstructie. De belangrijkste onderdelen zijn:
- een blijvende stalen funderingsbuis;
- een boorpunt met schroefbladen;
- Ć©Ć©n of meer openingen voor de groutinjectie;
- stalen buissegmenten met schroef- of lasverbindingen;
- een aansluiting op de funderingsbalk, poer, vloer of betonconstructie.
De stalen buis geleidt druk-, trek-, buig- en torsiekrachten door de paalschacht. Tijdens de installatie moet de buis bovendien het draaimoment en de axiale drukkracht van de boorstelling kunnen opnemen. De buisdiameter, wanddikte, verbindingen en paalkop worden daarom constructief berekend.
Solines levert standaard SIP-segmenten in de sterkteklasse S355, met een wanddikte van 10 millimeter en een lengte van 1,06 meter. Ongeveer 6 centimeter daarvan vormt de schroefdraadverbinding, waardoor ieder gekoppeld segment circa 1 meter effectieve paallengte toevoegt.
De standaard buitendiameters zijn Ć 88,9, Ć 114,3, Ć 139,7 en Ć 168,3 millimeter. Dit zijn productspecificaties van Solines en geen universele afmetingen voor alle schroefinjectiepalen.
S355 is een sterkteklasse voor constructiestaal. De volledige staalaanduiding, productnorm, levertoestand, chemische samenstelling en mechanische eigenschappen moeten blijken uit de projectspecificatie en het materiaalcertificaat. Alleen de aanduiding S355 is daarom niet voldoende om de volledige materiaalkwaliteit van een funderingsbuis vast te leggen.
Voorbereiding voordat de paal wordt aangebracht
Voor het aanbrengen van schroefinjectiepalen is geotechnisch bodemonderzoek nodig. Sonderingen geven inzicht in de bodemopbouw, conusweerstand en ligging van draagkrachtige zandlagen. Afhankelijk van de locatie kunnen aanvullende boringen, laboratoriumonderzoek, grondwatermetingen of onderzoek naar puin en oude funderingsresten noodzakelijk zijn.
De geotechnisch adviseur en constructeur bepalen op basis van het bodemonderzoek onder meer:
- het vereiste paalpuntniveau en de benodigde paallengte;
- de diameter en wanddikte van de stalen buis;
- de diameter en vorm van de schroefpunt;
- de benodigde druk-, trek- en horizontale draagkracht;
- de toegestane vervorming en zetting;
- de uitvoering en wapening van de paalkop.
Voor het geotechnische ontwerp vormt NEN 9997-1 de Nederlandse basis. Deze norm bevat Eurocode 7 en de bijbehorende nationale bepalingen. Voor de uitvoering van grondverdringende palen, waaronder geschroefde palen, is NEN-EN 12699 relevant.
Vooraf worden de paalposities uitgezet en wordt beoordeeld of de ondergrond voldoende draagkrachtig is voor de funderingsmachine. Ook de beschikbare werkhoogte, bereikbaarheid, aanwezigheid van kabels en leidingen en afstand tot bestaande funderingen moeten worden gecontroleerd.
Hoe wordt een schroefinjectiepaal stap voor stap aangebracht?
| Stap | Uitvoering | Belangrijkste controle |
|---|---|---|
| 1. Boorstelling positioneren | De funderingsmachine wordt boven de uitgezette paalpositie opgesteld. | Positie, richting en stabiliteit |
| 2. Eerste buissegment plaatsen | Het segment met schroefpunt wordt aan de hydraulische boormotor gekoppeld. | Verticaliteit en aansluiting |
| 3. Schroeven en injecteren | De buis wordt met draaimoment en axiale druk ingeschroefd, terwijl grout uitstroomt. | Draaimoment, indringing en grouttoevoer |
| 4. Buissegmenten koppelen | Nieuwe segmenten worden met schroefdraad of lassen verbonden. | Sterkte, passing en lekdichtheid |
| 5. Einddiepte bereiken | De cyclus wordt voortgezet tot het berekende paalpuntniveau. | Diepte en uitvoeringsgegevens |
| 6. Paalkop afwerken | De paal wordt verbonden met de bovenliggende funderingsconstructie. | Hoogte, wapening en aansluiting |
Positioneren van de boorstelling
Een hydraulische boorstelling of funderingsmachine wordt boven de gemarkeerde paalpositie geplaatst. De boormotor levert het draaimoment waarmee de schroefpunt door de bodem beweegt. Tegelijkertijd oefent de machine een axiale neerwaartse kracht uit.
Een nauwkeurige uitlijning is belangrijk. Een ongewenste afwijking van de verticale of voorgeschreven schuine stand kan extra buiging veroorzaken en de aansluiting op de funderingsconstructie bemoeilijken. Het werkterrein moet bovendien voldoende stabiel zijn om verschuiven of scheefstand van de boorstelling te voorkomen.
Het systeem wordt als nagenoeg trillingsvrij of trillingsarm aangemerkt, omdat geen herhaalde slagen van een heiblok nodig zijn. De boormotor, groutpomp en overige installaties produceren wel geluid. Een schroefinjectiepaal is daarom niet volledig geluidloos.
Inschroeven en gelijktijdig grout injecteren
Het eerste buisdeel wordt met een roterende beweging en axiale druk de grond in geschroefd. Bij de klassieke uitvoeringsmethode wordt de stalen buis continu gevuld gehouden met mortel- of groutspecie. De specie stroomt onder gecontroleerde overdruk via de onderzijde van de paal naar buiten.
Het verse grout vult de ruimte rond de funderingsbuis en kan de weerstand tijdens het inschroeven verminderen. Na verharding ontstaat een cementgebonden groutomhulling rond de stalen paalschacht. In draagkrachtige zandlagen wordt het afgeschraapte zand met de uitstromende groutspecie vermengd, waardoor rond de schroefpunt een breder paallichaam kan ontstaan.
De groutdruk, groutsamenstelling en hoeveelheid geĆÆnjecteerde specie zijn projectspecifiek. Deze waarden worden afgestemd op de paaldiameter, schroefpunt, bodemgesteldheid, penetratiesnelheid en uitvoeringsmethode.
De zorgvuldigheid van de groutinjectie heeft invloed op de vorm, kwaliteit en grondmechanische draagkracht van de gerealiseerde paal. Te weinig grout kan een onvolledige omhulling veroorzaken. Een ongecontroleerd hoge injectiedruk kan ongewenste grondvervorming of beĆÆnvloeding van naastgelegen funderingen veroorzaken.
Schroefinjectiepalen oplengen met buissegmenten
Wanneer het eerste segment vrijwel volledig is ingeschroefd, wordt een volgend stalen buisdeel aangebracht. De buissegmenten worden verbonden met een mechanische schroefkoppeling of een geschikte lasverbinding. Vervolgens wordt het schroeven en injecteren hervat.
De verbinding moet het installatiedraaimoment kunnen overdragen en voldoende sterk zijn voor de belastingen tijdens de gebruiksfase. Bij schroefdraadverbindingen zijn een correcte passing, volledige inschroeflengte en lekdichte aansluiting belangrijk. Een lekkende koppeling kan de grouttoevoer naar de paalpunt verstoren.
Door korte paalsegmenten te gebruiken, kan een schroefinjectiepaal in een lage of moeilijk bereikbare ruimte worden aangebracht. Afhankelijk van het toegepaste systeem en materieel kunnen de segmentlengten variƫren.
De maximaal uitvoerbare paallengte wordt begrensd door de capaciteit van de boorstelling, het beschikbare draaimoment, de paalafmetingen, de sterkte van de koppelingen en de weerstand van de bodem.
Hoe werkt een schroefinjectiepaal in verschillende grondlagen?
Klei en veen
In cohesieve en relatief slappe grondlagen, zoals klei en veen, is de penetratiesnelheid meestal groter. Rond de stalen buis ontstaat een groutschil, terwijl de aanwezige grond door de paal en de schroefpunt wordt verdrongen.
Draagkrachtige zandlagen
In vaste of draagkrachtige zandlagen neemt de indringingssnelheid doorgaans af. De schroefbladen schrapen het zand laagsgewijs af en mengen het met de uitstromende groutspecie.
Bij een correct uitgevoerde klassieke SIP-paal ontstaat in het zandpakket een grout-zandlichaam rond de paal. De werkelijke vorm en afmeting worden beĆÆnvloed door de diameter van het schroefblad, de bodemgesteldheid, de grouttoevoer en de wijze van installeren.
Harde lagen en obstakels
Harde lagen, grind, stenen, puin of oude funderingsresten kunnen het inschroeven bemoeilijken. In moeilijk doordringbare lagen kan de paal gecontroleerd schroevend op en neer worden bewogen.
Wanneer een obstakel niet veilig kan worden gepasseerd, kan voorboren, aanvullend onderzoek of verplaatsing van de paalpositie noodzakelijk zijn. De gekozen maatregel mag de bodemopbouw, naastgelegen funderingen en uiteindelijke draagkracht niet ongecontroleerd beĆÆnvloeden.
Het bereikte draaimoment geeft informatie over de weerstand tijdens het schroeven, maar bewijst niet zelfstandig dat de vereiste draagkracht is bereikt. De meetgegevens moeten altijd in samenhang met sonderingen, bodemonderzoek en het paalontwerp worden beoordeeld.
Hoe draagt een SIP-paal de belasting over?
Een schroefinjectiepaal draagt constructieve belasting over via paalpuntweerstand en schachtwrijving. De stalen buis geleidt de krachten vanuit de bovenbouw, terwijl het verharde groutlichaam het contact met de omliggende bodem vormt.
De puntweerstand ontstaat rond de schroefpunt en het gevormde grout-zandlichaam in de draagkrachtige funderingslaag. Langs de schacht wordt belasting overgedragen door wrijving en interactie tussen de groutomhulling en de bodem.
De verhouding tussen schacht- en puntdraagvermogen verschilt per bodemprofiel, paaldiameter, paallengte en installatieproces. De aanwezigheid van een groutlichaam betekent daarom niet dat iedere schroefinjectiepaal dezelfde draagkracht heeft.
SIP-palen kunnen, wanneer zij hiervoor zijn ontworpen, zowel druk- als trekbelastingen opnemen. Horizontale belastingen en buigende momenten kunnen eveneens relevant zijn, bijvoorbeeld bij masten, staalconstructies, leidingbruggen en infrastructurele funderingen.
De toelaatbare belasting moet altijd geotechnisch en constructief worden berekend. Ook de sterkte van de stalen buis, de buisverbindingen, de paalkop en de aansluiting op de bovenbouw moet worden gecontroleerd.
Controle tijdens het aanbrengen
Een uitvoeringsregistratie maakt inzichtelijk of iedere paal volgens het ontwerp en werkplan is geĆÆnstalleerd. Per schroefinjectiepaal kunnen onder meer de volgende gegevens worden vastgelegd:
- paalnummer en paalpositie;
- buisdiameter, wanddikte en segmentlengten;
- bereikte inschroefdiepte;
- draaimoment en axiale drukkracht;
- rotatie- en penetratiesnelheid;
- groutdruk en geĆÆnjecteerd groutvolume;
- stand en eventuele afwijkingen van de paal;
- onderbrekingen, obstakels en andere bijzonderheden.
Afwijkend groutverbruik, een plotseling veranderend draaimoment of een onverwacht lage penetratiesnelheid kan wijzen op een verandering in de bodemopbouw, groutverlies of een ondergronds obstakel.
De meetgegevens moeten samen met de sonderingen, uitvoeringservaring en het geotechnische ontwerp worden beoordeeld. Wanneer het ontwerp of de uitvoeringsvoorwaarden dit vereisen, kan de gerealiseerde draagkracht aanvullend met een proefbelasting of andere controlemethode worden geverifieerd.
Afwerking van de paalkop
Na het bereiken van het voorgeschreven paalpuntniveau blijft de stalen buis in de bodem achter. De bovenzijde wordt op het vereiste afbouwniveau gebracht en verbonden met een betonnen funderingsbalk, funderingspoer, vloer of andere draagconstructie.
De paalkop kan worden uitgevoerd met stekwapening, een stalen kopplaat, een kopbuis of een combinatie hiervan. De exacte afwerking wordt bepaald door de optredende druk-, trek-, dwars- en momentbelastingen.
Wanneer de berekende capaciteit mede afhankelijk is van de verharde groutspecie, moet rekening worden gehouden met de ontwikkeling van de vereiste groutsterkte. Het toegestane moment van belasten hangt daarom af van het paalontwerp, de groutsamenstelling, de temperatuur en de projectspecificaties.
Verschil tussen een SIP-paal, heipaal en boorpaal
| Paalsysteem | Aanbrengmethode | Grondverwijdering | Trillingen |
|---|---|---|---|
| Schroefinjectiepaal | Schroeven met gelijktijdige groutinjectie | In beginsel niet | Nagenoeg trillingsvrij |
| Traditionele heipaal | Inbrengen met herhaalde slagen | Niet | Duidelijke heitrillingen |
| Boorpaal | Boren en vullen met beton of grout | Meestal wel | Beperkt |
| Gewone schroefpaal | Schroeven zonder verplichte groutinjectie | In beginsel niet | Beperkt |
De schroefinjectiepaal combineert een blijvende stalen buis met een in de grond gevormd groutlichaam. Dat onderscheidt het systeem zowel van een geheide stalen buispaal als van een uitgeboorde, in de grond gevormde betonpaal.
Wanneer worden schroefinjectiepalen toegepast?
Schroefinjectiepalen worden veel gebruikt voor funderingsherstel, renovaties, aanbouwen, optoppingen, kelders en nieuwbouw in dichtbebouwde gebieden. Door de modulaire stalen buissegmenten zijn ze geschikt voor locaties met beperkte werkhoogte, smalle toegangen of weinig ruimte voor een grote heistelling.
Andere toepassingen zijn funderingen voor utiliteitsbouw, staalconstructies, machines, masten, leidingbruggen, steigers en infrastructurele constructies. Ook nabij monumenten, zettingsgevoelige bebouwing of installaties die gevoelig zijn voor trillingen kan een trillingsarme paalfundering noodzakelijk zijn.
De toepasbaarheid wordt bepaald door de bodemopbouw, paalbelasting, beschikbare werkruimte, positie van belendingen, onderlinge paalafstand en capaciteit van de funderingsmachine.
Bij kleine hart-op-hartafstanden kunnen grondverdringing en reeds aangebrachte palen het inschroeven van volgende palen beĆÆnvloeden. Ook de mogelijke gevolgen voor naastgelegen funderingen moeten vooraf worden onderzocht.
Schroefinjectiepalen voor uw funderingsproject
Heeft u vragen over de juiste buisdiameter, wanddikte, segmentlengte of staalkwaliteit voor een schroefinjectiepaal? Neem contact op voor technische informatie over de beschikbare stalen buissegmenten.
āļø 0168 ā 35 66 55
āļø sales@solines.nl
