EXAMENSARBETE Utredande rapport om sättningen på entreprenad 7 Umeåprojektet, sek 1/200-1/480 Magnus Grenbäck Högskoleexamen Bygg och anläggning Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser
Magnus Grenbäck Utredande rapport om sättningen på Entreprenad 7 Umeåprojektet Sek 1/200-1/480 Version 4
Sammanfattning Rapporten är ett resultat av examensarbetet för samhällsbyggnad (Y0009B). Rapporten kommer behandla sättningen som uppkommit på entreprenad E07 Umeåprojektet. Under min praktik kom sättningen till och den var cirka 200 m lång. Problem av denna art kan bli väldigt dyra. Det är ännu inte bestämt vem som kommer stå för kostnaden. Sättningar i detta område var förväntade men denna var större än vad man räknat på. Magnus Grenbäck Mars 2011 2
Innehållsförteckning Sammanfattning... 2 1. Bakgrund... 4 1.1. Företaget... 4 2. Problem... 5 3. Syfte... 5 4. Avgränsningar... 5 5. Metod... 5 6. Resultat... 6 6.1. Markförhållanden... 6 6.2. Effekter... 6 6.3. Illustration... 7 6.4. Beslut... 11 6.4.1. Träpålning... 11 7. Diskussion... 12 8. Källor... 13 8.1. Litteratur... 13 8.2. Bilder... 13 3
1. Bakgrund I kursen Y0009B ingår det att man skall skriva ett examensarbete där man skall kunna tillämpa sina kunskaper samt att kunna planera en utredning. Jag valde att skriva en utredning om sättningen på 200 m som uppkommit på entreprenad 7 Umeåprojektet (hädanefter E07) där jag haft min praktik hos Svevia. I entreprenaden skall man bygga en ny vägsträcka på cirka 2 km samt 500 m ombyggnad av den befintliga E12. I entreprenaden ingår även sex nya broar varav en är vägbro. Området består till största del av bördig åkermark. De geotekniska undersökningarna har visat att det är dåliga markförhållanden på vissa ställen och att man har ett artesiskt grundvatten. Sättningarna i marken visade sig bli större än beräknat. 1.1. Företaget Svevia bildades 1 januari 2009 och är ett statligt ägt bolag som är uppdelat i fyra regioner, nord, mitt, väst och syd. Före 1 januari 2009 hette Svevia vägverket produktion som var en produktionsenhet i myndigheten vägverket. Svevia har idag cirka 2800 medarbetare och är den ledande drift- och underhållsentreprenören och den fjärde största väg- och anläggningsföretaget i Sverige. Jag har gjort min praktik vid Svevia AB åt platschefen Jan Lundberg, vid Umeåprojektet E07, Norra länken delen Hissjövägen-E12. 4
2. Problem På E07 skall det byggas 2 km ny väg. Man har gjort geotekniska undersökningar där man fastställde att det fanns ett artesiskt grundvattentryck. Grundvattentrycket var så högt att om man tryckt ner ett järnrör till grundvattnet skulle vattnet stiga till 2m ovanför befintlig mark. Man hade planer på överlaster så att marken skulle sätta sig innan man lät trafik passera på den nybyggda vägen. Det var planerat att överlasterna skulle ligga i 10 månader och då skulle marken sätta sig 25cm. Man satte även ut bestämda punkter för sättningsmätning med både totalstation (peglar) och slangmätare. När man började anlägga från sektion 1/200 till sektion 1/400 märkte man att markförhållanden var väldigt dåliga så man behövde stockmattor för att en 16 tons grävmaskin skulle kunna ta sig fram över området. Man började arbeta på sträckan kring årsskiftet 2009/2010 och man höll marken snöfri för att tjälen skulle gå djupare i området. Detta för att underlätta transporter av maskiner längs sträckan. Vilket var svårt då vattenhalten i jorden uppgick till närmare 75 %. Enligt teknisk beskrivning geoteknik skulle en geotextilduk läggas direkt på vegetationen följt av dubbla geo nät det ena längs med vägen och andra tvärs över vägen. Mellan näten skulle man även lägga ett lager 0-100 Trots att man gjort enligt den tekniska beskrivningen och kontaktat beställaren om förhållandena så uppstod sättningar som inte skulle ske. Sättningen var drygt 200 meter lång och på de värsta områdena hade det satt sig upp till 1,20 meter. 3. Syfte Syftet med denna rapport är att illustrera omfattningen av sättningen i området och förklara vad som har hänt i marken. Jag kommer även gå in på vad man skulle kunna gjort annorlunda i ett tidigare skede. 4. Avgränsningar Jag kommer bara använda mig av material från entreprenören (Svevia) då beställaren (Trafikverket) ej ville ge ut några dokument eller data om objektet när rapporten skrevs. Detta för att det inte var bestämt vem som skulle stå för kostnaderna för detta ändrings och tilläggsarbete (ÄTA). På grund av att det inte är bestämt kommer jag heller inte att gå in på vem som bär ansvaret i denna fråga. 5. Metod I min utredning kommer jag använda mig av den tekniska beskrivning som tillhör entreprenören vidare kommer jag även att använda mig av mätdata som samlats in och utifrån dessa göra modeller för att visa vad som hänt. 5
6. Resultat 6.1. Markförhållanden Marken som vägen skall anläggas på är gammal sjöbotten vilket har gett upphov till stora mängder av lera som avlagrats i botten. Dessutom har marken ett mycket rikt näringsvärde vilket de frodiga åkrarna runt arbetsområdet är ett tydligt tecken på. Jorden består av en lerig silt vilket inte är en optimal jordart att bygga på. Man behöver vid en sådan jordart använda sig av grundförstärkningsmetoder. Det finns flera att välja på t.ex kalkcementpelare, mass stabilisering, jordarmering och pålning. I detta fall bestämde man sig för att använda sig av jordarmering. Man skulle använda geo nät och geo duk för att öka stabiliteten på vägen. Man skulle lägga ut en geoduk på den befintliga marken för att inte gruset skulle blanda sig med jorden. Direkt på duken lade man ett geonät som blev täckt med ett 20 cm tjockt gruslager i fraktionen 0-100 och på det ytligare ett nät som blev täck med ytterligare 20 cm 0-100. Ovan detta gruslager lade man ut en bergbank i fraktionen 0-600. Geo nät låser upp partiklarna från rörelse i det horisontella planet vilket minskar rörelsen i vägkroppen. Geoduk är ett materialavskilljande lager som gör att jord och grus inte blandas, men det kan fortfarande släppa igenom vatten. 6.2. Effekter När man kom till den berörda sträckan i november 2010 för att börja bygga upp vägkroppen var det så dålig bärighet att maskinerna fick använda sig av stockmattor för att ta sig fram. Eftersom det var så hög vattenkvot i marken (50-80%) hade tjälen väldigt svårt att ta sig ner djupt i marken vilket ledde till att bärigheten på vintern inte ökade markant. Man fortsatte med att hålla marken öppen för att tjälen skulle tränga sig ned så djupt som möjligt. Till slut kunde man lägga ut vägkroppen som bestod av ett lager geoduk, två lager geonät samt ett lastfördelande lager mellan näten och en bergbank på det sista lastfördelande lagret. Man lade även ner dränering under geoduken för att minska vattenkvoten. Vägkroppen blev klar i början av mars och bärigheten var bra. Efter färdigställandet av kroppen var det bestämt att man skulle lägga på en överlast i minst 10 månader. Man avvaktade med att lägga ut överlasten en månad för att se hur stor sättningarna skulle bli. Efter det lade man ut halva överlastens tjocklek som var klart i mitten av april 2010. Man läste av sättningarna på den aktuella sträckan och såg att den var marginell. Man läste även av portrycket och såg en ökning på 1 meter vattenpelare vid 3 meters djup och en ökning på 0,6 meter vattenpelare på 6 meters djup. Man avvaktade i två månader för att se att sättningarna inte var för stora. Man lade ut sista överlastpallen i mitten av juni och när den var klar så började de stora sättningarna ske. På slangarna kunde man läsa av en 40 centimeter sättning i sektion 1/260 på bara 2 veckor. Den totala sättningen i den sektionen var beräknad till 20-25 centimeter på 10 månader. Man kunde även se att portrycket ökat med nästan 2 meter vattenpelare på någon dag för att sedan minska igen. Att portrycket ökar för att sedan minska igen betyder att ett brott i jorden uppstått som gör att grundvattnet kan trycka upp någon stans, men man såg inget vatten som kom upp till marknivå. Man lade ner en dränering kort efter färdigställandet av överlasten. Ur den dräneringen kunde man se ett flöde som uppskattningsvis var med än det som kommer ur kökskranen i en bostad. 6
6.3. Illustration Det som har hänt är att marken satte sig okontrollerat på en längre stäcka. Detta har medfört att man måste göra om grundläggningen för vägen för att man skall kunna släppa på trafik. Geo näten hade gått av på de värst drabbade sträckorna, detta verifierades genom provgropar. För att illustrera sättningen har programmet geo använts och tvärsektioner för att visa den teoretiska ytan mot den aktuella sättningen har utförts. Dock har inte kringliggande mark rört sig utan det är bara själva vägkroppen som har satt sig. Denna mätning som ligger till grund för modellen är gjord med totalstation där man har mätt på stenplattor för att kunna ha en fast punkt. Man mätte i väg mitt(vm) och båda vägkanter(vk). Parallellt mätte man sättningarna med slangmätare på två sektioner. Slangsättnings mätning är fast och man kan inte flytta den till en valfri sektion detta för att man behöver slangar för att kunna mäta sättningen och slangarna läggs ut under överbyggnaden. I området där sättningarna uppstod fanns två mät slangar. Med hjälp av totalstationens mätningar skapades en sektionsmodell i sex bestämda sektioner (se sida 8 och 9). Skalan stämmer inte då den ofta förändras när man lägger in ritningar i dokument. Som man ser på dessa modeller så har vägen satt sig kraftigt, det man skall tänka på när man ser modellerna är att nivån har varit uppe i den teoretiska höjden men efter sättningen är den inte i närheten. Om man tar en titt på slang mätningarna ser man att marken hade satt sig som beräknat och väldigt försiktigt. Men när sista överlastpallen var klar ser man en kraftig sättning detta beror främst på att de tidigare pallarna var lagda på vintern då marken varit tjälad vilket leder till en bättre bärighet. När sista pallen lades ut var det mitten av juni och då hade tjälen gått ur marken och man fick den kraftiga sättningen på en gång. Man spärrade av vägen för byggtrafik för att förhindra ytterligare belastningar. Här började man mäta vägen med totalstationen och det är dessa mätningar som ligger till grund för modellerna. Man mätte en gång i veckan i väntan på beslut från trafikverket (Teckenförklaring för sektionsmodellerna) 7
8
9
Etapp 07, Sektion 1/259, total sättning 0,000 0,100 1 3 5 7 9 11131517192123252729313335373941434547495153555759 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 1,200 1,300 Slangsättningsmätning 1 0,20 0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Etapp 07, Sektion 1+395, total sättning 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859 V Slangsättningsmätning 2 2010 02 24 2010 03 16 2010 03 24 2010 04 07 2010 04 13 2010 06 03 2010 06 15 2010 06 30 2010 07 05 2010 07 07 2010 07 14 2010 07 21 2010 07 30 2010 08 27 2010 09 02 2010 09 10 2010 09 23 2010 09 29 2010 10 07 2010 10 12 2010 10 18 2010 02 11 2010 02 24 2010 03 08 2010 03 17 2010 03 24 2010 04 07 2010 04 13 2010 06 03 2010 06 15 2010 06 30 2010 07 05 2010 07 07 2010 07 14 2010 07 21 2010 07 30 2010 08 27 2010 09 02 2010 09 10 2010 09 23 2010 09 29 2010 10 07 2010 10 12 10
6.4. Beslut Efter att dessa sättningar uppkommit började man fundera på hur man skulle göra för att kunna fortsätta med vägbyggnationen. Man började dock med att schakta bort massorna till en meter under färdig väg. Lasten som låg på vid det tillfället skulle vara lika stor som om man använde sig av lättfyllning. Lättfyllning består av lecakulor som man lägger ut i ett tjockt lager som är väldigt lätt. Detta förhindrade inte ytterligare sättningar. Därav kom beslutet att man skull påla. 6.4.1. Träpålning Man bestämde sig för att börja påla med träpålar över hela sträckan. Fördelen med träpålar är att de är mycket billigare än betongpålar, de är mer lätthanterliga och så är det lättare att stanna vid ett fast morän lager. Nackdelen är att det behövs mycket fler träpålar jämfört med betongpålar på samma yta för att få en jämförbar bärighet. Träpålarna får max ha ett avstånd på 1 meter centrum centrum medan betong pålar har 2.25 m centrum centrum. Vidare håller betongpålar längre medan träpålar ruttnar upp, dock så tar det väldigt lång tid. Det är även svårare att få tag i träpålar eftersom kriterierna för dem är hårda. Man hade allt mellan 2,5 till 11,5 meters pålar. Pålarna skulle vara minst 150mm i toppändan och de får inte avvika mer än en hundradel av den totala längden på 3 meter. Pålningen innebar att överbyggnaden behövdes schaktas bort för att kunna påla. Det mest anmärkningsvärda med schakten var att det på vissa ställen låg kvar 45 centimeter tjock tjäle från förra vintern i marken. Ett annat problem var att grundvattnet tryckte upp på vissa ställen där man schaktat, men efter återfyllning har man inte märkt av det. Vissa pålar har även stigit vilket beror på pålningen i sig eftersom man trycker bort jordmassor när man pålar som kommer trycka pålarna uppåt igen Man byggde upp vägen genom att fylla över toppen på pålarna med 10 centimeter tät jord och på det lade man en geoduk för att sedan fylla upp tre lager med 0-100 som har geonät mellan sig. På det sista lagret 0-100 fyllde man upp en bergbank. Trä pålningen påbörjades i december 2010 och färdigställdes i mitten av april 2011. Man har då schaktat bort alla massor ner till befintlig mark och slagit alla pållar samt fyllt tillbaka massorna. I skrivande stund är bärigheten bra och inga stora sättningar har uppkommit. Dock har alla massor blivit lagda i minusgrader så tjälen ligger kvar i marken till sommaren och först då kan man se om det var ett lyckat beslut att välja träpålar 11
7. Diskussion Vad som har hänt kan man sammanfatta väldigt fort, marken har satt sig okontrollerat och för mycket. Det som är risken i detta område är just att det finns artesiskt grundvatten vilket betyder att grundvattentrycket är så högt att det ska vara högre än marknivån men eftersom det är ett tjockt lerlager i marken kan inte grundvattnet trycka upp. Skulle man få ett brott i lagret skulle vattnet kunna ta med sig material upp till marknivån och det skulle kunna bli svårt att fortsätta använda marken. Som tur var kom grundvattnet inte upp till marknivån men det var inte långt borta. När man idag har schaktat ser man att bara 20 cm under den befintliga markytan som var innan man började bygga vägkroppen, så har grundvattnet börjar trycka upp. Att man lade vägkroppen på tjälad mark visade sig vara ödesdigert. Man måste tänka på att när tjälen ligger i marken har man en bättre bärighet. När våren kommer försvinner tjälen och för höga laster kan ligga på. Det har varit ett unikt fall på detta bygge, många har blivit överraskade av sättningarna Enligt platschefen har han säger att han aldrig varit med om sämre bärighet i marken förut. Han har byggt vägar över myrar men aldrig varit med om något liknande. Sättningarna som uppkom var stora och beror på en rad olika omständigheter. Först och främst så lade man ut vägkroppen på tjälad mark vilket innebar att när tjälen gick ur marken blev det genast en stor ökning av lasten på marken. Ökad last är den vanligaste uppkomsten till sättningar. Sedan så lade man ner dränering i marken vilket ledde till att trycket från vattnet underifrån minskade vilket skapar större benägenhet till att marken sätter sig. När man tar bort vatten från en mark med högt vattentryck underifrån så får man en minskad bärighet eftersom trycket från vattnet hjälpt till att bära upp marken. Den sista lastpallen var klar i juni 2010 och dräneringen lades i juli samma år. Man glömde även att beräkna den nya profil höjningen som gjordes för att lägga ut det lastfördelande lagret. Om man gjort beräkningarna kunde man tidigare sett om marken skulle sätta sig. Dock har man på andra sträckor räknat på bärigheten och sett att marken klarat tyngden från vägkroppen men det har inte hållit i praktiken. Det som man skulle kunna gjort i ett tidigare skede hade varit att börja med denna sträcka innan tjälen satt sig. Detta för att kunna lägga ut vägbanken på en icke tjälad jord och eftersom jorden i området består av silt så är den mycket tjälfarlig. Silt är den tjälfarligaste jordtypen vi har och eftersom det är artesiskt grundvatten i området så finns det gott om vatten. Islinser har bildats och lyft marken i området. Eftersom det blivit en tjällyftning skall marken gå tillbaka till sin naturliga form så när tjällossningen börjar kommer jorden att sätta sig eftersom islagrena minskar och då komprimeras jorden. När man lade ut vägkroppen på vintern hade marken en naturlig tjällyftning samt så var tjälen väldigt tjock eftersom man hållit marken öppen för ökad bärighet. Man lade även ner dräneringen, så när tjällossningen kom fick man sättningar beroende på flera olika faktorer. Till att börja med hade man en ökad last vilket tvingar marken till kompression, sedan hade man en tjällyftning som skulle försvinna när det senare blev tjällossning samt så hade man lagt ner en dränering vilket leder till att vattentrycket underifrån minskar och jorden får ta upp ännu mer last vilket också leder till en sättning. Man hade alltså tre olika faktorer som spelade in på sättningarna, hade man lagt vägkroppen på ej tjälad mark hade man snabbare kunnat se att detta inte kommer att hålla. 12
8. Källor 8.1. Litteratur Teknisk beskrivning Umeåprojektet 2, Etapp1 del 4 Norra länken AC-112523-E12 2006-12-15 Rev C 2009-05-18 Teknisk beskrivning geoteknik, Umeåprojektet 2, etapp 1 Norra länken, delen Hissjövägen - väg E12. AC-112523-E12 2006-12-15 Rev B 2009-05-08 Upprättad av Mattias Henriksson vägverket konsult (nuvarande vectura) 8.2. Bilder Slansättningsmätning 1 och 2 är tillverkade i programmet Excel Sättningsmätning 1 och 2 är tillverkade i programmet Geo 13