Detta kapitel behandlar hur återanvändning av grundkonstruktioner ser ut för två olika europeiska länder, England och Tyskland.
3.6.1 England
I London utgörs enligt Anderson et al (2007) geologin främst av relativt mjuk berggrund vilket innebär att byggnaderna oftast är uppförda på djupt, slagna pålar eller grävpålar. Då användning av djupa pålgrundläggningar ökade i samband med den snabbt växande urbaniseringen under 1950- och 1960-talet, är några byggnadstomter nu på väg att ha en tredje uppsättning av djupgrundläggning. Att ta bort djupa pålar och grävpålar i London är dyrt, vilket har medfört att flera generationer av grundkonstruktioner har byggts ovanpå varandra. Detta har i sin tur inneburit att lasterna på grundkonstruktionerna ökat och att
20
31
kapaciteten hos grundkonstruktionerna har minskat. I och med detta har London därför börjat implementera återanvändning av pålar vid många stora projekt.
Fallstudie - London
Fallstudien ägde enligt Butcher et al. (2006a) rum i London och berörde nyproduktionen av ett sex våningar högt hus med stålstomme och en källare. Detta skulle i sin tur ersätta det befintliga sjuvåningshuset med en ramstruktur i betong med envåningskällare, se figur 19. Grundkonstruktionen bestod huvudsakligen av grävpålar grundlagda på ett minimum djup på 16 meter i lera, där grävpålarnas diameter varierade mellan 2,3-2,8 meter.
Figur 19. Principmodell för aktuell grundkonstruktion (Butcher et al. 2006a).
Den inledande utredningen visade enligt Butcher et al. (2006a) att platsens aktuella grundläggningsförhållanden var välkända samt att kunskapen om grävpålarna och deras beteende i liknande grundförhållanden var tillgängliga. Vidare bestod den befintliga dokumentationen av ritningar från 1970-talet.
Under fallstudien verifierades enligt Butcher et al. (2006a) att tillräcklig kapacitet erhölls hos den befintliga grundkonstruktionen och att den utformades på ett säkert sätt. En strategi för återanvändning av pålarna utvecklades därför till en början för att hantera riskerna med pålutformningen. I samband med detta undersöktes bland annat pålarnas tillstånd efter rivningsfasen, för att bekräfta deras lämplighet för återanvändning. Kontrollen efter rivningen genomfördes därefter på pålhuvudena hos 5 % av befintliga pålarna. Detta visade då att de befintliga pålarnas position och diameter efter nedrivningen av byggnaden var pålitliga. Därefter upprättades en alternativ utformning av grundkonstruktionen utifrån de befintliga pålarna som inte skulle återanvändas. För att säkerställa tillräcklig lastöverföring mellan punkterna där lasten fördes ned och pålar genomfördes numeriska analyser. Pålgrundläggningen kompletterades därefter med nya djupare pålskaft på de ställena där lasterna inte fördes ned i enlighet med den befintliga pålgrundkonstruktionens ordning.
Resultatet från denna fallstudie blev enligt Butcher et al. (2006a) tillslut en lyckad och pålitlig återanvändning av de befintliga grundkonstruktionerna med minskad byggplanering och lägre grundkonstruktionskostnad. Där kostnaden för den nya pålgrundläggningen blev avsevärt mindre än om alla pålar hade behövts bytas ut och grundläggas på nytt, då endast ett fåtal nya
32
pålar krävdes. Avslutningsvis blev kostnaderna på grund av verifieringsarbetet högre, men i och med de åtgärderna som genomfördes vid verifieringen åstadkoms många andra fördelar, vilket beskrivits innan.
3.6.2 Tyskland
Jordlagren under Frankfurt består enligt Katzenbach et al (2005) huvudsakligen av icke- homogen, hård och överkonsoliderad lera med inbäddade kalkstensband av varierande tjocklek. Det vanligtvis tunna topplagret består av kvartär sand och grus, se figur 20. En ökad urbanisering efter 1950-talet har inneburit att Frankfurt både har vuxit storleksmässigt med nya bostadsområden samt på höjden, där Frankfurt är en av de städer i Tyskland som har flest höga byggnader. I och med detta kan dessa nybyggnationer som ersätter befintliga byggnader av nya konstruktioner innebära att högre laster ska överföras till jordlagret. Detta kan då i samband med den rådande jordlagerföljden, lera, under Frankfurt medföra högre risker för sättningar och lutningar hos konstruktionerna.
Figur 20. Principmodell över Frankfurts jordlagerfördelning (Katzenbach et al, 2005).
På grund av denna problematik utfördes enligt Katzenbach et al (2005) undersökningar som främst undersökte hur höga byggnader i urbana miljöer kan byggas för att reducera risken för sättning både för den egna konstruktionen och närliggande byggnaders konstruktioner. Vidare har målsättningen varit att säkerställa byggnadens säkerhet och underhåll ur ett livscykelperspektiv samt återanvändbarheten för grundkonstruktioner som ett framtida val. För att förverkliga dessa mål utvecklades CPRF (Combined Pile-Raft Foundation) (Hanisch et al, 2002). CPRF är en metod som under de senaste årtionden har använts framgångsrikt för grundkonstruktioner i hela världen. CPRF började tillämpas i början av 1980-talet på höga byggnader i Frankfurt, huvudsakligen för att reducera sättningar till genomförbara dimensioner. I jämförelse med traditionell pålgrundläggning medför CPRF en besparing på byggtid och en betydande kostnadsminskning. Dock har det klargjorts att utformningen och prognosen för sättningar i allmänhet kräver att ett kraftfullt numerisk verktyg tillämpas. Exempelvis framgår det att 3D finit element simuleringar med kraftfull för- och efterbehandlingssimulering samt optimering av komplicerade grundkonstruktionsproblem bör användas.
33
Fallstudie – Plenisalen i det Hessianska parlamentet i Wiesbaden, Tyskland
Denna studie ägde enligt Katzenbach et al. (2008) rum i Wiesbaden, precis utanför Frankfurt. I fallstudien berördes den gamla plenisalen i det Hessianska parlamentet, vilken byggdes på ett oregelbundet rutnät av borrade betongpålar med olika diametrar och längder, se figur 21. Pålarna var i sin tur kopplade till markbalkar i olika profiler. Dessa pålar bar därefter byggnadens last genom att överföra lasten ner till den hållbara grundkonstruktionen. Ritningar för pålarna var tillgängliga samt att position, diameter, längd och den maximala pållasten fanns dokumenterade av den förre ägaren. För att kunna återanvända de befintliga pålarna behövde dock all information för dessa utvärderas, då den förre ägaren tillhandahöll information men lämnade inte några garantier.
Figur 21. Plenisalen i det Hessianska parlamentet i Wiesbaden, Tyskland(Katzenbach et al. 2008).
I samband med denna fallstudie utfördes enligt Katzenbach et al. (2008) integritetstester på de befintliga pålarna genom metoden, low-strain method. Principen med denna metod bygger på att ett hammarslag slår mot ett snitt av ett pålhuvud. I och med detta mäts hastigheten av ljudet från hammarslaget mot betongpålen. Om en spricka i och med testerna uppmärksammades i den övre delen av pålen ovan grundvattennivån, blev pålen avskuren och testades igen. I figur 22 visas testresultaten från tre olika pålar. Kurvan över hastigheten av påltoppen visar en stor topp som kommer från hammarslaget mot påltoppen. Den geotekniska bärförmågan hos varje påle som var avsedda för återanvändning beräknades därefter med hänsyn till testresultaten beträffande geometri och integritet. Slutligen användes motståndsvärdena för aktuellt pålskaft och sula samt säkerhetsfaktorer för att beräkna den lämpliga lasten hos varje påle.
34
Figur 22. T.v. utförandet av low-strain-metoden och t.h. testresultat från olika pålar (Katzenbach et al. 2008).
För att underlätta återanvändning av grundkonstruktioner i framtiden bör mätanordningar enligt Katzenbach et al. (2008) införas som en del av observationsmetoden. Detta skulle då kunna användas för att mäta beteendet hos det komplexa grundsystemet CPRF (Combined Pile-Raft Foundations). Utöver detta bör även förståelsen för samspelet i jordstrukturen förbättras, med målet att kontinuerligt minimera den totala markvolymen som krävs vid grundläggning. Som en god grund för en kostnadsoptimering vid återanvändning av grundkonstruktioner bör även avancerade testlaster på de befintliga grundkonstruktionerna genomföras.
Avslutningsvis betonar Katzenbach et al. (2008) fördelarna med att återanvända grundkonstruktioner. Däribland att återanvändning av grundkonstruktioner medför att kostnaderna minskar, då borttagning och konstruktionen för den nya grundkonstruktionen elimineras. I samband med detta kommer även konsumtionen av råmaterial och energi reduceras.