Förstärkning av lågtrafikerade vägar och/eller förbättring av deras funktionella tillstånd har ofta involverat strukturella lösningar som i huvudsak valts baserat enbart på plats- ansvariges erfarenhet. Detta har i många fall lett till användning av en och samma föredragna, enkla konstruktionslösning för varje typ av problem, vilket i vissa fall fungerar och i andra inte. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Förstärkande åtgärder bör utföras på sommaren då vägkroppen är torr och stark nog att tåla belastningen från konstruktionsarbetet. Belastningen på vägen under rehabili- teringen kan reduceras genom att använda fordon med reducerad last och tillåta väg- konstruktionen tillräcklig tid för återhämtning mellan lastbilspassagena. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Problemet med förstärkning vid tjälskador är att nya skador tenderar att uppstå på nya platser, efter att de ursprungliga tö-försvagade platserna har reparerats, när tung trafik återigen trafikerar vägen då lastrestriktionerna har hävts. Detta gör att användarna av vägen kan få en negativ syn på hela sträckan. Det är därför viktigt att informera användarna att det pågående reparationsprojektet är en 2–4 års rehabiliteringsprocess som syftar till att förbättra hela vägen. Processen innebär att hela väglängden behöver åtgärdas, med förbättringar av dräneringen liksom andra underhållsåtgärder, samtidigt med de rehabiliterande åtgärderna. Dock bör förstärkning av tjällossningsskadade platser enbart göras om tillräckliga resurser finns för utförande av åtgärder som varar en längre period. Stora misstag har begåtts när vägavsnitt har förstärkts genom användning av otillräckliga överbyggnader som visat sig vara för svaga. Om tillräckliga resurser inte finns, är den mest effektiva metoden att förbättra dräneringssystemen och underhålla dem för god funktion. (Aho och Saarenketo, 2006b)
6.4.1 Förstärkningsåtgärder på belagda lågtrafikerade vägar
Förstärkning av belagda vägar med problem relaterade till försvagning beroende på tjällossning är en lika okomplicerad process som den för grusvägar. Alla lösningar för belagda vägar är dock normalt mer kostsamma än de för grusvägar och tjockleken hos beläggningen har stor effekt på de förstärkningsåtgärder som kan användas. Generella lösningar för förstärkning av belagda vägar med tunna beläggningar som lider av
tjällossningsförsvagning presenteras i Tabell 22. Det bör dock påpekas att alla lager som nämns i Tabellen behöver packas. Den totala tjockleken hos förstärkningsåtgärderna för belagda vägar bör bestämmas i varje specifikt fall genom att använda någon traditionell dimensioneringsmetod, till exempel Odemark. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Tabell 22. Konstruktionsprocessen för förstärkningsåtgärder till belagda vägar. Processens beskrivning listar inte packning som alltid måste utföras ordentligt. (Aho och Saarenketo, 2006b)
I. Ny beläggning
1. Justering eller fräsning av gammal beläggning 2. Ny beläggning eller remixing av befintlig beläggning II. Förstärkning med stålnät/ geotextil
1. Borttagning av gammal beläggning/ knäckning av gammal beläggning/ infräsning av gammal beläggning i obundet bärlager
2. Borttagning av gammalt dåligt bärlager 100–150 mm (vid behov) 3. Profilering
4. Bärlager 50–100 mm (grovt stenmaterial för att säkerställa samverkan med armeringen) 5. Stål/ geotextil armering
6. Bärlager 200 mm (kan till viss del vara bundet) 7. Ny beläggning
III. Höjning av profillinjen
1. Borttagning av gammal beläggning/ knäckning av gammal beläggning/ infräsning av gammal beläggning i obundet bärlager
2. Homogenisering 300 mm (vid behov) 3. Profilering
4. Förstärkningslager ≥ 200 mm
5. Bärlager 200 mm (kan till viss del vara bundet) 6. Ny beläggning
IV. Materialutskiftning
1. Borttagning av gammal överbyggnad ≥ 600 mm (ner till terrass) 2. Geotextil, fiberduk
3. Isolerlager eller förstärkningslager ≥ 300 mm 4. Bärlager 200–300 mm (kan till viss del vara bundet) 5. Ny beläggning
V. Stabilisering och andra behandlingstekniker
1. Stabilisering av de översta 80–200 mm av överbyggnaden 2. Ny beläggning
VI. Homogenisering
1. Infräsning av gammal beläggning i obundet bärlager 50–200 mm 2. Profilering av vägytan (hyvling, tillsats av nytt bärlagermaterial) 3. Ny beläggning
VII. Konvertering av belagd väg tillbaka till grusväg
1. Borttagning av gammal beläggning/ infräsning av gammal beläggning i obundet bärlager 2. Profilering av vägytan (hyvling, tillsats av nytt bärlagermaterial)
3. Nytt slitlager
VIII. Andra förstärkningsåtgärder Ett flertal andra metoder, t.ex.:
- Tjälisolering - Urgrävning
I vägsektioner där allvarliga tjällossningsförsvagade problem inte föreligger, d.v.s. där det är liten risk för ytterligare skada, och det inte finns problem med ojämn tjällyftning, är normalt en lämplig åtgärd att lägga en ny beläggning. I dessa fall avjämnas i regel den gamla beläggningen med massa eller genom fräsning till rätt tvärfall innan den nya beläggningen läggs. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Stålnät har använts till att förhindra reflexionssprickor på belagda vägar under ett antal år men erfarenheter visar att stålnät också kan användas för at förhindra permanenta deformationer på platser med tjällossningsskador. Fördelarna med stålnätsarmering
verkar vara större på svagare undergrunder. Liksom vid användning av stålnät på grusvägar är det viktigt att installera stålnäten tillräckligt djupt (ca. 250 mm från ytan) och säkerställa att vägkonstruktionen inte innehåller några stora stenblock som
eventuellt kan trycka upp nätet till ytan. Det är också viktigt att vänta med installationen tills undergrunden är helt urtjälad. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Att höja profillinjen är en adekvat åtgärd i de fall där tjällossningsskadan är relaterad till låg vertikal linjeföring hos en väg eller om vägens dränering inte kan förbättras.
Åtgärden förbättrar också vägens geometri och minskar problem med vinterdriften, förutsatt att profillinjen inte höjs så mycket att skyddsräcke behövs. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Vid allvarliga tjällossningsskador med svårartade ojämna tjällyftningar behöver den tjälfarliga jordarten tas bort och överbyggnaden rekonstrueras. Materialutskiftning är en dyr åtgärd på grund av den stora mängden nytt vägmaterial som behövs. Därför behöver åtgärdens användning på lågtrafikerade vägar noggrant övervägas. Det är dock i de flesta fall den enda lösningen för att åtgärda ojämna gupp. Materialutskiftning med grovkorniga material är i regel att föredra. Dessutom kan en konstruktion med ett tjälisolerande lager vara ett effektivt val. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Homogenisering av den övre delen av överbyggnaden och ny ytbehandling eller ny kallblandad beläggning utgör en av de billigaste teknikerna för att rehabilitera vägar som lider av tjällossningsskador. Denna teknik är speciellt bra på vägar som har problem med stora spårdjup, som annars är svåra att laga, eftersom vägytan formas om till optimal form med väghyvel innan det nya slitlagret läggs på. En ytterligare fördel med metoden är att vägens tvärfall också kan förbättras så att vattnet inte längre ligger kvar på beläggningen. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Om beläggningen på ett vägavsnitt har haft återkommande svårartade problem med potthål, sönderfall och spårbildning och användning av lastrestriktioner inte hjälper eller inte kan användas, är den billigaste metoden att reducera höga driftkostnader att
konvertera tillbaka vägen till grusväg. Ett flertal vägar i Sverige och Finland har under de senaste åren konverterats från belagd till grusväg. Under de första åren erhölls en hel del negativ feedback från den lokala befolkningen medan förarna av tunga fordon visat en större förståelse. (Aho och Saarenketo, 2006b)
6.4.2 Förstärkningsåtgärder på grusvägar
De mest frekvent använda förstärkningsmetoderna på grusvägar presenteras i Tabell 23. Det bör dock tas i beaktande att detta representerar baslösningar. Den mest passande åtgärden för varje skadad plats bör väljas efter diagnostisering. Tjockleken för
respektive åtgärd bestäms sedan baserat på skadans svårighetsgrad. Det är också viktigt att inte glömma bort betydelsen av ett effektivt dräneringssystem för funktionen hos en förstärkt konstruktion. Dräneringsförbättringar bör alltid utföras samtidigt som, eller till och med tidigare än, förstärkningsåtgärderna. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Tabell 23. Arbetsgång vid förstärkning av grusöverbyggnad (Aho och Saarenketo, 2006b).
I. Basåtgärd
1. Borttagning av gammalt slitlager
2. Homogenisering av obundna lager 300 mm (vid behov) 3. Geotextil, fiberduk
4. Bärlager 200–300 mm 5. Slitlager 100 mm II. Armering med stålnät
1. Borttagning av gammalt slitlager
2. Borttagning av gammalt material 100–150 mm (vid behov) 3. Geotextil, fiberduk
4. Bärlager 100 mm 5. Stålnätsarmering 6. Bärlager 200 mm 7. Slitlager 100 mm III. Höjning av profillinjen
1. Borttagning av gammalt slitlager
2. Homogenisering av obundna lager 300 mm (vi behov) 3. Geotextil, fiberduk
4. Förstärkningslager ≥ 200 mm 5. Bärlager 200 mm
6. Slitlager 100 mm IV. Materialutskiftning
1. Borttagning av gammalt slitlager
2. Borttagning av gammalt material ≥ 600 mm 3. geotextil, fiberduk
4. Skyddslager ≥ 300 mm 5. Bärlager 200–300 mm 6. Slitlager 100 mm V. Förstärkning av vägrenar Flera olika metoder, t.ex.
- Materialutskiftning på vägrenarna - Breddning av innerslänterna VI. Andra åtgärder
Flera olika metoder, t.ex. - Stabilisering - frostisolering
Basåtgärden kan ses som minsta möjliga förstärkningsåtgärd på tjällossningsförsvagade grusvägsavsnitt. Vid svårare tjällossningsproblem, då bärighetsförbättringen vid
användning av Basåtgärden sannolikt är otillräcklig, eller när tjällossningsskadan är relaterad till en låg profillinje och undergrunden är missgynnsam (t.ex. bestående av lera och/ eller silt), behövs dock tyngre vägkonstruktioner för att garantera en väl
fungerande väg. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Armering med stålnät möjliggör att en del av det obundna lagret minskas. Armeringen fungerar också bra mot permanenta deformationer samt att den också reducerar
breddning av vägen, orsakad av utpressning av vägkanter vid tjällossning. Stålnäts- armering rekommenderas dock inte för användning på skadade platser som är belägna på sluttande mark. Den ojämna tjällyftningen som uppstår på dessa platser kan nämligen få stålnätet att pressas upp till vägytan. Förstärkning med stålnät bör vidare undvikas på platser där trummor, rör och kablar korsar vägen eftersom dessa kan behöva underhållas i framtiden och stålarmeringen då kan utgöra ett hinder. (Aho och Saarenketo, 2006b) I Sverige är sannolikt materialutskiftning på vägrenarna den allra vanligaste metoden för att förstärka vägrenar. Intressanta nya tester har dock genomförts där stålnät har använts för förstärkning av vägrenar för att motverka deformationer. I dessa fall har stålnäten installerats längsgående i vägrenen. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Materialutskiftning är dock inte den mest lämpliga förstärkningsåtgärden på platser där berggrunden blockerar vatten. I sådana fall bör sprängning av berget övervägas,
alternativt användning av en åtgärd som innehåller isolering. (Aho och Saarenketo, 2006b)
6.4.3 Stabilisering av obundna granulära material
Stabilisering av vägen är ett bra val om bärlagret har hög andel finkornigt material och det inte är möjligt att höja vägens profillinje. Vid användning av denna åtgärd är det alltid nödvändigt att ta prov på och analysera bärlagret i laboratorium för att bekräfta problemet och för att definiera rätt typ och rätt proportioner av tillsatsmedel. Det är också viktigt att försäkra sig om att det stabiliserande materialet inte absorberar vatten där sådant finns. (Aho och Saarenketo, 2006b)
Infräsning av makadam, 13-32 mm, i befintligt bärlager är ett bra och enkelt sätt att förbättra undermåliga obundna överbyggnadslager och därmed öka bärigheten till en relativt låg kostnad. Metoden är lämplig att använda på tunna enlagerbeläggningar (oftast vägar med ÅDT runt 1000 fordon/dygn), vid förstärkning av vägar med bärighetsproblem och vägar där det ska utföras underhållsbeläggning inklusive torrläggsåtgärder, på ”byggda” vägar som består av undermåligt bärlager och som har en krackelerad och hålig beläggning av t.ex. oljegrus eller Y1G, på vägar med spår- bildning, kanthäng och avsnitt med dålig bärighet samt på grusvägar med dålig bärighet. Beläggningstjockleken måste kontrolleras eftersom det nedfrästa granulatets del inte bör överstiga 30 volymprocent av det resulterande lagrets volym. Erfarenhet visar att man inom en 10 års period haft relativt små skador på vägar som åtgärdats med metoden. Metoden innebär mindre påbyggnad än vad som krävs vid förstärkning med enbart nytt material, vilket därmed minskar markintrånget: Metoden kan dock innebära att brantare innerslänter än 1:3 erhålls. Detta kan försvaga vägkanten med ökad spårbildning som följd. (Trafikverket, 2010b)
Luftkyld masugnsslagg (dvs en restprodukt från järnframställning), kallad hyttsten, har med mestadels goda erfarenheter och under lång tid använts som alternativt vägmaterial i Sverige och utomlands. Användningsområdet innefattar främst förstärkningslager samt i gator, gång- och cykelbanor. Hyttsten bör undvikas i bärlager eftersom de höga
påkänningarna så högt upp i vägkroppen kan medföra en oacceptabelt stor nedkrossning av hyttstenskornen. Vid packningsarbetet krossas hyttstenen och andelen finmaterial ökar. Materialet är dock normalt så väldränerat och öppet att tjälfarligheten inte påverkas. Finmaterialet i hyttsten har en självbindande effekt (p.g.a. cementliknande reaktioner) som kan bidra till att höja lagrets bärighet medan finmaterialet i naturlig ballast har motsatt effekt. Vägkroppens dränerande effekt kan dock reduceras kraftigt av cementegenskaperna. (Persson, 2004; Vägverket, 2009d)
Hyttsten har lägre värmekonduktivitet än naturgrus och krossat berg. Material nära slitlagret måste ha tillräckligt hög värmekonduktivitet för att förhindra oväntad frosthalka. Längre ner i vägöverbyggnanden är det däremot positivt med låg
värmekonduktivitet eftersom det ger ett förbättrat tjälskydd. (Persson, 2004; Vägverket, 2009d)
Förstärkning av vägar genom inblandning av bitumenemulsion (ca 3 %) och cement (ca 1 %) kan öka styvheten och bärigheten. Enligt försök som gjorts visar provsträckor på mycket låg spårutveckling samtidigt som de bundna lagren första året erhöll en markant bärighetsutveckling. Provsträckor innehållande emulsion och cement uppvisade
materialet innehöll en blandning av gammal asfaltbeläggning samt finkornigt
bärlagergrus med relativt hög finjordshalt. Det övre beläggningslagret frästes bort innan stabiliseringen skedde. De befintliga materialen homogeniserades också genom en torrfräsning innan bindemedlet tillsattes vid den andra överfarten. Försöken visar dock att det krävs bra utrustning för att erhålla en homogen inblandning av cementen i samband med emulsionsstabilisering samt att det föreligger en risk för att cementen kan öka sprickbenägenheten hos materialet om de underliggande lagren har för dålig
bärförmåga. (Jacobson, 2002)
6.4.4 Icke-traditionella stabiliseringsmedel
Traditionella stabiliseringsmedel, som bitumen och cement, kräver stora kvantiteter av tillsatsmedel vilket gör dessa behandlingsmetoder oekonomiska på lågtrafikerade vägar. Dessutom kan de i kalla områden bara användas på material med innehåll av maximalt 12 % finmaterial. Nya typer av stabiliseringsmedel har utvecklats för att reducera fuktkänsligheten och förbättra den reducerade bärigheten på grund av frys-tö cykler. Dessa nya medel, vanligen benämnda icke-traditionella stabiliseringsmedel, är ämnade för stenmaterial vars bärförmåga och styrka är tillräckliga, med undantag för den korta perioden av nedsatt bärförmåga relaterad till årstidsväxlingar. (Vuorimies och Kolisoja, 2006)
Hittills finns endast begränsade erfarenheter av användning av icke-traditionella
stabiliseringsmedel på lågtrafikerade vägar i Europas Norra Periferi. Hittills finns ingen tillförlitlig information tillgänglig om deras långtidsprestanda i vägöverbyggnader. Trots detta verkar det vara möjligt att ta fram en procedur för att välja ett lämpligt stabiliseringsmedel, som kommer att ge den prestanda som krävs av vägen (Bilaga B). I praktiken är det dock troligt att ett relativt litet antal av lågtrafikerade vägar kommer att förbättras med icke-traditionella stabiliseringsmedel i ett kort tidsperspektiv tills
erforderliga erfarenheter från fältförsök har samlats in. (Vuorimies och Kolisoja, 2006) I de flesta fall kan icke-traditionella stabiliseringsmedel kategoriseras i någon av följande fem klasser:
1) Polymerer, 2) Enzymer,
3) Joniska stabiliseringsmedel, 4) Ligniner och
5) Hartser.
Några av de mest effektiva nya stabiliseringsmedlen för grovkorniga fuktkänsliga material är polymerer. De flesta av polymerprodukterna är i form av emulsion men det finns också pulveriserade polymerer på marknaden. Enzymer och joniska behandlings- medel fungerar bra på material med hög andel finmaterial. Detta medför att de vanligen inte är användbara på grovkorniga material i länder med kallt klimat där ett lågt
finmaterialinnehåll i stenmaterial till vägar eftersträvas. Ligniner är ofta restprodukter från skogsindustrin och har i huvudsak använts som dammbindningsmedel. Hartser är vanligen tillverkade av naturprodukter eller oljor och har därmed normalt bara effekter på kort sikt. Dock existerar det med oljehartser en liten risk för miljöföroreningar. (Vuorimies och Kolisoja, 2006)
Förnärvarande är den allmänt tillgängliga stabiliseringsutrustningen i huvudsak utformad för stabilisering med bitumen eller cement. De nya icke-traditionella stabiliseringsmedlen kan förväntas skilja sig från dessa och deras dosering och
inblandning i lagren som ska behandlas kan således behöva anpassas under projektets gång. (Vuorimies och Kolisoja, 2006)
6.4.5 Fördjupad provning av obundna granulära material till
förstärkningsarbeten
Vuorimies och Kolisoja (2006) anser att det är möjligt att göra en bedömning av effektiviteten av materialbehandlingen av överbyggnadslagren genom att först värdera hur viktig vägen är, dess trafikbelastning och hur stor budgeten är och sedan utföra laboratorieprovningar. Grundidén är att utföra de enklaste och mest kostnadseffektiva proven först. Därför bör det i första hand göras bestämningar av:
• Vattenhalt,
• Kornstorleksfördelning och • Organiskt materialinnehåll.
Kornstorleksfördelningen bör analyseras genom våtsiktning. Om finmaterialhalten är 10 % eller högre, bör också kornstorleksfördelningen för finmaterialet bestämmas. Andelen finmaterial och formen på kornstorlekskurvan kommer att ha inflytande på vilket stabiliseringsmedel som kan användas. Det kan också den organiska halten ha eftersom en hög organisk halt kan orsaka fuktkänslighet. (Vuorimies och Kolisoja, 2006)
Där fördjupad undersökning önskas kan stenmaterialets fuktkänslighet verifieras genom användning av Tubsugningstestet. Vid jämförande provningar har Tubsugningstestet bekräftats vara den mest passande metoden för att bedöma tjälfarligheten i obundna material i vägkroppen (Saeed et al., 2001) och testet har visat sig ha god repeterbarhet (Guthrie et al., 2001). Testet görs vanligen på stenmaterial med mindre maximal stenstorlek än 20 mm. En mer detaljerad beskrivning av testet finns i rapporten av Saarenketo (2000). Vid tubsugningsprovningar placeras botten av det torkade provet i destillerat vatten varefter dielektricitet och konduktivitet mäts i förhållande till tiden på toppen av provet. Storleken och tillväxthastigheten av dielektricitetsvärdet kommer att avslöja hur mycket och hur snabbt vatten stiger till toppen av provet på grund av kapillärkrafterna. De dielektriska värdena för obehandlade prover kan sedan jämföras med värdena för de stabiliserade proverna. En klassificering av obundna granulära material baserad på dielektricitetsvärden framgår av Tabell 24 enligt Saarenketo (2000).
Tabell 24. Kvalitetsklassificering av obundna granulära material baserad på resultat av Tubsugningsprovning (Saarenketo, 2000).
Dielektricitetsvärde (Er-värde) Klassificering
< 10 Bärlagermaterial av god kvalitet 10-16 Tveksamma som bärlagermaterial
> 16 Olämpliga som bärlagermaterial
Ytterligare exempel på fördjupade provningsförfaranden innefattar bestämning av den specifika ytan och vattenadsorptionsindex på stenmaterialet. Specifik yta indikerar mängden partikelyta som finns i finmaterialet. Ju större den är desto högre är sannolik- heten för kvarhållande av vatten på materialpartiklarna. Vattenadsorptionsindex indikerar förmågan hos finmaterialet att binda fukt på ytan av partiklarna vid 100 % luftfuktighet. Om dessa analyser indikerar att materialet är fuktkänsligt och
materialbehandling med stabiliseringsmedel är möjlig, bör ett Proctortest genomföras på ett obehandlade materialet. Proctortestet ger en indikation på materialets packbarhet vid varierande vattenhalt. Detta kan ytterligare kompletteras med ett tjällyftningstest för att kontrollera att tjällyftning inte uppstår i det behandlade materialet. Dessutom kan
urlakning utgöra ett problem vid stabiliseringsarbeten. Om det inte finns några tidigare erfarenheter av de valda icke-traditionella stabiliseringsmedlen bör urlakningstester genomföras. (Vuorimies och Kolisoja, 2006)
6.4.6 Kvalitetssäkring av förstärkningsarbetet
Aho och Saarenketo (2006b) rekommenderar att entreprenören bör vara skyldig att bevisa kvaliteten på förstärkningsarbetet. Detta bör inte bara bestå av kvalitetssäkring av de material som används utan också kvalitetssäkring av tjocklek på utlagda lager,
packning och den korrekta placeringen av förstärkningsåtgärderna. Genom precisa lägesangivelser för defekterna, kan åtgärder göras enbart på de platser som är i behov av rehabilitering. Detta förhindrar att förstärkningsåtgärder appliceras på fel platser, där defekter inte har förekommit, och således resursslöseri. Tjockleken på de utlagda lagren kan verifieras genom GPR mätningar. Georadar ger en kontinuerlig profil av väg- kroppen, samtidigt som den korrekta platsen för förstärkningsåtgärderna säkerställs. Kontroll av packning på grusvägsavsnitt med tjällossningsproblematik är svår att genomföra eftersom den befintliga konstruktionen och undergrundsjordarna vanligtvis är så svaga, men på belagda vägar bör kontroll av packning alltid utföras för att undvika spårbildning. En kombination av GPR och FWD är at föredra.
7
Miljöaspekter
En miljökonsekvensbedömning ska upprättas för alla vägobjekt. Denna ska inkludera en beskrivning av projektet, alternativa lösningar, existerande miljö, omgivning och
trafikförhållanden, konsekvensen av att inte utföra en viss åtgärd, förväntad effekt av en viss åtgärd och åtgärder för att minimera skador orsakade av projektet. Syftet med bedömningen är att belysa effekten av de åtgärder som kan ha betydande påverkan på miljö, naturresurser och samhälle. Miljökonsekvensbedömningar ska vara en del i beslutsunderlaget och ska bidra till miljöskydd/ miljöanpassning av ett vägprojekt