Heipalen
Tegenwoordig is heien de meest gebruikte fundatiemethode. Hoogspanningsmasten met vier poten (een broekstuk) worden vastgemaakt op vier heipalen die schuin de grond in zijn geslagen.
Waar ooit blokfundamenten dominant waren, zijn ze tegenwoordig bij nieuwbouw grotendeels verdrongen door heipalen zonder een betonnen plaat. De reden is pragmatisch: een heipaal is sneller, eenvoudiger en goedkoper, en hij kan in meer bodemsoorten worden gebruikt dan een zwaartekrachtsfundament. Daar komt bij dat heimachines krachtiger en veelzijdiger zijn geworden zodat heien op meer plekken en manieren mogelijk is.
Heien is op andere plekken al heel oud. In de zompige bodems van westelijk Nederland, waar een zwaartekrachtsfundament metersdiep graven zou vereisen tot op een vaste grondlaag (en dan soms alsnog verzakt) kan men heipalen tot tientallen meters diepte de grond in slaan en zo een stevige standplaats creëren voor bijna ieder formaat mast. Verder zijn de meeste vakwerkmasten gebouwd met een zogeheten broekstuk: een onderstel dat uitloopt in vier poten. Die laten zich uitstekend bevestigen op een (eveneens dunne) heipaal die onder precies de juiste hoek schuin de grond in is geslagen.
Heipalen: een kwestie van gewicht en ‘kleef’
Een fundatie met heipalen vertrouwt op andere krachten dan een blokfundament. Vergeleken met een plaat beton is een heipaal maar een klein dingetje dat het niet van zwaartekracht moet hebben. Hij weegt eenvoudigweg te weinig.
Zware heipalen voor een nog zwaardere hoekmast. Deze heipalen bestaan uit 28 meter lange stalen kokers (zogejeten larsen– of kokerpalen) waar later beton in is gegoten, samen met een poer of instortstaaf. Die moet onder de juiste hoek uit de paal steken zodat de mast erop kan worden geschroefd. Het gewicht van deze grote mast is ruim honderd ton, maar toch is ‘kleef’ nodig bij zware stormen. Foto door Tom Börger.
Stel dat de heipalen ieder vijf ton wegen terwijl er een hoogspanningsmast van vijftien ton op staat. Maar die mast staat met zijn poten nog altijd vrij dicht bij elkaar in verhouding tot zijn hoogte: bij wind dwars op de hoogspanningslijn kan het gebeuren dat de zijwaartse drukkracht tegen het mastlichaam groot genoeg wordt om de mast als het ware over zijn evenwicht te duwen. Wanneer hij niet vastgeschroefd zou zitten aan het fundament zou hij omwaaien. Wanneer de wind verder toeneemt en deze omhoog trekkende kracht in een zware storm zo groot wordt dat ook het eigengewicht van de heipalen wordt overwonnen, zal de heipaal losgetrokken worden waarna de mast omvalt. Toch?
De vier nauw toelopende poten van een vakwerkmast met een broekstuk lenen zich op buitengewoon fraaie wijze voor een fundament met heipalen. Geen wonder dat heien vandaag de dag de meest efficiënte en ook meest gebruikte manier is om een mast te funderen. Foto door Gerard Nachbar.
Het antwoord is gelukkig nee. Het omvallen van een mast doordat het fundament faalt is uiterst zeldzaam, ook bij heipalen. Dat komt door een verschijnsel dat kleef of plak wordt genoemd. Heipalen die de grond in worden geslagen maken contact met miljoenen bodemdeeltjes. Wat je dan krijgt is hetzelfde als waarom je een tentharing zo lastig uit de grond krijgt. Het kleine ding heeft zelf een gewicht van niets, maar het komt geregeld voor dat je hem met blote handen niet eens meer los krijgen kan na een weekje Ardennen. Een heipaal is in feite een uit zijn krachten gegroeide tentharing. Er komt zelfs nog iets anders bij, want wanneer de heipaal de grondwaterspiegel doorsteekt (en dat is vrijwel altijd) zit hij ook vastgezogen. Kleef werkt het beste in kleibodems.
In grindbodems is het soms onvoldoende, zodat men daar kiest voor gietpalen. Dat is een heipaal die ter plekke in de grond wordt gegoten. Men boort een diep rond gat van tien of twintig meter, steekt er een wapeningskooi in, en giet het gat vol met beton. De wapening en het beton harden dan uit tot een heipaal met een ruwe buitenzijde die extra vast zit. Een extra voordeel van deze methode is dat het geen trillingen veroorzaakt.
Hoe onderscheid je nou heipalen van een begraven blokfundatie? Heipalen volgen normaal gesproken de hellingshoek van de randstaaf van het broekstuk en ook hebben zij nooit ingegoten bouten die eruit omhoog steken. Op deze afbeelding zien we links een klassiek blokfundament met ingegoten vakwerk, en rechtsboven een heipaal met ingegoten poer. De twee onderste afbeeldingen tonen ankerbouten. Hier is ondergronds dus een blokfundatie aanwezig. Foto’s door Hans Nienhuis en Ot Lesley.
Heipalen van beton kunnen naast elkaar worden geslagen waarna de bovenste meter wordt verbrijzeld (bekend als koppensnellen) en de wapening kan worden verbonden met een nieuw stuk vlechtwerk, waarna er een stuk beton bovenop wordt gestort. Zo ontstaat een onderheid blok met meerdere palen die in verscheidene richtingen kunnen steken. Het wordt daar extra sterk van. Deze methode kan ook worden gebruikt voor fundatie van grote buismasten en windmolens. Het combineert tevens de voordelen van een blokfundatie en een heipaal.
Men kan in plaats van beton ook stalen buizen de grond in slaan. Deze heipalen worden larsen– of kokerpalen genoemd. Na het slaan worden ze volgestort met beton waarna een poer of instortstaaf onder precies de juiste hoek in de heipaal wordt gestoken en gefixeerd wordt totdat het beton is uitgehard. Op die manier steekt een kant en klare bevestiging omhoog waar de montageploeg voor de mast direct wat mee kan. Soms kan men kiezen om twee helften van een damwand tegen elkaar te lassen of te felsen waardoor een zeshoekige koker ontstaat. Deze kan net zo worden behandeld als een larsenpaal.
Een voordeel van een larssenpaal is dat er geen moeilijke gelaste voet aan de randstaaf van de mast hoeft te worden gemaakt. Nadeel is de onvergeeflijkheid van een foutje tijdens de bouw als je een meetfout of slechte fixatie had. Daar kan je om lachen, maar mastenbouw blijft mensenwerk en zo’n foutje is in 2014 werkelijk gemaakt bij een reconstructie van enkele vakwerkmasten in een westelijk deel van Nederland, waarvan we de plek en de projectnaam maar verzwijgen om geen aannemer boos te maken. Tja, en dan? Heel moeilijk kijken en maatwerkverloopstukken en verspringingen laten fabriceren was de enige oplossing…
Het zogeheten stellen (uitmeten en fixeren) van een poer is precisiewerk waarbij een paar centimeter mis al een ernstig probleem kan zijn. Links: een maatwerkoplossing met speciale platen was nodig om op deze poer alsnog een mast te kunnen plaatsen. Rechts: oeps, dat had heel vervelend kunnen worden. (‘Pietertje? Dit kan echt niet. Trek ‘m maar weer los!’) Gelukkig paste het hier nog net. Foto’s door Gerard Nachbar en Ot Lesley.
Dat zit geheid vast
Een heipaal die eenmaal plak of kleef heeft verkregen komt daar niet zomaar meer vanaf. Bij de bouw van Zwolle – Meeden – Eemshaven is er in 1995 een heipaal van een hoekmastpositie daadwerkelijk fysiek getest nadat hij de grond in was geslagen. Met een ingewikkelde testopstelling werd toen beproefd wat ervoor nodig was om hem weer los te trekken. Dat bleek geen geklungel in de marge. Bij maar liefst 6000 kN (omgerekend bijna zeshonderd ton opwaartse trekkracht) hielden ze maar op, want de heipaal moest daarna ook nog gebruikt worden. Hij was slechts tien centimeter losgekomen of misschien wel uitgerekt. De heipaal maakt tot op de dag van vandaag deel uit van het fundament van mastpositie 171. Een proeve van stevigheid.
Dat heipalen, in deze beide gevallen door de PGEM uitgevoerd als twee damwandhelften, niet zo snel worden losgetrokken zien we hier bewezen door de downbursts van Vethuizen en Kerkdorp in 2010 en 2021. In beide situaties bezweek het mastlichaam, maar de volgegoten damwanden zaten nog in de grond. Foto’s door Hans Nienhuis.
Slopend karwei
Heipalen zitten soms zelfs zo vast dat men ze bij het afbreken van een hoogspanningsmast niet meer los kan krijgen. Soms helpt het om onder hoge druk water vlak langs de heipaal te injecteren of door de heipaal te laten trillen. Wanneer dat allemaal niet werkt is uitgraven wel erg duur. Men kan dan niets anders doen dan de heipaal doorzagen, eufemistisch knippen genoemd. In dat geval graaft men een kuil om de heipaal en wordt hij op twee meter diepte afgezaagd, zo diep dat toekomstig gebruik van de grond er niet door gehinderd wordt. De kuil wordt weer opgevuld en het land hersteld, maar het restant van de heipaal laat men noodgedwongen diep in de grond achter.