Injecteren en optillen voor structurele herstelwerkzaamheden aan een hoog gebouw

Waarom het rechttrekken van hellende torens ertoe doet

Moderne steden staan vol met hoge gebouwen die op beperkt grondgebied zijn gepropt, en veel van die locaties liggen op zachte of ongelijkmatige grond. Als de grond onder een woontoren op de ene plek meer zet dan op een andere, kan de hele constructie langzaam scheef gaan staan, wat de veiligheid en het comfort van de bewoners bedreigt. Dit artikel volgt het verhaal van een 26 verdiepingen tellend gebouw in het district Mengshan, Guangxi, China, dat verontrustend begon te hellen — en legt uit hoe ingenieurs met een zorgvuldig gepland ondergronds ‘‘injectie en hef’’-proces het voorzichtig weer naar loodlijn terugbrachten zonder het te slopen.

Verborgen problemen onder een stadstoren

Nadat het gebouw zijn hoogste punt had bereikt, zagen ingenieurs toenemende scheuren rond de kelder en aanwijzingen dat de hele constructie naar het zuidoosten verschuift. Precieze metingen toonden aan dat delen van de fundering meer dan 20 centimeter waren ingezakt en dat de helling van het gebouw ruim boven de comfort- en bouwnormen lag. Een gedetailleerd geologisch onderzoek verklaarde waarom. Onder de plaatfundering bevond zich een losse keilaag met veel holten en een diepere gesteentelaag die doorspekt was met natuurlijke cavernes. Deze ‘‘lege kamers’’ in de ondergrond verminderden het draagvermogen van grond en gesteente, waardoor sommige secties meer verzakten dan andere en de kelderwanden en -plaat in trek kwamen te staan.

Met virtuele modellen onder de grond kijken

Aangezien ingenieurs niet direct in de ondergrond kunnen kijken, bouwde het team een driedimensionaal computermodel van het gebouw en de omliggende grond. In deze virtuele weergave reproduceerden ze de lagen die op locatie waren aangetroffen en voegden ze cavernes in op plekken waar boringen die hadden aangetoond. Vervolgens lieten ze het gesimuleerde gebouw onder invloed van de zwaartekracht ‘‘zetten’’ om te zien hoe het zich zou gedragen. Het verzakingspatroon in het model kwam nauwkeurig overeen met de metingen in de praktijk, wat bevestigde dat zwakke, poreuze lagen en ondergrondse holten de belangrijkste boosdoeners waren. Toen de onderzoekers het model zonder cavernes opnieuw draaiden, werd de zetting veel gelijkmatiger en nam de helling scherp af, wat benadrukte hoe doorslaggevend deze verborgen ruimten waren voor het probleem.

Versterken vóór het optillen

Het simpelweg pompgewijs injecteren van materiaal aan één zijde van een gebouw en het omhoogduwen brengt ernstige risico’s met zich mee: het optillen kan ongelijk verlopen, er kunnen nieuwe scheuren ontstaan en het gebouw kan opnieuw gaan hellen als het ingespoten materiaal krimpt of zich herverdeelt. Om dit te vermijden, ontwierpen de onderzoekers een tweefasenbenadering. Eerst kwam versterking. Ze boorden een raster van gaten rond en onder het gebouw, gericht op zowel de ondiepe keienlagen als de diepere zwakke gesteentelagen. In deze gaten pompden ze een speciaal samengestelde grout op basis van aluminium- en ijzerhoudende industriële bijproducten gemengd met cement. In proeven hardde dit mengsel snel uit, verspreidde het zich alleen binnen een gecontroleerde straal, bereikte het hoge sterkte en kromp het zeer weinig, zodat het holten kon vullen, losse deeltjes kon binden en stijve ‘‘kolommen’’ in de grond kon vormen zonder later terug te trekken van de omliggende grond.

Zacht en nauwlettend opgevolgd optillen

Pas nadat de grond was versterkt gebruikte het team grout om de constructie daadwerkelijk op te tillen. Ze werkten hoofdzakelijk aan de zwaarder ingezakte oost- en zuidzijde en injecteerden de grout in fasen van onder in elk gat omhoog, met lage drukken en zeer kleine dagelijkse hefgrenzen. Tien sets apparatuur werkten volgens een gecoördineerd patroon, van zones met de grootste zetting naar stabielere gebieden. Gedurende de 45-daagse operatie volgde een automatisch monitoringssysteem minutieuze veranderingen in hoogte en helling van het gebouw op tientallen punten, waardoor ploegen de injectiesnelheden en drukken ter plekke konden bijstellen. Computersimulaties van het hefproces, waarin grout als een uitbreidend volume in de grond werd weergegeven, hielpen bevestigen dat de geplande drukken voldoende zouden zijn om het gebouw te heffen maar niet zo hoog dat de constructie beschadigd zou raken.

Een ooit hellende toren weer binnen de grenzen

Na voltooiing van het werk lieten metingen zien dat de maximale helling van de fundering was gedaald van ongeveer 6 promille tot slechts 0,3 promille — ruim binnen de aanvaarde veiligheid- en comfortgrenzen. Het verschil in zetting over het gebouw nam sterk af en de spanningen in de kelderwanden en -plaat daalden onder de treksterkte van het beton, waardoor het risico op nieuwe scheuren werd verkleind. Door een op maat gemaakte grout te combineren met een ‘‘eerst versterken, later optillen’’-strategie, zorgvuldige plaatsing van boringen, laagdruk gefaseerde injectie en realtime monitoring, toonde het team een praktische methode om hoogbouw die al op problematische grond staat te redden. Voor stadsbewoners betekent dit dat zelfs wanneer de grond onder een toren stilletjes faalt, er nu ingenieursmethoden bestaan om de stabiliteit te herstellen zonder het gebouw te sluiten of te slopen.

Bronvermelding: Cui, X. Grouting uplift for structural rectification of a high-rise building. Sci Rep 16, 10462 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38875-z

Trefwoorden: zetting van gebouwen, grondverbetering, funderinginjectie, veiligheid van hoogbouw, structurele herstelwerkzaamheden