SGF beskriver i sin metodbeskrivning för jord-bergsondering att vid sondering på djup större än 30 m så bör sondering med topphammare ersättas med sänkborrhammare på grund av den effektförlust som då har uppstått mot djupet. För att få en ungefärlig överblick över hur mycket energi som gått förlorad vid detta djup och varför SGF väljer att sätta sin begränsning på 30 m har ett beräkningsexempel utförts med avseende på effektförlusten vid användning av topphammare.
Antalet borrstål som behövs för att nå 30 m djup, d, där geoborrstålen har en längd av 2 meter är:
𝑁𝑏𝑜𝑟𝑟𝑠𝑡å𝑙 =𝑙ä𝑛𝑔𝑑 𝑏𝑜𝑟𝑟𝑠𝑡å𝑙𝑑 (3.1)
Insättning av värdet djup och längd på borrstålet i Ekvation (3.1) ger antalet borrstål som behövs:
𝑁𝑏𝑜𝑟𝑟𝑠𝑡å𝑙 =302 = 15
Antalet skarvar som energin flödar genom blir därför 𝑁𝑠𝑘𝑎𝑟𝑣𝑎𝑟 = 14. Beräkning av energiförlusten per skarv fås av:
𝐸𝑓= 𝑁 1
𝑠𝑘𝑎𝑟𝑣𝑎𝑟 (3.2)
Om man räknar bort utomliggande faktorer såsom till exempel skarvtappens funktionsstatus samt handhavandet vid borrningen har SGF vid bedömningen att begränsningen är 30 m kommit fram till att energiförlusten per skarv är:
𝐸𝑓= 141 ≈ 0,0714 ≈ 7 %
Vid antagandet att förlusten av slagenergi per skarv är 7 % är alltså all slagenergi förbrukad vid 30 m djup.
Enligt Brattberg (2018) kan energiförlusten uppgå till 𝐸𝑓 = 10 % per skarv. Beräkning av antalet skarvar då all energi försvunnit under denna omständighet sker enligt följande omskrivning av Ekvation (3.2):
3RESULTAT
32
Antalet borrstål som krävs blir då 𝑁𝑏𝑜𝑟𝑟𝑠𝑡å𝑙 = 11. Från detta beräknas djupet då all energi försvunnit:
𝑑 = 𝑙ä𝑛𝑔𝑑 𝑏𝑜𝑟𝑟𝑠𝑡å𝑙 × 𝑁𝑏𝑜𝑟𝑟𝑠𝑡å𝑙 = 2 × 11 = 22 𝑚 (3.4)
Från ekvation (3.4) ses att om slagkraften som går förlorad vid varje skarv är 10 % har alltså all energi redan försvunnit vid 22 meters djup. Detta talar för att sänkborrhammare kan övervägas att användas redan vid ett djup på 22 meter för att erhålla tillförlitliga resultat om övergång till berg.
4DISKUSSION OCH ANALYS
33
4 D
ISKUSSION OCH ANALYSDetta kapitel innehåller en diskussion och analys som grundar sig i litteraturstudien samt erfarenheterna från fältförsöket.
Förutsättningarna för implementering av sänkborrhammare som en egen sonderingsklass vid jord-bergsondering anses goda ur flera olika perspektiv. Precis som beskrivet i SGFs metodbeskrivning är sonderingsborrning med sänkborrhammare ett intressant utvecklingsområde inom geoteknisk fältgeoteknik. Från litteraturstudien har flera faktorer fångats upp som talar till sänkborrhammarens fördel gentemot konventionell Jb-sondering med topphammare. Framförallt gäller detta för borrning på stora djup där topphammaren förlorar sin funktion i form av förlust i slagenergi, medan sänkborrhammaren bibehåller sin funktion genom hela borrningen. Från fältförsöket kunde skillnader i etablering, utförande och tillkomna komponenter mot konventionell Jb-sondering identifieras, exempelvis etablering av en extern vattenpump som klarar att genera ett vattentryck upp till 180 bar, en högtrycksslang, en extern svivelanordning, speciella borrstål och givetvis själva hammaren. Ytterligare en nyckelfaktor är tillgång till en stor mängd vatten vid sondering med vattendriven sänkborrhammare. Vid en eventuell framtida metodbeskrivning av sonderingsborrning med sänkborrhammare behöver dessa tillägg göras för att omfamna de delar som skiljer sig från konventionell jord-bergsondering.
Från litteraturstudien ses också att det finns skillnader mellan vatten- och luftdrivet spolsystem.
Det framgår att det finns fördelar med vattendrivet system jämfört med luft i många olika avseenden. Detta innebär att det vattendrivna systemet bör användas i största möjliga mån. Ett perfekt användningsområde för sänkborrhammaren är vid borrning i djupa sjöar, eftersom det då finns fri tillgång på vatten. Från projektet Östlig Förbindelse redogörs det att bräckt vatten är möjligt att använda som spolmedel då enbart normalslitage erhölls på utrustningen.
För att underlätta framtagandet av en ny sonderingsklass är det gynnsamt att efterlikna existerande sonderingsklasser i den mån det går. Från resultatdelen framgår det vid en jämförelse med de existerade sondringsklasserna Jb-1, Jb-2, Jb-3 och Jb-tot, att Jb-2 är den främst lämpade sonderingsklassen att efterlikna då detta är en metod som innefattar önskade borrparametrar (med hydraultrycket från hammaren som undantag) som fungerar för både vatten- och luftdrivet system men även på grund av att det är denna sonderingsklass som ofta efterfrågas från beställarhåll.
Undantaget är dock hydraultrycket från hammaren som erfordrar viss modifikation och anpassning vid geoteknisk sonderingsborrning. Rent intuitivt kan sonderingsklassen Jb-3 verka lämpligast att efterlikna för vattendriven sänkborrhammare då givare för vattentryck och vattenflöde redan finns, men då krävs en justering av tryckgivaren så att den klarar ett mätintervall från 0-180 bar och eventuellt en flödesgivare som klarar ett intervall upp till 160 l/min, vid användning av hammare av typen W50.
Trots att enbart en jämförande sondering utförts har fältförsöket visat att själva sonderingsutförandet inte skiljer sig speciellt gentemot konventionell jord-bergsondering. En
4DISKUSSION OCH ANALYS
34
skillnad är att hammaren slutar att slå så fort borrsträngen kröks för mycket, vilket inte är fallet vid topphammare då hammaren fortsätter att slå. Intuitivt kan fenomenet att sänkborrhammaren slutar att slå ses som en indikation på att hålet behöver rymmas upp för att kunna fortsätta sonderingen. Med topphammare där hammaren fortsätter att slå är risken för stångbrott betydligt större.
Vilket tidigare beskrivits för sänkborrhammare finns ett flertal olika dimensioner på hammare som i sin tur genererar olika slagenergier. Ett försök att likställa dessa gentemot utvärdering av konventionell Jb-sondering kan vara att, precis som med Jb-sondering, anpassa borrparametrarna så att sjunkhastigheten vid sondering befinner sig inom ett bestämt intervall. Antingen kan man eftersträva att erhålla en sjunkhastighet i kristallint berg om 3,3 – 10 mm/s precis som vid Jb-sondering, annars finns möjligheten att utöka detta intervall så att en högre sjunkhastighet erhålls.
Eftersom borrningsförfarandet vid sänkborrhammare är mer momentant och in-situaktigt, det vill säga att en högre penetrationshastighet kan erhållas gentemot en toppslående, kan det vara fördelaktigt att kalibrera aktuella borrparametrar för att uppnå detta. Ett intervall för sjunkhastighet i hårt osprucket berg torde kunna utformas specifikt för geoteknisk sonderingsborrning med sänkborrhammare så att metodens potential med avseende på hög penetrationshastighet nyttjas till fullo.
Från den korrelationsborrning som utfördes efter Östlig Förbindelse kan man vid en jämförelse av sonderingsstaplarna i Figur 10 uttyda hur borrmotståndet och sjunkhastigheten förhåller sig mer linjärt vid vattendriven sänkborrhammare gentemot konventionell Jb-2 sondering. Teoretiskt kan kraftöverföringen tolkas som mer linjär och därför oberoende av vilket djup sonderingen utförts på. Som tidigare påtalats kommer slagenergin i direktkontakt med det material som hammaren kommer i kontakt med, vilket därför kan bidra till ett noggrannare och bättre resultat på djup där slagenergin gått förlorad vid användning av topphammare. Differensen i dimensioner mellan borrkrona och borrstål kan även det tala till sänkborrhammarens fördel med tanke på att de överhängande stålen har mindre kontakt med genomborrat material. Möjligen kan även denna skillnad åstadkomma ett renare och noggrannare resultat vid sonderingsförfarandet med sänkborrhammare.
Vid konventionell geoteknisk sonderingsborrning används normalt borrbandvagnar med en vikt på ca 4 ton. Vid stora djup finns därför begränsningar vid användning av sänkborrhammare med mindre borrbandvagnar då de kan brista i kapacitet gällande vridmoment och uppdragningsförmåga. Det kan därför vid användning av mindre georiggar vara aktuellt att begränsa användningen av sänkborrhammare på väldigt stora djup. Speciellt vid geotekniska undersökningar på stora vattendjup eftersom det då erfordras foderrör för att stabilisera och undvika utböjning av geostängerna. Tanken är dock att sänkhammarborrning ska med fördel kunna användas på konventionella georiggar motsvarande typen GM 75 men att begränsningar för maximalt djup specificeras med avseende på borrvagnens egenskaper.
5SLUTSATS
35
5 S
LUTSATSFrån arbetet kan det konstateras att det definitivt finns möjligheter och konkurrenskraft med sänkhammarborrning som geoteknisk undersökningsmetod jämfört med toppslående hammare.
Geoteknisk sonderingsborrning med sänkborrhammare är framförallt konkurrenskraftigt gentemot konventionell jord-bergsondering då sondering sker på stort djup. Eftersom insikten om sänkhammarborrningens fördelar mot topphammare blir alltmer utbredd inom fältgeotekniken anses det tämligen lämpligt att utforma en ny sonderingsklass för sänkhammarborrning. En metodbeskrivning bör därför utföras för att underlätta för både handläggande geotekniker och fältgeotekniker i syfte att eliminera problematiken med att behöva specificera utförandet av sänkhammarborrning vid varje nytt projekt. Om undersökningarna utförs på ett standardiserat sätt, det vill säga att en metodbeskrivning följs, reduceras också risken att undersökningarna utförs på olika sätt vilket kan leda till missbedömningar. Detta förmodas spara både tid och pengar, speciellt under planeringsfasen av det specifika projektet.
Förslag till implementering i ny standard:
o Standardisering av matningskraft, sjunkhastighet och intervall av vattentryck.
o Ny givar/sensorenhet för sänkborrhammarens slagfunktion och vattentryck. En parameter som anger när hammaren är på och avstängd.
o En beskrivning av etableringsförfarandet med bland annat extern vattenpump.
o En beskrivning av utförandet vid borrning.
o Vid redovisning kan metoden förslagsvis benämnas Jb-S, där S står för sänkborrhammare. Eftersom metoden precis som sonderingsklasserna Jb-1, Jb-2 och Jb-3 är dynamisk redovisas metoden i plan med samma symbol. I sektion redovisas samma parametrar som för Jb-2, med undantaget vattentryck istället för hammartryck.
o En beskrivning av arbetsmiljö vid användandet av sänkborrhammare.