GEOTEKNIK & GRUNDLÄGGNING Slussen är grundläggarens dröm och mardröm. Berg strax under markytan, men också närmare 70 meter fyllning, sand, silt och lera. Plus vatten. Just nu talar det mesta för att valet faller på injekteringspålar. Ett flexibelt arbetssätt blir nödvändigt. Injekteringspålar testas under nya Slussen Av axel hallin, civilingenjör, Grontmij Slussen är en dröm för en grundläggare för där finns alla grundläggningsproblem man kan tänka sig inom en mycket begränsad yta. Men Slussen är också en mardröm av samma skäl, men också för att på den komplicerade åsformationen finns konstruktioner som är så skadade att det kommer att bli mycket svårt att till och med riva dem. Lite av en mardröm för mig som tekniker är också att många motsätter sig omdaningen av emotionella skäl utan hänsyn till att anläggningen omgående borde ersättas med en säkrare och mer ändamålsenlig anläggning. Men det känns skönt att det rimligen inte kan finnas någon, som kan hävda ett affektionsvärde hos Slussens grundläggning! Anläggningen har sjunkit Anläggningen över mark var för sin tid en fantastisk satsning på kommunikationen i en stad med storstadsambitioner i en modern industrination, men under mark är det ett tekniskt misslyckande. Till i dag har delar av anläggningen sjunkit mer än 0,3 m vilket också gett stora rörelser i horisontalled och spänningar mellan Slussens 24 olika betongdelar. Dessa betongmonoliter, som ska kunna stå själva utan att överföra laster till intilliggande konstruktioner, vilar nu mot varandra i varierande omfattning. Vad som sker med en monolit när de intilliggande rivs kan inte säkert bestämmas innan man börjar riva de olika delarna. FÖRFATTAREN Axel Hallin är väg- och vattenbyggare från Chalmers år 1975. Han arbetar med geotekniska frågor i ledningsorganisationen för projekteringen av Slussen. Axel Hallin har under de senaste 30 åren arbetat med grundläggning i Stockholmsområdet. Svårt undersöka När man rör sig i de djupare delarna av Slussenkomplexet, vissa delar ger associationer till katakomber, blir man som tekniker rätt förundrad. Där finns exempel på de flesta olika brottmekanismer, som man senast såg som avskräckande exempel på föreläsningar. Det kan tyckas konstigt att man bygger en så framsynt anläggning men fuskar så med grundläggningen. Men det kanske också var okunnighet, dåliga möjligheter att undersöka marken och dåliga möjligheter att verifiera det utförda arbetet. Installation av provpålar för den första provpålningen i Sjöbergsplan. Foto: Johan Olovsson, ELU Lager av sand och lera Förutsättningarna att bygga mellan Södermalm och Gamla Stan har alltid varit synnerligen besvärliga. I söder ligger berget omedelbart under markytan medan det i nordväst är mer än 67 meter djupt till berg. På berget vilar en del av Stockholmsåsen med lager av sand, grus, silt och lera, allt i en varierande blandning i höjd- och sidled. Enligt professor De Geers analyser av åsens bildning ligger Slussens sand och gruslager förskjutna något väster om huvuddelen av anläggningen. I åsen vet vi från andra ställen i staden Fortsättning s. 20 P 18 husbyggaren nr 6 B 2011
Tolkningen av de geotekniska förutsättningarna försvåras av alla byggnadsdelar som finns under mark. Även tolkningen av deformationer kommer att bli svårt. Arkivbild. P att vi kan ha lager med stora runda stenar, kattskallar, utan finmaterial mellan stenarna under löst lagrad sand. När man stör lagringen kan sanden försvinna ner i det öppnare lagret. Vi vet också att variationerna är stora inom begränsade områden. Undersökningar som görs visar hur det är i just en punkt men ger helt otillförlitlig information om förutsättningarna fem meter bort. Känsliga för deformationer På åsen finns rester av många, många hundra års verksamheter; försvarsanläggningar, bryggor och soptippning. Normalt förväntar vi oss cirka 20 meter fyllda massor uppe på åsen. I anslutning till det område som kommer att påverkas finns byggnader med mycket varierande grundläggning och olika känslighet för deformationer. I Kv. Överkikaren, där Taubehuset ligger, uppkom skador när nuvarande hotell Hilton byggdes. I Gamla Stan finns byggnader med pågående rörelser, trots att vissa av dessa är grundförstärkta med pålar i modern tid. Förutom de grundläggningstekniska förutsättningarna finns ju också ett krav 20 på dels en kostnadsoptimerad grundläggning, och dels på en grundläggning med 100 års livslängd med vattennivåer som prognostiseras utifrån SMHI:s klimatscenario. Nuvarande grundläggning Delarna runt Södre Torn är grundlagda på plattor på åsmaterial och har små sättningsskador. Grundläggningen som de mest skadade delarna mot Saltsjön vilar på är så kallade Frankiepålar. Dessa gjuts i ett i marken nedslaget stålrör, cirka 0,5 meter i diameter, där betong pressas ut i jorden runt pålen när röret dras upp ur marken. På vissa platser har pålarna misslyckats. Marken runt pålen har varit så svag att betongen tryckt bort marken runt röret och ingen betong stannade i det som skulle vara pålen. Pålen har fått midja eller helt enkelt, det fattas en bit av pålen mellan pålens botten och toppen. Så vitt det kunnat undersökas har pålar också grundlagts i lager av avskräde utan bärkraft i stället för i åsen, som var en förutsättning för att metoden skulle fungera. Det kan också vara så att vissa skikt i fyllningen varit vattenförande så att vattenströmningen spolat bort betongen, innan den härdat. Även då kan en bit av pålen saknas. Slussens konstruktioner och SL:s anläggningar har under en lång följd av år noga övervakats. Det finns därför en god bild av hur anläggningen rört sig. Successiva förstärkningsarbeten har utförts och delar av trafikapparaten har förändrats då delar avstängts för tung trafik. Taket över tunnelbanan, Rysstorgets betongplatta, fick till exempel ny grundläggning, med stålkärnepålar till berg, på 1980talet. Marken undersöks Mot bakgrunden av den information som kunnat samlas in och de förutsättningar som är rimligt säkra har utredningsarbetet strukturerats. Målet är att bygga en optimerad grundläggning för hela Slussen som är anpassad för dagens behov och möjligheter. Men också för att få en anläggning som kan anpassas till behov som kan antas uppstå i framtiden. Efter att all tillgänglig information sammanställts och värderats upprättades undersökningsprogram för att minska osäkerheten i de grundläggningstekniska förutsättningarna. Programmet genomförs i flera etapper husbyggaren nr 6 B 2011
Det är inte uteslutet att det finns stora kvarlämnade håligheter som kommer att förbrylla under utredning och genomförande. Arkivbild. för att möjliggöra analys och anpassning till den nya informationen borrningarna ger. Projektörerna anpassar också undersökningarna till de mest troliga utförandemetoderna så att man letar efter svar på specifika frågor på specifika platser. Parallellt med denna process klarnar vilka laster som kommer att grundläggas inom områden med likartad karaktär och likartade jorddjup. Svårt ta prov Ett stort problem vid undersökningarna är att marken i skikt är så hård att normala geotekniska sonderingsutrustningar inte håller för de krafter som fordras för att nå ner till de stora djup som ska undersökas. Med många borrmetoder är det inte heller möjligt att forcera trävirke. Även provtagning på stora djup under grundvattennivån är mycket besvärligt, då det finaste materialet, finsand och silt, rinner ur provtagaren med vattnet och proven inte blir representativa. Även när man blåser upp materialet ur rören för bedömning av kornfördelning blir resultaten osäkra. På grund av de svåra förhållandena har mycket borrning gjorts genom att först nr 6 B 2011 husbyggaren rör, så kallade foderrör, borrats genom fyllningen varefter sonderingen fortsatt under foderröret i åsen där pålen ska fästas. Två pålningssätt analyseras I detta skede av utredningsarbetet har två huvudalternativ bedömts som mest fördelaktiga ur alla aspekter. Där djupet till berg är stort och åsen mäktig är injekteringspålar den mest kostnadseffektiva metoden. Där åsens överyta ligger nära berg bedöms stålkärnepålar som mer rimliga vid stora laster. En stor fråga är hur den verkliga bärkraften av en utförd injekteringspåle ska verifieras. Normala undersökningsmetoder, dynamisk provbelastning, kan inte nyttjas då injekteringszonen runt pålen skadas vid denna typ av provning. Statisk provbelastning av alla pålar förefaller också praktiskt och ekonomiskt orealistiskt. Av detta skäl söker projektören sätt att verifiera pålen under utförandet. Fyllda med slagg Förutom grundläggning finns frågan om stabiliteten i befintliga kajer och större slänter. Stabilitet i Munkbrohamnens kaj kan idag inte beräknas eftersom resultaten från tidigare undersökningar inte ger ett tillförlitligt underlag. Detta gäller också kajen på Söder Mälarstrandssidan. Där är de tidigare konstruktionerna delvis utförda med lättfyllning av slagg. Utan att vi kunnat finna säkert underlag kan man tolka att stabiliteten behövde förbättras med lättfyllning när kajen byggdes. Att stabiliteten fordrar extra uppmärksamhet hänger samman med att avtappningskapaciteten ur Mälaren i Slussen ska ökas från 280 m3 per sekund till cirka 1 400 m3 per sekund. Detta kommer att medföra muddringar och förändring av kajerna med risk för ökad erosion utmed dessa. I och med att det finns inlagrade lerskikt i åsen är dessa beräkningar mycket osäkra utan ytterligare undersökningar. Injekteringspålar verkar bäst Huvudalternativet är för närvarande injekteringspålar. En injekteringspåle är en borrad stålpåle där cement används som borrvätska och trycks ut genom borrkronan under borrningen. Då borrkronan har större diameter än pålen kommer Fortsättning s. 22 P 21
Valet av borrkrona kommer att variera beroende på vilken typ av hinder som kommer att finnas. Vid provpålningen testas ytterligare installationssätt. Foto: Johan Olovsson, ELU verkligheten när rivning, schakt och pålning sker. Genom att strukturera all insamlad gammal information på ett sätt som gör det möjligt att koppla den till den direkta informationen från mätningar på bygget kommer ett riktigt beslutsunderlag att kunna skapas. P Plan över Slussens olika grundläggningssätt. Siffrorna är de olika betongmonoliternas nummer. Skiss: Grontmij hela pålen att omges av cement uppblandad med rester av det genomborrade materialet. Kraften som pålen kan belastas med är beroende av jordens hållfasthet och hur stor injekteringszonen är. Flera olika sätt att verifiera utförandet finns. I samband med den provpålning som genomförs är strävan att förbättra dessa metoder. Genom att mäta borrsjunkning, matningstryck och cementflöde kan information om marken fås. Genom att kontrollera att cement hela tiden kommer upp till markytan under borrningen kan man undvika att cementen rinner bort från pålen i löst lagrat material så att injekteringszonen minskar. Stora maskiner måste undvikas Alternativet med sekantpålar/grävpålar där stora laster kommer från stommen har bedömts som förhållandevis osäkert. Djupet till berg och vattentrycket i kombination med trärester och finkornig friktionsjord och obegränsat med vatten gör metoden svår. Sannolikt fordras mycket stora entreprenadmaskiner för att nå ner till berg. Samtidigt är platsen mellan olika trafikleder genom området begränsad och bärigheten i större delen av området för dålig för denna typ av jättemaskiner. Det mest sannolika är olika typer av borrade pålar ner i åsen eller vidare ner i berget. Det är helt uppenbart att undersökningar och utredningar inte kommer att kunna ge ett fullständigt och säkert underlag för att genomföra en riktig grundläggning i alla delar. Det är också helt uppenbart att i samband med rivning kommer arbetet med schakter och pålning att påverkas av och påverka intilliggande konstruktioner. Grundläggningsarbetet måste därför kunna anpassas till vad som händer i Prov utförs i full skala Parallellt med detta har också injekteringspålar, vilka bedömts som de mest lämpliga där åsen är mäktig och djupet till berg är stort, provats i full skala. Vid provpålningen har pålarna och marken kontrollerats med ingående mätningar dels av var längs den injekterade zonen pålens last överförs till marken, dels av hur stor last pålen tar. Även vilka deformationer i pålen och marken som uppkommer vid installation och belastning har kontrollerats. För att säkerställa livslängden kommer pålens del genom fyllning av organiskt material och andra korrosiva material att utföras med foderrör. Problem undgå påhängslaster Tidigare mätningar visar att betydande sättningar pågår i den mäktiga fyllningen. En stor del av sättningen bedöms uppkomma när landhöjningen gör att organiskt material kommer upp i luften och börjar brytas ner. Denna sättning ger stora lasttillskott, 22 husbyggaren nr 6 B 2011
påhängslaster, i pålarna. Men då fyllningen inom vissa delar är korrosiv blir det ett problem att korrosionsskydda pålen, utan att påhängslaster från foderröret förs över till pålen. Hur detta bäst löses provas också i samband med provpålningen. Målet under provpålningen är också att finna säkra verifieringsmetoder av utförandet och hur dessa resultat ska omvandlas till varje påles bärkraft. Vattenströmning i jorden En orsak till att Frankiepålarna misslyckades kan vara vattenurspolning av den nygjutna betongen i genomsläppliga marklager långt under markytan. Därför utförs i samband med provpålningen en bestämning av vattnets strömningshastighet på olika nivåer i jorden. Detta görs genom ett så kallat utspädningsförsök där en saltlösning pumpas ner i ett perforerat rör. Filterröret är vanligen två meter långt. Genom att mäta hur koncentrationen i lösningen förändras per tidsenhet kan strömningshastigheten, på den nivå röret har sina hål mot omgivande mark, beräknas. Strömningshastigheten är också viktig för att bedöma om risk finns för att vattenhastighetsökningen som uppkommer, genom att delar av näset blir tätare med alla injekteringspålar, ger upphov till inre erosion i de finare friktionsjordsskikten. Detta skulle ge upphov till marksättningar. Vid den provpålning som nu planeras kommer den injekterade zonen att minskas då ingen påle kunde tryckas till ett regelrätt brott vid de genomförda proven. Vad som nu också ska provas är olika borrningsmetoder. Databas skapas Med tanke på att alla förutsättningar inte kommer att kunna bestämmas, till en rimlig kostnad, måste beslutsunderlag kunna skapas snabbt och säkert under hela grundläggningsarbetet. Beslutssystemet måste också innehålla gränser för hur till exempel deformationer ska ske och vilken storlek som är teoretiskt rimlig med de antaganden som gjorts under projekteringen. Om gränserna överskrids ska det finnas alternativa metoder, förstärkningar eller Principskiss för grundläggningen. Grundläggningen förväntas ske med stålkärnepålar till berg samt med injekteringspålar ner i åsen. Foto: ELU annan arbetsordning att fortsätta arbetet med. Dessa alternativ ska vara väl genomtänkta och också förberedda så att inte entreprenadarbetet avstannar för att det ska börja grubblas. För att kunna hantera all information som gäller grundläggningen kommer en Slussenspecifik mätdatabas att finnas. För att analysera vad som ska mätas och hur gränsvärden ska sättas kommer arbete med riskanalyser att vara en viktig del. Arbetsordning för entreprenader Genom att arbeta med händelsekedjor kan organisationen bättre bedöma hur en risk påverkar övriga arbeten och konstruktioner, och om den kan påverka övriga risker. Faktaruta Efter 75 år i allmänhetens tjänst är Slussen utsliten och behöver rivas och byggas upp från grunden. Samtidigt ska området anpassas för att möta behoven hos morgondagens stockholmare. Framtidens Slussen byggs för att bli en effektiv och trygg knutpunkt, men också en attraktiv mötesplats där det unika läget mellan Mälaren och Saltsjön tas tillvara. Stockholms stads slutgiltiga planförslag som ställdes ut under maj juni 2011 kommer att ligga till grund för framtidens Slussen. Kommunfullmäktige väntas anta detaljplanen hösten 2011. 2013. Planerad byggstart. 2014. De östra delarna av Slussen rivs och anläggs. Den nya bussterminalen i Varför den geotekniska projekteringen blir ovanligt besvärlig beror inte bara på geologin och soporna. Genomförandet styrs i mycket stor utsträckning av att alla som dagligen passerar Slussen ska kunna göra det på ett säkert och effektivt sätt under hela byggtiden. Detta medför att arbetet i många fall kommer att behöva drivas på ett ur grundläggningsperspektiv mindre lämpligt sätt. Det kommer inte heller att gå att riva anläggningen i den tekniskt sett bästa ordningen. D Katarinaberget börjar byggas. Trafiken leds under byggtiden på den västra bron. 2017. När de östra delarna av anläggningarna är klara flyttas trafiken dit och de västra delarna rivs och anläggs. 2020. Den nya lösningen invigs. Åren därefter färdigställs övrig bebyggelse. nr 6 B 2011 husbyggaren 23