vid förstärkning av befintliga vägar på torvmark

EXAMENSARBETE

2004:146 CIV

LENITA TORNÉUS

Val av jordförstärkningsmetoder och geotekniska undersökningar

vid förstärkning av befintliga vägar på torvmark

CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET

Förord

Som en del i utbildningen i Väg- och vattenbyggnadsteknik vid Luleå tekniska universitet ingår att genomföra en fördjupning inom valfritt ämne, omfattande 20 högskolepoäng. Denna rapport är resultatet av min fördjupning, utförd på Avdelningen för geoteknik vid Institutionen för samhällsbyggnad.

Examensarbetet är initierat av Vägverket Region Norr i Luleå och det är där själva arbetet har utförts.

Jag vill härmed tacka min handledare och examinator från Luleå tekniska universitet, Bo Westerberg, och min handledare på Vägverket, Gunnar Zweifel, för stöd och engagemang under arbetets gång.

Jag vill även tacka Bo Wikström på Vägverket Produktion Anläggning, Luleå, för hjälpen med att ta fram kostnader. Stefan Johansson, Vägverket Region Mitt, och Stefan Eklund, Vägverket Konsult, har varit till stor hjälp i arbetet.

Sist men inte minst vill jag tacka alla berörda på Vägverket Region Norr i Luleå, för vänligt och trevligt bemötande.

Luleå i maj 2004 Lenita Tornéus

Sammanfattning

Vid tjälsäkring och andra bärighetshöjande åtgärder på vägar över torvmark är kostnaderna betydligt högre än genomsnittskostnaden för

förstärkningsarbeten på övriga marktyper. Inom Vägverket Region Norr används i dagsläget huvudsakligen traditionell urgrävning och återfyllning som jordförstärkningsmetod vid torvmark. Vägverket Region Norr ser ett behov av att skapa ett inriktningsdokument för hur man lämpligast bedriver den geotekniska undersökningen och vilken jordförstärkningsmetod som kan vara lämplig att använda vid förstärkning av befintliga vägar på torvmark.

Huvudsyftet med examensarbetet har varit att skapa ett underlag till inriktning för val av den mest optimala, ur ett tekniskt och ekonomiskt perspektiv, jordförstärkningsmetoden vid förstärkning och breddning av befintliga vägar på torvmark.

I rapporten behandlas, baserat på litteraturstudie, de vanligaste

jordförstärkningsmetoderna och geotekniska undersökningsmetoderna vid byggande på torvmark. En ekonomisk jämförelse är utförd mellan tre utvalda och för ändamålet relevanta och intressanta jordförstärkningsmetoder. De tre aktuella jordförstärkningsmetoderna är urgrävning och återfyllning,

förbelastning och masstabilisering.

Kostnadsjämförelsen är baserad på antagna sektioner för en väg som skall förstärkas med en ny överbyggnad samt breddas en meter. Den antagna vägen kan anses väl representera tänkbara vägobjekt i Region Norr. För

jordförstärkningsmetoden urgrävning och återfyllning är tre fall antagna, enkelsidig urgrävning, dubbelsidig urgrävning och fullständig urgrävning.

Förbelastning varieras genom att överlasten antingen består av

förstärkningsmaterial eller av massor från väglinjen. Masstabilisering varieras genom enkelsidig masstabilisering och dubbelsidig masstabilisering. Samtliga fall tillämpas på torvdjup mellan 1-4 meter.

Resultaten från kostnadsjämförelsen visar att den dyraste av

jordförstärkningsmetoderna i studien är masstabilisering, vilket gäller oavsett torvdjup. De två mest kostnadseffektiva jordförstärkningsmetoderna är enligt studien enkelsidig urgrävning och förbelastning med massor från väglinjen.

Skillnaden i kostnader är generellt liten mellan dessa två metoder, men skillnaden ökar vid ökat torvdjup och resulterar i att förbelastning blir den billigaste jordförstärkningsmetoden vid ökat torvdjup.

De geotekniska undersökningsmetoderna bör inledningsvis ge svar på torvmäktigheterna och dess utbredning. Beroende på torvdjupet kan

undersökningarna utökas för att vid behov ge bättre information om torvens egenskaper. Vid ett torvdjup större än 2,5 meter bör prover av torven tas upp för undersökning i laboratorium.

Resultatet från detta arbete kommer att ligga till grund för vidare upprättning av ett inriktningsdokument för Vägverket Region Norr gällande förstärkning av befintliga vägar på torvmark.

Abstract

The total costs for reinforcing roads overlaying peat are much higher than for other types of soils. In the northern region of Sweden the Swedish National Road Administration often uses the soil reinforcement method excavation and refill, when reinforcing roads overlaying peat. The Swedish National Road Administration has a need to create a document which makes it easier to choose the suitable type of soil reinforcement method and how to make the soil exploration, based on an economical and technical perspective, when reinforcing roads overlaying peat.

The main purpose of this masters thesis work has been to create a basis to the mentioned document concerning soil reinforcement method and soil

exploration when reinforcing and widening roads overlaying peat.

In the thesis, based on literature study, is reviewed the most suitable soil reinforcement methods and soil exploration methods when building and reinforcing roads over peat.

An economical comparison between three chosen (and for the purpose

relevant and interesting) soil reinforcement methods has been done. The three methods are excavation and refill, surcharge load and mass stabilisation.

The economical comparison is based on assumed road sections for a road that will be reinforced with a new superstructure and widened one meter. For the method excavation and refill three different types of cases are considered, these are; one-sided excavation, double-sided excavation and complete excavation. The method surcharge load is varied by using two different types of soil materials. The two materials are sub base material and moraine masses from the existing road. For the method mass stabilisation two types of cases are considered; these are one-sided mass stabilisation and double-sided mass stabilisation. For all different cases and methods the peat depth varies from one to four meters.

The results from the economical comparison show that the most expensive soil reinforcement method in this study is mass stabilisation regardless of the peat depth. The two most cost effective methods in this study are one-sided

excavation and refill and surcharge load with morain masses from the existing road. The difference in costs between these two methods are generally small, but the difference increases with increased peat depth. The result is that surcharge load with morain masses from the existing road will be the most economical method when the peat depth increases.

The soil exploration should primarily give information about the peat depth.

Depending on how deep the peat depth is, the exploration may be extended to give further information about the peat properties. When the depth of the peat is more than 2,5 meters soil samples should be taken and examined in a soil laboratory.

The results from this study will form the basis for further work with the

document that the Swedish National Road Administration is planning to write.

Innehållsförteckning

FÖRORD... I SAMMANFATTNING... III ABSTRACT ... V INNEHÅLLSFÖRTECKNING... VII

1 INLEDNING ... 1

1.1 Bakgrund ...1

1.2 Syfte och mål ...1

1.3 Avgränsning ...2

2 TORV...3

2.1 Allmänt...3

2.2 Torvens utbredning i Sverige...4

2.3 Torvens egenskaper...6

2.3.1 Definition ...6

2.3.2 Torvs geotekniska egenskaper ...6

3 VÄGBYGGNAD PÅ TORV ...9

3.1 Konventionella metoder ...9

3.1.1 Förbelastning...9

3.1.2 Lättfyllning...11

3.1.2.1 Cellplast som lättfyllning ... 12

3.1.2.2 Bark som lättfyllnad ... 13

3.1.2.3 Lättklinker som lättfyllnad... 15

3.1.3 Massutskiftning... 16

3.1.3.1 Urgrävning ... 16

3.1.3.2 Nedpressning ... 21

3.1.4 Masstabilisering... 22

4 GEOTEKNISKA UNDERSÖKNINGSMETODER I FÄLT... 25

4.1 Sondering ... 25

4.1.1 Sticksondering... 26

4.1.2 Viktsondering ... 26

4.2 Provtagning... 27

4.2.1 Skruvprovtagare... 28

4.2.2 Torvprovtagare typ SGI ... 30

4.2.3 Provgropar ... 31

4.3 Andra metoder... 31

4.3.1 Georadar ... 31

4.4 Geotekniska fältundersökningar på torvmark ... 33

4.5 Laboratorieundersökningar av torv... 34

5 AKTUELL PRAXIS VID FÖRSTÄRKNING OCH BREDDNING AV BEFINTLIGA VÄGAR ÖVER TORVMARK ... 35

5.1 Erfarenheter från Vägverket Region Norr... 35

5.2 Praktikfall - Väg 296 Kårböle – Länsgräns Z, Vägverket Region Mitt ... 36

6 EKONOMI – JÄMFÖRELSE MELLAN JORDFÖRSTÄRKNINGSMETODER... 39

6.1 Valda jordförstärkningsmetoder... 39

6.2 Förutsättningar... 40

6.2.1 Inledning... 40

6.2.2 Urgrävning... 41

6.2.3 Förbelastning... 43

6.2.4 Masstabilisering... 46

6.3 Kostnadsjämförelser... 47

6.3.1 Resultat ... 47

6.3.2 Kommentarer ... 54

6.4 Ekonomi - geotekniska fält- och laboratoriemetoder ... 55

6.4.1 Fältmetoder ... 55

6.4.2 Laboratoriemetoder...57

7 DISKUSSION...59

8 SLUTSATSER ...63

8.1 Kostnadsjämförelser ...63

8.2 Geotekniska undersökningar...64

9 REFERENSER ...67

10 BILAGEFÖRTECKNING (BILAGA 1-12) ... 71

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Vid förstärkning av befintliga vägar på torvmark ställs beställare och vägprojektörer inför ett antal val vad gäller geotekniska undersöknings- metoder och jordförstärkningsmetoder. Speciellt gäller det i samband med breddning och/eller höjning av den befintliga vägen. Förstärknings-

kostnaderna för vägar över torvmark är betydligt dyrare än genomsnitts- kostnaden för förstärkningsarbeten på övriga marktyper. Den idag mest använda jordförstärkningsmetoden på torvmark är huvudsakligen, av gammal vana, traditionell urgrävning och återfyllning. Vägverket Region Norr ser ett behov av att skapa ett inriktningsdokument, ur ett ekonomiskt och tekniskt perspektiv, för hur man lämpligast bedriver den geotekniska undersökningen och vilken jordförstärkningsmetod som skall användas.

1.2 Syfte och mål

Det övergripande syftet med examensarbetet är att skapa ett underlag till inriktning för val av den mest optimala jordförstärkningsmetoden vid förstärkning och breddning av befintliga vägar på torvmark, baserat på tekniska och ekonomiska förutsättningar.

Genom litteraturstudier och interjuver skall befintlig kunskap och erfarenhet inom området identifieras och dokumenteras. De tre jordförstärknings- metoderna urgrävning och återfyllning, förbelastning och masstabilisering kommer att jämföras ur ett ekonomiskt perspektiv. Kostnader skall då beräknas för en antagen väg som skall breddas och profilhöjas och för varierande torvdjup. I examensarbetet skall ekonomiska förutsättningar klarläggas för relevanta och möjliga geotekniska fält- och

laboratorieundersökningar av torv.

Resultatet från detta arbete kommer att ligga till grund för vidare upprättning av ett inriktningsdokument för Vägverket Region Norr gällande förstärkning av befintliga vägar på torvmark.

1.3 Avgränsning

Avgränsning är gjord genom att enbart studera ett begränsat antal, men noga utvalda, jordförstärkningsmetoder. Dessa metoder är som tidigare nämnts urgrävning och återfyllning, förbelastning och masstabilisering.

Avgränsningen består även i att antagna teoretiska sektioner har använts för kostnadsjämförelsen. Sektionerna skulle i verkligheten kunna se ut på många olika sätt, men huvudsyftet är här att få ett underlag för att kunna göra en ekonomisk jämförelse metoderna emellan.

Övriga avgränsningar som är gjorda är att enbart studera de fält- och laboratoriemetoder som är relevanta för torv och torvmark samt studera de vanligaste jordförstärkningsmetoderna som kan vara aktuella vid byggande på torvmark.

2 Torv

2.1 Allmänt

Bildningen av jordarten torv har skett under många årtusenden.

Uppskattningsvis var hela Sverige för ca 15 000 år sedan täckt av is. Isens avsmältning tog sedan många tusen år och för ca 8000 år sedan fanns enbart isrester kvar i Norrlands inland (Larsson, 1982). I och med att isen smälte och trycket minskade började jordskorpan att häva sig. Landhöjningen medförde att högsta kustlinjen (HK) flyttades mot den idag gällande nivån, och än idag pågår landhöjningen. Allt eftersom HK flyttades bildades sjöar och vikar och det är bland annat på dessa platser torven kom att utvecklas. Torv och torvmarker bildas också genom lokala översvämningar, genom att fastmark försumpas och genom att avrinningen av nederbörd förhindras (Fredriksson, 2002).

Enligt Magnusson et al. (1963) kan fyra olika torvbildningssätt urskiljas:

ƒ Igenväxningstorvmark, bildas i samband med sjöars igenväxning.

ƒ Översilningstorvmark, bildas där vatten sakta rinner ytligt över marken. En förutsättning är dock att klimatet inte får vara sådant att vattnet helt avdunstar från markytan.

ƒ Källtorvmark, bildas kring källflöden och förekommer endast lokalt.

ƒ Mossar, bildas där nederbördsvattnet inte kan rinna undan utan sjunker direkt ned i marken.

En torvmark kan bestå av en eller flera av ovanstående torvtyper lagrade ovanpå varandra, beroende på förhållandena som rådde då torven bildades.

För att en markyta skall klassificeras som torvmark krävs i geologisk mening ett torvtäcke på minst 30-50 cm, dvs. ett tydligt skikt av ihållande torv ovanpå mineraljord (Fredriksson, 2002).

För att skilja på olika typer av torv kan en 10-gradig skala användas, denna anger humifieringsgraden eller med andra ord torvens förmultningsgrad. Den 10-gradiga skalan finns i Bilaga 1. Skalan är framtagen av Lennart von Post i början av 1900-talet och är i dag ett vedertaget sätt att enkelt klassificera torv (Carlsten, 1988). Utifrån denna skala delas torven in i tre olika grupper;

lågförmultnad torv (H1-H4), mellantorv (H5-H7) och högförmultnad torv (H8- H10), Vägverket, (1989).

2.2 Torvens utbredning i Sverige

Sverige är ett av världens torvmarkstätaste länder. Totalt består Sveriges yta av ca 64 000 km² torvmark och detta motsvarar ca 15 % av vårt lands areal

(Fredriksson, 2002). Det är i Norrland de största torvarealerna finns

(Vägverket, 1989), se Figur 1. De äldsta torvmarkerna finns däremot att finna i södra Sverige. Detta beror på att inlandsisen smälte undan tidigare i den södra delen än i övriga delar av landet. Torvlagrens tjocklek är därmed betydligt större där än i övriga delar av landet (Larsson, 1982). I norra Sveriges del finns den mesta av torvmarkerna i inlandet. De norrländska myrarna är som

tidigare nämnts relativt utbredda men är sällan särskilt mäktiga (Handboken Bygg, 1984).

Figur 1 Karta över sankmarksfördelningen i Sverige 1979. Det svarta betecknar områden med hög frekvens av stora sankmarker (>50 ha), det gråa betecknar områden med hög sankmarksfrekvens där de enskilda sankmarkerna är < 50 ha, det vita betecknar områden med låg sankmarksfrekvens. Från Larsson (1982).

2.3 Torvens egenskaper

2.3.1

Jordarten torv definieras enligt Larsson (1982) som en jordart uppbyggd av ofullständigt förmultnade växtdelar eller som en anhopning av organiskt material som på grund av hämmad nedbrytningkan byggas på och nå flera meters mäktighet. För att en jordart ska kunna benämnas torv måste den ha en organisk halt på minst 20 %.

2.3.2

Torv har låg densitet, enligt Vägverket (1989) är skrymdensiteten ρ ≈ 1,0 t/m³. Torven har normalt hög vattenkvot och har således normalt relativt låg

hållfasthet (Gilliusson, 1998). Det är skillnad på olika typer av torv. En lågförmultnad torv med stort fiberinnehåll har en hållfasthet som kan jämföras med en friktionsjord. En högförmultnad torv däremot har en hållfasthet som kan jämföras med kvicklera, Vägverket (1989).

För att beskriva torvens egenskaper brukar en jämförelse göras med lerors egenskaper och enligt Carlsten (1988) innebär det att

ƒ torv i regel är mycket kompressiblare.

ƒ torv i naturligt tillstånd har en betydligt högre permeabilitet än lera. Enligt Vägverket (1989) varierar permeabiliteten för torv mellan 10^-5 och 10^-7 m/s. Den relativt höga permeabiliteten innebär att sättningar inträffar inom en relativt kort tidsperiod.

ƒ när torv belastas minskar permeabiliteten snabbt.

I Sverige har det tagits fram ett diagram för beräkning av torvens totala sättning beroende på vattenkvot och belastning, se Figur 2. Diagrammet förutsätter att torven är normalkonsoliderad. Deformationen ökar vid ökande vattenkvot. Diagrammet är endast avsett för en översiktlig bedömning av

sättningsbeloppet, för noggrannare bedömning krävs att prover av god kvalitet tas upp för varje enskilt objekt (Carlsten, 1988).

Figur 2 Diagram för bestämning av normalkonsoliderad torvs deformation vid olika vattenkvot och belastning, Vägverket (1989).

Vid sättningsberäkningar är storleken på de sekundära sättningarna

(krypningen) i organiska jordar av stor vikt. Dessa sättningar minskas eller elimineras vid användning av metoden förbelastning, Vägverket (1989).

Strukturen hos torv gör att det inte är så lätt att bestämma dess

skjuvhållfasthet. Enligt Carlsten (1988) anser många att vingborr är ett mindre bra sätt för att bestämma skjuvhållfastheten hos torv. Trots det har försök gjorts med vingborr och resulterat i ett approximativt empiriskt samband enligt diagrammet i Figur 3. Diagrammet visar sambandet mellan den odränerade skjuvhållfastheten τfu, vattenkvoten w och den procentuella förmultningsgraden R. Vid ökande vattenkvot avtar skjuvhållfastheten oavsett

förmultningsgrad. Detta diagram är endast avsett att användas som en översiktlig bedömning av torvens odränerade skjuvhållfasthet, Carlsten (1988).

Den procentuella förmultningsgraden R beror av värdet på H (förmultning enligt von Post skala, se Bilaga 1) enligt följande samband:

ƒ R= 8H för fibrig torv

ƒ R = 20 + 3H för mellanförmultnad torv

ƒ R = 6H för högförmultnad torv

Figur 3 Empiriskt samband mellan vattenkvot, odränerad skjuvhållfasthet och procentuell förmultningsgrad hos torv, föreslagen av Amaryan, Carlsten (1988).

3 Vägbyggnad på torv

3.1 Konventionella metoder

I denna rapport kommer de vanligaste jordförstärkningsmetoderna som kan vara aktuella vid byggande över torvmark att kortfattat beskrivas.

Masstabilisering är en relativt ny metod och därmed inte lika vedertagen som andra.

De jordförstärkningsmetoder som kommer att behandlas är

ƒ förbelastning

ƒ lättfyllning

ƒ massutskiftning

ƒ masstabilisering

3.1.1

Förbelastning är en metod som innebär att en last, som är större än den slutliga lasten från den färdiga vägen, påförs för att de primära sättningarna skall hinna utbildas. Lasten får ligga mellan 6 månader och upp till ett år eller mer, liggtiden beror på faktorer som torvens mäktighet och underliggande

lagers kompressionsegenskaper. Det viktiga är dock att förbelastningen får verka så länge att den största delen av de primära sättningarna har hunnit utbildats. Sättningsförloppet kontrolleras under liggtiden med exempelvis markpeglar som avvägs med jämna mellanrum. Det uppmätta

sättningsförloppet jämförs med det beräknade för att få en bra bedömning av när ytterligare pålastning eller avlastning skall ske. Då beräknad totalsättning uppnåtts avslutas förbelastningen, Hansbo (1990).

Förbelastning är en metod som passar mycket bra för jordarten torv, detta på grund av att torv är en mycket kompressibel jordart och vid förbelastning komprimeras materialet snabbt jämfört med andra material. Deformationen som uppstår medför att permeabiliteten och kompressibiliteten minskar kraftigt och därmed att torvens hållfasthet ökar, Vägverket (1989). För att metoden ska fungera tillfredställande är det vikigt att göra noggranna geotekniska undersökningar av torven. Detta medför att laststeg och liggtid kan planeras och på så sätt få en uppfattning om hur mycket torven kommer att komprimeras. En nackdel med metoden är att byggtiden förlängs med vanligen 6-12 månader.

Breddning av befintlig väg kan göras enligt beskrivning i Figur 4 nedan, Vägverket (1989). Det befintliga diket fylls igen med torv eller andra massor som packas, och ett nytt dike skapas längre bort. För att hålla ihop den

befintliga vägen med den breddade delen utförs en förschakt i befintlig väg där geotextil läggs ut på botten av schakten och under förbelastningen. Geotextilen fungerar även som materialskiljande lager. Praktikfallet i kapitel 7 beskriver ett vägobjekt som i princip följer ovanstående metod, enda skillnaden är att det befintliga diket inte fyllts igen med torv utan med förbelastningsmassor, se Figur 20.

Figur 4 Exempel på hur förbelastning kan tillämpas vid breddning av befintlig väg, Vägverket (1989).

3.1.2

Vägar som går över torvmarker ligger ofta på en nivå som är i höjd med eller under den omgivande marken. Detta kan innebära att problem med avvattning av vägkroppen uppstår. Genom att höja vägprofilen undviks

avvattningsproblemen, men detta medför i sin tur att vägkroppens tyngd ökar och effekten blir att den underliggande torven sätter sig och på sikt har

vägprofilen sjunkit ner till ursprunglig nivå och problem med avvattning uppstår åter igen.

Profilhöjning av vägen, utan problem med sättningar, är möjlig genom att använda lättfyllning. Med metoden menas att tunga massor i vägkroppen ersätts med lätta material så som cellplast, bark, lättklinker och torvbalar. Det är viktigt att ta reda på den underliggande torvens kompressionsegenskaper samt att ha kontroll på vad lättfyllnadsmaterialet har för densitet ovan och under grundvattenytan. Om banken byggs upp av för lätt material kan den lyftas upp och stjälpa på grund av trycket underifrån, Vägverket (1989).

3.1.2.1 Cellplast som lättfyllning

Cellplast är ett gemensamt namn för två olika typer av plaster, nämligen extruderad polystyren och expanderad polystyren. Som lättfyllnad vid

vägbyggnad används den senare, medan den extruderade främst används vid isolering mot tjäle. Expanderad polystyren, eller EPS, används förutom som lättfyllning i vägbankar för att minska sättningar, också för att förbättra stabiliteten eller minska jordtrycket mot stödkonstruktioner.

EPS tillverkas med olika densiteter beroende på användningsområde. För vägbyggnadsändamål används normalt EPS med skrymdensitet 20 kg/m³, Vägverket (1990). Cellplasten deformeras vid belastning, den elastiska deformationen uppgår till ca 2 %, och därefter är deformationen bestående.

Vid ständig last kommer de bestående deformationerna dock att uppgå till högst 1 %, vid ovan nämnda skrymdensitet, förutsatt att lasten högst är 20 kPa vilket oftast är fallet i vägbyggnadssammanhang, Vägverket (1990).

Cellplasten är i dag ett relativt dyrt material för vägbyggnadssammanhang. En annan nackdel med cellplasten är att den är känslig för petroleumprodukter och organiska lösningsmedel, Vägverket (1990). Detta innebär att vid en eventuell tankbilsolycka eller vid vårdslöshet vid själva byggandet kan cellplastens mekaniska egenskaper försämras.

Figur 5 nedan visar schematiskt hur lättfyllningen kan utföras. Det är viktigt att cellplastskivorna läggs med skarvarna förskjutna i förhållande till varandra, både i längs- och tvärled, för att uppnå inre stabilitet. Det är också viktigt att kontrollera att banken inte lyfter vid högt vattenstånd.

Figur 5 Principskiss över hur cellplast kan användas som lättfyllning i en vägbank, Vägverket (1990).

Överbyggnaden måste minst vara 0,5 m för att minska risken för spårbildning.

På cellplasten gjuts en ca 0,1 m tjock armerad betongplatta med avsikt att fungera som lastfördelare över cellplasten, Vägverket (1990).

3.1.2.2 Bark som lättfyllnad

Bark är en restprodukt inom skogsindustrin. Bark har tidigare främst använts för att tjälskydda vägar men även som lättfyllning. Under 60- och 70-talen användes bark främst för att det fanns gott om det och för det låga prisets skull. År 1974 steg dock priset i samband med oljekrisen vilket medförde att bark användes som ett alternativbränsle inom industrin. I dag bör samråd med länsstyrelsen göras innan byggande med bark utförs, detta med tanke på risken för en negativ miljöpåverkan, Vägverket (1988).

Barken har en negativ miljöpåverkan genom att den utsöndrar barksaft.

Barksaften är illaluktande och kan påverka vattentäkter så mycket att de blir otjänliga. Vid användning av bark i vägbank uppstår en initialsättning då överbyggnaden påförs, detta upplevs som att banken fjädrar. Vidare uppstår en sättning av barken som uppgår till ca 1-2 % av barktjockleken under det första halvåret. De sekundära sättningarna pågår sedan under många år och är olika stora beroende på barkens tjocklek, med en tjocklek på 3-5 m uppgår sättningarna till ca 1-1, 5 cm per år. Barkens skrymdensitet är ungefär ρ= 0,9 t/m³ ovanför grundvattenytan. Under grundvattenytan är skrymdensiteten samma som för vatten, ρ= 0 t/m³, Vägverket (1988).

Figur 6 visar en principskiss på hur lättfyllningen kan göras. Enligt bilden ska överbyggnadens obundna lagers tjocklek vara minst 0,5 m, men vid byggande över torvmark kan man minska detta till 0,4 m och kompensera med en fiberduk eller geonät på barkfyllningens överyta. I dessa fall bör lutningen för barken vara 1:3 och för släntfyllningen vara 1:5. Dessutom begränsas

släntkappans tjocklek till 0,3 – 0,5 m.

Figur 6 Principskiss över hur bark kan användas som lättfyllnad i en vägbank, Vägverket (1988).

År 1962 utfördes ett pilotprojekt för att prova bark som lättfyllnadsmaterial, platsen var Gilldalsmossen i Årjäng, se Figur 7. De tunga nedsjunkna

bankmassorna ersattes medbark. Med denna metod kan profilen höjas utan att belastningen ökar nämnvärt. Denna metod har blivit mycket använd vid djupa torvlager och vid torv på lös lera.

Figur 7 Principskiss över pilotprojektet på Gilldalsmossen, där 1) visar vägen innan åtgärd och där 2) visar hur vägen förstärkts, Vägverket (1988).

3.1.2.3 Lättklinker som lättfyllnad

Lättklinker framställs genom bränning av lera i roterande ugnar. Resultatet blir porösa kulor i olika storlekar. Beroende på lerans egenskaper och bränningssättet kan olika tung lättklinker framställas. Som lättfyllning i vägbank används en lättklinker med låg slutlig skrymdensitet. Lättklinkerns densitet ökar efter utplacering i vägbanken, detta på grund av att den kommer i kontakt med vatten, som p.g.a. lättklinkerns porositet absorberas.

Lättklinkerfyllningar dimensionerads därav efter den skrymdensitet fyllningen beräknas få efter lättklinkerns absorption av vatten. Det är också viktigt att tänka på den lyftkraft som uppstår då lättklinkern ligger under vatten, denna lyftkraft uppkommer p.g.a. densiteten på kornen är lägre än vattnets,

Vägverket (1987b).

Med hjälp av lättklinker kan sättningarna minskas eller elimineras, detta kan göras genom att ersätta material i vägbanken med lättklinker, på samma sätt som vid andra material. Lättklinker i vägbank som packats ordentligt i flera lager sätter sig ca 2-3 % av den totala fyllningens höjd. Det är dock viktigt vid kallare klimat att hålla lättklinkern ren från vatten vid själva utläggandet, annars kan is lägga sig på kornen och skapa fickor när de senare smälter, vilket i sin tur kan leda till större sättningar, Vägverket (1987b).

Lättklinker har stor porvolym och detta medför att det är en dålig

värmeledare. Dålig värmeledning kan i sin tur leda till frosthalka, och för att minska risken för frosthalka bör inte lättklinker placeras närmare vägbanan än 0,5 m. För att vägbanken dessutom ska få tillräcklig bärförmåga placeras en stödfyllning på bankslänterna. Materialet som används som stödfyllning måste vara tungt och överbyggnaden måste vara tillräckligt stor för att undvika spårbildning. För allmän trafik skall överbyggnaden vara minst 0,6 m.

Släntlutningen på stödfyllningen bör vara flackare än 1:1, 5. Vid underlag med dålig bärighet läggs en fiberduk som materialskiljande lager innan lättklinkern påförs. Innan överbyggnaden läggs ut skall även terrassytan täckas med fiberduk, Vägverket (1987b).

Nackdelar med lättklinker är dels priset och dels hanterbarheten. Det kan vara besvärligt med stora massor av lättklinker som pö om pö ska läggas ut, därför krävs mellanupplag för en lättare hantering, Vägverket (1989).

3.1.3

Urgrävning är en metod som med fördel kan användas då torvmäktigheterna inte är allt för stora, upp till 5-6 m. Denna metod är att föredra då vägen skall gå på hög bank och då höga krav ställs på plan- och profilstandard. Genom att gräva bort torven och ersätta den med hållfastare material kan de vertikala lasterna från vägbanken föras ned till jordlager med god bärighet eller till fast botten.

Enligt Vägverket (1989) finns tre olika typer av urgrävningar

ƒ Fullständig urgrävning

ƒ Ofullständig urgrävning

ƒ Begränsad urgrävning.

Dessa olika typer beskrivs enklast med Figur 8, 9 och 10 nedan.

Figur 8 Fullständig urgrävning, Vägverket (1991).

Figur 9 Ofullständig urgrävning, Vägverket (1991).

Figur 10 Begränsad urgrävning, Vägverket (1991).

Vid fullständig och ofullständig urgrävning ersätts materialet ända ned till fast botten. Skillnaden på dessa två är att i det första fallet ersätts material under hela vägbankens bredd, medan i det andra fallet ersätts enbart material under vägbankens kanter. Begränsad urgrävning avser de urgrävningar som dels görs under hela vägbankens bredd eller under vägbankens kanter, och som dels inte går till fast botten.

Vägbankens stabilitet påverkas av urgrävningsbredden samt

urgrävningsdjupet, Vägverket (1991). Genom att öka urgrävningsbredden minskar risken för deformationer i vägkant och vägslänt samt att jordtrycket mot schaktväggen minskar. Genom att öka urgrävningsdjupet tvingas den farligaste glidytan ner och ger större mothållande krafter.

Enligt Vägverket (1991) ställs vissa krav på det material som används för återfyllning.

ƒ Bergtyp¹ 1 eller 2 kan användas både ovan och under grundvattenytan.

Däremot får inte bergtyp 3 användas utan att en särskild utredning utförs.

ƒ Blandkorniga jordarter får användas vid fyllning i torrhet, finkorniga jordarter får användas om utredning först utförs.

ƒ Jordmaterial som används för utfyllning under vatten skall vara av grovkorniga jordarter.

ƒ Återfyllning av schaktgrop med slamlager eller kvarlämnat löst

jordlager skall bestå av grov sprängsten eller, efter särskild geoteknisk utredning, annan grov friktionsjord.

Då sprängstenmassor används som återfyllningsmaterial bör ett tätande skikt placeras mellan sprängstenarna och överliggande finkornigt material för att förhindra att det finkorniga materialet försvinner in mellan sprängstenarna och därmed orsakar sättningar. Som tätande skikt kan bergkross eller skärv användas, förutsatt att dimensionen ärsådan att materialet kan tränga nedi håligheterna vid packning. Ett annat sätt att skapa ett tätskikt är att använda geotextil som ett materialskiljande lager. Geotextilen hindrar även urspolning och masstransport om grundvattenytan i området varierar mycket över året.

En typ av urgrävning som är relativt vanlig är stödbensurgrävning, denna kan liknas vid en kombination av ofullständig respektive begränsad urgrävning, vilka behandlats tidigare. Metoden används ofta vid förstärkning av befintliga vägar över torvmarker. Principen för metoden beskrivs i Figur 11.

1 Bergtyper enligt ABT VÄG 2003, se Bilaga 2

Figur 11 Stödbensurgrävning där urgrävning kombineras med nedpressning av det understa lagret av torv, enligt Vägverket (1989).

Urgrävningen sker vid sidan av vägen och ned till fast botten, eller mer exakt till 0,5 m ovan fast botten. Orsaken till att de nedersta 0,5 m av torven bör lämnas är att erfarenheter säger att torven vid sidan av schakten har en tendens att falla in i schaktgropen samt att det i princip är omöjligt att få bort all torv, Vägverket (1989). Allt eftersom att urgrävning sker fylles schakten igen med friktionsmaterial enligt punktlistan ovan.

Nackdelar med metoden är att vägens kanter, där urgrävning och återfyllning gjorts, i princip blir sättningsfria medan vägmitt fortfarande kan komma att sätta sig. Detta medför att problem med avvattningen av vägen kan

uppkomma efter en tid. För att komma ifrån problemet kan dessa sättningar tas med i beräkningarna vid dimensionering och därigenom öka tvärfallet eller bomberingen av vägen.

3.1.3.2 Nedpressning

Nedpressning är ett annat sätt att minska problemen med stora sättningar vid byggande på torv. Nedpressning används normalt då schaktdjupet är så stort, dock inte djupare än 15 meter, att grävmaskiner inte kan nå ner till fast botten.

Metoden innebär att vägbanken utsätts för en så stor överhöjning så att befintliga lösa jordlager pressas undan. Därefter ersätts de undanpressade massorna med annat material.

För att metoden ska fungera måste jorden, som ska pressas undan, ha så låg skjuvhållfasthet att markgenombrott är möjlig med hjälp av en måttlig

överhöjning av banken. Enligt Carlsten (1988) innebär detta att jordtyper som högförmultnad torv, gyttja och lös lera är lämpliga medan en fibrig torv, som i regel har god sammanhållning, inte går att pressas undan. Metoden beskrivs även i Figur 12.

Figur 12 Principskiss över nedpressning av vägbank, i plan till vänster och profil till höger, Statens Vägverk (1979).

Principen går att använda både vid nybyggnad av väg och vid ombyggnad av befintlig väg.

Normalt kan inte allt löst material ända ned till fast botten pressas undan, utan ett skikt av kompressibel jord blir kvar. Detta skikt kan medföra att det tar lång tid innan rörelserna i vägbanken avstannat ochdärför är detlämpligt att låta den utlagda överhöjningen ligga kvar under några månader. Nackdelar

med denna metod är att intill nedpressningsområdet kan skador på ledningar, trummor, broar med mera uppkomma. Metoden kan även medföra ändrade avvattningsförhållanden i samband med ändrade marknivåer. Dessutom har denna metod i jämförelse med andra större materialåtgång och är därmed dyrare.

3.1.4

Masstabilisering är en relativ ny metod som hittills inte använts i så stor utsträckning. Metoden utfördes för första gången 1993 i Veittostensuo i Finland, Jacobsson (2001). Metoden är en stabiliseringsmetod där stabila block skapas genom att blanda in bindemedel i bland annat organisk jord.

Utförandet beskrivs i Figur 13 nedan.

Figur 13 Skiss över utförandet av masstabilisering, Jelisic (2000).

Bindemedlet kan bestå av en kalk/cementblandning eller av olika restprodukter från industrin. Med hjälp av ettblandningsverktyg som är installerat på en grävmaskin kan bindemedlet blandas med jorden (se Figur 14) och stabiliseringen görs i stora parallella block som blir så styva att de skapar en bra grund där vägen sedan kan byggas.

Figur 14 Inblandning av stabiliseringsmedlet, Jacobsson (2001).

Resultatet av stabiliseringen påverkas av torvsammansättning, stabiliseringsmedel och utförande. När det gäller mängden

stabiliseringsmedel krävs en minsta mängd för att uppnå stabiliseringseffekt, denna mängd är högre för torv än för lera och ligger ofta kring 200 kg/m³. Över denna mängd gäller generellt att en ökad tillsatsmängd ger ökad stabiliseringseffekt, Jacobsson (2001). Efter att stabiliseringen är utförd belastas området med en överlast av jordmassor. Belastningen har till uppgift att komprimera den stabiliserade jorden så att hållfastheten ökar. Desto mer belastning som påförs desto mer ökar hållfastheten, men en överlast på ca en meter brukar vara rimlig, Jacobsson (2001).

4 Geotekniska undersökningsmetoder i fält

I denna rapport kommer endast undersökningsmetoder som är relevanta för undersökning i torvmark att behandlas.

4.1 Sondering

Sondering är en undersökningsmetod som används för att bestämma jordlagrens mäktighet och fasthet samt utsträckning i plan, SGF (1996).

Sondering innebär att en sondspets förs ned genom jorden samtidigt som motståndet mot neddrivningen registreras. Man skiljer på två huvudtyper av sondering enligt nedan.

ƒ Statisk sondering, innebär att sonden drivs ned i jorden med i princip kontinuerlig belastning, hit hör bl.a. viktsond och sticksondering.

ƒ Dynamisk sondering, innebär att sonden drivs ned i jorden genom slag, hit hör bl.a. hejarsond och jordbergsond.

Den dynamiska sonderingen gör det möjligt att komma längre ned i jordlagret jämfört med den statiska. Den statiska i sin tur ger större möjligheter att urskilja fasthetsvariationer i jorden, SGF (1996).

4.1.1

Sticksondering är en sonderingsmetod som utförs manuellt med hjälp av tunna sondstänger med en sondspets i änden. Figur 15 visar en schematisk bild över metoden. Metoden används främst för att bestämma

torvmäktigheter.

Figur 15 Sticksondering, manuell sondering med tunna sondstänger, Vägverket (1984).

4.1.2

Viktsondering är en sonderingsmetod som utförs antingen manuellt eller maskinellt. I dagsläget utförs viktsondering främst maskinellt med någon typ av borrbandvagn, se Figur 16, men i vissa terränger kanframkomligheten med enborrbandvagn vara begränsad och då passar det bättre med handhållen viktsondering.

Figur 16 Viktsondering utförd maskinellt med borrbandvagn, Bergdahl (1984).

Viktsondering utförs främst i lösa till medelfasta sten- och blockfattiga jordarter. Sonderingen utförs genom att en skruvformad sondspets pressas ned i jorden med belastning. Om motståndet blir tillräckligt stort vrids sonden för att lättare kunna sjunka nedåt. Antal halvvarv för varje 0,2 m sjunkning antecknas för den bibehållna lasten. Motståndet mot sjunkning ger

information om vad för slags material sonden går igenom, SGF (1996).

4.2 Provtagning

För att kunna fastställa jordlagerföljden och jordens egenskaper krävs vanligtvis provtagning av något slag. Det finns olika typer av provtagning enligt nedan, SGF (1996).

ƒ Ostörd provtagning; innebär att jordlagerföljden inte är förstörd och att jorden har kvar sina naturliga mekaniska egenskaper. Ostörda prover tas med ex kolvprovtagare och torvprovtagare typ SGI.

ƒ Störd provtagning; innebär att jordlagerföljden inte är rörd, men att jordens mekaniska egenskaper är förändrade i samband med

provtagningen. Störda prover tas med ex skruvprovtagare och moränprovtagare.

ƒ Omrörd provtagning; innebär att jordlagerföljden är omrörd och att jordens mekaniska egenskaper är förändrade i samband med

provtagning. Omrörda prover tas genom ex provgropar.

Vilken metod som skall användas bestäms från fall till fall, beroende på vilken information som eftersöks. För klassificering av jord kan störd eller omrörd provtagning användas. För bestämning av hållfasthets- och

deformationsegenskaper i laboratoriet krävs som regel ostörd provtagning, SGF (1996).

4.2.1

Skruvprovtagare används främst i kohesions- och siltjord, men även i sand och grus över grundvattenytan. Skruvprovtagaren består av en stor skruv, se Figur 17, och används normalt med sondstänger på en maskinell borrbandvagn.

Prover tas kontinuerligt genom jordlagret genom att skruvprovtagaren drivs ned under samtidig vridning ned till aktuellt provtagningsdjup, därefter dras skruvprovtagaren rakt upp, utan att roteras. Jorden som blir kvar på flänsarna samlas upp i påsar och skickas för analys. Vid provtagningen gör även en okulär bedömning av jordmaterialet.

Denna provtagningsmetod används normalt ned till ett djup av 5 m, men i undantagsfall även ned till 10-15 m. Fördelen är att en bra överblick av

jordlagerföljden kan fås relativt snabbt. En nackdel är dock att provet lätt spolas ur vid provtagning under grundvattennivån, SGF (1996).

Figur 17 Skruvborrar i olika dimensioner, används tillsammans med sondstänger för att ta jordprover, SGF (1996).

Vid provtagning i torvmarker finns risk för problem med att provtagningshålet fylls igen efter att skruvborren dragits upp. Detta gör att man inte

hundraprocentigt kan veta från vilken nivå provet tas. Hur mycket hålet fylls igen beror på hur förmultnad torven är, ju högre förmultningsgrad desto större risk för att hålet sätts igen, Carlsten (1988). I torvmarker är det lättare att ta skruvprover då torven är högförmultnad, vid lågförmultnad torv medför trådar och fibrer att metoden blir svårare att utföra.

4.2.2

Statens Geotekniska Institut (SGI) har tagit fram en speciell provtagare för provtagning i torv. Provtagaren ger ostörda prover för vidare undersökning i laboratorium.

Provtagaren består av ett plaströr som i ena änden har ett vågformat skär, se Figur 18. Längden på röret kan anpassas, men mest lätthanterligt är en längd på en meter.

Figur 18 Torvprovtagare typ SGI, SGF (1996).

Innan provtagning utförs bör undersöka området med hjälp av sondering, exempelvis sticksondering. Detta görs för att kontrollera om det finns eventuella rötter samt djupet till eventuellt jordlager med friktionsmaterial.

Förekommer det rötter får man ett stört prov vid neddrivning av provtagaren, och om skäret på provtagaren slås ned i friktionsjord kan dess egg förstöras.

Därefter tas det översta lagret jord bort och med hjälp av spadborr borrar man ned till den nivå där provtagning ska ske. Med en slagborrmaskin slås

provtagaren tillönskad nivå och därefter vrids provtagaren 4-5 varv. Slutligen dras provröret upp försiktigt, SGF (1996).

Genom att använda torvprovtagaren fås en tillförlitlig bedömning av torven genom att man med större säkerhet än vid störd provtagning vet från vilken nivå provet tas ifrån. Provtagning med hjälp av borrbandvagn kan utan svårigheter ske för prover ned till ca 5 m djup, Carlsten (1988).

För att få representativa prover på torven krävs större diameter än normalt vid provtagning med SGI: s torvprovtagare. På grund av den stora diametern kan inte proverna som tas upp analyseras med vilken utrustning som helst i laboratoriet, utan det krävs en kompressometer som är anpassad till provets storlek. Dessa problem leder till att kostnaderna för att ta ochanalysera prover ofta blir höga.

4.2.3

Provgropsgrävning innebär att gropar grävs med en grävmaskin med

varierande storlek beroendet på maskinstorlek och behov, storleken skall dock vara sådan att prover med lätthet kan tas ut. Groparna kan även grävas för hand. Metoden ger möjlighet att på nära håll studera jorden i större skala jämfört med annan provtagning, SGF (1996).

Metoden medför att provtagning sker relativt grunt, på mellan 0-5 meters djup, SGF (1996). Fördelen med metoden är att stora provmängder kan tas, samt att schaktbarheten bestäms.

4.3 Andra metoder 4.3.1

Vid förstärkning av befintliga vägar är det viktigt att veta hur den gamla vägen är uppbyggd. Ett sätt att få en översiktlig bild av vägens uppbyggnad i längdled och i tvärled är att använda georadar.

Georadarn är en metod där elektromagnetiska vågor sänds ut och tas emot av antenner. De elektromagnetiska vågornas nedträngning i marken registreras på ett så kallat radargram, se Figur 19, och utifrån radargrammet tolkas markförhållandena. Hur långt vågorna tränger ned i marken beror på materialens elektriska ledningsförmåga, detta genom att vid en ökad vattenkvot och vid en stigande ledningsförmåga minskar nedträngningen, Vägverket (1987a).

Figur 19 Radargram från georadarundersökning, gränsen mellan vägbank och torv kan utredas, Vägverket (1987a).

Utrustningen kan vara monterad på ett fordon eller vara av den fria typen som dras manuellt eller bakom något slags fordon. Vid mätning av exempelvis befintlig väg är det smidigast att ha utrustningen monterad framtill på

fordonet, men om mätning exempelvis ska ske över en myr där en väg planeras att dras, finns fördelar med att använda en utrustning som monteras bakom ett framkomligt fordon.

För att tolkningen av radargrammet ska bli tillförlitligt skall denna alltid kompletteras av någon form av sondering eller provtagning. Praktiska försök där georadar använts för att mäta vägkropp ovanpå torvmark har visat sig ge god överensstämmelse mellan tolkad och verklig väg/torvgräns, metoden kan därför anses lämplig för sådan typ av undersökning. Dock kan inte torv djupbestämmas under finkorniga, vattenmättade och hårt packade material, Vägverket (1987a).

4.4 Geotekniska fältundersökningar på torvmark

Vid byggande på torvmark finns ett antal punkter som är viktiga att ta reda på.

Dessa kan sammanfattas som

ƒ torvmäktigheten i området

ƒ jordprofilen under torven

ƒ torvens egenskaper

ƒ grundvattnets nivå

ƒ befintlig vägs sammansättning vid breddning och förstärkning.

För att ta reda på torvens mäktighet och utbredning i området är

sticksondering den fördelaktigaste metoden, Vägverket (1989). Sticksondering är dock inte tillräcklig för att identifiera underliggande kompressibla lager. För att få en bra bild av hur jordprofilen ser ut krävs tyngre sondering. Det är vanligt att torven ligger ovanpå ett lager av friktionsjord, som i sin tur ligger på lösare kompressibla jordar, Vägverket (1989). För att utreda dessa lagers uppbyggnad kan exempelvis viktsondering användas.

För ytterligare bestämning av lagerföljden, men även för att bestämma torvens egenskaper bör prover tas upp med hjälp av skruvborr och torvprovtagare.

Skruvprovtagaren ger som tidigare nämnts störda prover där

nivåbestämningen kan vara något osäker. Prover tagna med skruvborr duger dock gott för bestämning av torvtyp, Carlsten (1988). För att säkrare kunna fastställa torvens egenskaper bör ostörda prover med SGI: s torvprovtagare tas. Ett annat sätt att ta prover för bestämning av torvens egenskaper är att göra provgropar med en grävmaskin. Denna metod är dessutom väldigt

fördelaktig när stora mängder torv behövs, till exempel vid inblandningsförsök inför masstabilisering.

Bestämning av grundvattenytans nivå görs med grundvattenrör. I de flesta fall när det gäller torvmarker ligger dock grundvattenytan i nivå med markytan.

Vid förstärkning och breddning av befintliga vägar är det intressant att ta reda på hur den befintliga vägen är uppbyggd och vad som återstår av den. Med hjälp av georadar kan en bild snabbt fås av hur vägen ser ut, Carlsten (1988).

En profil längs vägmitt kompletterat med ett antal profiler i tvärled bör ge bra information. Med skruvborr alternativt med en liten grävmaskin kan prover av vägkroppen tas för att styrka resultaten från georadarundersökningen. På detta sätt kan information, om hur den underliggande torven har reagerat för last under mycket lång tid fås, inför breddning och förstärkning av en befintlig väg, Carlsten (1988).

4.5 Laboratorieundersökningar av torv

Upptagna torvprover, störda och ostörda, skall analyseras i laboratorium för att torvens geotekniska egenskaper skall kunna fastställas.

Rutinundersökningar som görs är bestämning av torvtyp (benämning), humifieringsgrad och vattenkvot. Vid analysering av ostörda prover kan även skrymdensiteten och deformationsegenskaper bestämmas.

Vid bestämning av vattenkvot ger prover tagna med skruvprovtagare mer spridda resultat än då proverna är tagna med SGI: s torvprovtagare, Vägverket (1989). Variationen på resultaten från prover tagna med skruvborr följer inte någon systematisk avvikelse, utan i vissa fall är värdena högre och i vissa fall lägre.

Ostörda prover tagna med SGI: s torvprovtagare testas i en specialanpassad kompressometer, detta beroende på att provets diameter är större än övriga prov som analyseras i kompressometrar/ödometrar. Orsaken till att

torvproverna har större diameter än normala prov är att det krävs en större mängd för att provet skall representera torvens inhomogena struktur, Carlsten (1988). Detta gör att möjligheterna att analysera torvprover i vilket

laboratorium som helst är dåliga, i de allra flesta fall måste proverna analyseras på ett laboratorium (SGI, Linköping).

5 Aktuell praxis vid förstärkning och breddning av befintliga vägar över torvmark

5.1 Erfarenheter från Vägverket Region Norr

I detta kapitel sammanfattas aktuell praxis hos Vägverket Region Norr avseende förstärkning och breddning av befintliga vägar över torvmark.

Informationen är inhämtad genom interjuv med Zweifel (2004).

I de flesta vägobjekt som är aktuella att förstärkas förekommer områden av mer eller mindre lösa sediment och torv. Vid projektering används oftast, huvudsakligen av gammal vana, jordförstärkningsmetoden urgrävning och återfyllning. Detta görs oftast i form av ofullständig urgrävning (se Figur 9), antingen på båda sidor om vägen eller med ensidig stödbensurgrävning.

Urgrävningen av torv sker ned till 2,5 m oavsett hur stora torvmäktigheterna är och i botten pressas resterande torv ned med sprängsten. Återfyllning sker med massor som i de flesta fall återfinns i väglinjen, det krävs dock inte att återfyllningen sker med sprängsten. Metoden är relativt dyr, men

erfarenhetsmässigt anses detta kompenseras av att vägen oftast håller en hög kvalitet.

I dagsläget avsätts små resurser på de geotekniska förundersökningarna. För bestämning av torvens mäktighet används i regel sticksondering och för att bestämma vad som finns under torven utförs även viktsondering i ett antal punkter. Inga prover tas upp, för att på så sätt kunna bestämma torvens humifieringsgrad, vattenkvot, kompressionsegenskaper, etc. Detta ses som en onödig kostnad då torven i de flesta fall ändå skall grävas bort.

För att spara in på arbetskostnader utförs ibland s.k. ensidig urgrävning. Detta innebär att arbetsmomentet med att gräva ur och fylla igen enbart utförs på ena sidan, men då för ett större område. Osäkerheten med denna metod är att urgrävning inte kan göras hur djupt som helst utan att vara säker på att vägbankens stabilitet inte riskeras.

5.2 Praktikfall - Väg 296 Kårböle – Länsgräns Z, Vägverket Region Mitt

Vägverket Region Mitt har goda erfarenheter av att använda

jordförstärkningsmetoden förbelastning vid förstärkning och breddning av befintliga vägar över torvmark. Enligt Johansson (2004) använde tidigare Region Mitt sig av urgrävning och återfyllning som jordförstärkningsmetod vid dessa typer av vägobjekt. I dagsläget använder dem ofta förbelastning istället för urgrävning och återfyllning, och resultaten har varit bra både tekniskt och ekonomiskt. Nedan beskrivs ett praktikfall som är utfört i Region Mitt.

Vägverket Region Mitt har utfört ett vägobjekt med förbelastning av torv vid breddning av befintlig väg, Figur 20. Praktikfallet rör väg 296 mellan Kårböle och länsgränsen mot Z-län (Jämtland). Den totala förbelastningssträckan var 240 m. Vid breddning utfördes även en profilhöjning av vägen med ca 0,2-0,6 m. Vägen breddades med 0,5 – 1,5 m, på höger sida längs hela sträckan och på vissa delar breddas även på vänster sida.

I projekteringsskedet utfördes sticksondering och viktsondering. Prover som togs var störda prover av torv och vägbank samt ostörd provning av torven.

Torvens kompressionsegenskaper undersöktes i en kompressometer. Proverna som analyserades i kompressometern gav värdefull information om hur

sättningarna förväntades komma att bli. Det är viktigt att ta reda på dessa egenskaper hos torven för att få fram ett bra underlag för dimensioneringen av förbelastningen. Vid breddning av befintlig väg är det dessutom viktigt att ta reda på den befintliga vägens egenskaper vad gäller grundläggning och sammansättning. Genom att göra detta fås information om ev. rustbädd finns under den befintliga vägen, hur mäktig den befintliga vägen är samt hur den underliggande torven har påverkats av långvarig belastning. Torvdjupet efter sträckan varierade från 1 – 6 m, Vägverket (1999).

Förbelastningen delades upp i två etapper med start i juni månad 1997. I den första etappen placerades 1,3 m fyllning som lades ut i två omgångar på två dagar. I nästa etapp lades ytterligare 1,2 m fyllning ut i två omgångar på två dagar. Efter den första etappen fick fyra veckor gå innan etapp två påbörjades.

Totalt skulle förbelastningen ligga i 150 dagar, d.v.s. i fem månader. En principskiss ses i Figur 20.

Figur 20 Principskiss vid förbelastning av väg 296, Region Mitt, Vägverket (1999).

De beräknade sättningarna uppgick till mellan 1-1, 5 m. Resultat från sättningsuppföljningen, som gjordes genom avvägning av peglar, gav totala

sättningar i allmänhet som var mindre än de beräknade. Orsaken till detta kan bero på att miss i registrering av sättning inträffat innan nollavvägning utförts.

Det visade sig också att sättningsförloppet gick långsammare än beräknat och efter 170 dagar hade endast 74-93 % av sättningarna utbildats. Därför fick lasten ligga på ytterligare en tid. Avlastning hade kunnat ske efter 170 dagar, med något större eftersättningar som följd. De beräknade eftersättningarna uppgick till 0,1-0,2 m. I dagsläget kontrolleras vägen genom mätdubbar som installerades i vägytan efter att vägen färdigställts. Avvägningar från 1999 och 2000 visar att vägen har fortsatt att sätta sig något och att i vissa punkter har sättningarna avstannat helt. Detta var sättningar som man hade räknat med och dessa var i storleksordningen 1-6 cm.

Erfarenheter från detta praktikfall säger att förbelastning av torv med fördel kan användas på det mindre vägnätet vid breddning och viss profilhöjning.

Det är dock mycket viktigt att alla inblandade parter, dvs. konsulter,

entreprenörer och beställare, visar intresse av att samarbeta och att alla får rätt information kring projektet, Vägverket (1999). Annars finns risker att viktig information, som kan påverka resultatet av jordförstärkningsmetoden, går förlorad mellan inblandade parter. Det är viktigt att entreprenören förstår riskerna med att frångå rutiner för jordförstärkningsmetoden.

6 Ekonomi – jämförelse mellan jordförstärkningsmetoder

6.1 Valda jordförstärkningsmetoder

Baserat på inriktningen på detta examensarbete har en kostnadsjämförelse mellan tre olika jordförstärkningsmetoder gjorts för att ta reda på vilken som är den för Vägverket mest kostnadseffektiva metoden vid förstärkning av befintliga vägar på torvmark.

De metoder som undersökts är urgrävning och återfyllning, förbelastning och masstabilisering. Urgrävning är en idag ofta använd metod av Vägverket Region Norr och syftet är här att, ur ett ekonomiskt perspektiv, jämföra denna metod med dels förbelastning och dels med masstabilisering. Förbelastning är en metod som Vägverket Region Mitt har kommit att tillämpa i stor

utsträckning, och som skall vara en tekniskt fungerande och ekonomisk

fördelaktig metod. Dessa erfarenheter skall här utvärderas med tillämpning på objekt i Region Norr. Masstabilisering är en relativ ny metod som Region Norr har använt på några vägobjekt och som har gett varierande, men i allmänhet bra tekniska resultat. Metoden uppfattas däremot som dyr i jämförelse med ovan nämnda metoder och syftet är här att utreda vad masstabilisering kostar i jämförelse med de andra nämnda metoderna.

Aktuella kostnader vad gäller jordförstärkningsmetoder och färdigställande av väg har beräknats av Wikström (2004). Dessa kostnader har legat till grund

för fortsatta beräkningar och analyser vilka pressenteras nedan.

6.2 Förutsättningar 6.2.1

För att kunna göra kostnadsjämförelser måste förutsättningar vara klarlagda och en del antaganden vara gjorda. Jämförelsen i denna studie bygger på teoretiska sektioner som är antagna. Det finns alltså inget verkligt vägobjekt som har legat till grund för sektionernas utseende. Däremot kan dessa teoretiska sektioner väl representera tänkbara fall som kan uppkomma inom aktuell region. I denna jämförelse är antaganden gjorda enligt nedan och de resultat som presenteras gäller just för dessa fall och för dessa antaganden.

Den antagna vägen har 5,5 m krönbredd och vägens överyta ligger i höjd med omgivande mark. Vägen skall breddas till 6,5 m (belagd bredd 6 m) och profilen skall höjas med en ny överbyggnad som mäter 0,54 m, se Figur 21.

Överbyggnaden skall bestå av 42 cm förstärkningslager, 8 cm bärlager och 4 cm slitlager i form av MJOG². Den befintliga beläggningen skall infräsas i det befintliga bärlagret. För vägen gäller jämnhetsklass 2³ och klimatzon 5⁴. Torvdjupet varierar mellan 1 till 4 m för varje jordförstärkningsmetod.

Trafiken skall kunna passera i två körfält under hela byggtiden, vilket innebär att förbifart krävs i vissa fall.

2 MJOG = Mjukbitumenbundet grus med oljegrusgradering.

3 Jämnhetsklass = Standardklass som beskriver krav på vägytans jämnhet, tillåten sättningsskillnad mellan olika delar av vägytan och tillåten tjällyftning hos vägytan.

Jämnhetsklass 2 gäller enligt Väg 94 för lokal väg eller VR70 km/h.

4 Klimatzon 5 enligt ATB VÄG 2003, se Bilaga 3.

Figur 21 Principfigur av befintlig väg, den streckade linjen markerar ny vägprofil.

6.2.2

Urgrävning kan ske på olika sätt och i denna jämförelse berörs dubbelsidig urgrävning, enkelsidig urgrävning samt fullständig urgrävning, se Figur 22.

Vid enkelsidig och dubbelsidig urgrävning sker urgrävningen maximalt till ett djup av 2,5 m, och vid större torvmäktigheter pressas sprängsten ned i botten.

Orsaken till att urgrävning inte utförs till fast botten är att schaktväggarna brukar ha en tendens att falla in och att all torv därför sällan fås upp.

Återfyllning efter urgrävning skall ske med moränmassor med en finjordshalt⁵

< 30 %, tagna från väglinjen. Sektionerna för de olika urgrävningstyperna ses i Figur 22 samt Bilaga 4, 5 och 6. I bilagorna finns mått och förhållanden som är viktiga delar av förutsättningarna.

5 Finjordshalt = Halt av finjord (material mindre än 0,06 mm) i viktprocent av finjord+grovjord.

Figur 22 Typsektioner för metoderna a) enkelsidig urgrävning, b) dubbelsidig urgrävning och c) fullständig urgrävning.

6.2.3

Förbelastning skall ske på ena sidan av vägen, för att göra metoden praktisk tillämpbar, se Figur 23. Torven antas vara normalhumifierad och ha en vattenkvot⁶ w = 1200 % i vägslänter och w= 700 % under befintlig väg.

Överlasten skall bestå av antingen förstärkningsmaterial som senare kan används i vägen, eller av massor från väglinjen. Densiteten på

förstärkningsmaterialet och massor från väglinjen antas vara ρ = 2,0 t/m³.

För att övergången mellan befintlig väg och breddad del ska bli så obetydlig som möjligt görs en förschakt i den befintliga vägen och på botten av förschakten och under förbelastningsmassorna läggs en geotextil ut.

Geotextilen skall vara av bruksklass⁷ 3. Schakten fylls igen med dels material från den befintliga vägen och dels med förstärkningsmaterial. Mellan

förstärkningslagret och bärlagret i den nya överbyggnaden skall en armering med B=4 m placeras för att undvika sprickan som kan uppkomma mellan befintlig väg och breddad del. Liggtiden, för överlasten, skall vara från augusti år 1 till juni året därpå, dvs. ca 10 månader. För att trafik skall kunna flyta under byggtiden kan det bli nödvändigt att bygga en tillfällig förbifart.

Förbelastningen skall ske enligt sektionerna i Figur 23 och Bilaga 8. I Bilaga 8 finns mått och förhållanden som utgör viktiga delar av förutsättningarna.

6 Vattenkvot = förhållandet mellan porvattnets massa och den fasta substansens massa.

7 Bruksklass för geotextil enligt ATB VÄG 2003, se Bilaga 7.

Figur 23 Typsektion för metoden förbelastning.

Beräkning av höjden på överlasten och laststegen, med vilka överlasten skall placeras, har gjorts enligt Vägverket (1989). Med hjälp av Figur 2, avsnitt 2.3.2, fås ett värde på deformationen ε av torven, där ε beror av vattenkvot och aktuell last. Erfarenheter från Region Mitt är att det i vissa fall endast har uppkommit deformationer av storleksordningen 50 % av det diagrammet visar. Detta är ett tydligt tecken på att diagrammet ifråga endast ger en grov bild av det förväntade sättningsförloppet, men det ger i alla fall en bedömning av deformationen som är på den säkra sidan.

Belastningen i detta fall är den last som uppstår av att vägen höjs med 0,54 m, vilket ger en belastning på 11 kPa vid en densitet på ρ = 2,0 t/m³. Denna densitet antas vara representativ för hela överbyggnaden. Torvens kompression δ kan sedan beräknas med hjälp av ekvation (1), där htorv är höjden på torvlagret.

δ = ε*htorv (1)

Mängden överlast bestäms utifrån beräknad sättning. Enligt Vägverket (1989) skall dessutom överlasten dimensioneras så att 0,3 m fyllning finns kvar att lasta av vid tidpunkten för full primär konsolidering, detta för att reducera eftersättningarna. Detta innebär att total mängd överlast, i just detta fall, kan

bestämmas med hjälp av ekvation (2) nedan, där o, 42 är höjden på förstärkningslagret.

Höverlast = δ + 0,42 + 0,3 (2)

För att bestämma laststegen för överlasten används diagrammet i Figur 24. En förutsättning är att 70-80 % av konsolideringen skall ha uppnåtts innan nästa upplastning påbörjas, detta för att undvika brott i torven. Enligt Vägverket (1989) bör den första lastetappen inte överstiga 1,2 m och denna lastetapp bör delas upp i två steg med ca 0,6 m i varje steg och med 1-2 dagars mellanrum

.

Figur 24 Diagram för utvärdering av konsolideringens tidsförlopp i torv, Vägverket (1989).

För att kunna använda diagrammet krävs kännedom om torvens vattenkvot, höjden på torvmäktigheten samt den pålagda lastens storlek.

Samtliga beräkningar av sättningar, mängd överlast och laststeg finns i Bilaga 9. Resultatet från beräkningarna redovisas i Tabell 1. I Tabell 1 är δbreddning

beräknad sättning som uppstår på grund av att vägen breddas och förstärks, Höverlast är höjden på överlast som krävs vid respektive torvdjup och etapper samt dygn mellan etapper de laststeg som krävs.

Tabell 1 Beräknade sättningar; δ, höjd på överlast; H och laststeg för metoden förbelastning.

Torvdjup (m)

δbreddning (m)

Höverlast

(m)

Antal etapper

Antal dygn mellan etapp1 & 2 1 0,25 1,0 1 - 2 0,50 1,3 1 - 3 0,75 1,5 2 9 4 1,0 1,8 2 16

6.2.4

Masstabilisering utförs dubbelsidigt och enkelsidigt, likt metoden urgrävning, se Figur 25. Stabiliseringsmedlet är Standard Portlandcement (PC) och bindemedelsmängden är 200 kg/m³ torv. Stabiliseringen skall utföras som en blockkonstruktion ned till 2,5 m djup enligt sektionerna i Figur 25 och Bilaga 10 och 11. I bilagorna finns mått och förhållanden som utgör en viktig del av förutsättningarna. Vid masstabilisering krävs även en överlast för att torven skall komprimeras samtidigt som bindemedlet verkar och härdar. Denna överlast skall läggas ut så fort som möjligt efter att stabiliseringen är utförd, då den gör som mest nytta, Knutsson (1997). Överlasten består av

förstärkningsmaterial med en fyllnadshöjd på ca 0,5 m ovan ny vägprofil.

Liggtiden för överlasten uppgår till ca 20 dygn. För att trafik skall kunna flyta under byggtiden kan det bli nödvändigt att bygga en tillfällig förbifart.

Figur 25 Typsektion för a) dubbelsidig masstabilisering och b) enkelsidig masstabilisering

.

6.3 Kostnadsjämförelser

6.3.1

Vid utförande av de olika jordförstärkningsmetoderna ingår olika

arbetsmoment och material. Kostnaderna för dessa är framtagna av Wikström (2004) och presenteras i a-prislistan i Tabell 2.

Tabell 2. A-prislista för moment/material enligt Wikström (2004).

Moment/material Pris

Schaktning och utplaning, massor läggs upp på sidan 14 kr/m³ Schaktning och utplaning, massor transporteras bort

31 kr/m³

Återfyllning, moränmassor från väglinjen 31 kr/m³

Återfyllning, moränmassor från sidotag 130 kr/m³

Justering efter packning 8 kr/m²

Infräsning av befintlig beläggning 5,50 kr/m²

Justering av överyta efter infräsning 3,20 kr/m²

Omlastning av material 41 kr/m³

Förstärkningslager, transport 15 km 215 kr/m³

Bärlager, transport 15 km 21 kr/m²

Beläggning, MJOG 39 kr/m²

Bergkross, transport 20 km 153 kr/m³

Armering, rutnät 150*150 mm 37 kr/m²

Geotextil 8 kr/m²