Korrelation mellan hållfasthet i kalkcementpelare och oförstärkt lera
Korrelation mellan hållfasthet i kalkcementpelare och oförstärkt lera - En studie av sonderingar utförda på projekt BanaVäg i Väst Jennie Kock-Larsen Master of Science Thesis 13/06 Division of Soil and Rock Mechanics Department of Civil and Architectural Engineering ISSN 1652-599X i ©Kock-Larsen, 2013 Master of Science Thesis 13/06 Royal Institute of Technology Department of Civil and Architectural Engineering Division of Soil and Rock Mechanics. Stockholm, Sweden, 2013 ii Förord Detta examensarbete utgör det avslutande momentet i min civilingenjörsutbildning inom Samhällsbyggnadssektionen vid Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), Stockholm. Arbetet omfattar 30 högskolepoäng och har utförts på avdelningen för Jord- och bergmekanik, Institutionen för Byggvetenskap. Examinator och handledare är Stefan Larsson vid avdelningen för Jord- och bergmekanik. Jag vill tacka alla som har hjälpt mig i letandet efter information. Speciellt tack till min handledare, Stefan Larsson, och Håkan Garin på Geoverkstan som hjälpt mig med information och vägledning. Stockholm Juni 2013 Jennie Kock-Larsen iii Abstract A today common soil reinforcement method is the installation of lime-cement columns. Limecement columns have been used since the 1970’s and have been a useful method for stabilizing soil at great depths. It is mostly used for stabilizing road and railway embankments because the method is economically viable and the columns are easy to install. The total costs for the installation of the lime-cement columns is dependent on the numbers of installed columns, what percentage of lime and cement that has been used and the pattern in which the columns has been installed. It has been found that the method is more preferred from an environmental perspective than other stabilizing methods from a transport and pollution point of view. A problem with the installation of lime-cement columns is that the stability of the columns has been varying, and that has contributed to costly quality controls. In many cases has a higher security factor than necessary been used, leading to more costs. In this master thesis it has been evaluated whether is exists a relationship between the soils initial undrained shear strength and the evaluated shear strength of the lime-cement column reinforced soil. If such a relationship can be proved, the initial test of the soil might contribute to an easier estimation of how the strength in the columns will develop. It might also contribute to simplify the estimated quantity of the binder and facilitate the estimation of where the tests will be executed. By using different probing and samplings results, the undrained shear strength and other parameters have been evaluated in about 50 sampling points. These have been compared to the shear strength in about 150 lime-cement columns along the new E45 between the cities Bohus and Nödinge in the south of Sweden. The area has been divided into 5 parts to see differences in the geographical areas. The lime-cement columns have been tested after 2 weeks and after 4 weeks after the installation to see the changes due to time. An analysis of how the shear strength in the columns is dependent of the shear strength in the soil along with the depth has been made. The result indicates that the properties of the soil don’t vary significantly along the area, meaning that the differences in the results are dependent on the installation methods of the lime-cement columns and not by the changes in the soil. It can be concluded that the shear strength in the soil increases by the depth, which is a result of the increasing in-situ stress along with the depth. When analyzing the columns tested after 2 weeks it can be stated that there are no significant change of the shear strength along with the depth due to the increasing in-situ stress, and a week relationship could be seen when the columns had been tested after 4 weeks. The reason for this might be the impact of the hydration process meaning that the in-situ stress has a higher impact on the lime-cement columns by time. The variation of the shear strength in the lime-cement in columns with the depth along the distance is independent of the shear strength in the soil, as can be seen from the determination coefficient in the studied intervals that didn’t exceed 10 % with reservation for a few misleading results. The geographical placement has a negligible impact on the lime-cement column-complex. iv Sammanfattning En idag vanlig jordförstärkningsmetod är installation av kalkcementpelare. Kalkcementpelare har sedan 1970-talet varit en använd metod för djupstabilisering där den främst används för väg- och järnvägsbankar, mycket tack vare att den är ekonomiskt lönsam och enkel att installera. Totalkostnaderna för installation av kalkcementpelare är beroende av antalet installerade pelare, vilken kalk/cementhalt som använts samt dess installationsmönster. Det har även konstaterats att metoden ur miljömässigt perspektiv är mer att föredra än andra stabiliseringsmetoder ur transport- och föroreningssynpunkt. Ett problem med installation av kalkcementpelare är att stabiliteten har varit väldigt varierande och detta har bidragit till att kostsamma kvalitetssäkringar och kontroller har behövt göras. I många fall har en högre säkerhetsfaktor än nödvändigt använts, vilket har bidragit till ökade totalkostnader. I detta examensarbete har det utvärderats ifall det finns något samband mellan jordens initiala odränerade skjuvhållfasthet och den utvärderade skjuvhållfastheten i den pelarförstärkta jorden. Ifall en korrelation kan påvisas kan de initiala testerna av jorden ge en uppskattning av hur hållfastheten i pelarna utvecklas. Detta skulle kunna bidra till att det blir lättare att uppskatta bindemedelshalter och det blir lättare att avgöra var pelarsonderingar ska utföras. Genom användandet av olika sondering- och provtagningsresultat har den odränerade skjuvhållfastheten och andra parametrar utvärderats i ett 50-tal punkter, samt skjuvhållfastheten för omkring 150 st pelare längsmed den nya dragningen av E45 mellan sträckan Bohus och Nödinge i södra Sverige. Sträckan har delats in i 5 delområden för att se huruvida det finns en geografisk skillnad i korrelationen. Pelarna testades efter 2 veckor och efter 4 veckor för att även kunna urskilja trender över tiden. En analys av hur skjuvhållfastheten i pelarna beror av skjuvhållfastheten i jorden och dess ändring med djupet har utförts för att se ifall det finns ett samband mellan djup och hållfasthet i pelarkomplexet. Resultatet av denna studie visar att: Jordens egenskaper varierar inte nämnbart längsmed den studerade sträckan, så skillnader i resultat beror sannolikt främst av installationsförfarandet av kalkcementpelarna och inte av lokala förändringar i jorden. Generellt kan konstateras att skjuvhållfastheten i jorden ökar med djupet, vilket beror av de ökade in-situ trycket med djupet. För pelare testade efter 2 veckor kunde dock inte en sådan trend urskiljas, medan ett svagt samband kunde urskiljas för pelare testade efter 4 veckor. Detta antas bero på hydratiseringsprocessen där in-situ trycket har större inverkan på hållfastheten i pelarna med tiden. Skjuvhållfastheten i pelarnas variation med djupet längsmed sträckan är oberoende av skjuvhållfastheten i jorden då determinationskoefficienten i alla studerade intervaller inte överstiger 10 % med reservation för vissa missvisande resultat. Den geografiska placeringen har obetydlig inverkan på skjuvhållfastheten i pelarstabiliseringen v Symboler [kPa] Odränerad oreducerad skjuvhållfasthet [kPa] Odränerad korrigerad skjuvhållfasthet Mmax [kNm] Maximalt vridmoment för vinge µ [-] Omräkningskoefficient [t/m3] Densitet R [-] Pearsons korrelationskoefficient R2 [%] Determinationskoefficient S [-] Sensitivitet v ,k [kPa] Okorrigerad skjuvhålllfasthet från vingborr resp fallkonsförsök w [%] Vattenkvot wL [%] Konflytgräns vi Innehållsförteckning Förord ....................................................................................................................................... iii Abstract .................................................................................................................................... iv Sammanfattning ....................................................................................................................... v Symboler .................................................................................................................................. vi Innehållsförteckning .............................................................................................................. vii 1 Inledning ........................................................................................................................... 9 2 Bakgrund ........................................................................................................................ 11 2.1 Göta älv ................................................................................................................. 11 2.2 Ombyggnation av väg E45 .................................................................................... 13 2.3 Kalkcementpelare .................................................................................................. 15 2.4 Sonderingar och provtagningsmetoder .................................................................. 16 2.4.1 KPS........................................................................................................... 16 2.4.2 Kolvprovtagning....................................................................................... 16 2.4.3 CPT........................................................................................................... 16 2.4.4 Vingborr ................................................................................................... 17 3 Metod .............................................................................................................................. 18 4 Resultat ........................................................................................................................... 24 5 4.1 Delområde 1-5 ....................................................................................................... 25 4.2 Analys i djupled ..................................................................................................... 30 4.3 Alla Delområden ................................................................................................... 36 Diskussion ....................................................................................................................... 37 5.1 6 Anmärkning ........................................................................................................... 39 Slutsats ............................................................................................................................ 40 6.1 Fortsatta studier ..................................................................................................... 41 Referenser ............................................................................................................................... 42 A Appendeix 1 .................................................................................................................... 45 vii Inledning 1 Inledning Grundläggning på lös jord har länge varit ett stort problem för byggandet i Sverige vilket kan medföra skador på anläggningar till följd. För vägar och järnvägsbankar grundlagda på sättningsbenägna jordar har grundläggningen under senare år lösts genom installation av kalkcementpelare för att öka stabiliteten och reducera sättningarna (Axelsson, 2001). Metoden, som anses vara ekonomiskt lönsam och enkel att utföra, går ut på att ett bindemedel distribueras ner i jorden för att sedan mekaniskt blandas med denna och sedan härda. Jordens naturliga vatteninnehåll utnyttjas för hydratisering. Genom en samverkan med den omkringliggande jorden kan kalkcementpelarna erhålla tillräcklig styvhet för att kunna bära de överliggande konstruktionerna. Bindemedlet består ofta av en blandning av kalk och cement och ibland även inblandning av andra ämnen såsom flygaska för att mer i detalj påverka kalkcementpelarnas egenskaper. Ett problem med den här metoden är att den erhållna stabiliteten hos pelarna kan variera kraftigt och noggranna kontroller måste därför utföras under produktionsskedet (Axelsson & Larsson, 2003; Larsson, 2006). I Sverige används den odränerade skjuvhållfastheten, normalt definierad som halva tryckhållfastheten, för att karaktärisera pelarnas hållfasthet. Det är dock oklart hur denna skjuvhållfasthet varierar med den odränerade skjuvhållfastheten i den ostabiliserade jorden. Det finns gemensamma faktorer som påverkar hållfastheten både i den lösa ostabiliserade jorden och i den förstärkta jorden såsom vattenkvot och komposition vilket gör att en positiv korrelation är sannolik. Jordar har en naturlig rumslig variation i hållfasthets- och deformationsegenskaper och det är oklart om hållfastheten i den förstärkta jorden följer samma variation (Al-Naqshabandy et al., 2012; Al-Naqshabandy & Larsson, 2013; Bergman et al., 2013; Larsson, 2005a). Den rumsliga korrelationen avseende hållfasthet i kalkcementpelare har studerats i ett antal studier och slutsatsen är att korrelationsavståndet är relativt litet, mindre än 4 meter i horisontalled och mindre än 1 meter i vertikalled (Larsson & Nilsson 2009; Al-Naqshabandy et al., 2012; Al-Naqshabandy & Larsson, 2013; Bergman et al., 2013). I naturliga lösa jordar kan korrelationsavståndet i horisontalled vara betydligt större. Detta kan vara en indikation på att den spridning i hållfasthet som är resultatet av inblandningsprocessen är dominerande och överordnad den rumsliga variationen i den ostabiliserade jorden. Tidigare studier har visat att kalkcementpelares egenskaper beror starkt av installationsförfarandet, bland annat genom stigningshastighet och antalet vingpar hos inblandningsverktyget (Larsson et al, 2005a; 2005b, 2005c). De utförda studierna avseende korrelation har dock utförts på enskilda pelare och inom mycket begränsade områden. Korrelation för större områden eller längre sträckor har inte studerats. Syftet med den här studien är att undersöka hur skjuvhållfastheten i den ostabiliserade jorden korrelerar med pelarnas skjuvhållfasthet för en längre sträcka. Med hänsyn till eventuell korrelation kan man bättre bedöma inom vilka områden kontrollinsatser behöver göras redan innan pelarinstallationen. Om en stark korrelation föreligger utgör denna information ett underlag för optimering av bindemedelshalter, installationsmönster och antal installerade 9 Inledning pelare. Vidare utgör information om korrelation underlag för en bättre bedömning av säkerhetsnivåer vid dimensionering (Al-Naqshabandy & Larsson, 2013). Projektet, som denna studie valt att fokusera på, är en sträcka i sydvästra Sverige som består av byggnationen av en järnvägsbank längsmed den utvidgade vägen E45 (Ekström & Hallingberg, 2012). Den studerade sträckan är 3,5 km lång och är lokaliserad mellan Bohus och Nödinge, se figur 2. Jordprofilen är typisk för området och består i stora drag av 0,2 m jordskorpa, därefter upp till 30 m lera för att sedan gå över till friktionsmaterial, se appendix 2 (Andersson & Karlström, 2010). I arbetet har 148 stycken sonderingar i pelare och 46 stycken sonderingar och prover i den naturliga jorden studerats. Huvudsakligen har pelarsonderingarna utförts 2 veckor (12-16 dygn) efter installation men även i enstaka fall efter 4 veckor (26-34 dygn). Under ombyggnationen av E45:an har det installerats pelare vid två olika skeden i byggprocessen. Förprovningspelare som installerats innan produktionsstarten för studie främst av erforderlig bindemedelsmängd samt produktionspelare som installerats och kontrollerats löpande under projektets gång. Inledningsvis har en litteraturstudie gjorts med syfte att få en bättre förståelse för provområdets geologi och för att kunna förstå de problem som kan uppstå vid byggande. Litteraturstudien har också omfattat artiklar om hur långt utvecklingen har kommit idag gällande kalkcementpelare samt provmetoder för jord. Därefter har jordens egenskaper analyserats utifrån utförda sonderingar och provtagningar och dessa har jämförts med den uppmätta skjuvhållfastheten i pelarna baserat på pelarsonderingar. Sambandet mellan dessa två har studerats genom att studera korrelationen via regressionanalys. 10 Bakgrund 2 Bakgrund Väg E45 går längs Göta älvdalen och har i många år varit övertrafikerad. Under 1980-talet beslutades det att en breddning av denna väg skulle göras. Problemet bestod i att hela Göta älvdalen kantas av mäktiga lerlager vilka medförde stora problem för grundläggningen av vägen, främst i och med sättnings- och skredrisker (Andersson & Karlström, 2010; Hultén et al., 2006). För att få en bättre förståelse för problemet beskrivs inledningsvis problematiken med anläggningsbyggande i sydvästra Sverige, vilket inkluderar Göta älvdalens natur samt projektets utbredning. 2.1 Göta älv Göta älv har sin början i Vänern och mynnar ut i dess södra utlopp till Kattegatt och utgör det största och längsta vattendraget i Sverige (SOU, 2006). Göta älv har under hundratals år använts som transportled för de stora industrier som hela tiden expanderar i området, och parallellt med expanderingen har allt större vägar och järnvägar dragits dit för att underlätta ytterligare transporter till och från industrierna (Alén et al., 2000). Tack vare älvens lägliga placering har många stora städer vuxit sig fram utmed dess strandkanter, såsom Göteborg, Trollhättan och Kungälv. Göta älv är av stor betydelse för transportnätet i hela sydväst- och Mellansverige. I farleden passerar 3500 fartygstransporter per år. (IGÄ, 2002; GÄV 2005). Geografin i Göta älvdalen är mycket varierande och det är den störst bidragande orsaken till skred och sättningar i området. De många fartygstransporterna i älven bidrar även till att erosion- och sedimenttransporterna i älven ökar Nordost om älven är det främst berg i dagen med fasta jordområden som mynnar ner i relativt branta slänter mot älven, medan det i sydvästra delarna är mer flackt med mäktiga lerlager (Alén et al., 2000; Andersson & Karlström, 2010; Hultén et al., 2006, Berggren, 2010). Lerlagren sträcker sig ner till 100 meters djup och genom år av salturlakning finns även en stor risk för bildandet av kvicklera. Karta över Göta Älvs lokalisering och Sveriges skredrisker visas i figur 1 (Hultén et al., 2006; SGU, 2012). Göta älvdalen har på senare år drabbats av perioder av kraftig nederbörd vilket har resulterat i ändrade portrycksförhållanden. Ett annat problem är ökad belastning på vägar och järnvägar i och med tyngre och fler transporter (SGU, 2006; Alén et al., 2000). Sammanfattningsvis kan klargöras att förutsättningarna i området är optimala för skred och ras och riskerna ligger främst i: Sluttande, fastare underliggande mark såsom berg Övre jordlager av lösare sediment såsom lera Ökande belastning från väg och järnväg Ändrade portryck i form av till exempel ökande nederbörd 11 Bakgrund De flesta skreden är ytliga och påverkar inte omgivningen på kort sikt, även om undervattensskred lokalt kan påverka framkomligheten av sjötrafiken (Alén, et al., 2000). Instabiliteten i området har dock visat sig ett flertal gånger få katastrofala konsekvenser. Under 1900-talet har ett flertal skred inträffat varav det skred med störst konsekvenser drabbade staden Surte år 1950 då 31 bostadshus drogs med i ett lerskred och en person miste livet (SGU, 2006; Alén et al., 2000; Hultén et al., 2006). I figur 1 visas skredriskerna i Sverige enligt Sveriges Geologiska Undersökning, SGU. I figuren visas även Göta Älvdalens lokalisering (svarta cirkeln). Figur 1. Skredrisker i Sverige samt lokaliseringen av studerat område (svart cirkel på kartan). Källa: SGU. 12 Bakgrund 2.2 Ombyggnation av väg E45 Vägen mellan Göteborg och Trollhättan har länge präglats av svår framkomlighet och olyckor på grund av dess slingriga vägbana och de tunga transportfordon som färdats på vägen. Det intilliggande järnvägsspåret (Norge-/Vänernbanan) har också varit i stort behov av upprustning eftersom underliggande jord inte är tillräckligt stabil för de tunga påfrestningar som uppstår med snabbare, tyngre och mer frekvent tågtrafik (Wahlqvist, 2012). Den gamla E45:an byggdes på 1960-talet och bestod av en tvåfilsväg med många plankorsningar och parallellt med denna fanns endast ett enkelspår för järnvägen (Trafikverket, 2012). En upprustning av väg och järnväg började diskuteras redan på 1980talet men på grund av att det är ett geotekniskt riskområde har en mängd olika geotekniska undersökningar behövts göras, vilket har bidragit till att planeringen och utförandet dragit ut på tiden (Trafikverket, 2012b). På uppdrag av Vägverket och Banverket (nuvarande Trafikverket) skulle ett omfattande infrastrukturprojekt, kallat BanaVäg i Väst, utformas, vilket innebar en ny fyrfilig motorväg samt en dubbelspårig järnväg. Arbetet med nya E45 startade i december 2009 och invigdes i december 2012. I och med ombyggnationen har en vägsträcka på 75 km breddats och förstärkts). För grundläggningen av väg och järnvägsbank längst E45:an har främst kalkcementpelare använts (Trafikverket, 2012c Ombyggnationen av E45 sträcker sig längs sträckan Göteborg-Trollhättan och indelades i 16 olika deletapper under ombyggnadstiden för att underlätta framkomligheten på den trafikerade vägen, se figur 2. Den här studien har fokuserats på deletappen Bohus-Nödinge där Skanska Sverige AB ansvarar för entreprenaden (Wahlqvist, 2012). 13 Bakgrund Figur 2. 16 Deletapper med focus på etappen Bohus-Nödige. Källa: Trafikverket. 14 Bakgrund 2.3 Kalkcementpelare Djupstabilisering med kalkcementpelare har använts sedan 1970-talet och blivit en vanlig metod för att förbättra stabiliteten i lös jord i Sverige, främst för motorvägs- och järnvägsbankar (Axelsson & Larsson, 2003; Hedman & Kuokkanen, 2003; Larsson 2005a; Larsson, 2006). Genom en samverkan mellan pelare och den omkringliggande ostabiliserade jorden kan en stabil grund för byggande skapas. Principen med installation av kalkcementpelare är att på mekanisk väg blanda olika bindemedel med den naturliga jorden. Genom inblandningen kan stabiliteten i jorden öka och sättningar och vibrationer kan reduceras (Porbaha, 1998; Terashi, 2003; Broms, 2004; Larsson, 2005a). De mest använda bindemedlen är kalk och cement med eventuell inblandning av andra medel beroende på vilken egenskap pelarna ska ha. Forskning har gjorts inom området, främst i Sverige och i Japan (Larsson, 2006; Åhnberg, 2006). För att installera kalkcementpelarna finns det två olika metoder, den torra respektive den våta metoden. För båda metoderna gäller att ett roterande verktyg pressas ner i marken till önskat djup. Därefter dras verktyget sakta upp och en blandning av kalk och cement pumpas ut under omrörning (Carlsten, 1989). I den torra metoden, som är vanligast i Sverige, pumpas en torr blandning av kalk och cement ut i jorden och blandas med jordens naturliga vatteninnehåll. Denna metod är bäst lämpad i finkorniga, lösa jordar med högt vatteninnehåll. Den våta metoden är bäst lämpad i lösa jordar som har ett lägre naturligt vatteninnehåll och går ut på att ett verktyg pressar ut en redan färdigblandad kalkcementmassa i jorden (Larsson, 2006). En fördel med kalkcementpelare är att pelaravstånd, installationsmönster och djup kan varieras och bindemedelsmängden (procenthalten kalk/cement) kan anpassas efter önskad hållfasthet. En livscykelanalys av kalkcementpelare har visat att det även med avseende på transport och energiåtgång är en ekonomisk och miljömässigt lönsam metod (Larsson, 2006). En av nackdelarna med installation av kalkcementpelare är att det är svårt att avgöra exakt hur mycket stabiliteten i jorden kommer att öka då yttre faktorer såsom omblandning, bindemedelsmängd, vattenhalt i jorden i hög grad påverkar hållfasthetsegenskaperna (Larsson & Nilsson, 2009). Det är även svårt att testa pelarna då metoden utförs in-situ. (Liyanapathirana et al, 2010). I tidigare artiklar inom området har konstaterats att även jordens reologiska egenskaper påverkar kalkcementpelarnas skjuvhållfasthet (Larsson et al., 2005a, 2005b, 2005c). Forskning som har gjorts av redan installerade pelare har visat att kalkcementpelarnas skjuvhållfasthet kan variera kraftigt trots att samma installationsmetod har använts. Faktorer såsom jordens egenskaper och förhållandena har påverkat slutresultatet i stor skala. 15 Bakgrund 2.4 Sonderingar och provtagningsmetoder Nedan beskrivs de metoder som använts för att utvärdera jorden och pelarnas egenskaper. Utförligare beskrivningar kan hittas på SGU:s hemsida. 2.4.1 KPS Pelarsonderingarna i projektet har utförts som FTPS (Förborrad Traditionell Pelarsondering) och förborrningen har skett med en krona på 58 mm i diameter. Vidare har pelarsonden dimensionen 500x15 mm. Då utvärderingen av skjuvhållfastheten i pelarna skett har en omräkningsfaktor på 12,5 använts. Pelarsonderingen är en av de mest använda metoderna för att testa kalcementpelare (Larsson, 2006). Metoden går ut på att en sond med vingar pressas ner i pelaren med en konstant hastighet av 20 mm/s som registrerar neddrivningskraften. Skjuvhållfastheten kan sedan beräknas enligt en bärighetsekvation, se formel 1. Nackdelen med denna metod är att det är en relativt stor del av pelaren testas och eftersom sonden lätt går ur pelaren bör denna metod inte användas för mer än till 8 meters djup. I de fall ett förborrningshål har gjorts kan pelare med en skjuvhållfasthet upp till 350 kPa testas utan att pelarsonden går ur, medan det utan förborrningshål rekommenderas att inte testa pelare starkare än 150 kPa (Axelsson, 2001; Larsson, 2006). Denna metod beskrivs närmare i SGF:s Rapport 17 (Larsson, 2006). 2.4.2 Kolvprovtagning Kolvprovtagning, kolvborr eller standardkolvprovtagning, är framtagen för att kunna utvärdera ”ostörda” prover. Proverna tas direkt från jorden i isolerade kolvar utan att ändra jordens egenskaper ändrat avsevärt vad gäller sammansättning, vattenkvot och volymvikt. Kolven är ca 1 m lång och har en ytterdiameter av 82 mm (enligt Standard 2; SGF, 2009). Kolven pressas ner i jorden och provet tas upp för att sedan fraktas till laboratorium för vidare undersökning och förvaring. Den odränerade skjuvhållfastheten uppskattas normalt med konförsök där skjuvhållfastheten korrigeras enligt bärighetsekvationen enligt formel 1. 2.4.3 CPT Cone penetration test, eller CPT som det kallas, är en av de vanligaste metoderna för kvalitetskontroll av jordprover som används i Sverige idag. Metoden går ut på att en kon med 60° vinkel trycks ner i jorden eller pelaren och spetstrycket, friktionen och portrycket mäts. Spetstryckets storlek visar jordens fasthet och variation och det är även ett mått på kornstorleken i jorden. Mantelfriktionen (friktionen) är ett mått på vilka horisontaltryck som utvecklas vid sonderingen. Portrycken är representativa för själva mätpunkten i jorden och den kan registrera mycket tunna skikt av förändringar i portrycket. Denna teknik används för att göra en preliminär uppskattning av jordens geotekniska egenskaper och dess jordlagerföljd, samt pelares stabilitet. Metoden lämpar sig bäst i lösa till fasta jordar med kornstorlekar upp till grusfraktion. Nackdelen med CPT är att det initialt är en relativt dyr metod att använda på grund av att kompetent personal behövs samt att för- och efterarbetet tar längre tid(Hågeryd et al., 2007). . Den odränerade skjuvhållfastheten har i denna studie utvärderats med programmet CONRAD. 16 Bakgrund 2.4.4 Vingborr Vingborr, eller vingförsök som det även kallas, är en så kallad in-situ metod (SGF, 1993). Genom vingförsök erhålls den odränerade skjuvhållfastheten samt sensitiviteten i kohesionsjord. Försöket går ut på att ett vingdon bestående av fyra plåtar vinkelräta mot varandra pressas ner i jorden med hjälp av förlängningsstänger till ett önskat djup och därefter roteras tills det att brott uppstår i jorden. Nedpressningen av vingdonet ska vara konstant och inte överstiga 1 m/60 s, och rotationen ska ske efter minst 2-5 minuter efter att ha nått önskat djup Genom en omräkning av vridmomentet vid brott i jordytan samt med hjälp av vingdonets mantelyta kan den odränerade skjuvhållfastheten räknas ut. Också resultatet från vingförsöket korrigeras med avseende på flytgränsen enligt formel 1. 17 Metod 3 Metod Denna studie baseras på resultat från geotekniska undersökningar och pelarsonderingars som har utförts längsmed den nybyggda järnvägen bredvid väg E45 och har fokuserats på järnvägsbanken sträckan Bohus och Nödinge. En stor mängd resultat har samlats in och sammanställts så att den ostabiliserade jordens skjuvhållfasthet kunnat jämföras med den förstärkta jordens uppmätta skjuvhållfasthet. Järnvägsbanken, som sträcker sig över ett 3,5 km långt område, har delats in i 5 större delområden, benämnda delområde 1-5. Inom varje delområde har ytterligare indelningar gjorts med 2-6 pelare i varje för att lättare kunna urskilja förändringar i skjuvhållfastheten. För varje delområde gav detta 5-7 underområden benämnda D.A.B. där A motsvarar respektive delområde 1-5 och B står för respektive underområde (2-6 st olika). I varje underområde finns två olika sorters pelare, förprovningspelare och produktionspelare. Förprovningspelare har blivit testade efter 12-16 dygn (benämnda ”a”), förutom för delområde 2 där de testats efter 7-9 dygn, och efter 26-34 dygn (benämnda ”b”). Produktionspelare har blivit testade efter 12-16 dygn, se appendix 1 och tabell 2 för mer information. Pelarna har installerats vertikalt och har dimensionen 600 mm i diameter och bindemedlet består av 50 % kalk och 50 % cement. Installationen av pelarna har skett med ett standardverktyg eller liknande och fick maximalt ha en rotationshastighet på 160 varv/minut och en stigning på mellan 15-20 varv/minut (300G1541). Alla pelarsonderingar har studerats enskilt och för de fall där sonden har antagits gått ur har resultatet under denna nivå exkluderat. Pelarlängden för dessa pelare blir alltså kortare. De skjuvhållfasthetsvärden som uppmätts i jorden med hjälp av de olika provmetoderna är beroende av bland annat försökets hastighet. De uppmätta värdena korrigeras med avseende på flytgränsen enligt: [1] där cu korrigerade odränerad odränerad skjuvhållfastheten v ,k okorrigerad odränerad skjuvhållfasthet från vingförsök respektive fallkonsförsök och 0, 43 wL 0,45 [2] där 1, 2 0,5 För att reducera för de försök där inte var uppmätt har (i den mån det gått) tagits från ett närliggande jordprov. I annat fall har interpolerats fram via två borrhål som ligger i 18 Metod nära anslutning till borrhålet i fråga. I tabell 1 visas vilka borrhål som är berörda av detta och vilka borrhål som medelvärdet av flytgränsen har tagits från. Delområde D1 D2 D3 D4 D5 Borrhål 703 7135 FB8149 FB8151 FB8523 7135 7139 FB8601 6125 6134 FB7203 6105 FB7542 501 FB6551 5126 FB6507 wL taget från Borrhål 1 Borrhål 2 FB8007 7116 FB8513 FB8017 FB8154 FB8012 FB8513 FB8017 FB8152 FB8153 603 FB7209 FB7015 FB6557 FB6545 FB6003 505 FB6607A FB6607A Tabell 1. Flytgränsens ursprung för de borrhål som saknat detta värde. 19 Metod I tabell 2 nedan visas alla delområden och deras underområden tillsammans med utsträckning och de tester som utförts och inkluderats i detta arbete för respektive delområde. Område Delområde 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 TOTALT Antal prov utan KC-pelare Ostabiliserad jord Sektion (utifrån pelarindelning) Kolvprovtagning 459+220-459+320 2 459+788,7-459+798,7 1 459+760,8-459+762,8 2 459+673-459+674 2 459+589-459+590 1 459+575-459+576 1 460+124-460+125 3 460+196-460+198 1 460+162-460+164 1 460+24-460+125 1 460+098-460+099 2 459+946-459+947 1 459+928-459+929 0 460+837-460+852 1 459+883-460+884 1 460+760-460+770 1 460+728-460+730 1 460+700-460+704 1 460+684-460+686 1 460+666-460+667 1 460+652-460+653 1 461+771,6-461+777,6 2 461+573-461+577 1 461+556-461+560 1 461+539,6-461+539,6 1 461+521,6-461+523,6 1 461+479-461+485 2 461+471-461+477 2 462+480-462+580 1 462+228-462+232 1 462+060-462+062 1 462+064-462+066 0 462+050-462+052 0 462+054-462+058 1 459+220-462+058 40 Vinge 3 2 2 2 2 3 3 1 1 1 2 1 2 1 4 1 1 1 2 2 2 3 1 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 62 CPT 2 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 0 0 0 26 Antal prov med KC-pelare Stabiliserad jord 12-16 26-34 dygn dygn 5 3 6 3 4 4 4 4 1 3 2 4 4 4 4 7 3 2 5 2 3 5 2 2 7 3 3 4 2 4 4 4 7 3 3 4 4 4 6 135 13 Tabell 2. Sektionsindelning, utförda testmetoder och antal pelare testade. 20 Metod Efter att resultaten samlats in och utvärderats beräknades ett flytande medelvärde för den odränerade reducerade skjuvhållfastheten med ett intervall av 0,5 m i kalkcementpelarna och motsvarande 3 m för jordproven. Det flytande medelvärdet har tagits fram för att undvika allt för stor inverkan av lokala mätfel. Eftersom data endast har tagits fram för vissa djup från sonderingar har värden för de saknade djupen interpolerats fram med hjälp av kända data från omgivande djup. För att kunna utvärdera en korrelation mellan skjuvhållfastheten i den ostabiliserade jorden och i den stabiliserade jorden har respektive värden ritats upp mot varandra. Efter det har determinationskoefficienten beräknats för respektive område och för olika djup enligt följande indelning: Alla Delområden Delområde 1 Delområde 2 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 Vidare har en analys i vertikalled gjorts för att studera hur korrelationen varierar med djupet för alla Delområden: 2-4 m 5-7 m 8-10 m 11-13 m 14-16 m 17-19 m 20-22 m Resultatet presenteras kapitel 7. 21 Metod För att få en uppfattning om vilka avstånd som är från pelarna till de olika borrhålen för respektive delområde har tabell 3 tagits fram, se nedan. Sträcka [m] Delområde Sektion (utifrån borrhål) D.1 459+200-459+800 1.0 459+226-459+276 1.1 459+776-459+798,7 1.2 459+727-459+776 1.3 459+657-459+680 1.4 459+589-459+600 1.5 459+548-459+579 D.2 459+800-460+200 2.0 459+776-459+829 2.1 460+178-460+198 2.2 460+162-460+178 2.3 460+084-460+125 2.4 460+063-460+099 2.5 459+929-459+981 2.6 459+913-459+929 D.3 460+650-461+030 3.0 460+837-460+852 3.1 460+871-460+900 3.2 460+760-460+770 3.3 460+728-460+764 3.4 460+700-460+704 3.5 460+686-460+700 3.6 460+666-460+700 3.7 460+652-460+700 D.4 461+460-461+790 4.0 461+760-460+791 4.1 461+573-461+577 4.2 461+569-461+573 4.3 461+539-461+573 4.4 461+480-461+524 4.5 461+460-461+487 4.6 461+460-461+477 D.5 463+010-462+540 5.0 462+512+462+538 5.1 462+208-462+232 5.2 462+060-462+112 5.3 462+064-462+179 5.4 462+016-462+179 5.5 461+995-462+058 22 600 50 25 50 25 15 35 400 55 20 20 45 40 55 20 380 20 30 10 40 5 15 35 50 330 35 5 5 35 50 27 20 530 30 25 55 15 65 63 Tabell 3. Sektionernas utbredning med hänsyn till avstånd från borrhål. Metod I den här uppsatsen har determinationskoefficienten utvärderats och använts för att göra en enkel analys av korrelationen mellan jordens initiala skjuvhållfasthet och den stabiliserade jordens skjuvhållfasthet. Korrelation är ett mått på hur väl olika punkter i ett diagram ansluter till den så kallade regressionslinjen (en rak linje med den generella formeln y ax b ), det vill säga hur starkt sambandet mellan två variabler är. För att utvärdera korrelationen har Pearsons korrelationskoefficient använts, som i sin tur använder sig av minstakvadratmetoden för att utvärdera korrelationen mellan två variabler. Som formel 3 visar innebär ett värde på R=+1 att det är en positiv (så kallad perfekt) korrelation och motsvarande då R=-1 är det en negativ (imperfekt) korrelation. Att R=0 innebär att punkterna inte sammanfaller med regressionslinjen utan är slumpmässigt fördelade. Determinationskoefficienten är kvadraten av Korrelationskoefficienten (R2). R2 rör sig mellan värdena 0<R2<+1, och visar hur stor del (i procent) av variabiliteten i y som anses vara beroende av x. Pearsons korrelationskoefficient följande: R xy x y x x 2 N 2 R och determinationskoefficienten N 2 [3] 2 y 2 y N x y xy N 2 2 x y x 2 y 2 N N 2 [4] Där x och y är variabler, i detta fall: x = Odränerade skjuvhållfastheten i pelarna y = Odränerad skjuvhållfasthet i jorden 23 är definierade enligt Resultat 4 Resultat Detta kapitel presenterar resultat av analysen då den odränerade skjuvhållfastheten i den ostabiliserade jorden jämförts med skjuvhållfastheten i pelarna . En uppdelning av resultatet har gjorts för varje delområde och för en analys i djupled samt för alla delområden tillsammans. För alla grafer gäller att värdena som tagits fram visar efter varje meter med det flytande medelvärdet av 0,5 meter samt för varje meter med det flytande medelvärdet av 3 meter, så lokala skillnader kan förbises. I appendix 2 presenteras jordens egenskaper utifrån utförda försök och generellt kan konstateras att jordens egenskaper inte varierar så mycket längsmed den studerade sträckan. Jordens initiala oreducerade skjuvhållfasthet visar en tendens till att öka med djupet. Detsamma gäller för sensitiviteten. Densiteten i jorden ligger inom ett intervall mellan 1,4-1,8 t/m3 och varierar inte med djupet. Vattenkvoten och flytgränsen visar istället på en svag tendens att minska med djupet. Resultatet för alla delområden tillsammans kan visualiseras i figur 5 då pelarna är testade efter 2 veckor och efter 4 veckor. I figur 3 visas hur beror av för varje delområde. En uppdelnig har gjorts för pelare testade efter 2 veckor och pelare testade efter 4 veckor. Dessutom visualiseras olika intervaller i djupled. Figur 4 visar hur korrelationen mellan och påverkas av djupet. 24 Resultat 4.1 Delområde 1-5 För pelare testade efter 2 veckor (1 vecka för delområde 2) visas resultatet nedan. 400 2-4 m 5-7 m 8-10 m 11-13 m 14-16 m Delområde 1 , 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 Figur 3 (a-e). Skjuvhållfastheten i pelarna plottade mot skjuvhållfastheten i jorden för varje delområde, för pelare testade efter 12-16 dygn. 250 200 R2=0,1347 150 100 50 0 0 5 a 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 2-4 m 5-7 m 8-10 m Delområde 2, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 250 200 R2=0,0888 150 100 50 0 0 5 b 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 25 30 Resultat 400 2-4 m 5-7 m 8-10 m 11-13 m Delområde 3, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,0031 250 200 150 100 50 0 0 5 c 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 250 2-4 m 5-7 m 8-10 m 11-13 m 14-16 m 17-19 m 20-22 m 200 R2=0,1658 Delområde 4, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 150 100 50 0 0 5 d 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 2-4 m 5-7 m 8-10 m 11-13 m Delområde 5, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,1664 250 200 150 100 50 0 0 5 e 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 26 30 Resultat Delområde 1 har en utvärderad (negativ riktning), se figur 3a, vilket innebär en inbördes korrelation på 13 %. I delområde 2 är det ingen större skillnad på korrelationen jämfört med de andra delområdena trots att vissa tester som är inkluderade i detta område är gjorda efter 7-9 dygn. Delområde 2 har en utvärderad (negativ riktning) för pelare testade efter 12-16 dygn, alltså en inbördes korrelation på ca 9 %, se figur 3b. Delområde 3-5 har positiva utvärderade (se figur 3c-e). För delområde 3 är , alltså en inbördes korrelation på endast 0,3 %. För delområde 4 och för delområde 5 är för pelare testade efter 12-16 dygn (figur 3g och i). Båda delområdena visar att beror till ca 17 % av . För pelare testade efter 4 veckor visas resulatet nedan. 400 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare Figur 4 (a-e). 2-4 m 5-7 m 8-10 m Delområde 1 , 26-34 dygn 350 Skjuvhållfastheten i pelarna plottade mot skjuvhållfastheten i jorden för varje delområde, för pelare testade efter 26-34 dygn. R2=0,937 300 250 200 150 100 50 0 0 5 a 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 2-4 m 5-7 m Delområde 2 , 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,6935 250 200 150 100 50 0 0 5 b 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jorden 27 25 30 Resultat 400 2-4 m 5-7 m 8-10 m 11-13 m Delområde 3 , 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,8738 250 200 150 100 50 0 0 5 c 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 2-4 m 5-7 m 8-10 m Delområde 4 , 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,7602 250 200 150 100 50 0 0 5 d 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 2-4 m 5-7 m 8-10 m 11-13 m 14-17 m Delområde 5 , 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,7344 250 200 150 100 50 0 0 5 e 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 28 30 Resultat För delområde 1 finns en korrelation mellan och på , det vill säga en stark korrelation på ca 94 %, se figur 4a. Motsvarande siffra för delområde 2 är på ca 69 % men med endast en pelare som testats, se figur 4b. I delområde 3 är , det vill säga 87 % (figur 4c). För delområde 4 och delområde 5 är och , alltså 76 % och 73 %, se figur 4d och e. 29 Resultat 4.2 Analys i djupled Korrelationen med avseende på nedan. mellan och testade efter 2 veckor visas 400 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare Figur 5 (a-g). Delområde 1 Delområde 2 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 2-4 m, 12-16 dygn 350 300 Skjuvhållfastheten i pelarna plottade mot skjuvhållfastheten i jorden för intervall om 2m, för pelare testade efter 12-24 dygn. 250 200 R2=0,0022 150 100 50 0 0 5 a 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 Delområde 1 Delområde 2 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 5-7 m, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 250 200 R2=0,0724 150 100 50 0 0 5 b 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 30 Resultat 400 Delområde 1 Delområde 2 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 8-10 m, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 250 200 R2=0,00002 150 100 50 0 0 5 c 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 11-13 m, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 Delområde 1 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 250 200 Rrev2=0,0205 150 R2=0,0736 100 50 0 0 5 d 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 14-16 m, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 Delområde 1 Delområde 4 300 250 R2=0,0014 200 150 100 50 0 0 5 e 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 31 30 Resultat 400 17-19 m, 12-16 dygn Delområde 4 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 250 200 R2=0,0262 150 100 50 0 0 5 f 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 20-22 m, 12-16 dygn Delområde 4 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,4118 250 200 150 100 50 0 0 5 g 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 Korrelationen är negativ för pelare testade i intervallet 2-7 m. I intervallet 2-4 m är , figur 5a. För intervallet 5-7 meter är figur 5b. I intervallen från 8-16 m, är korrelationen genomgående i positiv riktning. I intervallet 8-10 m är den , figur 5c. Det finns två uppritade för intervallet 11-13 m, se figur 5d. Det ena har en positiv korrelation på 2 %, där delområde 3 och 5 tagits bort, och den andra har en negativ korrelation på 7 %. Detta för att skjuvhållfastheten i dessa pelare var väsentligt högre än för resterande delområden och influensen av detta skulle studeras. För intervallen som går djupare än 13 m finns det få mätdata och endast delområde 1, 4 och 5 är representerade i graferna. I intervallet 14-16 m är , det vill säga endast 1 % korrelation, figur 5e. För figur 5f och 5g är det endast delområde 4 som finns representerat för pelare som är testade efter 12-16 dygn. i negativ riktning i intervallet 17-19 m och i positiv riktning i intervallet 20-22 m, alltså de har en inbördes korrelation på 3 % respektive 41 %. 32 Resultat Nedan visas korrelationen mellan och testade efter 4 veckor. 400 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare Figur 6 (a-e). Delområde 1 Delområde 2 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 2-4 m , 26-34 dygn 350 300 Skjuvhållfastheten i pelarna plottade mot skjuvhållfastheten i jorden för intervall om 2m, för pelare testade efter 26-34 dygn. 250 200 R2=0,0055 150 100 50 0 0 5 a 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 Delområde 1 Delområde 2 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 5-7 m , 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 250 200 R2=0,3197 150 100 50 0 0 5 b 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 33 30 Resultat 400 Delområde 1 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 8-10 m , 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,0417 250 200 150 100 50 0 0 5 c 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 Delområde 3 Delområde 5 11-13 m , 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,0524 250 200 150 100 50 0 0 5 d 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 Delområde 5 14-16 m , 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 250 200 R2=0,9751 150 100 50 0 0 5 e 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 34 30 Resultat För intervallet 2-4 m är i negativ riktning, det vill säga att och har en inbördes korrelation på endast 0,6 %, se figur 6a. Intervallet 5-7 m har också en negativ riktning och det har , se figur 6b. För djupen 8-13 m finns en positiv korrelation, och för respektive djup. Detta ger en inbördes korrelation på 4 % i interallet 8-10 m och 5 % i intervallet 11-13 m, se figur 6c och 6d. I intervallet 14-16 m är negativ och har en storlek på , alltså en inbördes korrelation på 98 %, se figur 6d. 35 Resultat 4.3 Alla Delområden I figur 7 finns alla delområden representerade i samma graf. För pelare testade efter 12-16 dygn är , det vill säga att till 0,04 % beror på . I fallet då pelarna är testade efter 26-34 dygn är , alltså en inbördes korrelation på 26 %. 400 Delområde 1 Delområde 2 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 Alla delområden, 12-16 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 250 R2=0,0004 200 150 100 50 0 0 5 a 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 400 Delområde 1 Delområde 2 Delområde 3 Delområde 4 Delområde 5 Alla Delområden, 26-34 dygn Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i pelare 350 300 R2=0,2593 250 200 150 100 50 0 0 5 b 10 15 20 Odränerad skjuvhållfasthet [kPa] i jord 25 30 Figur 7 (a-b). Skjuvhållfastheten i pelarna plottade mot skjuvhållfastheten i jorden för Delområde 1-5 tillsammans, både för pelare testade efter 12-16 dygn och för pelare testade efter 26-34 dygn. 36 Diskussion 5 Diskussion I diskussionen behandlas resultatets och betydelse och de utvärderade determinationskoefficienterna diskuteras. Dessutom jämförs resultaten mellan olika områden och olika djup. I figur 7a visas att till 0,04 % beror av då pelarna testats efter 2 veckor. Samma siffra för pelare testade efter 4 veckor är 26 % i positiv riktning, figur 7b. Detta resultat tyder på en viss tendens till att ju längre tid som passerat efter att pelarna installerats, desto mer påverkar jordens initiala egenskaper den stabiliserade jorden. En anledning till detta kan vara en ojämn hydratiserings- och härdningsprocess hos pelarna. Den positiva korrelationen kan även urskiljas för respektive delområde då pelarna testats efter 4 veckor i figur 4a-e, vilket stärker hypotesen om härdningsprocessens inverkan. För alla delområden separat ligger determinationskoefficienten på mellan 73-94 %, vilket är en hög siffra. Motsvarande korrelation för pelarna testats efter 2 veckor i figur 3a-e är betydligt svagare. I delområde 1 och 2 har en negativ riktning vilket tyder på att ju högre skjuvhållfasthet jorden har innan pelarna installerats, desto svagare blir pelarna, vilket är osannolikt. är i båda fallen väldigt låg, endast 9-13 %, se figur 3a-b. För delområde 4 och 5 finns en positiv korrelation som ligger på 17 %, vilket kan tyda på att härdningsprocessen har fått pågå längre, se figur 3d-e. Detta kan jämföras med determinationskoefficienten för delområde 3, vars pelare i vissa delar testades en vecka innan de andra, och som har en positiv riktning och är 0,3 % (figur 4c). Alla dessa resultat visar dock att korrelationen är mycket svag. I appendix 2 visas alla resultat från sonderingar och konförsök på jordprover. Dessa visar att jorden i princip har samma egenskaper längsmed hela sträckan. Skillnader i uppmätta och utvärderade kan därför inte härledas till variationer i uppmätta och utvärderade . Trots att det rimligen finns en korrelation mellan och kunde en korrelation ej tydligt ses i denna studie. I appendix 2 visas att ökar med djupet. Detta kan även urskiljas i figur 3 för respektive område. Utvärderas pelarna på samma sätt visar figur 3 att då pelarna är testade efter 2 veckor finns endast en mycket svag tendens till att skulle öka med djupet. Efter 4 veckor har denna tendens ökat, se figur 4 och appendix 1. Anledningen till detta kan vara att effektivtrycket i jorden ökar med djupet och efter 4 veckor har detta tryck lett till att hållfastheten blivit högre med djupet.. I figur 5 och 6 visas att är både positiv och negativ i alla djupintervall. Detta gäller både då pelarna är testade efter 2 veckor och efter 4 veckor, vilket tyder på att det inte finns något samband mellan hur påverkar . I intervallet 2-4 m när pelarna är testade efter 2 veckor, se figur 5a, sträcker sig mellan 5 kPa till strax under 18 kPa. För pelarna i detta område varierar mellan 100-320 kPa vilket är en markant ökning, men även en stor spridning vilket tyder på en låg korrelation. 37 Diskussion Detta konstateras även genom att endast är 0,2 %. I samma intervall då pelarna är testade efter 4 veckor är 0,6 %, vilket tyder på att korrelationen mellan och inte påverkas av hur länge pelarna fått härda, se figur 6a. Determinationskoefficienten för alla intervall rör sig vanligen mellan 0,02-7 % med både positiv och negativ riktning (figur 5a-f och 6a, c-d). I tre intervall, det ena i intervallet 5-7 m (figur 6b), det andra i intervallet 14-16 m för pelare testade efter 4 veckor (figur 6e) och det tredje i intervallet 20-22 m för pelare testade efter 2 veckor (figur 5g) är mycket högre, 32, 41 respektive 98 %. Detta kan förklaras med ytterst få indata vilket kan ge ett missvisande resultat samt att proverna är tagna på stort djup och kan därför är osäkerheten större. I figur 5d med intervallet 11-13 m när pelarna är testade efter 12-16 dygn, har två stycken R2värden tagits fram, R2 och Rrev2. R2 har en negativ korrelation på 7,36 % och inkluderar alla delområden presenterade i grafen. Däremot kan urskiljas att delområde 3 och delområde 5 har väsentligt högre skjuvhållfasthet i pelarna och eftersom dessa påverkar resultatet har ytterligar en determinationskoefficient tagits fram där dessa delområden tagits bort och Rrev2 blir istället 2 % i positiv riktning. Eftersom korrelationen mellan och inte är större än några procent är det rimligt att anta att det inte är någon korrelation, trots att vissa delområden tagits bort. Utifrån dessa resultat är ett antagande att installationsförfarandet i mycket hög grad påverkar skjuvhållfastheten och spridningen i pelarna rimlig. Studien visar inte att det inte föreligger någon korrelation mellan och men den visar att en sådan korrelation är liten och i praktiken försumbar. 38 Diskussion 5.1 Anmärkning Resultatet är beroende av mängden data som analyserats, och därför kan resultatet på djupare nivå än 10 m bli missvisande. I delområde 5 har en provpunkt tagits bort på grund av att skjuvhållfasthetsvärdet för denna pelare i det djupintervallet var väsentligt lägre än de andra, och antas vara missvisande. Eftersom delområdena ligger nära varandra har värdena från samma borrhål använts till de olika mindre områdena, vilket kan ge liknande slutvärden för dessa, så är fallet för delområde D.3.5-D.3.7. Då interpolering har skett för de borrhål som saknade värden efter varje meter har lokala förändringar i jorden förbisetts, vilka skulle kunnat ha påverkat resultatet lokalt. 39 Slutsats 6 Slutsats Detta arbete har baserats på tester från 148 st pelare, 135 av dem testade efter 12-16 dygn och 13 testade efter 26-34 dygn, samt 46 st borrhål längsmed en järnvägsbank på 3,5 km. Sträckan är indelad i 5 delområden för att kunna urskilja förändringar utmed järnvägsbanken, samt ett antal underområden för att kunna urskilja platsspecifika förändringar. Målet med denna studie var att med hjälp av determinationskoefficienten utvärdera hur mycket skjuvhållfastheten i den stabiliserade jorden, det vill säga pelarkomplexet, är beroende av skjuvhållfastheten i den oförstärkta jorden. Dessa parametrar har redovisats mot varandra i olika diagram där hänsyn har tagits till hur korrelationen varierar beroende på vilket delområde som studerats samt hur korrelationen varierar med djupet för respektive delområde. Resulatet visar följande: Jordens egenskaper varierar inte nämnbart längsmed den studerade sträckan, så skillnader i resultat beror sannolikt av installationsförfarandet av pelarna och inte av lokala förändringar i jorden. Ett samband mellan jordens egenskaper såsom vattenkvot och flytgräns och pelarnas hållfasthet kan inte heller urskiljas (appendix 1), vilket även konstaterats av Larsson et al., 2005. Generellt kan konstateras att skjuvhållfastheten i jorden ökar med djupet vilket beror av ökande in-situ tryck med djupet. För pelare testade efter 2 veckor ökade dock inte skjuvhållfastheten med djupet, se appendix 1, medan det för pelare testade efter 4 veckor visar ett samband med jordens skjuvhållfasthet. Samma tendens kan urskiljas för pelare som är testade efter 2 veckor som visar en svag korrelation med skjuvhållfastheten i jorden. För pelare testade efter 4 veckor har denna faktor ökat med 25 % i positiv riktning, det vill säga att då skjuvhållfastheten i jorden ökar, ökar även skjuvhållfastheten i pelarförstärkningen. Detta antas bero på hydratiseringsprocessen där in-situ trycket har större inverkan med tiden. Detta bör studeras närmare innan ytterligare slutsatser kan dras. Skjuvhållfastheten i pelarnas variation med djupet längsmed sträckan är oberoende av skjuvhållfastheten i jorden då determinationskoefficienten i alla studerade intervaller inte överstiger 10 % med reservation för vissa missvisande resultat. Den geografiska placeringen har obetydlig inverkan på skjuvhållfastheten i pelarstabiliseringen. 40 Slutsats 6.1 Fortsatta studier För fortsatta studier inom detta område kan tänkas att analysera hur bindemedelsmängden påverkar korrelationen. Exempel på denna analys kan vara att undersöka hur den slutgiltiga skjuvhållfastheten för pelare skiljer sig då installation av pelare med en kalk/cementmängd av 25 kg/m jämförs med pelare med en kalk/cementmängd av 30 kg/m och 35 kg/m. Andra studier kan vara att testa skjuvhållfstheten i pelarna vid andra tidpunket än 2 veckor och 4 veckor. Studier bör utföras på projekt där skjuvhållfastheten i jorden varierar mer. 41 Referenser Referenser Alén, C., Bengtsson, P-E., Berggren, B., Johansson, L., Johansson, Å., 2000. Skredriskanalys i Göta älvdalen – Metodbeskrivning. Statens Geotekniska Institut, Rapport 58, Linköping. Al-Naqshabandy, S., Bergman, N., Larsson, S., 2012. Strength variability in lime cement columns based on cone penetration test data. ICE Ground Improvement 165(1); 1-15.. Al-Naqshabandy, S. and Larsson, S., 2013. Effect of uncertainties of improved soil shear strength on the reliability of embankments. ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 139(4); 619-632. Andersson, C., Karlström, B., 2010. Installation effects of lime-cement columns-with special focus on horizontal displacement and pore pressure changes. MSc thesis 2010:30, Chalmers, Gothenburg. Axelsson, M., 2001. Djupstabilisering med kalkcementpelare – metoder för produktionsmässig kvalitetskontroll i fält. Svensk Djupstabilisering, Rapport 8, Linköping. Axelsson, M., Larsson, S., 2003. Column penetration tests for lime-cement columns in deep soil mixing - experiences in Sweden. ASCE Geotechnical Special Publication No 120; 681694. Bergman, N., Al-Naqshabandy, S. and Larsson, S., 2013. Strength variability in lime-cement columns evaluated by CPT and KPS. Georisk 7(1); 21-36. Broms, B., 1984. Broms, B. (1984) Stabilization of soil with lime columns. Design handbook. 3rd Edition, Lime Column AB, Kungsbacka.Carlsten, P., 1989. Lime and Lime/Cement Columns. I J. Harlén, W., Wolski eds. 1996. Embankments on soft soils. Amsterdam, Elsevier. Kap 10. Ekström, J., Hallingberg, A., 2012. Åtta miljoner meter kc-pelare håller väg på plats i leran. Geoteknik och Grundläggning, Husbyggaren 3; 6-11. GÄV, Göta Älvs Vattenvårdsförbund, 2005. Fakta om Göta Älv – En beskrivning av Göta Älv och dess omgivning 2005. Göteborg. Hedman, P., Kuokkanen, M., 2003. Hållfasthetsfördelning i kalkcementpelare-Fältförsök i Stängnäs. Arbetsrapport 29. Svensk Djupstabilisering, Linköping. Hultén, C., Edstam, T., Arvidsson, O., Nilsson, G., 2006. Geotekniska förutsättningar för ökad tappning från Vänern till Göta älv. Statens Geotekniska Institut. Varia 565, Linköping. Hågeryd, A-C., Viberg, L., Lind, B., 2007. Frekvens av skred i Sverige. Statens Geotekniska Institut, Varia 583, Linköping. 42 Referenser IGÄ, Informationssammanställning Göta Älv, 2002. Länsstyrelsen Västra Götaland, http://www5.o.lst.se/pdf/Informationssammanstallning_Gota_Alv_Etapp1_200201.pdf (Hämtad 2012-02-10). Larsson, R., 2006. Djupstabilisering med bindemedelsstabiliserande pelare masstabilisering- en vägledning. Svensk Djupstabilisering, Rapport 17. Linköping. och Larsson, S., 2005a. State of Practice Report Session 6: Execution, monitoring and quality control. Proceedings of the International Conference on Deep Mixing, Best Practice and Recent Advances, Stockholm, Vol. 2; 54 pp. Larsson, S., 2005b. On the use of CPT for quality assessment of lime-cement columns. Proceedings of the International Conference on Deep Mixing, Best Practice and Recent Advances, Stockholm, Vol. 1; 555-560. Larsson, S., Nilsson, L., 2005. Findings of the work on influencing factors on the installation process for lime-cement columns, Proceedings of the International Conference on Deep Mixing, Best Practice and Recent Advances, Stockholm, Vol. 1; 561-569. Larsson, S., Nilsson, A., 2009. Horizontal strength variability in lime-cement columns– a field study. International Symposium on Deep Mixing & Admixture Stabilization, Okinawa, Japan, paper QA-6. Larsson, S., Dahlström, M. and Nilsson, B.,2005a. A complementary field test on the uniformity of lime-cement columns. Ground Improvement, 9(2); 67-77. Larsson, S., Stille, H. and Olsson, L., 2005b. On horizontal variability in lime-cement columns in deep mixing. Géotechnique, 55(1); 33-44. Larsson, S., Dahlström, M. and Nilsson, B., 2005c. Uniformity of lime-cement columns for deep mixing: a field study. Ground Improvement, 9(1); 1-15. Porbaha, A., 1998. State of the art in deep mixing technology: part I. Basic concepts and overview. Ground Improvement, 2(2); 81-92. Rydell, B., Blied, L., Persson, H., Rankka, W., 2011. Göta älvutredningen – delrapport 1, Erosionsförhållanden i Göta älv, Erosion conditions in the Göta älv river, Sweden. Statens Geotekniska institut, Linköping. SGF, Svenska Geotekniska Föreningen, 1993. Rekommenderad standard för vingförsök i fält. Fastställd av styrelsen för Svenska Geotekniska Föreningen, 1993-04-07, Linköping. SGF, Svenska Geotekniska Föreningen, 2009. Metodbeskrivning för provtagning med standardprovtagare, ostörd provtagning i finkornig jord. SIG:s fältkommité, Linköping. SGU, Sveriges Geologiska Undersökning, 2012. Hur jordarter bildas. http://www.sgu.se/sgu/sv/geologi/jord/jordartsbildning/index.html (Hämtad 2012-03-12). SOU, Statens Offentliga Utredningar, 2006. Översvämningshot: Risker och åtgärder för Mälaren, Hjälmaren och Vänern. Delbetänkande av Klimat- och sårbarhetsutredningen. Statens offentliga utredningar, 2006:94. 43 Terashi, M., 2003. State of practice in deep mixing methods. ASCE, Geotechnical Special Publication 120; 25-49. Trafikverket, 2012a. http://www.trafikverket.se/Privat/Projekt/Vastra-Gotaland/BanaVag-iVast/Om-BanaVag-i-Vast/. Senast uppdaterad/granskad 2012-02-01 (Hämtad 2012-06-13). Trafikverket, 2012b. http://www.trafikverket.se/Privat/Projekt/Vastra-Gotaland/BanaVag-iVast/Om-BanaVag-i-Vast/Milstolpar/. Senast uppdaterad/granskad 2012-02-23 (Hämtad 2012-06-13). Trafikverket, 2012c. http://www.trafikverket.se/Privat/Projekt/Vastra-Gotaland/BanaVag-iVast/Om-BanaVag-i-Vast/Milstolpar/. Senast uppdaterad/granskad 2012-02-23 (Hämtad 2012-06-13). Wahlqvist, K., 2012. E45 Bohus-Nödinge, entreprenad E33. http://www.skanska.se/sv/Projekt/Visa-projekt/?pid=1248 (Hämtad 2012-06-13). Skanska. Åhnberg, H., 2006. Strength of stabilised soils. A laboratory study on clays and organic soils stabilised with different types of binder. PhD thesis, Lund University. Department of Construction Sciences. Soil Mechanics. LUTVDG/TVSM-06/1020. Bildkällor Figur 1. Skredrisker i Sverige samt lokaliseringen av testområde (svart cirkel på kartan). Källa: SGU. http://www.sgu.se/sgu/sv/samhalle/risker/skred_s.htm (Hämtad 2012-03-18). Figur 2. 16 Deletapper med focus på etappen Bohus-Nödige. Källa Trafikverket. http://www.trafikverket.se/Privat/Projekt/Vastra-Gotaland/BanaVag-i-Vast/Om-BanaVag-iVast/) (Hämtad 2012-03-18). 44 Appendeix 1 A Appendeix 1 45
© Copyright 2024