K/C pelare i passiv zon HAR K/C PELARE BAKOM SPONT NÅGON EFFEKT? Publik information

Transkript

1 K/C pelare i passiv zon HAR K/C PELARE BAKOM SPONT NÅGON EFFEKT?

2 K/C pelare i passiv zon Disposition 1. Litteraturstudie/Kunskapsläge 2. Tidiga numeriska analyser 3. Fältförsök - utförande 4. Fältförsök - resultat

3 1. Litteraturstudie/Kunskapsläge K/C pelare i passiv zon a. Teoretisk analytisk modell: Kivelö M., Broms B, Filz G. - Brottmekanismer för singulära pelare/skivor installerade under vägbankar b. Modellförsök : - Skjuvboxförsök - Larsson S., Broms B.B. Lateralt belastade K/C pelare singulära/skivor - Centrifug tester - Kitazume M., Muruyama K. Extern och Intern stabilitet av cement pelare (singulära) under vägbank c. Numeriska analyser: - Backanalyser av Modell/Fältförsök: Larsson S., Filz G., Han, Adams TD., Navin.M., Kitazume M. etc. - Utveckling av materialmodeller för cementstabiliserad lera: Elastoplastisk modell baserade på MCC som inkluderar cementeringseffekt i pelare (Horpibulsuk S., Arroyo M.) Elastoplastisk modell som beaktar residual hållfasthet/töjnings i pelare efter peak (Yapage N.N.S) Concrete Damage Plasticity Model (utvecklad för btg) som beaktar sprickinitiering och styvhetsreduktion i pelare (Larsson S.) d. Field cases : O Rourke T.D., Tanaka M., Ou C.Y. - Stabilisering med DM pelare bakom stödkonstruktioner vid djupa schakter.

4 1. Litteraturstudie/Kunskapsläge K/C pelare i passiv zon Brottmekanismer som stjälpning (extern brottmekanism) och böj-/dragbrott (intern brottmekanism) orsakar brott vid lägre last jämfört med skjuvbrott av pelare för pelare med medel- hög hållfasthet. Pelare installerade i skivor är mer effektiva än singulära pelare när dessa utsätts för lateralt belastning. Pelare installerade i skivor går till brott genom att kapaciteten i överlappszonen överskrids och pelarna beter sig därefter som singulära pelare, dvs kvalitén i pelarnas överlappszon har inverkan på vilket skjuvmotstånd som kan mobiliseras i en pelarskiva. Huvuddelen av publicerade vetenskapliga artiklar av numeriska analyser betraktar jorden som en kompositmaterial med viktade hållfasthets/deformationsegenskaper (även 3D analyser). Obesvarade frågor Inga fullskalleförsök som fokuserar på K/C pelares uppförande i ULS (brottmekanismer /samverkan lera/stabiliserad jord) finns utförda. Väldigt få labbförsök utförda avseende materialparametrar när KC pelare blir lateralt/dragbelastade. Vilka materialparametrar ska användas? Hur väl överrensstämmer en 2D modell med verkligheten när K/C pelare installeras i skivor parallellt med planen? Hur ska svagheter i överlappszoner beaktas?

5 K/C pelare i passiv zon 2. Numeriska analyser FRÅGESTÄLLNINGAR - Kan en förenklad 2D analys ge realistiska resultat för en komplex 3D modell avseende brottlast, brottmekanismer, samverkan stödkonstruktion/lera/stabiliserad jord vid schakt/belastning? - Vilken inverkan har svagheter i överlappszonen mellan pelare installerade som skivor? Förutsättningar -Förstudie/tidig analys av fältförsök. - Antagna parametrar typiska för svenska förhållanden Lera/KC pelare - Plaxis 3D användes för båda analyser - I 2D modellen betraktas den stabiliserade jordvolymen som kompositmaterial - Svaghet i överlappszonen beaktas i 2D modell genom vertical joints Geometri 3D modell - Enkel linjär elastisk-perfekt plastisk MC modell - Belastning till brott utförs i laststeg för att kunna jämföra spänningtöjningssamband mellan de olika modeller i varje laststeg -3 olika c/c skivor (1.0/1.5/3.0 m), 3 olika c/c pelare (0.6/0.5/0.4), 3 olika reduktion av överlappszonens hållfasthet (0%/50%/75%). Total 21 3D+ 21 2D analyser

6 3D/ex 2D 2.8ex 2. Numeriska analyser K/C pelare i passiv zon Resultat: För full hållfasthet i överlappszonen erhålls bra överrenstämmelse mellan 2D och 3D med avseende på brottlast oberoende av c/c skivor eller c/c pelare Överlappszonens hållfasthet har stor inverkan på prognosticerad brottlast. För hög täckningsgrad prognosticerar 2D modellen signifikativ lägre brottlast (c/c skivor 1.0m) och motsatta för låg täckningsgrad (c/c skivor 3.0 m). Beräknade deformationer stämmer relativt väl överrens upp till 65-85% av brottlasten. 2D modellen prognosticerar överlag mindre deformationer/töjningar när plasticering har skett i betydande del av konstruktionen. Slutsatser Vid täckningsgrad 15-50% och försämrad överlappskvalitet bör en 3D modell användas Överlappszoner bör inkluderas i en 2D modell 90 qult 3D 80 d scol= 0.5 m d 2.6 s row = 1.5 m s col = 0.5 m c c u,overlap reduction c 0% u,overlap reduction c 50% u,overlap reduction c 75% 1.8 q [ kpa ] b b a a 3D srow= 1.5 m 2D srow= 1.5 m xx [%] kp

7 K/C pelare i passiv zon 3. FÄLTFÖRSÖK - Provbelastning av Spont Förstärkt med KC skivor i Passiv zon Geoteknisk undersökning nov/dec nov/dec 2013 Tr, CPT, Jb tot, Vb, Skr, Kv, Pp, GW Labbförsök Jan. Sep Rutinförsök, CRS, DSS, Triaxial tester Lera (K 0 CUC/K 0 CUE), UCT inblandade prover, Triaxial tester inblandade försök (ICUC/ICUE) Fältförsök April Juni 2014 Resultat geoteknisk undersökning Le 7-10 m under m Let Sulfid skiktad lera 2-4 m Varvig lera med silt/sand skikt under 6-7 m wl 40-80%, Densitet t/m³ cu Vb 9-20 kpa, ML= kpa, OCR

8 K/C pelare i passiv zon 3. FÄLTFÖRSÖK Omfattning Test 1: KC skivor c/c 3.0 m Test 2: KC skivor c/c 1.5 m Geometri SCHAKT L x B 14x12 m vid SB Schakt gavlar 1:1 + avlastningsschakt +singulära K/C pelare SPONT Svävande i leran Lspont: Belastning sida / Motthål sida = 7.0/7.5 m H-band/Stämp HEB260/HEB300 c/c 3.0 m Förankringsnivå 1.0 m under MY K/C PELARE =0.6 m c/c pelare skivor 0.5 m LKC skivor Test 1: m Lmedel = 8.8 m Test 2: m Lmedel = 9.0 m

9 K/C pelare i passiv zon 3. FÄLTFÖRSÖK K/C PELARE Andel Kalk/Cement: 50/50 Mängd: 120 kg/m³ (34 kg/m pelare) Spont installerades direkt efter pelare tillverkades för att säkerställa kontakt mellan spont/kc förstärkning KPS sondering 14 pelare: d efter installation Flera glapp mellan pelare i K/C skivor upptäcktes i samband med schaktning

10 3. FÄLTFÖRSÖK INSTRUMENTERING Jord Aktiv sida: 2 Inclinometer (c/c 1.0m mellan givare) 2 Jordtrycksceller med integrerat portrycksmätare 2 Portrycksgivare Passiv sida: 4 Inclinometer: Lera /Pelare 4 Jordrycksceller: Lera /Pelare 4 Bälgslangsmätare: Lera /Pelare 4 Portrycksgivare: Lera Stämp 8 Töjningsgivare (4/stämp) Belastning 8 Lastceller (4 /container) K/C pelare i passiv zon Alla mätinstrument (ej bälgslang) kopplades till loggrar med automatisk avläsning och överföring till databas

11 K/C pelare i passiv zon 3. FÄLTFÖRSÖK UTFÖRANDE Schakt till 2.0 m under bef. MY Installation H-band/Stämp/Töjningsgivare Schakt till 4.0 m under bef. MY över hela ytan Schakt till 4.5 m under bef. MY med undantag av instrumenterad yta Konstruktion av styv lastfördelningsplattform (LDP) Belastning i cykler till brott 5. Konstruktion LPD 4. Färdig schakt Test 2 6. Belastning Test 1

12 3. FÄLTFÖRSÖK K/C pelare i passiv zon BELASTNING TILL BROTT Test 1: c/c K/C skivor 3.0 m Tid för att driva konstruktion till brott: 8 h Max schaktdjup: 4.5 m Total belastning vid brott: 1460 kn (1140 kn container+320 kn LDP)/ 40.6 kpa

13 3. FÄLTFÖRSÖK K/C pelare i passiv zon BELASTNING TILL BROTT Test 2: c/c K/C skivor 1.5 m Tid för att driva konstruktion till brott: 48 h Max schaktdjup: 5.0 m Total belastning vid brott: 2020 kn (1626 kn container+394 kn LDP)/ 56.1 kpa

14 3. FÄLTFÖRSÖK RESULTAT Jordtryck passiv zon K/C pelare i passiv zon

15 K/C pelare i passiv zon 3. FÄLTFÖRSÖK RESULTAT Huvuddelen av lasten överförs till KC pelarna genom valvverkan. Ingen jordtrycksökning kunde mätas i leran mellan KC skivorna under schaktskedet. Betydande lastöverföring till leran mellan K/C skivorna sker först när pelarna plasticeras /pelarnas kryplast överskrids Stor skillnad i horisontella deformationer mellan lera/pelare uppmätt på samma nivå/samma avstånd från spont Brottet är spröd. Små deformationer sker innan brott som accelererar snabbt innan brott. Brottet sker inom 30 min Test 1-60 min Test 2. efter rörelserna börjar accelerera. Mätning av bälgslang i pelare efter brott visade att brott inte hade erhållits i pelare i Test 1 (c/c 3.0 m) medan båda instrumenterade pelarna i Test 2 (2/4 m från spont) hade skjuvats av under SB. Detta indikerar att i Test 1 skedde brottet i leran p.g.a stor c/c avstånd mellan skivor. I Test 2 skedde brott i både pelare/lera. Har K/C pelare installerade i skivor bakom spont någon effekt? JA!!!

16 K/C pelare i passiv zon