De realisatie van een combiwand start met de installatie van de primaire dragers, ook wel de koningspalen genoemd. Deze zware stalen buizen of H-profielen bepalen de lijnvoering van de constructie. Men positioneert deze elementen doorgaans in een tijdelijk geleidingsframe om de onderlinge afstand en verticaliteit strikt te bewaken. De installatie geschiedt meestal middels hoogfrequent trillen, waarbij bij zwaardere bodemweerstand een hydraulische hamer wordt ingezet om de palen tot de vereiste diepte in de dragende zandlagen te drijven.
Nauwkeurigheid is cruciaal. De tussenruimte tussen de hoofdelementen moet exact overeenkomen met de breedte van de vulpanelen. Zodra de dragers op hun positie staan, volgt het inbrengen van de tussenplanken. Deze lichtere damwandprofielen worden in de verbindingssloten geschoven die vooraf in de fabriek op de hoofdelementen zijn gelast. De tussenplanken fungeren als een afsluitend scherm. Omdat de hoofdelementen de verticale lasten en de grootste buigmomenten opvangen, hoeven de tussenplanken vaak minder diep de bodem in dan de primaire palen, wat resulteert in een wand met een verspringende onderzijde.
In situaties met een grote kerende hoogte wordt de wand na installatie vaak voorzien van een horizontale gording. Dit stalen profiel koppelt de hoofdelementen onderling en verdeelt de krachten naar eventuele ankerstangen of stempelramen. De verbinding tussen de verschillende onderdelen zorgt ervoor dat de wand als één constructief geheel reageert op grond- en waterdruk. Bij waterkerende functies kunnen de slotverbindingen tussen de palen en planken naderhand nog worden afgedicht met zwelprofielen of bitumineuze vulmiddelen om de waterremmende eigenschappen te maximaliseren.
De stalen buispaal is de meest voorkomende ruggengraat in dit systeem. Men spreekt dan van een buis-combiwand. Deze buizen hebben een enorme stijfheid en zijn ideaal voor havens of diepe kelders. Een andere variant gebruikt H-profielen als dragers, vaak aangeduid als koningspalen of HZ-systemen. Deze profielen hebben een specifieke vorm waardoor de sloten direct op de flenzen aansluiten. De keuze tussen buis of H-profiel wordt gedicteerd door de rekenwaarde van het buigend moment. Hoe groter de krachten, hoe vaker de ronde buis wint. Staal op staal.
Soms ziet men varianten waarbij de tussenplanken niet van staal zijn, maar dit is zeldzaam in de zware waterbouw. De standaard blijft een metalen geheel. In specifieke gevallen worden de hoofdelementen niet alleen op buiging belast, maar dienen ze ook als funderingspaal voor bovenliggende constructies zoals een kademuurdek of een brugpijler.
Niet elke wand volgt hetzelfde ritme. De configuratie bepaalt de uiteindelijke sterkte en het staalverbruik per strekkende meter. In een 1:1 opstelling wordt elke paal afgewisseld met één tussenpaneel. Dit paneel bestaat meestal uit twee of drie aan elkaar gekoppelde damwandplanken. Is de belasting minder extreem? Dan kiest men voor een 1:2 of zelfs 1:3 verhouding. De tussenplanken zijn vaak Z-profielen. Deze hebben een gunstiger traagheidsmoment dan U-profielen. Het resultaat is een wand met een zaagtandprofiel tussen de robuuste buizen.
De diepte varieert ook. De hoofdelementen gaan diep de grond in voor stabiliteit en draagvermogen. De tussenplanken zijn vaak korter. Zij hoeven alleen de grond te keren en niet de verticale last te dragen. Besparing op materiaal. Efficiëntie in uitvoering.
Vaak wordt de combiwand verward met een gewone damwand. Foutief. Een damwand bestaat uitsluitend uit identieke planken zonder zware primaire dragers. Ook de Berliner wand lijkt er soms op. Deze gebruikt ook verticale profielen, maar de invulling bestaat daar uit houten schotten die tijdens de ontgraving worden aangebracht. Een combiwand is inherent waterremmend en constructief één geheel vanaf de installatie. Het is de overtreffende trap. Waar een standaard damwand bezwijkt onder de gronddruk, blijft de combiwand staan. Geen vergelijking mogelijk. De stijfheid van een combiwand kan tot wel tien keer hoger liggen dan die van een zware damwandplank alleen.
Denk aan de uitbreiding van een grote zeehaven. De kademuur moet niet alleen metersdiep water keren, maar ook de enorme druk van zware kranen en duizenden containers weerstaan. Hier zie je de combiwand in zijn puurste vorm: gigantische stalen buizen met een diameter van soms wel 2,5 meter, onderling verbonden door drievoudige damwandplanken. De schaal is imponerend. Het staal verdwijnt diep in de zeebodem. Een onverwoestbare barrière.
In de stedelijke infrastructuur kom je het systeem tegen bij de aanleg van verdiepte treinstations of autotunnels onder bestaande bebouwing. De werkruimte is vaak krap en de gronddruk massaal. Een combiwand met zware H-profielen biedt hier de noodzakelijke stijfheid om elke vorm van deformatie of verzakking van de omgeving te minimaliseren. Geen beweging mogelijk. De wand fungeert direct als de definitieve begrenzing van de tunnelbak, waarbij de hoofdelementen tevens de verticale lasten van het dak opvangen.
Ook bij grootschalige saneringsoperaties langs rivieroevers bewijst de constructie zijn nut. Een zwaar vervuilde locatie vereist een absoluut dichte en sterke afscherming tegen uitspoeling. Door de slotverbindingen van de combiwand te voorzien van zwelstrips of bitumineuze vulling, ontstaat een ondoordringbaar scherm dat decennia standhoudt. De koningspalen geven de constructie de nodige body om de drukverschillen tussen de gesaneerde binnenzijde en de rivierzijde op te vangen. Robuustheid ontmoet precisie.
Regels zijn er niet voor niets. In de complexe wereld van de combiwand draait alles om het voorkomen van constructief falen en het waarborgen van de omgevingsveiligheid. De constructeur grijpt bij het ontwerp direct naar de Eurocodes. NEN-EN 1993-5 vormt hierbij de technische ruggengraat voor het rekenwerk aan de stalen onderdelen. Het gaat om vloeigrenzen, buigstijfheid en de specifieke slotsterkte van de verbindingen tussen de buizen en de tussenplanken. Maar staal alleen zegt weinig zonder de context van de bodem. Daarom is NEN-EN 1997 essentieel. Geotechniek ontmoet constructieleer. De interactie tussen de stalen dragers en de omliggende grondlagen vereist een diepgaande geotechnische analyse waarbij zowel de uiterste grenstoestanden als de bruikbaarheidsgrenstoestanden nauwgezet moeten worden getoetst aan de hand van actuele sonderingsgegevens.
Het Besluit Bouwwerken Leefomgeving (BBL) stelt de algemene kaders voor de veiligheid van bouwwerken. Veiligheid tijdens de realisatiefase en gedurende de gehele levensduur van de kade of bouwkuip. Voor de feitelijke uitvoering op de bouwplaats is NEN-EN 12063 leidend. Deze norm dicteert hoe men de primaire elementen en tussenpanelen installeert. Toleranties zijn hierbij geen vrijblijvende suggesties. Ze zijn bindend. Een minimale afwijking in de verticaliteit of de onderlinge afstand tussen de koningspalen kan de installatie van de vulpanelen onmogelijk maken of de constructieve integriteit van het gehele scherm ondermijnen.
In de Nederlandse praktijk blijft de CUR-publicatie 166 een invloedrijk document voor het ontwerpen van damwandconstructies. Hoewel de formele toetsing altijd via de geldende NEN-normen verloopt, biedt dit handboek de nodige praktische handvatten voor specifieke Nederlandse bodemcondities. Nauwkeurigheid is een eis. Geen wens. Bij projecten in de waterbouw gelden vaak aanvullende eisen vanuit de Rijkswaterstaat-richtlijnen (RTD), zeker wanneer de combiwand een primaire waterkerende functie vervult of deel uitmaakt van de nationale hoofdinfrastructuur.
Ooit volstond hout of metselwerk voor het keren van grond. De komst van de stalen damwand aan het begin van de twintigste eeuw veranderde alles, maar de onstuitbare schaalvergroting in de havensector en de behoefte aan metersdiepe droge bouwkuipen vroegen al snel om meer dan alleen een aaneenschakeling van identieke planken. De traditionele damwand liep simpelweg tegen zijn fysieke grenzen aan. Bij extreme gronddrukken werd de benodigde staaldikte van een normale plank onpraktisch en onbetaalbaar. De oplossing lag in een hybride gedachte. Halverwege de twintigste eeuw verschoof de focus in de geotechniek van homogene wanden naar samengestelde systemen.
De echte doorbraak kwam met de ontwikkeling van zware warmgewalste profielen en verbeterde lastechnieken. In de jaren '50 en '60 begon de opmars van de zogenaamde koningspaal. Ingenieurs realiseerden zich dat het constructief superieur was om de stijfheid te concentreren in zware verticale dragers en de ruimte daartussen slechts 'dicht' te zetten met lichtere elementen. Dit was een revolutie in staalgebruik. De introductie van het HZ-systeem door producenten zoals het toenmalige Peine markeerde een technisch kantelpunt. Hierbij werden zware H-profielen voorzien van speciale sloten om standaard damplanken te kunnen koppelen. Het systeem was geboren uit noodzaak. Staal op staal.
Later volgde de opkomst van de buis-combiwand, die vooral in de diepwaterhavens de standaard zette. De buispaal bleek door zijn enorme traagheidsmoment in alle richtingen nog effectiever dan het H-profiel. Zonder de evolutie van de industriële robotisering en hoogwaardige lasverbindingen, waarmee sloten met uiterste precisie op dikwandige buizen worden aangebracht, zou de moderne combiwand niet bestaan. De transitie van puur 'keren' naar de gecombineerde functie van 'dragen en keren' heeft de realisatie van de huidige generatie megakaden en complexe tunnels pas echt mogelijk gemaakt.
Joostdevree | Soetaert | Iai-yk.jouwweb | Projects.arcelormittal | Decomamsterdam