Erfarenheter från BanaVäg i Väst Djupstabilisering i lös lera. Jan Ekström Trafikverket Stora projekt Disposition Bakgrund om BanaVäg i Väst och geotekniska frågeställningar Lyckade erfarenheter och tekniska lösningar Nya arbetssätt Mindre lyckade erfarenheter Att tänka på 2 2012-12-18 1
BanaVäg i Väst (BViV) Sträckan Göteborg Trollhättan 16 deletapper ca 35 entreprenader Dubbelspår, dimensionerat för 250 km/tim 7 pendeltågsstationer Fyrfältsväg med motorvägsstandard 15 nya trafikplatser Byggtid 2004-2012 Budget 13,900 miljarder SEK (2012 års prisnivå) Invigdes 7-9 december 2012 3 2012-12-18 Göteborg Trollhättan 4 2012-12-18 2
Äldre skred i Göta älvs dalgång 5 2012-12-18 Skredet i Surte 1950 (ca 24 har) 6 2012-12-18 3
Exempel på skred vid Göta älv Skredet i Göta 1957 7 2012-12-18 Norra delen med omfattande områden med kvicklera 8 2012-12-18 4
Norra delen Gårda ån (öster om Lödöse) 9 2012-12-18 SGI översiktlig skredriskanalys 1995 10 2012-12-18 5
Nivå [m] 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 2012-12-18 Projekterad och avvägd profilnivå för nuvarande väg 45 Projekterad och avvägd profilnivå för nuvarande väg 45 5,0 4,5 4,0 Projekterad profilhöjd 1965-70 Östra asfaltkanten 2000 Västra asfaltkanten 2000 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 NÖDINGE NOL 11 2012-12-18 Exempel södra Göta älvdalen november 2010 12 2012-12-18 6
Jordlager = Varierande! Stödfyllningar/Erosionsskydd Vall farligt gods olycka Järnväg kalkcementpelare Väg delvis på berghylla 13 2012-12-18 Utbyggnad vid Göta älv mest åtgärder för sättningar, vibrationer och lokalstabilitet järnväg (För jvg i princip sammanhängande förstärkning 35 km) 14 2012-12-18 7
Följder av komplicerad utbyggnadsordning: Långa sträckor utbyggnad av ett spår först Spont mot nytt spår vid utbyggnad av spår 2 KC-pelarna ger upphov till stora förskjutningar på redan installerade delar Ej möjligt att använda överlast eller liggtid Minst 0,5 m arbetsbädd för att få bättre pelare i toppen Etappvis utbyggnad (tvärs och snett över vägen) 15 2012-12-18 Kalkcementpelare 8,2 miljoner meter kalkcementpelare installerade Som mest 16 maskiner samtidigt inom hela BViV Cirka 4050 pelarsonderingar 16 2012-12-18 8
jul-07 okt-07 jan-08 apr-08 jul-08 okt-08 jan-09 apr-09 jul-09 okt-09 jan-10 apr-10 jul-10 okt-10 jan-11 apr-11 jul-11 okt-11 jan-12 2012-12-18 En tidig prognos visade följande 500.000m/(800m/dygn)=625 arbetsdagar Per år och 5 dagar/vecka (260 dagar/år) ger 2,4 maskiner 4.000.000m/år ger 19 maskiner På BViV blev det som mest 16 maskiner från 6 olika entreprenörer 3900 Torpa-Stenröset 3800 3700 rv45 3600 Alvhem-Kärra 3500 VV 3400 rv 45 3300 Älvängen-Alvhem 3200 VV 3100 3000 Kärra-Torpa 2900 Älvängen-Hede 2800 Banverket 2700 2600 2500 Gbg-Agnesberg 2400 Banverket 2300 2200 2100 2000 Agnesberg-Surte/Bohus,jvg E6 Skee-Eigst 430000 jul-07 430000 1,5 år 300000 1900 E6 Lugnet-Skee 600000 aug-07 600000 1,5 år 400000 1800 E6 Knäm-Lugnet 130000 mar-07 130000 130000 1700 rv45/nvb E6 Solhem-Pålen 40000 okt-07 40000 40000 1600 Nödinge-Nol,jvg E6 Rabbalshede-Solhem 60000 mar-07 60000 60000 1500 Surte/Bohus-Nödinge, jvg Torpa-StenTorpa-Stenröset 200000 okt-08 200000 2 år 100000 1400 rv 45 Kärra-Torpa 120000 maj-08 120000 1 år 1300 Solhem-Pålen rv 45 Alvhem-Kärra 840000 sep-08 840000 antag 2 420000 1200 rv 45 Älvängen-Alvhem 630000 jul-08 630000 antag 2å 315000 1100 Nol-Älvängen, jvg nvb Älvängen-Hede 1100000 jan-08 1100000 2 år 550000 1000 Nödinge-Nol,väg rv 45/nvb Nol-Älvängen, jvg 860000 sep-07 860000 1,5 år 550000 57% 900 Nol-Älvängen,väg 500000 mar-09 500000 1 år 500000 43% 800 rv 45/nvb Nödinge-Nol,jvg 762000 jul-07 762000 1,5 år 500000 57% 700 Nödinge-Nol,väg 584000 jan-09 584000 1 år 600000 43% 600 Lugnet-Skee rv 45/nvb Surte/Bohus-Nödinge, jvg 650000 jul-08 650000 1,5 år 400000 57% 500 E6 Surte/Bohus-Nödinge, väg 490000 jan-10 490000 1 år 490000 43% 400 Nol-Älvängen,väg Agnesberg-Surte/Bo rv 45/nvb Agnesberg-Surte/Bohus,jvg 1100000 nov-08 1100000 1,5 år 700000 57% 300 Skee-Eigst Surte/Bohus-Nödinge, väg Agnesberg-Surte/Bohus,väg 830000 apr-10 830000 1,5 år 500000 43% 200 E6 nvb Gbg-Agnesberg 600000 jan-09 600000 2 år 300000 100 17 2012-12-18 Olika val av krav på utförande KC Upphandla på funktion Eller Upphandla på egenskap Eller Upphandla på av beställaren redovisat utförande (valt BViV) BViV:s motiv för valet var: BViV valde egen dimensioneringsmetod för sättningar BViV valde lite högre hållfastheter än normalt för regionen Stora områden där förskjutningar vid utförande kunde ge stopp i utförandet Omfattande trafikomläggningar kunde ge stopp Mycket viktigt med pelarkvaliteten för vibrationsdämpningen - höghastighet 18 2012-12-18 9
Pelares diameter BViV valde vid projektering enbart pelare med 600 mm diameter Motiv: Hög hållfasthet hos pelare och låga bankar Begränsad eller ingen torrskorpelera. Dimensioneringsmetod baserat på provbankar med 600 mm diameter och varannan pelare till 12 m djup respektive 20 m djup För järnvägen ett speciellt pelarmönster baserat på 600 mm pelare med avsikt att begränsa vibrationer och höghastighetsproblematik 19 2012-12-18 BViV flera olika arbetssätt med kalkcementpelarförstärkning Liggtid och eventuell överlast. Inom BViV vid vissa övergångar och etapper med utbyggnad på landet och när arbetsbädd ej ingår För järnvägsbank med vibrationsrisker, broar och bullerskärmar föreskriven arbetsbädd och framschaktning av pelares överyta. Föreskriven arbetsbädd vid låg bärighet för vägbank Befintlig fyllning 0,5 m arbetsbädd 20 2012-12-18 10
Exempel på lösningar Vibrationer och höghastighetsproblem Pelarmönster Arbetsbädd Installationsordning Framschaktning av pelartoppar och kontroll av utfört arbete Sättningar första halvåret till året och överhöjning Plattformar Kontaktledningsfundament Avsluta KC-pelare i skikt med friktionsjord Temporära lösningar - Sponter Utsättning GPS Korsande ledningar Fortsättning kommer senare 21 2012-12-18 Vibrationsproblem innan utbyggnad av dubbelspår Invigning i förrgår. Påbörjat uppföljning och utvecklingsprojekt Hittills subjektiv bedömning är att det fungerat otroligt bra med KC-pelare för att minska vibrationer 22 2012-12-18 11
Förskjutningsamplitud [mm] 2012-12-18 Vibrationer och höghastighetsfenomen VÄSTKUSTBANAN VID LEDSGÅRD ÅR 2000 14 12 Före 10 8 6 4 2 Efter 0 0 50 100 150 200 250 Tåghastighet [km/h] 23 2012-12-18 Pelarmönster beroende på problem Vibrationer = längsgående skivor 5-7 m långa pelare ofta även korta tvärskivor 3-5 m Stabilitet = tvärgående skivor, längd = varierar med problem Sättningar = singulära pelare, längd = 22 m (speciella fall 25 m) Typiskt 200-400 m pelare/m dubbelspår Krav på speciellt utförande vid omväxlande pelarlängder 5 22 m Normal förstärkning för Sättningar och vibrationer Sättningar Vibrationer Lokalstabilitet Totalstabilitet 24 2012-12-18 12
Vibrationsdämpning och höghastighetsproblem Viktigt med bra pelare och bra kontakt mellan lera och pelare Pelare i långsgående KC-skivor under rälerna Arbetsbädd minst 0,5 m för att få mottryck och bättre pelare längre upp + schakta ur till bra pelartoppar 25 2012-12-18 BViV om arbetsbädd BViV mängdreglerade arbetsbädden för att få minst 0,5 m + E skall kolla stabilitet för sin valda utrustning och ev tjockare arbetsbädd Arbetsbädden skulle förutsättas återanvändas 1 gång 26 2012-12-18 13
27 2012-12-18 Pelare för vibrationsdämpning Framschaktade i låda för kontroll av: Får ej saknas Fast topp Rätt läge Skall vara omlott fotodokumentation OK Om pelare Ej Ok Schaktar ur mer Gör ny pelare om saknas E gör kontroll och Dokumenterar B har byggledare som löpande ger OK 28 2012-12-18 14
Installationsordning KC-pelare vid omväxlande långa och korta pelare Först utföra korta pelare (längsgående och korta tvärgående skivor ) Efter 2-7 dygn utförs långa singulära pelare Efter 14 dygn får urschaktning ned till fasta pelartoppar under spår påbörjas om kontrollsonderingar 14 dygn ger OK resultat Motiv: Får inte vara högt lufttryck från 22 m pelare när korta 3-5 m pelare utförs. 29 2012-12-18 Sättningar första halvåret till året Proventreprenad utfördes med arbetsbädd, KC-pelare ca 100 000 m och uppbyggnad av järnvägsbank våren innan större entreprenader började. Resultat: Större sättningar än beräknat under det första halvåret. Blev 0,1-0,2 m hos järnvägsbank och något större hos kontaktledningsfundament Konsekvens: Överhöjning av järnvägsbank med 0,1-0,2 m beroende på geotekniska förhållanden Extra förstärkningar under kontaktledningsfundament och överhöjning av fundament 30 2012-12-18 15
Speciella förstärkningar under fundament för kontaktledningar 31 2012-12-18 Exempel extra KC-pelare under KTL-fundament 32 2012-12-18 16
Befintlig fyllning + regn Gammalt spårområde/bangård 33 2012-12-18 Exempel på kratrar vid tidigt utförande (sedan annat verktyg och rotationshastighet <160 rpm) 34 2012-12-18 17
Framschaktning av pelare i skivor under blivande spår (åtgärd mht vibrationer) 35 2012-12-18 Schakt för låda och utläggning av bank + lättklinker 36 2012-12-18 18
Pelares diameter 600 mm markeras med mall och sedan jämförs med verklig diameter 37 2012-12-18 Extra urschaktning vid pelare med dålig topp 38 2012-12-18 19
Inte så bra: riktig berg och dalbana 39 2012-12-18 Utökade urgrävningar mäts in 40 2012-12-18 20
Riktigt kass: vid framschaktning av pelare saknas vissa Inom rött område saknas pelare Med på bild även skuggan av byggledare KC 41 2012-12-18 Försök att avsluta alla KC-pelare i 1-3 m mäktigt skikt med friktionsjord på 10 15 m djup KC-maskinist hade svårt att bedöma var skiktets överkant började Pelare utfördes istället som vanligt med varannan till 12 m djup och varannan till 20 m djup. Resultat jobbigt ett tag det blev fler meter pelare Men till slut rätt kvalitet/funktion 42 2012-12-18 21
Temporära lösningar för att utföra KC-pelare! 43 2012-12-18 Kilometervis med föreskriven spont för att utföra KC-pelare! (Totalekonomin för vald lösning ökade väldigt från systemhandling!) Positivt var att spont ofta användes 2 gånger. 1. Spont mellan bef spår och nytt spår 1 2. Spont mellan spår 1 och nytt spår 2 I schakt 1 Viktigt tillgodoräkna sig ökad skjuvhållfasthet under spår (fältundersökningar viktiga) I schakt 2 tillgodoräkna sig viss hållfasthet hos KC-pelare i skivor i passivzonen (under max 1 dygn) 44 2012-12-18 22
Spont för avschaktning av befintlig järnvägsbank Notera: Enkel sticksondering för kontroll av pelares kvalitet och ytterkant 45 2012-12-18 Korta etapper (arbetsbädd av gammal järnvägsbank) 46 2012-12-18 23
Utsättning av pelare - före GPS! Var hamnar pelarna? Blir det skivor? 47 2012-12-18 2008: Utsättning av pelare före GPS efter 2008: Två entreprenader får E extra betalt om utsättning utfördes med GPS 2011: KC-pelare i kvicklera och utsättning med GPS 48 2012-12-18 24
Korsande nya och befintliga ledningar/trummor Stort problem som alldeles för ofta saknade lösningar i projekterade handlingar Befintliga ledningar Om det går - flytta om lite pelare. Gräv fram ledningens hjässa och kontrollmät vid installation. Installera motsvarande antal i flyttat läge Större förflyttningar. Behåll antalet, flytta pelare och kompensera lasttillskottet med lättfyllning, ev kompletterat med jordarmering, långa övergångar! En stor förflyttning. Behåll/öka antalet pelare, placera pelarna i block som stöd och gjut ett däck över ledningspaketet som vilar på KC Nya ledningar/trummor Dra ut förstärkningen längre tvärs utanför järnvägs/vägförstärkningen Temporär omläggning av ledning när KC utförs för nytt läge!! 49 2012-12-18 Hallå! Jag tror jag vet varför det är problem med signalerna. 50 2012-12-18 25
Mer exempel på lösningar Grundläggning av broar och KC-pelare för att klara schakt för bro Varierande inblandningsmängd med djupet Övergångar mot fastmarkspartier Sättningsövergångar mellan förstärkningar och förstärkt/oförstärkt Redovisning och dokumentation Kontroll av pelare Alternativa stabiliseringsmedel Förorenad jord Fortsättning kommer vid annat tillfälle 51 2012-12-18 Exempel bro och bankar grundlagda på KC-pelare 52 2012-12-18 26
Sättning (mm) 2012-12-18 Förslagsritning bro 53 2012-12-18 Bro och bankar grundlagda på ca 20 m djupa KC-pelare -40-20 ca 5 av 6,6 m schakt för broläge 10/6 - ca 15/7 stegvis motfyllning 0 20 40 60 80 100 bottenplatta Västra delen 26/1 bottenplatta Östra delen 9/2 bro gjutning 26/4 2/7 anslutande stödmur SV, NÖ 24/7 länkplattor gjuts 120 2011-12-01 2012-01-31 2012-04-01 2012-06-01 2012-08-01 2012-10-01 2012-12-01 2013-01-31 Lerans mäktighet 25-30 m i broläget Sättningshastighet bro 75-100 mm/år tom 1/11 6/8 Överbyggnad väg Sättningshastighet Anslutande vägbankar på KC = 90-100 mm/år nr 12 port SV nr 14 port NV nr 17 port SO nr 19 port NO 54 2012-12-18 27
Bro grundlagd på KC-pelare över vattendrag Max Differens sättning Nuvarande Sättningshastighet 20-25 mm/år 55 2012-12-18 Pelarmönster kring och under broar varierar från bro till bro! Ev. pelare för att klara schakt i byggskedet - vem borde göra det? Bro på stålkärnepålar (lutande berg) och KC-pelare +lättfyllning i anslutning Bro på KC-pelare och anslutningsbankar på KC och lättfyllning. Lerdjup > 40 m 56 2012-12-18 28
Bro på 12-16 m långa KC-pelare till fast botten Förtätat pelarmönster i broläge med skivor som även klarar byggskede Inga mätbara pågående sättningar hos bron efter färdigställandet. 57 2012-12-18 Pågående uppföljningar av sättningar hos KC-pelare Uppföljningsprojekt av järnvägsbankar och vägbankar inom BViV. Påbörjades i somras och skall pågå i 3 år. Omfattar slangsättningsmätningar och bälgslangsmätningar i ett 10-tal sektioner Kontroll av beräkningsmetod i TKGeo Långtidsuppföljning av broar grundlagda på KC-pelare påbörjas 2013 58 2012-12-18 29
Varierande inblandningsmängd med djupet Förprovningspelare med 2 olika Inblandningsmängder ger bra förutsättningar att välja varierande inblandningsmängder på olika djup Inom västra Sverige vanligen sämre pelare i toppen Därav större mängd i toppen Sämre har varit ned till 3 a 8 m djup 59 2012-12-18 Övergångar till fastmarkspartier successivt minskande pelarlängder med 2 m lera mellan fastmark och pelare -15-10 -5 Inte så lyckat. Har gett stora och varierande sättningar initiellt. Olyckligt med markyta och fast botten som lutar tvärs spår. 60 2012-12-18 30
Sättningsövergångar skall vara långa och successiva Små lerdjup och kort övergång På 3 år: 5-10 cm gupp 61 2012-12-18 Utförande Nytt arbetssätt Kontrollobjekt Kontroll Dokumentation Utsättningsdata och Redovisning av utförda pelare 62 2012-12-18 31
Förväntad hållfasthet i fält redovisas Indelning i Kontrollobjekt Utsättning och dokumentation av kc- pelare B B B B B B 63 2012-12-18 Begrepp och tilläggskontroll Ca 8,2 miljoner meter kalkcementpelare Förstärkningen delas i kontrollobjekt (ca 100 000 m/styck och typiskt 5-8 st/entreprenad) Förprovningspelare Ange antal, 2 tider + läge =0,25 % Kontrollpelare Jämt fördelat >0,25 % Framschaktning Kontroll pelartopp + Läge och omlott Om spridning är liten på förprovning kontrolleras pelare totalt ca 0,5 % 64 2012-12-18 32
Planredovisning av utförda pelare Baserat på redovisning vid månadsmätning Område med urgrävning Rött= projekterat Grönt=Utfört Gräns teoretisk urgrävning Gräns verklig urgrävning 65 2012-12-18 Kontroll av pelares hållfasthet Hur gjorde BViV? FTPs Det skall vara förborrning och inte prylning! Redovisa lutning Förborrningen och pelarsonderingen skall vara parallella om allt är OK Redovisa enskilda sonderingar och medelvärde och spridning Uppgifter som skall redovisas med resultat Schaktdjup under installationsyta Typ av pelarsond Läge (koordinat/sektion) skall stå på resultat Pelarålder Verklig inblandningsmängd, och typ 66 2012-12-18 33
Djup u my (m) 2012-12-18 Utveckling av dokumentation av pelarkontroller För mer än 4-5 år sedan För 4 år sedan 2011 LCM Nödinge, sond 400x20, 12-16 dagar Skjuvhållfasthet (kpa) 0,0 0 50 100 150 200 250 300 2,0 4,0 6,0 8,0 456720.47 456720.48 456720.51 456724.61 456724.62 456728.65 456736.64 456736.65 456736.66 456740.63 456740.64 456740.65 cu med dim cu med u 15% dim u 15% fraktil 10,0 12,0 67 2012-12-18 Resultat av pelartillverkning genom förorenad fyllning Föroreningar drivs ej med ned i underliggande lera Fick Länsstyrelsens beslut att vi kunde göra KC innan vi omhändertog föroreningarna i detta projektet med de aktuella föroreningarna! Oron bestod i att vissa metaller (bla Arsenik och krom) kan gå i lösning vid höga ph. Slutsatser Kontrollera krav med berörda tillsynsmyndigheter innan man gör något i varje enskilt projekt. Fältförsök är bra även till detta för att undvika att man gör för mycket. 68 2012-12-18 34
Kontroll av rörelser vid utförande Exempel: Kalkcementpelare under järnväg träpålar under serviceväg inkl Mätlinje 69 2012-12-18 Horisontalrörelse vid träpålning/kc km 466+600 1. Träpålning Ca 75 mm 70 2012-12-18 35
Horisontalrörelse vid träpålning/kc km 466+600 2. Kc-installation för järnväg Horisontell deformation av träpålning 75 mm, Av kc för järnväg 45 mm 71 2012-12-18 Kontroll av rörelser vid utförande Exempel: Kalkcementpelare under järnväg Kalkcementpelare under serviceväg Göta älv Mätlinje Inkl, pp, pegel 72 2012-12-18 36
Horisontalrörelser vid kc-installation km 465+300 1. Kc för serviceväg Installation gav ca 45 mm 73 2012-12-18 Horisontalrörelse vid kc-installation del 1, 465+300 2. Kc för järnväg påbörjas 74 2012-12-18 37
Horisontalrörelse vid kc-installation, 465+300 3. Kc för järnväg färdigställs. Total horisontell deformation145 mm, varav kc för järnväg 100 mm 75 2012-12-18 Horisontalrörelse vid kc-installation i kvicklera - små jordförskjutningar 25-30 mm 76 2012-12-18 38
Hantering av förorenad jord Pelare utförs genom 3-5 m utfyllnad med sand och vidare ned i 10-15 m lera 1. Ta bort föroreningar 3. Återfyll med friktionsjord 4. Utför KC-pelare 5. Partiell utskiftning till bankmaterial 6 Krav på tätduk i sida 7 Avschaktningsplan vid sidan för att minska pågående sättningar 77 2012-12-18 Försök med pelare genom förorenad fyllning Föroreningar i fyllning Föroreningar 0,25 m under fyllning 78 2012-12-18 39
0,74 m under fyllning 79 2012-12-18 Alternativa stabiliseringsmedel (inom BViV ca 400 000 m KCE (=1/3 av vardera kalk cement och aska) KCE har upphandlats som alternativ lösning på antagen mängd pelare som påverkar anbudets storlek. Alternativ har funnits med i många entreprenader men resulterat i väldigt olika prispåverkan KCE har delvis ersatt delvis KC i 2 entreprenader med främst sättningsproblem och få trafikomläggningar. KCE har gett besparing på upp till 10 kr/m Ökat antal förprovning och kontroll har kostat 2 kr/m Avstånd från fabrik avgör. Lönsamt inom 20-25 mil från Lilla Edet. Omfattning av utförda förstärkningar BViV En del av E45 på KCE Lokalväg som provväg med vänster sida på KC och höger sida på KCE. Ingår i 3-års uppföljning med bälgslangar. 80 2012-12-18 40
Skjuvhållfasthet (kpa) Skjuvhållfasthet (kpa) 2012-12-18 Resultat av jämförelse mellan FTPs i förprovningspelare med KC och KCE (2m och 8 m djup) (Gäller för normal Göteborgslera vattenkvot ca 80%) 400 FTPs 8 m djup medelvärden FTPs 2 m djup medelvärden 300 250 200 kc 25 d=2m 150 kce 25 d=2m 100 kce 30 d=2 m 50 kc 30 d=2m 0 0 20 40 60 Ålder (dygn) 350 300 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 Ålder (dygn) kc 25 d=8m kc 30 d=8m kce 25 d=8m kce 30 d=8 m 81 2012-12-18 Tack för mig! 82 2012-12-18 41