Svealands banan

Varia

472

Svealandsbanan

Funktionsuppfåljning av kalkcementpelarfårstärkning

YVONNE ROGBECK

Linköping i april 1999

Statens geotekniska institut

Swedish Geotechnical Institute

Swedish Geotechnical Institute Statens geotekniska institut SE-581 93 Linköping, Sweden

Tel: 013-20 18 00 /lnt: +46 13 20 18 00 Fax: 013-20 19 14 /lnt: +46 13 20 19 14

E-post/E-mail: sgi@geotek.se Internet: http://www.sgi.geotek.se

ISSN 1100-6692

~GI

^{2 (28)}

FÖRORD

.Användningen av kalk- och kalkcementpelare har varit stor under många år och en utveckling av ruetoden sker kontinuerligt. Metoden är ofta kostnadseffektiv jämfört med andra grundförstärk­

ningsmetoder. För att göra metoden än mer attraktiv har man i dimensioneringen av förstärk­

ningen vid Svealandsbanan (delen Grundbro-Härad) utnyttjat kännedomen om att erforderlig ruängd pelare i det här fallet minskar med djupet, på grund av att den naturliga jordens egenska­

per blir bättre med djupet. Pelarna har därför utförts med avtrappade pelarlängder. I det här fallet avses att tre olika pelarlängder använts jämt fördelade över ytan, så att en tredjedel vardera avslutats på nivåerna 5, 10 och 15 m djup.

Syftet med projektet har varit att undersöka beteendet hos en konstruktion med avtrappade pelarlängder. Uppföljningen av projektet har pågått i drygt tre år efter uppfyllning av järnvägs­

banken. Egenskaperna hos pelarna har bestämts med olika metoder, bl a har hela pelare tagits upp och undersökts med triaxialförsök på prover med diametern 500 mm. Rörelser och portryck har uppmätts.

Rapporten har upprättats av Yvonne Rogbeck och Mattias Henriksson. Leif Eriksson har varit teknisk granskare. Per-Evert Bengtsson har upprättat program för stora triaxialförsök. Samtliga från Statens geotekniska institut (SGI).

En referensgrupp har varit knuten till projektet, bestående av följande personer:

Allan Ekström, Banverket (BV)

Jan Ekström, KM Anläggningsteknik AB Roland Tränk, SGI

Göran Wallmark, BV Helen Åhnberg, SGI

Projektet har finansierats av SGI och BV.

Linköping i april 1999 Yvonne Rogbeck

SGI

3 (28)

Innehållsförteckning

Text Sida

FÖRORD 2

SAMMANFATTNING 5

1. INLEDNING 6

2. FÖRUTSÄTTNINGAR 6

2.1 Läge och geotekniska förhållanden 6

2.2 Kalkcementpelarinstallation 7

2.3 Uppfyllning av järnvägsbank 7

3. EGENSKAPER KC-PELARE 9

3.1 Traditionell- och omvänd pelarsondering 9

3.2 Sondering med Jb-utrustning 9

3.3 Upptagning av hel pelare i fält 10

3.4 Provgropar 12

3.5 Enaxliga tryckförsök 14

3.6 Triaxialförsök och skjuvförsök 15

4 UPPFÖLJNINGSOMRÅDE 17

5 MÄTRESULTAT FRÅN UPPFÖLJNINGSOMRÅDET 18

5.1 Sättningar 18

5.2 Horisontalrörelse 21

5.3 Portryck och grundvattennivåer 22

5.4 Permeabilitet 23

5.5 Vertikaltryck 24

5.6 Temperatur 24

6 SÄTTNINGSBERÄKNINGAR 24

7 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER 26

8 REFERENSER 27

Bilaga 1 Orienteringskarta och längdprofil Bilaga 2 Laboratorieundersökningar Bilaga 3 CPT-sondering

Bilaga 4 Plan över kalkcementpelarförstärkning

Bilaga 5 Sammanställning av dimensionerande skjuvhållfasthet i kalkcementpelare Bilaga 6 Sammanställning av utförda traditionella- och omvända pelarsonderingar Bilaga 7 Kompletterande traditionella pelarsonderingar

Bilaga 8 Plan över sonderingar och provtagning

Bilaga 9 Resultat av sonderingar med Jb-utrustning och kärnprovtagning Bilaga 10 Beskrivning av mätutrustning

Bilaga 11 Jämförelse mellan Jb-sondering och trycksondering

Bilaga 12 Enaxliga tryckförsök på kärnprover och uttrimmade prover från kalkcementpelare Bilaga 13 Jämförelse av vattenkvot mellan ostabiliserad och stabiliserad jord

Bilaga 14 Resultat från triaxialförsök på 500 mm prover Bilaga 15 Dränerat direkt skjuvförsök

Bilaga 16 Plan över mätutrustning vid sektion 46+ 180 Bilaga 17 Plan över mätutrustning sektion 46+180-46+320 Bilaga 18 Sättningsmätningar i horisontalslangar

Bilaga 19 Sättningsmätningar i bälgslangar Bilaga 20 Sättningsmätningar i magnetslangar

SGI

^{4 (28)}

Bilaga 21 Inklinometermätningar

Bilaga 22 Portrycksmätningar och grundvattennivåer Bilaga 23 Jordtrycksmätningar

Bilaga 24 Sättningsberäkningar från projekteringsskedet Bilaga 25 Sättningsberäkningar baserade på triaxialförsök Bilaga 26 Artikel om triaxialförsök från NGM-96

Bilaga 27 Aktiviteter på Svealadnsbanan

SGI

5 (28)

SAMMANFATTNING

En uppföljning utfördes vid Svealandsbanan för att ta reda på beteendet hos en förstärkning med kc-pelare med avtrappade pelarlängder och om den beräkningsmodell som används i dator­

programmet Limeset är tillämplig för detta fall. Pelarna var jämt fördelade över ytan så att en tredjedel vardera av pelarna avslutades på nivåerna 5, 10 och 15 m djup. Pelardiametern var 0,6 m och c/c avståndet 1,0 m i markytan. Täckningsgraden motsvarade 28, 19 och 9 % på respek­

tive djupintervall. Inblandningsmängden av kalk och cement, var vardera 50 % motsvarade totalt 23 kg/m pelare eller 80 kg/m³ jord.

Metoden med tre olika pelarlängder ger stora ekonomiska fördelar och projektet har visat att lösningen fungerat som avsett. Det har däremot blivit problem med sättningarna under pelarna.

Tidsförloppet är här långsamt beroende på att dräneringsvägen är längre än högre upp mellan pelarna. Där det finns möjlighet bör övervägas om det är bättre att sätta de längsta pelarna till fast botten. I annat fall är det viktigt att ha bra indata och beräkna vad som sker under pelarna.

Egenskaperna hos pelarna bestämdes genom traditionell pelarsondering, omvänd pelarsondering, sondering med Jb-utrustning och kärnprovtagning. Två hela pelare togs upp och triaxialförsök utfördes på tre stora prover~ 500 mm. Utvärderade dränerade hållfasthetsparametrar är c'::::;50-100 kPa och ~'::::;33-38°.

Uppkomna sättningar bedömda utifrån horisontalslangmätare, bälgslangmätare och avvägning av räls uppskattas vara 0,3-0,4 m. Sättningarna mätta i bälgslangar uppgår till ca 0,2 m. I skiktet under pelarna är sättningen ca 0,1 m. Mätningarna visar att sättningar fortfarande pågår, 1200 dygn efter utläggning av bankfyllningen. Sättningarna uppgick under det senaste året till ca 0,05 m. Mätningarna visar att det 1200 dagar efter uppfyllning är framförallt i pelarna på 13- 15 m djup och under pelarna som sättningarna pågår. En grov bedömning är att ca 0,1 m sättning kvarstår, men med krypning blir sättningarna större. Det är av stor vikt att fortsätta uppföljningen för att få klarhet om sättningsförloppet och sättningens storlek.

I slutsatser och rekommendationer ges synpunkter på använda metoder för att kontrollera pelares egenskaper. Metoderna behöver utvecklas ytterligare. Det blev stora skillnader i utvärderade hållfastheter från traditionell pelarsondering jämfört med omvänd pelarsondering. Undersök­

ningar på laboratorieinblandade prover gav en högre skjuvhållfasthet än vad som uppmättes i fält med pelarsondering. Upptagning av kärnprover och bestämning av skjuvhållfasthet genom enax­

liga tryckförsök gav däremot oftast betydligt lägre värden än sonderingarna och spridningen var stor.

Upptagning av hela pelare eller framshaktning av pelare rekommenderas. Triaxialförsök på stora prover bedöms ge en bra uppfattning om pelarnas egenskaper. Det är av stort intresse att göra fler jämförelser av pelarnas egenskaper med triaxialförsök och andra metoder för att hitta en korrelation mellan modul och skjuvhållfasthet. Kvoten kan vara större än den som används enligt nuvarande praxis.

Beräkningar med datorprogrammet Limeset fungerar även för lösningar med olika pelarlängder.

I det här fallet har en tämligen god överensstämmelse erhållits när moduler bestämda ur stora triaxialförsök har använts som indata. I Limeset används odränerade parametrar, men det vore intressant att i framtiden använda någon beräkningsmodell med dränerade parametrar och jäm­

föra resultaten med uppmätta sättningar i detta projekt.

SGI

^{6 (28)}

Svealands banan

Funktionsuppföljning av kalkcementpelarförstärkning

1. INLEDNING

I samband med uppförandet av Svealandsbanan, delen Grundbro-Härad söder om Strängnäs, utfördes studier av rörelser, temperatur och portryck vid fullskalebelastning av kalkcementpelar­

förstärkt lera. Uppdragsgivare för uppföljningen var Statens geotekniska institut (SGI) och Banverket (BY).

Jorden på aktuell sträcka förstärktes med kalkcementpelare (50/50 viktprocent). Lermäktigheten inom uppföljningsområdena vid sektion 46+ 180 och 46+ 320 var 18-20 m, men var för sträckan i övrigt upp till 25 m. Pelarna avslutades på 5, 10 respektive 15 m djup,jämnt fördelade över ytan så att en tredjedel av totalt antal pelare avslutades på respektive nivå.

Projektet utfördes för att ta reda på beteendet hos en förstärkning med kc-pelare med avtrappade pelarlängder i samverkan med jord efter det att last påförts. Projektet skulle också ge svar på om den beräkningsmodell som normalt används idag är tillämplig för detta fall. Datorprogrammet Limeset [1] användes för beräkningarna. I projektet utvärderades pelarnas hållfasthetsegenskaper från olika undersökningsmetoder, bl a utfördes stora triaxialförsök med diametern 500 mm.

Av praktiska skäl var det inte möjligt att utföra mätningar under installationsskedet, då risken var stor för att instrumenteringen kunde skadas om den installerats innan kc-pelarna.

I rapporten redovisas resultat från olika metoder som använts för att bestämma egenskaperna i pelarna; traditionell pelarsondering, omvänd pelarsondering, sondering med Jb-utrustning och kärnprovtagning. De horisontella och vertikala rörelser som uppmätts redovisas, likaså det por­

vattentryck som mätts. Porvattentryck- och bälgslangsmätningar pågick i drygt tre år. Uppmätta sättningar jämförs med beräknade, där de beräknade innehåller parametrar från projekterings­

stadiet och från kompletterande försök.

2. FÖRUTSÄTTNINGAR

En tidplan över när kalcementpelarinstallation, uppfyllning och övriga aktiviteter utfördes redo­

visas i Bilaga 27.

2.1 Läge och geotekniska förhållanden

Före arbetenas igångsättande omgavs provområdet av befintlig banvall i öppen plan terräng med jordbruksmark på östra sidan om banvallen och periodvis översvämmad avställd jordbruksmark på västra sidan. Banvallen låg 0,3-0,4 m ovan omgivande markyta på sträckan 46+ 100-46+400.

Vid projekteringen antogs grundvattenytan ligga ca 0,8-1,0 m under markytan. Periodvisa varia­

tioner under året kan ge högre nivåer och markytan kan delvis ligga under vatten. En oriente­

ringskarta och längdprofil över området redovisas i Bilaga 1.

SGI

7 (28)

I projekteringsfasen för byggprojektet utfördes kolvprovtagning med Kv St II i leran i sektion 46+ 180 och 46+380. Rutinundersökningar och ödometerförsök utfördes av Hylanders Geo-byrå AB och av SGI. Undersökningarna redovisas i Bilaga 2 tillsammans med resultat från närlig­

gande provtagningar. Jorden inom spårområdet utgörs av grusig sandig fyllning från befintlig banvall, med mäktigheten 0,7-1,0 m. Den gamla banken är smalare än den nya. Vid beräkning­

arna för den nya banken har leran därför antagits normalkonsoliderad. De översta lagren under den gamlajärnvägsbanken bedöms dock ha konsoliderat för rådande belastning. Mäktigheten hos leran är 18-20 m i uppföljningsområdet. Inom förstärkningsområdet är lerdjupet upp till 25 m. Leran består i sin övre del av ca 0,5 m torrskorpelera, men ställvis är lerans torrskorpa dåligt utbildad eller saknas helt. Ner till 5 m djup är leran gyttjig och den uppmätta vattenkvoten varie­

rar mellan ca 100 och 120 %. På djupet mellan 5 och 7 m utgörs jorden av en något gyttjig sul­

fidlera med vattenkvoten ca 80-100 %. Därunder har leran en vattenkvot på mellan 75 och 90 %.

På de två lägsta provtagningsdjupen, 13 m respektive 15 m under markytan, är leran varvig.

Under uppföljningsskedet utförde SGI totalt 6 st CPT-undersökningar, varav 3 st i sektion 46+ 180 och 3 st i sektion 46+320. Dessa är utförda enligt SGI Information 15

[2] och redovisas i Bilaga 3. Lerdjupen i sektion 46+ 180 varierar mellan 18 och 19 m i tvärled och i sektion 46+ 320 mellan 18 och 20 m. CPT-undersökningarna indikerar att tunna skikt av friktionsmaterial förekommer på större djup. Den korrigerade odränerade skjuvhållfastheten bestämd genom konförsök (SS 02 71 25) på 2 m djup är uppmätt till 6,5 kPa. På djup mellan 3 och 13 m varierar den korrigerade skjuvhållfastheten mellan 11 och 18 kPa. Okorrigerad

skjuvhållfasthet från CPT-undersökningarna är på 15 till 20 m djup utvärderad till mellan 18 och 24 kPa. Lerans densitet ökar från sin övre del på mellan 1,4 och 1,5 t/m³ upp till ca 1,7 t/m³ på 13 m djup. Leran underlagras av friktionsjord/morän på berg.

2.2 Kalkcementpelarinstallation

Kc-pelarnavid uppföljningsområdet omkring Km 46+ 180 installerades under peiioden 10-15 mars 1994 av LC Markteknik Scandinavia. Pelarinstallationen utfördes med en bredd av 13 m.

Pelarna avslutades på 5, 10 respektive 15 m djup, jämnt fördelade över ytan och så att en tredje­

del av totalt antal pelare avslutades på respektive nivå, enligt Figur 1. Pelardiametern är 0,6 m och c/c avståndet 1,0 m i markytan. Täckningsgraden motsvarar 28, 19 och 9 % på respektive djupintervall. Inblandningsmängden av kalk och cement, med vardera 50 %, var totalt 80kg/m³ (23 kg/m pelare). Inblandningsverktyget var en s.k. pinnborr. Den roterade med ca 150 varv/min och stighöjden var ca 35 mm/varv. En plan över pelarområdet redovisas i Bilaga 4.

2.3 Uppfyllning av järnvägsbank

Upp fyllning av järnvägsbanken utfördes vid sektion 46+ 180 i första etappen upp till 1,7 m ovan omgivande markyta. Fyllningen utfördes mellan 1995-02-13 till 1995-02-15. Den andra uppfyll­

ningsetappen, upp till 2 m ovan omgivande markyta, utfördes mellan 1995-03-10 och

1995-03-14. Bankfyllningsmaterialet utgjordes av sprängsten, 0-500 mm, utom vid uppföljnings­

området där ett krossat material användes runt mätutrustningen, för att inte skada utrustningen.

Det finare materialet förekommer så lokalt att det ej bör påverka mätningarna. Vid sektion 46+380 var bankhöjden ca 2 m ovan befintlig banvall och ca 2,4 m ovan omgivande markyta.

SGI

^{8 (28)}

MÖTESSPÅR HUVUD SPÅR

I I

KG· PELARE lf 600 mm

l

^L

^j,

^t..Sm

^l

^L

- L - -

I I

I ^I

2,.v_. _,_, ,Om ..-.;i, E..h'l:!'A'/

~ ^I - I

DJUP INTERVALL 0-5 m

TÄCKNINGSGRAD a

L... ,_

DJUPINTERVALL 5-10 m

TÄCKNINGSGRAD ; ⁰

-~ ~ ,_

DJUP INTERVALL 10 - 15 m

TÄCKNINGSGRAD~

Figur 1. Principsektion Svealandsbanan med kalkcementpelare till 5, 10 respektive 15 m djup vid uppföljningsområdet.

SGI

⁹ (28)

3. EGENSKAPER KC-PELARE

I projekteringsskedet utfördes enaxliga tryckförsök på kalkcementstabiliserade prover tillverkade på laboratorium, vilka redovisas i Bilaga 2, sid 6 och 7. En sammanställning av dimensionerande skjuvhållfasthet hos kc-pelarna visas i Bilaga 5, som är ett utdrag ur Geoteknisk PM för entrep­

renaden [3].

3.1 Traditionell- och omvänd pelarsondering

Inom byggprojektet ingick traditionella pelarsonderingar för kontroll av pelarnas fasthet och kontinuitet. I närheten av försöksområdet utfördes ett tiotal sonderingar, både traditionella sonde­

ringar (KPS) och förinstallerad omvänd pelarsondering (FOPS) [4]. Sonderingarna utfördes av Vägverket Produktion Öst i två omgångar, två respektive fem till sex veckor efter installation.

Vingdimensionen var 400*20 mm. En sammanställning av resultaten redovisas i Bilaga 6. Ett urval sonderingar redovisas, där framförallt sonderingarna utförda närmast mätområdet samt sonderingar från större djup presenteras.

En metod att utvärdera skjuvhållfastheten är att jämföra sonderingsmotståndet i den ostabilise­

rade leran. Sonderingen visade i detta fall ett sonderingsmotstånd på ca 2 kN. Detta innebär att sonderingsmotståndet i pelarna ökat 5-7 ggr jämfört med den ostabiliserade leran, för vilken vingförsök visat skjuvhållfasthetsvärden mellan 10 och 15 kPa. Detta ger att skjuvhållfastheten i pelarna skulle ligga i intervallet 30-70 kPa ned till ca 8 m djup.

I SGF Rapport 4:95 [5] anges att skjuvhållfastheten för vingdimension 400*20 mm kan beräknas enligt det förenklade sambandet -rpei=l0xQ kPa, där Q är sonderingsmotståndet i pelaren mätt i kN. Med denna beräkning skulle pelarnas skjuvhållfasthet kunna antas ligga inom intervallet 80- 120 kPa ned till 8 m djup. Detta förefaller något högt eftersom den ostabiliserade lerans

skjuvhållfasthet med samma betraktelsesätt då borde uppgå till ca 20 kPa. En utvärdering av POPS-metoden på motsvarande sätt ger skjuvhållfasthetsvärden inom intervallet 110-280 kPa till ca 9 m djup, 120-160 kPa omkring 10 m djup och 120-300 kPa under 11 m djup.

I SGis redovisning av utförda sonderingar [4] rekommenderas att POPS-metoden används vid pelarlängder> 8 ä 10 m för kontroll att pelarna går till föreskrivet djup. Om uppdragnings­

motståndet används för utvärdering bör värdet i det här fallet reduceras med 50 %, alternativt kalibreras mot KPS-metoden. Reduktion med 50 % har använts i Figur 5 kapitel 3.4.

Kompletterande KPS-sonderingar utfördes av SGI i november 1994 i fem punkter enligt Bilaga 7. En plan över utförda sonderingar och kärnprovtagning redovisas i Bilaga 8. Sonderingarna är gjorda med vingdimension 400*20 mm enligt SGF Rapport 4:95 [5]. De traditionella pelarson­

deringarna utfördes i några pelare där tidigare kärnprovtagning utförts för att verifiera resultaten från enaxliga tryckförsök på dessa prover. Enligt sambandet -rpei=l0xQ kPa utvärderas skjuvhåll­

fastheten till ca 50 kPa i de ytliga lagren och därunder mellan 100 och 150 kPa ned till 8 m djup.

På 8-10 m djup är skjuvhållfastheten 50-100 kPa. En av pelarna är sonderad djupare än 10 m och där är skjuvhållfastheten 150-250 kPa.

3.2 Sondering med Jb-utrustning

Sondering med Jb-utrustning och kärnprovtagning utfördes vid två tillfällen, 1 respektive 5 månader efter pelarinstallation. Efter 9 månader kompletterades med ytterligare kärnprovtagning.

SGI

10 (28)

En plan över undersökningarna visas i Bilaga 8. Resultatet av sonderingarna och kärnprovtag­

ningarna redovisas i Bilaga 9. I Bilaga 10 beskrivs kortfattat de utrustningar som använts.

Resultat från sonderingar med Jb-utrustning beror förutom på pelarnas egenskaper på den sonde­

ringsutrustning som används och på att rotationshastighet och neddrivningskraft väljs godtyck­

ligt. Det är därför svårt att direktjämröra sonderingarna i kc-pelare utförda i olika projekt. Om man i framtiden vill använda sig av sonderingar med Jb-utrustning vid kontroll av pelarnas fast­

het är det nödvändigt att riktlinjer för standardutförande finns att tillgå. Då finns det möjlighet att jämföra resultaten från olika projekt.

Resultaten från enaxliga tryckförsök på de kärnborrade proverna gav orimligt låga värden och en jämförelse mellan dessa och sonderingarna med Jb-utrustning gav ingen korrelation mellan resultaten. I en av pelarna som sonderats med Jb-utrustning genomfördes senare också traditio­

nell pelarsondering. I Bilaga 11 finns båda sonderingarna redovisade. Från båda diagrammen kan man utläsa även mindre partier med lägre hållfasthet. Det är tveksamt om sonderingen med Jb­

utrustning i detta fall ger mer information än vad som kan utläsas från den traditionella pelarson­

deringen. Det är snarare så att båda metoderna ger en bild av pelarnas relativa hållfasthet. I sonderingen med Jb-utrustning får man information om pelarnas egenskaper i en relativt liten del av pelarens tvärsnitt eftersom borrkronan är 64 mm för Jb-utrustningen.

3.3 Upptagning av hel pelare i fält

För att få en bättre kännedom om pelarnas utseende och om spridningen i odränerad skjuvhåll­

fasthet på kärnprover kunde stämma överens med förhållandena i fält, togs två hela pelare upp i närheten av provområdet 1994-11-02. Pelarna togs upp till ett djup av 7

a

8 m i sektion 46+ 157 och 46+ 160 rad O. Schakt hade utförts till ca 1 meter under markytan där proverna togs. En finsk provtagare användes som bestod av ett tvådelat stålrör ~ 600 mm med en slutare i nedre änden.

Röret slogs eller trycktes ner av en pålkran. Slutaren i botten på pelaren slöts till och den del av pelaren som var intryckt i provhylsan drogs upp. Röret visas i Figur 2. Vid upptagningen av en av pelarna kunde röret tryckas ned den största delen av sträckan och provet bedömdes därför vara mindre stört än det andra. Från det mest ostörda provet sågades delprover ut vilka under­

söktes i laboratorium.

Mindre prover togs ut, vilka trimmades och provades genom- enaxliga tryckförsök. Proverna var dock svåra att trimma på grund av att de var spröda och lätt föll isär. Även större prover under­

söktes. Tre prover sågades ur pelarna med full bredd och höjden 0,4-0,5 m. Runt de stora proverna monterades stålcylindrar och proverna täcktes med plast. De transporterades till SGI och senare till Geoteknisk Institut i Danmark (DGI). Transporterna utfördes med varsamhet för att undvika störningar på proverna vid hanteringen och under själva transporten. Proverna trim­

mades från diametern 0,6 m till 0,5 m.

Pelarna okulärbesiktigades, varvid man kunde konstatera att pelarens yttre del bestod av en upp till 20 mm tjock hård skorpa. Inblandningen av kalk och cement var likartad i pelarens längdrikt­

ning, dvs pelaren var jämntjock i hela dess längd. När man studerade ett tvärsnitt av kc-pelaren kunde man konstatera att pelaren bestod av väl inblandad kalk och cement med lera och körtlar av ren lera samt skikt av ren kalkcement. Skikten av kalk och cement bildade svaghetszoner eller sprickor vilket gjorde materialet sprött. Detta förhållande försvårade också trimning av prover för tryckförsök på laboratorium. En av pelarna visas i Figur 3.

SGI

1999-02-24 1-9306-253 11 (28)

Figur 2. Stålrör för upptagning av hel pelare (

rp

0,6 m).

t

Figur 3. Upptagen pelare vid sektion 46+180.

SGI

12 (28)

Två examensarbetare från KTH, Stefan Larsson och Anders Axelsson utförde vingsonderingar på de upptagna pelarna med en fickvingsond typ Lommevingebor H-60 (Geonor) med dimensio­

nen 16x32mm [6]. Sonderingar utfördes på nivåer som motsvarade ca 5 m (pelare 2) respektive 7 m (pelare 1) under marknivån. På den övre nivån utfördes fickvingsondering i 5 punkter och uppmätt skjuvhållfasthet varierade mellan 30 och 45 kPa. Fickvingsondering gick inte att utföra i de yttre delarna av pelartvärsnittet. På 7 m nivån utfördes sondering i 8 punkter varierade

skjuvhållfastheten främst mellan 80 och 120 kPa. Skillnaden i resultat speglar sannolikt att pelarnas egenskaper ( oavsett djup) varierar stokastiskt i olika tvärsnitt. En omständighet som försvårade sonderingen och sannolikt påverkade resultatet var att kc-pelarna sprack upp i samband med neddrivningen av vingdonet.

3.4 Provgropar

I ett examensarbete från KTH [7] utfördes provgropar vid sektion 46+ 160 och 46+350,

1994-09-01. Pelarna frilades på ett djup av 1,5-2 m. En penetrometer användes för att ge en upp­

fattning om pelarnas homogenitet i radiell led. Mätvärdena ger endast en relativ skillnad i håll­

fasthet. I flera av pelarna finns en tydlig "ringstruktur", dvs kalkcementinblandningen är i huvud­

sak koncentrerad till en yttre ring medan mittpartiet framförallt består av sämre inblandad lera, se Figur 4. I de pelare där FOPS utförts finns en kalkcementansamling i mitten av pelarna vilket examensarbetarna konstaterat berodde på att stabiliseringsmedel läckt ut mellan Kelleystång och sondvajer vid pelartillverkningen. Det kan vara förklaringen till att det blivit så stor skillnad i resultat mellan KPS och FOPS.

Vid sektion 46+ 160 och 46+ 177 utförde SGI provgropar, 1994-11-17--18. Övre delen av pelarna besiktigades. Överytan på pelare 46+ 160 N låg 0,9 m under markytan. Pelaren sonderades med sticksond. De yttersta 0,08 m på pelaren var fastare än pelaren i övrigt på samma nivå. På knappt en meters djup var pelarenjämnfast. Sticksonden kunde bara tränga ner 0,2 m. Pelare 46+ 177 0 låg 1,15 m under markytan. Försök med liten vingsond (55xl 10 mm vinge) utfördes. I tvärsnitt var pelarna i sin yttre del ( ~ mellan 0,5 och 0,6 m) hårdare än in mot mitten. Två vingborrsonde­

ringar utfördes 0,25 m under ovankant pelare. Ett försök utfördes i den yttre delen av pelaren ca 0,08 m från ytterkant pelare och ett försök utfördes 0,25 m från ytterkant pelare. Skjuvhållfast­

heten utvärderades till 130 respektive 107 kPa. Ytterligare ett försök där skjuvhållfastheten utvärderades till 158 kPa utfördes 1 m ner under ovankant pelare och 0,25 min från pelarens periferi. Trots att pelarna var hårdare i ytterkanten kan man inte karaktärisera pelarna som att de har en tydlig "ringstruktur" enligt vad som observerades i examensarbetet.

SGI

_{13 (28)}

.5 >4.5 >4.5 >4.5 >4.5 > 5 > .5 3.7 0.7 2.2 1.5 2.2 3 .

0 o O o • ^{0 0 0 0 G}

Pelare 6160 A (FOPS 1). Kalkcementansamling i Pelare 6161 A (osonderad). Kalkcementansamling mitten ~-200 mm. Ingen tydlig avgränsning i i randen. Mjukare i mitten ~-200 mm, än i randen.

randen, men mycket hård över hela tvärsnittet

Uppspc. wv IOtlden

.7 2.7 3.7 };✓, >4.5 J.5 0 o• ^1.5 o• ^{3.5 4.}

0 O O O

0 0 ~ ^{G 0}

Pelare 6160 B (FOPS 2). Kalkcement ansamling Pelare 6161 B (osonderad). Kalkcementansamling i kring centrum ~-250 mm. Betydligt lösare i randen. Betydligt hårdare i randen än övrigt

randen. tvärsnitt.

* Porös och grynig.

Figur 4a. Resultat från penetrometertest, provgrop km 46+ 160, enligt examensarbete av Axelsson och Larsson [7].

?;

> .5 1.5 0.7 ~ >4.5 >4.5 > 5

C O

?:.

^{C C}

~ '1

Pelare 6351 C (PROV 2). En mycket tydlig ring med kalkcement i randen. En zon är lös på vänster sida. Övrig del av tvärsnittet är mkt fast.

> .5 >4.5 >4.5 2.5 3.5 3.5 > 5

0 0 0 0 0

Pelare 6351 B (PROV 1). Mycket kalkcement över hela tvärsnittet, men det är en tydlig kalkcement­

ring i randen. Rel fast över hela tvärsnittet.

.5 0.5 >4.5 >4.5 2.0 >4.

C 0 0 •

Pelare 6350 C (FOPS 39). Hård i ytterkant och i centrum. Mycket tydlig kalkcementansamling i centrum. Lös och degig i zonen däremellan.

4.5 >4.5 1.5 >4.5 0.8 1.5 3.

0 0 O O 0

Pelare 6350 B (FOPS 40). Svårt att hitta var sonden har gått. Tydlig kalkcementansamling i randen. Hård i centrum och i randen, men mycket degig i zonen däremellan.

Figur 4b. Resultat/rån penetrometertest, provgrop km 46+350, enligt examensarbete av Axelsson och Larsson [7].

---

SGI

^{14 (28)}

3.5 Enaxliga tryckförsök

Enaxliga tryckförsök utfördes på kalkcementstabiliserade prover tillverkade på laboratorium, på prover tagna med kärnprovtagare samt på prover uttrimmade från pelare tagna med stor prov­

tagare. Försöken utfördes enligt svensk standard SS 02 71 28 för geotekniska provningsmetoder.

De enskilda resultaten redovisas i Bilaga 12.

Prover tagna med kärnprovtagare gav låga skjuvhållfastheter, mindre än 40 kPa och med många värden omkring 5 kPa. Högst värden 61 respektive 70 kPa erhölls på två prover tagna med en något modifierad kärnborrutrustning där kanalerna för returvattnet förstorats. Någon ökning av fastheten med djupet kunde inte noteras. Tryckförsök på prover uttrimmade från pelare upptagna med stor provtagare (

$

600 mm) gav skjuvhållfastheter med stor spridning, från några kPa upp till som högst 150 och 210 kPa. En sammanställning visas i Figur 5. Kvoten mellan E-modul och skjuvhållfasthet är i genomsnitt 86 för lagret på 0-5 m djup och 125 för lagret på 5-10 m djup.

För lagret under 10 m djup finns endast två försök och de har en medelkvot på 52.

Flera möjliga orsaker till de erhållna låga värdena på skjuvhållfastheten kan tänkas. Vid provtag­

ning i dessa relativt lösa pelare, finns risk att hårda bitar i pelarna bryts loss och roterar med kärnan och hindrar material att tryckas in i hylsan, vilket orsakar kärnförluster och störning av proverna.

I Bilaga 13 finns ett diagram för jämförelse mellan vattenkvot i stabiliserad och ostabiliserad jord redovisat. En jämförelse mellan naturlig jord och kalkcementstabiliserad ger ej tillräckligt stor skillnad för att man med hjälp av detta kan se hur väl inblandningen fungerat på olika nivåer.

Erhållna resultat från de enaxliga tryckförsöken i detta projekt är inte representativa för pelarnas verkliga egenskaper på grund av att pelarna är för spröda så att proverna störs vid provtagningen.

Skjuvhållfasthet (kPa)

0 50 100 150 200 250

Kärnprov~l]g; i första sex punkterna

0 Tid efcer installation -

A( Ix._ ^I  -46/180 275 dagar

i'-,. ^I

C.oo ... i)-- • 46/163N 30 dagar

2 ^I

0 ~

€) • --<>--46/164N 30 dagar

[) i , '

1

,- ,.B J,.-J - - 4 6 / 1 7 7 N 150 dagar

• I\_ / V /

4 - V

• / V

/ V _V - - - & - -46/1 79N 150 dagar

OIE _V V x

f

_/

- v

^/ / ^V , / ,3,-^{V / (} - - o -46/1 80N 150 dagar

6 • / V _/ / o Upptagen pelare 245 dagar

p« IX:: I'---.,

<

r---_{--;,__} ^I

^,k:

^1----

--

^r--11'

§' --- i---- - x -Pelarsondering 12-39 dagar

.,..., ---,____ ---

0 8

"'

^{~ .!.}

-- _--

---

1

t---

r--,

--

^{r---:::::: -} • -11- • • Onvänd pelarsondering

C '---i'-,. _r------ i---- _{r---_} ~ ::::::: _~.._, ^{so1ucerad med 11-34 dagar}

\ X ""-la

:i - - - • Parametrar från projektering

10 ^•

t, • -><-Laboratorieinblandade orover

7 dagår

• 20 dagar

12

56 dagar 180 dagar 14

Figur 5. Sammanställning av enaxliga tryckförsök från laboratorieinblandningar, kärnprover samt uttrimmade prover från hel pelare.

SGI

1999-02-24 1-9306-253 15 (28)

3.6 Triaxialförsök och skjuvförsök

I mars 1995 utförde DGI triaxialförsök på tre prover (<!>=500 mm) uttrimmade från pelare tagna med stor provtagare. För att erhålla höjden 0,5 m användes gips som utfyllnad. I Bilaga 26 redovisas information om proverna, hur försöken utfördes och resultaten från dem. Programmet för försöken upprättades av SGI. Det var första gången DGI utförde denna typ av försök på kalkcementpelarprover. Däremot hade man använt triaxialförsök på prover från kalkberg. Den utrustning som användes, MARK 2, visas i Figur 6.

Huvudvikten vid provningarna lades på att bestämma kompressionsegenskaperna. Försöken utfördes i etapper enligt nedan:

1. Isotrop konsolidering för in-situ spänningen 2. Stegvis upplastning till beräknad vertikalspänning 3. Avlastning

4. Odränerat försök till strax innan brott 5. Avlastning

6. Konsolidering till högre spänning

7. Odränerat försök till stora kompressioner

I första etappen utsattes proverna för isotrop konsolidering under dränerade förhållanden för in­

situ spänningen, vilken beräknades till 20 kPa för proven från 2 m djup och 43 kPa för provet från 6 m djup. I etapp 2 påfördes vertikal last i steg under dränerade förhållanden. Varje laststeg hade en väntetid för att säkerställa konsolidering. Upplastning av vertikalspänningen gjordes i första cykeln upp till 120 respektive 148 kPa, vilket beräkningsmässigt förväntades i pelarna efter uppfyllning av banken. I etapp 3 gjordes en avlastning i steg ner till 20 respektive 49 kPa och i nästa etapp en ny upplastningscykel i steg upp till 245 respektive 280 kPa, vilket följdes av ett odränerat försök för att kunna utvärdera ett brottvärde men utan att utbilda brott i hela

volymen. Därefter gjordes på nytt en avlastning ner till 20 respektive 49 kPa. Avsikten med detta var att bestämma deformationsegenskaperna i olika spänningsintervall. I etapp 6 gjordes en för­

nyad isotrop konsolidering till 115-120 kPa i steg med mätning i varje steg. Till sist utfördes ett odränerat försök där provet tilläts gå till brott. Den radiella spänningen var 20 respektive 30 kPa under etapp 1-5. Under etapp 6 ökades den stegvis till 100 kPa, vilket också var den radiella spänning provet utsattes för när det gick till brott. Ett exempel på redovisning visas i Figur 7. I Bilaga 14 visas ytterligare diagram från försöken.

Figur 6. Triaxialutrustningför prover <jJ 500 mm.

SGI

16 (28)

Kalkpelare Nr 3

500,00 , - - - , - - - . - - - i - - - - ~

400,00 +-' - - - + - - f • lc : _ _ ~ - - - 1 - - - H

300,00 -l---:;-;:.=.-::..-=.,+-=-;,b---t---j---r1i

,-r ^~•I!-•,!

^I

"'

t

^200,00 _i

_j

<n

-100,00 .j___,____,____,..._.Jf---,,--.;--+--+--+---+--+--+---t--;--+--+--+--i

0,00000 0,05000 0, 10000 0, 15000 0,20000

Axic!kompression

Figur 7. Exempel på redovisning från triaxialförsök, prov från drygt 6 m djup.

I Tabell 1 redovisas resultat från triaxialförsöken. I tabellen redovisas resultat där inte destruktu­

rering beaktats. Vid ökande deformationer kommer sprickbildning att uppstå i systemet och det blir en successiv övergång till slutfasen som är ett rent granulärt material.

Erfarenheterna från triaxialförsöken är att de har fungerat som förväntat och utvärderade dräne­

rade hållfasthetsparametrar är c'::::::50-100 kPa och ~'~33-38° (beroende på utvärderingsprincip).

Dessa värden överensstämmer med tidigare erfarenheter från triaxialförsök på mindre kalk­

cementinblandade prover. Försöken i stor skala kan bättre ta hänsyn till inhomogeniteter i pelarna. I denna uppföljning har dock inte små triaxialförsök utförts. Någon jämförelse kan därför inte göras av inverkan av provstorlek.

Tabell 1. Odränerad skjuvhållfasthet och effektivspänningsparametrar från traditionell utvärdering.

Specimen cr'3,initial Strain Rate _Su ^{<p I} c'

(kPa) (%/hour) (kPa) (°) (kPa)

1 20 18 185 34.1 62

100 32 230

2 20 17 225 34.4 84

100 33 280

3 30 30 127 29.6-32.8# 40-44#

100 40 179

* Hänsyn tas inte till destrukturering av provet.

# Beror av valet av spänningsvägför att definiera brottenvelopen.

Kompressionsmodulema bestämda ur triaxialförsök är betydligt högre än vad som normalt erhålls när dessa uppskattas i förhållande till den odränerade skjuvhållfastheten enligt praxis.

Försöken har avrapporterats av DGI i "Kalkpelare, Large-Scale Triaxial Tests on Lime­

Stabilized Clay" [8] och finns även beskrivna i artikel till Väg- och Vattenbyggaren [9] samt till NGM-96 [10]. NGM-artikeln finns redovisad i Bilaga 26.

4

SGI

17 (28)

Ett dränerat direkt skjuvförsök utfördes på ett uttrimmat prov~ 100 mm enligt Bilaga 15. Provet togs ut från en upptagen hel pelare. Försöket gav c'>d0 kPa och ~'~34°. I en större studie av stabiliseringseffekt undersökt med olika laboratorieundersökningar har Åhnberg m f1 [11]

konstaterat att direkta skjuvförsök enligt gängse provningsmetod för ostabiliserade leror inte är lämpliga att använda för provning av stabiliserade leror, åtminstone inte i de fall stabiliseringen förväntas ge en väsentlig hållfasthetsförbättring hos jorden.

UPPFÖLJNINGSOMRÅDE

Efter kalkcementpelarinstallationen installerades mätutrustning för uppföljning enligt planer och tvärsektioner i Bilaga 16. Val av utrustning redovisas i Tabell 2 och ett foto på utrustningen visas i Figur 8.

Tabell 2. Mätutrustning inom provområdet Mätutrustning Antal Anmärkning

Portrycksmätare 8 st Typ BAT. 2 omgångar

a

4 st på följande djup 2,5; 7,5; 12,5 och 17 m under markytan.

Temperaturmätare 8 st 2 omgångar

a

4 st temperaturmätare på samma nivåer som portrycksmätama.

Magnetskruvar* 4 st Magnetskruvarna installerades för mätning av sättning. En sattes i lera (Ml) och tre stycken sattes i pelare (M2-M4). Fem mätnivåer på 1,5; 2,5; 3,5; 4,5 respektive 5,5 m under m.y.

Jordtrycksdosor* 3 st Typ Flatjack. För mätning av vertikalt jordtryck. Installerades ovanpå pelare av olika längd.

Bälgslangar* 3 st För mätning av sättning ner till fast botten installerades 3 stycken bälgslangar, varav två stycken sattes i lera (Bl, B3) och en sattes i pelare (B2).

Inklinometrar 3 st För mätning av horisontalrörelse. Inklinometrama installerades 2, 4 respektive 8 m till höger om utsättningslinjen.

Horisontalslangar 7 st Horisontalslangar finns i sektion 46+000, 46+ 100, 46+200, 46+ 300, 46+500,46+600, 46+800.

* Mätutrustnzngen finns kortfattat beskriven z Bzlaga 10.

5

SGI

1999-02-24 1-9306-253 18 (28)

Figur 8. Mätstation vid sektion 46+180.

En automatisk mätstation upprättades i augusti 1994 och portrycksmätare, jordtrycksdosor och inklinometrar kopplades upp till denna. Mätvärden från dessa instrument har registrerats varje timme och vidarebefordras till SGI. Mätningarna pågick till juli 1997 och avslutades på grund av åsknedslag.

I ett område ca 25 m från kc-pelarförstärkningen upprättades en referensstation där grundvatten­

rör och portrycksmätare installerades på samma nivåer som i uppföljningsområdet, plan se Bilaga 16. Ytterligare ett provområde för mätning av sättningar upprättades vid Km 46+320. Där installerades 2 st bälgslangar i leran mellan pelarna ner till fast botten, se plan i Bilaga 17.

En produktionsuppföljning som innefattar bl. a. horisontella mätslangar och bälgslangar utförs av BV. Resultaten från produktionsuppföljningen vid provområdet ingår även som underlag i denna rapport.

MÄTRESULTAT FRÅN UPPFÖLJNINGSOMRÅDET 5.1 Sättningar

Horisontalslangar finns installerade i bl. a. sektion 46+100, 46+200 och 46+500. De två första slangarna nollmättes först 1995-03-14, dvs ungefär 1 månad efter det att första etappen av upp­

fyllnaden utrordes. I sektion 46+000 och 46+500 utfördes 0-mätning 1995-01-27 innan lasten påfördes. Resultat från mätningar med horisontalslangar visas i Bilaga 18. I Tabell 3 är medel­

värdet av den sättning som uppmättes i sektion 46+000 och 46+500 mellan 95-01-27 och 1995- 03-14 adderad till de sättningar som därefter uppmättes i sektion 46+100 och 46+200. Sättning­

arna har uppskattas för Vl och V3 från utsättningslinjen (H-spår eller SL) så att mätningarna ungefär motsvarar bälgslangarnas och magnetskruvarnas placering. Horisontalslangarna fylldes över i samband med att tryckbankar lades ut. Mätningarna har därför avslutats i juni 1996 för sektionerna i uppföljningsområdet. Tryckbankarna var inte planerade från början utan var

SGI

19 (28)

tvungna att läggas ut p.g.a. rörelser i kontak:tledningsstolpar. Avvägning av rälsen har skett från april 1997 till januari 1998 och dessa rörelser har också tagits med i Tabell 3. Justering av spåren har skett efter detta. Under den period då mätningar inte utförts i horisontalslangar eller genom avvägning av räls har sättningarna uppskattats från bälgslangsmätningar.

Tabell 3. Uppskattade och uppmätta sättningar med horisontalslangmätare.

Sättningar (m) Sektion 46+100 1.1.1.1.1 46+200 1.1.1.1.1. 46+500

Vl V3 Vl V3 Vl V3

Uppskattad sättning fram till 0,05 0,1 0,05 0,1 1995-03-14

Uppmätt sättning 1995-01-27 - 0,24 0,30

1996-06-19

Uppmätt sättning 1995-03-14- 0,10 0,13 1995-11-14

Uppmätt sättning 1995-03-14- 0,19 0,19

1996-06-19

Antagen ytterligare sättning 0,06 0,06 0,04 0,04 0,04 0,04 fram till 1997-04-24 vid

jämförelse med bälgslang B5

Avvägning räls SL 1997-04-24- 0,04 0,04 0,06 0,06 0,07 0,07 1998-01-20

Sammantagen uppskattad sätt- 0,25 0,35 0,35 0,4 0,35 0,4 ning fram till 1998-01-20

Mätresultaten från magnetskruvar och bälgslangar redovisas i Bilaga 19 respektive 20. Under våren 1996 utfördes byggnation av räls. Magnetskruvarna samt en bälgslang måste då tas bort.

Ytterligare två bälgslangar förstördes i samband med byggnationen. För två av bälgslangarna, B4 och B5, har mätningar kunnat utföras under längre tid och senaste mätningen utfördes

1998-06-17. Sättningarna uppgick då till ca 0,2 m. Mätningarna tyder på att sättningarna kommer att fortsätta. De uppgick det senaste året till ca 50 mm. För B4 och B5 har bara vissa nivåer redovisats för att underlätta jämförelser av kompressionen på djupen 5, 10 ,15 och 19 m.

Mätningarna visar att det 700 dagar efter uppfyllning är framförallt i pelarna på 13-15 m djup och under pelarna som sättningarna pågår. Skiktet under pelarna är ca 4 m och här har 40-50 % av de totala sättningarna uppkommit. I Figur 9 visas sättningarna i toppen av bälgslangarna.

Sättningarna mätta med horisontalslangmätare visar något högre värden än bälgslangmätarna.

Eftersom bälgslangarna mäts på varje meter kommer sättningarna i ytlagren inte alltid med, vilket kan vara en förklaring till skillnaderna. Mätarna ligger inte heller i samma sektioner.

Bälgslangsmätningarna har jämförts med de avvägningar av rälsen som Banverket gjort under perioden 1997-04-24-1998-01-20 och de ligger i samma storleksordning, dvs 40-60 mm.

SGI

^{20 (28)}

Figur 10 visar sättningarna uppmätta med bälgslangmätare och magnetskruvar i det förstärkta området efter ca 11 månader (1996-01-10). Tidpunkten har valts för att alla mätare då finns redovisade. Av magnetskruvarna är mätare Ml installerad i lera och övriga mätare i pelare. Av bälgslangarna är slang B2 installerad i pelare och övriga i lera. Sättningarna är av samma stor­

leksordning i pelare och lera, men med en tendens till något mindre sättningar i pelarna. Figuren indikerar att plana tvärsnitt förblir plana och därmed uppfyller villkoren för den beräknings­

modell som används. Avtrappning av pelarna har fungerat som avsett och man kan inte iakttaga någon större förändring av sättningen under 5-metersnivån, trots att endast 2/3 av totalt antal pelare fortsätter till större djup. Det blir inte heller någon större skillnad under 10-metersnivån.

Att sättningen i slang B 1 blivit något större i ytlagret än för övriga mätare beror troligtvis på att den ligger i ytterkant av den gamla banvallen och har utsatts för större lasttillskott i ytlagret än övriga mätare som ligger under den gamla banvallen.

Tid (datum)]

C') 'SI" C') N ^~ 0 co co t--- <D ^l{) 'SI" N C') N ^~ 0 0) co ⁰⁾ co t---

~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C') ";J ";J ^{N N} ";J N ..,;. <D co 6 N N ..,;. _<D co 6 N N ..,;. _<D co ^d, C0 ^J, t---

0 ~ 0 0 0 0 ^~ 0 0 0 0 0 ^~ 0 0 0 0 Djup under markytan

9 9 9

~ ~

l{) l{) l{) J, J, J, <D <D <D <D <D <D ^{,-:_ ,-:_ ,-:_ ,-:_ ,-:_ ,-:_} co co co co

0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) 0) ₁ --81;0,2m

0 j--o--82;0,5m

i - -0- · 83; 0 m

20 I i - -o - 84· 0 m

! - -ii:- 85: 0 7 m

L ' •

40 - 60 ·

E 80 .S100 ·

Ol

-~ 120

~ _I I i

(/) 140 ·

i ¹

·-1

^{~I 1 , 1}

160 - t - - - 1 - - t - - - + · · - ~ - - - · + - - - + - - - t - - + - ~ :----t--,-~--+--~il;-"..1 I I

, I C::-·-1""' I

I

+---+--t---+--+-+--+---J---t-...:-.-+-1~~--i---+1____..i__J "

r :_~~-

^{t--L--+--+--,}

180 I _I ^I _I ~-1 _{--,- ....,.J}.

200 220

Figur 9. Sättning i toppen på bälgslangarna.

SGI

^{21 (28)}

Sättningar(m)

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

0

Markyta

i~ {

1 ..

1; ^t j ⁽

-+-Ml-lera

I 1//)

....-M2.pelare ./ I /i

I

''/

-M3-pelare-M4.peiare

j

l

^--s,-lera

4

I

^{I V}

^i•

....-02;:ielare--6--BJ-lera

J )

.I

-e--B4-lera

5 ---ss--lera ,

6

/

_'

/V

/ ^./

JJ

Bälgslangar

I

⁷

j

^{I och magnet- -}

• skruvar

\ j

^19%-01-10

.~ 8 -

0

1/ ^/~

^I

10 i

j

!A I

^I

11

I ^/

12 i

13

fJ

/t

^{0-mätning H 94-08-03}

/ t ^V

14

~·.

15

Il ^{V/} V}

Figur 10. Bälgslangsmätningar ca 11 månader efter upplastning.

5.2 Horisontalrörelse

Inklinometerrören installerades omkring ett halvår efter det att kc-pelarna installerades och innan uppfyllning av banken. De placerades 2, 4 och 8 m till höger om utsättningslinjen, vilket innebär att det yttersta röret är beläget 3 m utanför kalkcementpelarförstärkningen.

Vid tiden ca 11 månader efter upplastningen uppgick den totala horisontalrörelsen till omkring 25 mm i röret 2 m till höger om utsättningslinjen. I rören H4 respektive H8 var rörelsen som mest ca 10 mm, se Bilaga 21. Strax under de djup där avtrappning av pelarna förekommer (5, 10 och 15 m djup under markytan) är horisontalrörelsen något större än för övriga nivåer. Deforma­

tionerna går tillbaka efter 1995-08-01 och ökar sedan något igen, men det finns ingen känd yttre aktivitet som kan ha påverkat mätningarna.

SGI

22 (28)

5.3 Portryck och grundvattennivåer

Grundvattenmätningar från SGUs databank visas i Bilaga 22 från två mätområden, nr 57 station 1 vid Södertälje och nr 75 station 5 vid Eskilstuna. Område 57 är en sluten moränakvifer där mätningar har pågått sedan 1968. Område 75 är en öppen morän- och bergakvifer med mätningar sedan 1985. Grundvattennivån varierar under mätperioden från ca 0,6 m över till 1,2 m under markytan. Årstidsvariationerna är stora.

Portryck mättes på djupen 2,5; 7,5; 12,5 och 17 m under markytan med två BAT-mätare på vardera nivån i det kc-pelarförstärkta området och med en mätare på varje nivå i en referens­

station 25 m utanför förstärkningen. Portrycksmätarna kopplades upp till en automatisk mät­

station i augusti 1994, dvs ca 5 månader efter installation. I januari 1996 togs alla portrycks­

mätare upp och ominstallerades p.g.a. att rälsbyggnation skulle ske senare under våren. Ett kraftigt åsknedslag inträffade under sommaren 1997. Det slog ut samtliga mätare och det var inte möjligt att reparera dem. Portrycksmätningarna redovisas i Bilaga 22.

Innan upplastningen i februari 1995 är porövertrycket i de nedre lagren i referensstationen några kPajämfört med en grundvattenyta 0,8 m under m.y. Variationerna i referensstationen är under mätperioden 8 kPa på 2,5 m djup och 13 kPa på 17 m djup. Förhållandena på 7,5 och 12,5 m djup är mer stabila. Portrycket i den underliggande moränen varierar och under vissa perioder motsvarar den nivån vid markytan.

Under mätperioden augusti 1994 till upplastning i februari 1995 är portrycket i det kc-pelarför­

stärkta området högre än vid referensstationen utom vid den högsta installationsnivån (2,5 m djup under m.y.) där de är ungefär lika. Portrycksskillnaden var som mest 16, 24 och 15 kPa på 7,5; 12,5 m respektive 17 m djup. Skillnaderna kan vara en effekt av pelarinstallationen.

Efter det att upplastningen skett och ett porövertryck i den övre mätpunkten momentant utbildats på 4 å 5 kPa sjunker porövertrycket långsamt. På 12,5 m djup sjönk portrycket endast långsamt de första 60 dagarna efter upplastningen. Hastigheten på portryckssänkningen ökade därefter och gradienten på portryckssänkningen motsvarade i stort sett portrycksgradienten på 7,5 och 17 m djup. Att inte portrycket börjat sjunka direkt efter upplastningen kan bero på att pelarna succes­

sivt tar större last och att lasten därmed förs djupare ner (omkring 12,5 m djup) med en viss för­

dröjning. På 17 m nivån avstannade portryckssänkningen under perioden från 30 till 70 dagar efter upp lastningen för att därefter öka igen. Även detta förlopp kan sättas i samband med den successiva överföringen av last via pelarna till djupare liggande jordlager.

Porövertrycken minskar efter upplastning under det första året. På 2,5 och 17 m djup ökar portrycket därefter långsamt medan det i de mittersta lagren ligger still till ca 500 dagar efter upplastning för att därefter öka något. Även portrycken i referensstationen ökar något. En jäm­

förelse mellan förändringen av grundvattennivå enligt SGUs mätningar och portrycksmät­

ningarna, se Bilaga 22, ger inte något samband till när förändringarna sker.

I Figur 11 redovisas porövertrycket i det kc-pelarförstärkta området vid olika tidpunkter mot djupet. Mellan 10 och 16 m djup sjunker portrycket relativt långsamt. Dräneringsvägarna för leran är relativt långa, både till pelarna (c/c-avstånd 1,7 m på dessa nivåer) och till dränerande skikt i jordprofilens nedre del. På nivåer mellan 5 och 8 m går utjämningen av porövertrycket snabbare. I de understa lagren påverkas porövertrycket av fluktuationerna i det underliggande moränlagret, vilket gör det svårt att värdera utvecklingen av sättningsförloppet i dessa lager.

SGI

23 (28)

Porövertryck (kPa)

0 10 15 20

0

6 ; _-<>-Upplastn.

I · · o · · 60 dygn efter upplastn.

"· I

'--6-140 dygn efter upplastn.

\1

T

, _,,_ 365 dygn efter.

··t !·. upplastn.

i·.

i

- 580 dygn efter upplastn.

/--+-850 dygn efter I

I . upplas~n. '

---,j- 9

14

16

18 0. I

Figur 11. Porövertryck vid olika tidpunkter efter upp lastning.

5.4 Permeabilitet

Permeabilitetsmätningar har utförts med BAT PI 301 i fält 1994-09-05-07 i det kc-pelarför­

stärkta området. En sammanställning av mätningarna redovisas i Tabell 4 tillsammans med värden från CRS-försök. Det skiljer en faktor 2-4 mellan uppmätt permeabilitet i fält jämfört med CRS-försök, där de högre värdena i det här fallet erhållits från CRS-försöken.

Tabell 4. Permeabilitetsbestämningar i fä.it och på laboratorium.

Mätare Djup (m) k enligt penn. mätning

(10-10 m/s)

k enligt CRS i sektion 46+180 (lo-¹⁰ mJs)

2 2,5 3,9 5

9 2,5 2,5

3 7,5 1,5 4

7 7,5 1,5

10 7,5 0,6

4 12,5 1,8 7

11 12,5 1,8

1 17 2,1

12 17 1,2

6

SGI

24 (28)

5.5 Vertikaltryck

Vid upplastningstillfället fungerade flatjackmätare J1 och J2 tillfredsställande, medan mätare J3 hade slutat fungera, se Bilaga 23. När lasten av banken påfördes registrerades en ökning av lasten på strax under 20 kPa. Lasten av sprängstensbanken har uppskattats till ca 36 kPa. Trycket i mätare J2 sjönk mycket snabbt ner till det tryck dosan hade före upplastningen för att därefter börja stiga. Lasten på mätare J1 började sakta sjunka efter det att trycket nått sitt maximum.

Uppmätt tryck för de båda mätarna är motstridiga. Mätvärdena anses för osäkra för att kunna användas.

5.6 Temperatur

Åtta temperaturmätare installerades strax efter pelarinstallationen. En dubbel uppsättning mätare sattes på fyra nivåer motsvarande djup 2,5; 7,5; 12,5 och 17 m under markytan. Mätning av temperaturerna har utförts manuellt och påbörjades 1995-03-15.

Vid de första mättillfällena strax efter pelarinstallationerna uppmättes den högsta temperaturen på 2,5 och 7,5 m djup till mellan 8° respektive 11 ° C. På 12,5 och 17 m djup uppmättes tempe­

raturen samtidigt till 6° respektive 4° C. I början av sommaren 1995 hade temperaturen i stort sett återgått till bakgrundstemperaturer utom möjligen på nivån 7,5 m under markytan.

SÄTTNINGSBERÄKNINGAR

Sättningsberäkningar med beräkningsprogrammet Limeset [1] har utförts. En specialversion av programmet har använts där pelarnas kryp last beräknas enligt en modifierad metod vilket fram­

går av Bilaga 24 och 25. Parametervalet för leran baseras på ödometerförsök och rutinundersök­

ningar i provområdet. I Limeset räknas inte med någon lastspridning med djupet.

I projektet har flera olika metoder för bestämning av kc-pelarnas skjuvhållfasthet prövats.

Modulen har bestämts i stora triaxialförsök. Tryckförsök på prover tagna med kärnborrutrustning och uttrimmade prover från en upptagen pelare har gett osannolikt låga värden på skjuvhållfast­

heten och ingen beräkning har därför utförts med de resultaten som grund.

Modellen i Limeset bygger på att odränerade skjuvhållfasthetsvärden skall användas. Stora skill­

nader har erhållits i beräkning av sättningsstorlek när samma skjuvhållfasthetsvärden använts men där kompressionsmoduler valts från triaxialförsök eller uppskattats ur enaxliga tryckförsök.

I projekteringsstadiet fanns resultat från tryckförsök på kalkcementinblandade jordprover att tillgå. Dessa användes som utgångspunkt i beräkningarna. Kvoten mellan modul och skjuvhåll­

fasthet antogs i projekteringsstadiet till 50 för 0-5 m djup, 75 för 5-7 m djup, 100 för 7-10 m djup och 125 för 10-15 m djup. Beräkningarna redovisas i Bilaga 24.

Från triaxialförsök på stora kc-pelarprov utvärderades skjuvhållfasthetsvärden som var något högre ner till 5 m djup jämfört med värden man antagit i projekteringsstadiet. Utvärderade värden på större djup gav lägre skjuvhållfastheter än tidigare antagna värden. Utvärderade moduler från triaxialförsöken gav väsentligt högre moduler (2 till 6 gånger större) än vad man antagit i projekteringsstadiet. Beräkningarna baserade på triaxialförsök redovisas i Bilaga 25.

SGI

^{25 (28)}

Jämförelser med erhållna sättningar från bälgslangmätare och beräknade sättningar med olika val av indataparametrar visas i Figur 12. I figuren har sättningarna under pelarna antagits från bälgs­

langsmätningarna, men sättningarna fortsätter under pelarna och den totala sättningen kommer därför att öka. Sättningarna förväntas också öka något i de nedersta nivåerna av pelarna där porövertryck kan kvarstå. Triaxialförsöken ger en bättre bestämning av pelarnas egenskaper och beräknade sättningar enligt specialversionen av Limeset stämmer tämligen väl med uppmätta sättningar och vad som förväntas uppstå. Beräknade sättningar från projekteringsstadiet över­

skattade i det här fallet sättningarna i pelarförstärkningen.

Sättning (m)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

0 + - - - + - - - - + - - - + - - - < 3 - l - - - - + - - - + - - - - ­ Marknivål

I ~

-I

2 ·-·

,..

o l

1

4 jl- '

, I

---t--- --~--~,^I ~~

----1 ---r--

1 I

0 111: !

6 ---+---t---~---li~--l---+---

1 i !

' l I

j i A. i, 0



I

i

8 ---j--__;_----,\----+---+

A.

'? A. Mätta värden från bälgslangar

';;: 10 ·-::, B4 och B5 980617

Q 111 Beräknat värde från

:A. projektering

I

: o Beräknat värde från triaxial

I I

12 ^·---

..

- - - - ~ försök

. l

Il l

~

14

I

16

-- --+-

ⁱ

I

18

20

Figur 12. Sättningsberäkningar för indata från projektering respektive triaxialförsök. (sätt­

ningarna under 15 m djup har här valts som uppmätta värden från bälgslang­

mätarna, men sättningarna fortsätter under pelarna).