STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT SWEDISH GEOTECHNICAL INSTITUTE Djupstabilisering i sulfidjrd labratrie- ch fältstudie Btniabanan delen Stöcke centrala Umeå Mattias Anderssn Yvnne Rgbeck B Westerberg Varia 597 LINKÖPING 2009
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT SWEDISH GEOTECHNICAL INSTITUTE Varia 597 Djupstabilisering i sulfidjrd labratrie- ch fältstudie Btniabanan delen Stöcke centrala Umeå Mattias Anderssn Yvnne Rgbeck B Westerberg LINKÖPING 2009
Varia Beställning ISSN ISRN Dnr SGI Prj.nr SGI Statens getekniska institut (SGI) 581 93 Linköping SGI Infrmatinstjänsten Tel: 013 20 18 04 Fa: 013 20 19 09 E-pst: inf@swedge.se Internet: www.swedge.se 1100-6692 SGI-VARIA--09/597--SE 1-0401-0059 11925
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 FÖRORD Byggande i sulfidjrd har ökat. Eempel på detta är byggandet av Btniabanan ch Ådalsbanan. Även vägbyggnad har ökat i mråden med sulfidjrd. Ökade miljökrav har lett till att tidigare använda metder sm t.e. urgrävning kan bli jämförelsevis dyrt pga det merarbete sm hantering av sulfidjrden kräver ur miljösynpunkt. Det är en av anledningarna till att djupstabilisering kan vara en kstnadseffektiv metd även vid relativt begränsade jrddjup. Djupstabilisering av sulfidjrd eller sulfidhaltig jrd har utförts i flera prjekt i Sverige. I flera fall har resultatet i fält blivit betydligt sämre än vad labratrieresultaten indikerat ch man har varit tvungen att kmplettera djupstabiliseringen med andra metder i byggskedet. Detta har lett till ökade kstnader i prjekten. Orsaken till prblemen har i många fall inte undersökts. Prblemen i fält kan ha uppstått av att standardrecept ch inblandning sm används för lerr även tillämpats i sulfidjrd ch att det inte är lämpligt i dessa typer av jrdar. Ett FU-prjekt har utförts för att klargöra möjligheterna med sulfidjrdsstabilisering ch resultaten presenteras i föreliggande rapprt. Prjektet administreras av Ramböll AB. Finansiärer av prjektet är Banverket, Vägverket, Svenska byggbranschens utvecklingsfnd (SBUF), Btniabanan AB, Statens getekniska institut (SGI), Svensk djupstabilisering, Nrdkalk, Specialstabiliseringar i Stckhlm AB, Svenska EnergiAskr AB samt Statens getekniska institut. Medverkande i prjektgrupp fältstudie: Yvnne Rgbeck, SGI (prjektledare) Mattias Anderssn, SGI Lennart Larssn, SGI (kemiska undersökningar) B Westerberg, SGI Stefan Dahlin, Hercules Martin Svenssn, Hercules Medverkande i referensgrupp: Björn Dehlbm, Ramböll Göran Hlm, SGI Stig Janssn, Cementa Magnus Karlssn, Banverket Lvisa Mritz, Vägverket Pär Odén, Nrdkalk Claes Ribbing, Svenska EnergiAskr AB Göran Wallmark, Btniabanan AB Helen Åhnberg, SGI (teknisk granskare) Linköping i januari 2009 Författarna 3 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 4 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 INNEHÅLL FÖRORD... 3 SAMMANFATTNING... 6 1 INLEDNING... 7 1.1 Bakgrund... 7 1.2 Syfte... 7 1.3 Genmförande / metdik... 7 2 PROVLOKAL... 9 2.1 Inledning... 9 2.2 Områdesbeskrivning... 10 2.3 Prvmrådet... 10 3 LABORATORIEFÖRSÖK... 12 3.1 Materialtekniska undersökningar... 12 3.2 Kemiska undersökningar... 18 4 FÄLTFÖRSÖK... 20 4.1 Installatin av pelare... 20 4.2 Bindemedel... 22 4.3 Inblandningsverktyg... 22 4.4 Kntrllsndering... 24 4.5 Framgrävning av pelare... 26 5 RESULTAT... 29 5.1 Resultat från labratrieförsök... 29 5.2 Resultat från fältförsök... 29 6 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER... 38 7 REFERENSER... 39 BILAGOR Bilaga 1 Bilaga 2-11 Bilaga 12 Bilaga 13 Bilaga 14 Bilaga 15 Installatinsplan för djupstabilisering Pelarsnderingar Spetstrycksmätning med CPT i naturlig jrd Pelarsndering i naturlig jrd Resultat av CPT-snderingar i naturlig jrd Kemiska undersökningar 5 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 SAMMANFATTNING Prjektet syftar till att visa m djupstabilisering av sulfidjrd är en möjlig förstärkningsmetd ch att ge rekmmendatiner för att använda djupstabilisering på ett lämpligt sätt i väg- ch järnvägsprjekt. En viktig del har varit att jämföra resultat mellan labratrie- ch fältresultat. Inblandningsförsök utfördes med 5 bindemedelstyper, 5 bindemedelsmängder i fyra lika typer av sulfidjrd. I fält har djupstabilisering utförts i en prvlkal stra söder m Umeå. Den bestd av fyra lika typer av sulfidjrd. Lämpliga inblandningsmedel ch mängder prvades utifrån resultat från labratrieförsök. I fält varierades även inblandningsarbetet (genm stigningen) ch härdningstiden. Ttalt användes i fält fyra stycken lika bindemedel med inblandningsmängden 150 kg/m 3 ch 250 kg/m 3. De bindemedel, sm användes var: KC 50/50 (kalk/cement) KCG 33/33/33 (kalk/cement/gips) CM 30/70 (cement/merit) C (cement) C + vatten (cement med vatten enligt MDM-metden) Fältdelen av prjektet mfattade 90 prvpelare sm installerades i maj 2008. Installatinen utfördes med en pelardimensin av φ 600 mm ch en pelarlängd av 6 m eller ner till fast btten. Verktygen sm användes var en sk Pinnbrr ch en MDM bygel, den sistnämnda för de fall man hade en tillsats av vatten. Rtatinshastigheten var 200 varv/min ch försöken utfördes med 2 lika blandningsenergier (stigning), 10 mm/varv ch 30 mm/varv. Effekten av djupstabilisering i fält undersöktes framförallt genm förbrrad pelarsndering med spetskraftsmätning. Pelarsnderingarna utfördes för alla kmbinatiner efter 28 dygn ch för 150 kg/m 3 även efter 90 dygn. Hållfastheten sm uppnåtts i fält visar att djupstabilisering i sulfidjrd är en möjlig metd för väg- ch järnvägsbyggnatin. Standardrecept sm används för vanlig lera bör inte användas, utan större mängd bindemedel bör prvas. Inblandningsförsök bör utföras på labratrium för att få en uppfattning m möjligheterna att stabilisera sulfidjrden. Preliminär dimensinering kan utföras utifrån labratrieresultat, men slutligt val av bindemedel ch verifiering av utförande ska ske med prvpelare i fält. Hmgeniteten bör undersökas genm framgrävning av pelare. Red ptential, ph, spec. knduktivitet ch även det rganiska innehållet i jrden kan ha inverkan på stabiliseringseffekten. Det rekmmenderas att dessa parametrar undersöks för att ge en indikatin på svårigheten att stabilisera. Det rekmmenderas att vara försiktig vid prjektering av pelare i sulfidjrd. Detta prjekt mfattar endast ett prvmråde. Fler uppföljningar bör utföras för att bygga upp mer erfarenhet ch kunna dra mer generella slutsatser. 6 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 1 INLEDNING 1.1 Bakgrund Byggande i sulfidjrd har ökat. Eempel på detta är byggandet av Btniabanan ch Ådalsbanan. Även Vägverket bygger i sulfidjrd. Ökade miljökrav har lett till att tidigare använda metder sm t.e. urgrävning kan ifrågasättas ur miljösynpunkt. I dagsläget råder en restriktiv syn på depnering av sulfidjrd. Djupstabilisering bedöms vara intressant ur teknisk-, eknmisk ch miljömässig synpunkt. Vid SGI ch LTU har frsknings- ch utvecklingsarbete angående sulfidjrd pågått under de senaste 20 åren både vad gäller geteknik ch markkemi. SGI har gjrt en förstudie med flera tänkbara metder för användning i sulfidjrd, bl.a. pelar- ch masstabilisering eller en kmbinatin av dessa. Förstudien har rapprterats i Förstudie av metder för byggnatiner på svavelhaltiga jrdar tekniska ch miljömässiga aspekter Håkanssn (2002). Djupstabilisering av sulfidjrd eller sulfidhaltig jrd har utförts i flera prjekt i Sverige. I flera fall har resultatet i fält blivit betydligt sämre än vad labratrieresultaten indikerat. Man har varit tvungen att kmplettera djupstabiliseringen med andra metder i byggskedet, vilket lett till ökade kstnader i prjektet. Orsaken till prblemen har inte undersökts. Prblemen i fält kan ha uppstått av att standardrecept ch inblandning sm används för lerr även tillämpats i sulfidjrd ch att det inte är lämpligt i dessa typer av jrdar. LTU/SCC har utfört ett prjekt på uppdrag av Btniabanan AB med syfte att utveckla metd för karakterisering av sulfidjrd utifrån kmbinatinen getekniska- ch markkemiska egenskaper Mácsik (2003). I denna förstudie har sulfidjrdar delats in i fem lika typer. Förslaget till indelning har prvats i detta prjekt. I Svensk Djupstabiliserings regi har ett prjekt utförts i Bettna rörande djupstabilisering i rganisk jrd ch lera, SD arbetsrapprt 12 (2000). Där prvades lika typer av utrustning, två kmbinatiner av bindemedel (kalk/cement ch cement/merit) ch inblandningsarbete i fält. Stra skillnader erhölls i labratrieförsöken mellan blandningarna cement/merit ch kalk/cement, medan resultatet i fält visade ungefär samma hållfasthet. Effekten av inblandningsarbetet hade större betydelse när Merit användes. Försöken visar att det är angeläget att ha fältresultat vid bestämning av lämpliga bindemedel ch mängder. I detta prjekt ingår därför jämförelse mellan labratrie- ch fältresultat. 1.2 Syfte Prjektet syftar till att visa m djupstabilisering av sulfidjrd är en möjlig förstärkningsmetd ch att ge rekmmendatiner för att använda djupstabilisering på ett lämpligt sätt i väg- ch järnvägsprjekt. En viktig del har varit att jämföra resultat mellan labratrie- ch fältresultat för att få en uppfattning m vad sm kan uppnås i fält ch möjligheten att dimensinera utifrån labratrieresultat. 1.3 Genmförande / metdik Hela prjektet mfattar följande delar: Inventera tidigare utförda fullskaleprjekt för att ge svar på i vilken typ av sulfidjrd stabilisering fungerat bra i fält ch rsakerna till varför vissa prjekt misslyckats. Test av metd för karakterisering av sulfidjrd. Utföra labratrie- ch fältförsök i lika typer av sulfidjrd för att visa behvet av bindemedelsmängd, typ av bindemedel ch inblandningsarbete för de lika sulfidjrdstyperna. Utarbeta rekmmendatiner för användning av djupstabilisering i sulfidjrd (platsspecifikt). 7 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Inventeringen ch test av metd för karakterisering av sulfidjrd behandlas inte i denna rapprt utan dessa delar redvisas i ett eamensarbete av Anderssn ch Nrrman (2004) Stabilisering av sulfidjrd, en litteratur- ch labratriestudie. På grund av miljööverklaganden i byggskedet valdes att inte utföra djupstabilisering eftersm fältresultaten från föreliggande studie inte var tillgängliga. Istället valdes träpålar sm förstärkningsmetd. Kmpletterande labratrieförsök har utförts för den naturliga jrden på den nya platsen för djupstabiliseringen i fält. Den ligger utanför kmmande järnvägsbank, ca 15 20 m ifrån ursprunglig prvplats sm låg i järnvägslinjen ch nu är förstärkt med träpålar. I fält har djupstabilisering utförts i en prvlkal innehållande fyra lika typer av sulfidjrd, enligt karakterisering av Mácsik (2003). Lämpliga inblandningsmedel ch mängder prvades utifrån resultat från labratrieförsök. I fält varierades även inblandningsarbetet. Effekten av djupstabilisering i fält undersöktes framförallt genm sndering. Jämförelse ch analys har gjrts mellan labratrie- ch fältresultat ch rekmmendatiner har utarbetats för användning av djupstabilisering i sulfidjrd. 8 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 2 PROVLOKAL 2.1 Inledning Prvmrådet är beläget längs Btniabanans sträckning stra söder m Umeå, ca 10 km från centrum, se Figur 2.1, vid sektin 110+080. Djupet på finsedimenten är ungefär 6 m. En plan över pelarinstallatinerna redvisas i Bilaga 1. Prvlkal Figur 2-1. Vy över prvmrådet, vid sektin 110+080, Btniabanan (2004). 9 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 2.2 Områdesbeskrivning Området består av varierande åker- ch skgsmark. Tpgrafiskt sett är höjdskillnaderna små, bebyggelse saknas i mgivningen. I söder ligger havet ch i nrr utsträcker sig ett öppet landskap, Degernässlätten. Platsen är belägen i Umeälvens utbredda deltamråde Btniabanan passerar genm värdefulla naturtyper ch fågelskyddsmråden sm ingår i nätverket Natura 2000. 2.3 Prvmrådet CPT-snderingsresultat från det aktuella mrådet presenteras i Bilaga 12 ch Bilaga 14. Kmpletterande labratrieförsök har även utförts. Dessa överensstämmer bra med den jrdprfil sm upprättades utifrån tidigare CPT-undersökningar ch rutinundersökningar, se Figur 2-2. Prvmrådet kan ses i Figur 2-3. Figur 2-2. Jrdprfil vid mrådet för fältförsöken. Figuren visar spetstrycket för CPT-snderingen i bh E51 ch benämningen för klvprver upptagna i bh E50 ch E52. 10 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 2-3. Prvtagningsmrådet för labratrieförsöken, spårmitt i sektin 110+080 för Btniabanan. 11 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 3 LABORATORIEFÖRSÖK 3.1 Materialtekniska undersökningar Eftersm prvplatsen flyttats 15 20 m från ursprunglig prvplats sm låg i spårmitt, så utfördes en kmpletterande klvprvtagning. Detta för att verifiera att förhållandena var samma sm i ursprungsmrådet där inblandningsförsök tidigare utförts. Naturlig lera, kmpletterande undersökning vid fältförsök Klvprvtagning utfördes i brrhål E50 ch E52 (läge se planritning), prverna kan ses i Figur 3-1. Den naturliga jrdens densitet ch vattenkvt redvisas i Figur 3-2 ch skjuvhållfastheten redvisas i Figur 3-3. Järn, svavel ch rganisk halt redvisas i Figur 3-4. Förhållandena bedöms sm likvärdiga med ursprungsmrådet. I Figur 3-2 till Figur 3-4 står det angivet (gamla) medelvärde, vilket betyder att ett medelvärde ftast baserat på tre värden för varje nivå redvisas i grafen. För eakta värden se Anderssn & Nrrman (2004). Figur 3-1. Upptagna klvbrrsprver från prvmrådet för fältförsöken utmed Btniabanan. Längst ned till vänster syns prvkrppar tagna på 2 m djup under markytan, kntinuerlig prvtagning mt djupt därefter ch prvet högst upp i mitten är från ca 4,3 m djup. 12 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Densitet [t/m 3 ] 1 1,5 2 0 Densitet, E50 ch E52 Vattenkvt [%] 0 40 80 120 160 200 0 Vattenkvt, E50 ch E52 1 Densitet (gamla) medelvärde 1 Vattenkvt (gamla), medelvärde 2 2 Djup [m] 3 Djup [m] 3 4 4 5 5 6 6 Figur 3-2. Den aktuella sulfidjrdens densitet ch vattenkvt. Knflytgräns [%] 0 40 80 120 160 200 0 Knflytgräns, E50 ch E52 1 Knflytgräns (gamla), medelvärde 2 Djup [m] 3 4 5 6 Figur 3-3. Den aktuella sulfidjrdens knflytgräns. 13 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Skjuvhållfasthetsvärde [kpa] 0 5 10 15 20 25 0 0 Sensitivitet [kpa] 0 20 40 60 80 100 1 Skjuvhållfasthetsvärde, E50 ch E52 Skjuvhållfasthetsvärde (gamla) medelvärde 1 Sensitivitet, E50 ch E52 Sensitivitet (gamla) medelvärde 2 2 Djup [m] 3 Djup [m] 3 4 4 5 5 S t =107 6 6 Figur 3-4. Den aktuella sulfidjrdens skjuvhållfasthetsvärde (krrigerat) ch sensitivitet, bestämd med fallkn. 14 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Ttalhalter Fe ch S [mg/kg TS] 0 20000 40000 0 Fe, E50 ch E52 0 TOC ch Glödförslust 0 1 2 3 4 5 6 7 8 S, E50 ch E52 TOC [%, TS], E50 ch E52 1 Fe (gamla) S (gamla) 1 Glödförlust [%] (gamla), medelvärde 2 2 Djup [m] 3 Djup [m] 3 4 4 5 5 6 6 Figur 3-5. Den aktuella sulfidjrdens ttalhalter av järn ch svavel samt TOC. I Figur 3-5 finns angivet en mätning av TOC ch glödgningsförlust (950 C). Dessa värden är inte helt jämförbara men det finns en tydlig indikatin på att det rganiska innehållet i jrden är större på ca 2,5 3,5 m djup jämfört med mkringliggande jrd. En mräkningsfaktr på 0,57 kan användas för rganisk halt ch TOC enligt, TOC beräknad = 0,57 GF 550 C. Organisk halt är således lika med TOC dividerat med en faktr 0,57, se t.e. Larsn et al. (1985). Inblandningsförsök Labratrieinblandningar utfördes år 2004 med kmbinatinen: 5 bindemedelstyper 5 inblandningsmängder 4 lika klasser av sulfidjrd Enaiella tryckförsök utfördes på de inblandade prverna ch analys av labratrieresultatet användes för bestämning av vilka medel ch mängder sm skulle användas i fältförsöken. Endast ett antal av labratriekmbinatinerna användes i fält. Ett urval av resultaten presenteras i denna rapprt ch för resterande undersökningar hänvisas till eamensarbete av Anderssn ch Nrrman (2004). 15 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Maimal tryckspänning för varje djup ch prv I stapeldiagrammen i Figur 3-6 ch 3-7 presenteras maimal tryckspänning erhållen från enaiella tryckförsök utförda på dubbelprv för lika bindemedelstyper ch inblandningsmängder. Lagringstiderna är 28 ch 90 dygn. I Figur 3-6 ch 3-7 representerar de svarta staplarna prv med 90 dygns lagringstid ch de ljusare är prv med 28 dygns lagringstid. Resultaten presenteras för varje djupen 3,5 m ch 4 m. I eamensarbete finns även prver från djup 2,3 3 respektive 5 m redvisade. De lika bindemedlen presenteras i samma inbördes rdning, från vänster till höger, i de lika diagrammen. Under varje dubbelstapel anges bindemedel, andel av respektive bindemedel ch bindemedelsmängd, jämför Tabell 3-1. De staplar sm dessutm har siffran 90 i förklaringsteten är prv med en lagringstid på 90 dygn, övriga prv har lagringstiden 28 dygn. Nivåerna 3,5 m ch 4 m är de nivåer sm generellt ger lägst resultat ch är därmed svårast att stabilisera. Flest kmbinatiner m.a.p. bindemedelstyp ch inblandningsmängd genmfördes på prblemdjupen 3,5 m ch 4 m. Tabell 3-1. Förteckning över de lika bindemedel sm användes vid labratrieinblandningen för nivåerna 3,5 ch 4meters djup. Förkrtning Prprtiner [%] Bindemedel Bindemedelsmängd [kg/m 3 ] Tidpunkt för prvtryckning [dygn] KC 50/50 150 50/50 Kalk ch 150 28 cement KCG 33 150 33/33/33 Kalk, cement 150 28 ch gips KCG 33 200 33/33/33 200 28 KCG 33 250 33/33/33 250 28 KCG 33 150 90 33/33/33 150 90 KCM 33 150 33/33/33 Kalk, cement 150 28 ch Merit CM 70/30 150 70/30 Cement ch 150 28 Merit CM 50/50 150 50/50 150 28 CM 30/70 100 30/70 100 28 CM 30/70 150 30/70 150 28 CM 30/70 200 30/70 200 28 CM 30/70 250 30/70 250 28 CM 30/70 150 90 30/70 150 90 C 100 100 Cement 100 28 C 150 100 150 28 C 175 100 175 28 C 200 100 200 28 C 150 90 100 150 90 C100+H2O 150 100 Cement ch 150 28 vatten CA 50/50 250 50/50 Cement ch 250 28 Aska CA 30/70 250 30/70 250 28 16 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Maimal tryckspänning [kpa] 800 600 400 200 0 Figur 3-6. KC50/50 150 KCG33 150 KCG33 200 KCG33 250 KCG33 150 90 KCM33 150 CM70/30 150 CM50/50 150 CM30/70 150 CM30/70 200 Bindemedel CM30/70 250 CM30/70 150 90 C 150 C 175 C 200 C 150 90 C100+H20 150 CA50/50 250 CA30/70 250 Maimal tryckspänning för dubbelprv, för lika typer, andelar ch mängder bindemedel, lagringstid 28 ch 90 dygn, djup 3,5 m. Maimal tryckspänning [kpa] 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Figur 3-7. KC 50/50 150 KCG33 150 KCG33 200 KCG33 250 KCG33 150 90 KCM33 150 CM70/30 150 CM50/50 150 CM30/70 100 CM30/70 150 Bindemedel CM30/70 200 CM30/70 250 CM30/70 150 90 C 100 C 150 C 150 90 C+H20 150 CA50/50 250 CA30/70 250 Maimal tryckspänning för dubbelprv, för lika typer, andelar ch mängder bindemedel, lagringstid 28 ch 90 dygn, djup 4 m. Maimal tryckspänning sm funktin av djupet för varje blandning Maimal tryckspänning sm funktin av djupet är sammanställda utifrån bindemedelstyp med varierande inblandningsmängd ch lagringstid respektive samma inblandningsmängd med lika bindemedelstyper. På varje djup anges ett medelvärde av A- ch B-prvet för respektive blandning ch dessa punkter har sedan sammanbundits med en heldragen linje. Varje kmbinatin anges med en unik symbl. Figur 3-8 ch Figur 3-9 visar maimal tryckhållfasthet för de lika bindemedlen med inblandningsmängd 150 kg/m 3 respektive 250 kg/m 3. Dessa mängder valdes i fält. I diagrammen framgår tydligt hur samtliga bindemedel uppvisar lägst hållfasthet på djupet 3,5 m. Kalk/cement/gips (KCG 33 %) är det bindemedel sm varierar minst i maimal tryckspänning genm jrdprfilen. Kalk/cement sm undersökts på alla djup i referenssyfte, är den blandning 17 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 sm tillsammans med kalk/cement/merit (KCM 33 %) överlag uppnått de lägsta hållfastheterna. Blandningarna med cement ch flygaska gav bra hållfasthet i labratriet, men valdes inte i fält pga det km med sent i prjektet ch ingick inte i MKB:n. 2,25 2,75 3,25 Djup 3,75 [m] 4,25 4,75 5,25 Maimal tryckspänning [kpa] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 KCG33 CM30/70 C100% KC50/50 KCM33 CM70/30 CM50/50 C100%+H2O Figur 3-8. Tryckspänning vid brtt sm funktin av djupet. Bindemedelsmängd 150 kg/m 3,28 dygn. Medelvärden på dubbelprv. 2,25 2,75 3,25 Maimal tryckspänning [kpa] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 KCG33 CM30/70 CA50/50 Djup [m] 3,75 4,25 4,75 5,25 CA30/70 Figur 3-9. Tryckspänning vid brtt sm funktin av djupet. Bindemedelsmängd 250 kg/m 3, 28 dygn. Medelvärden på dubbelprv. 3.2 Kemiska undersökningar Metallanalyser utfördes ch det var framförallt järn ch svavel sm var av intresse i detta fall. Lakförsök har utförts enligt mdell Mácsik (2000). Det utfördes bestämning av redptential, ph ch knduktivitet efter ett antal laksteg, även den rganiska halten har bestämts genm glödgningsförlust. Resultaten presenteras i Tabell 3-3 ch Tabell 3-4. I Tabell 3-2 redvisas ett klassificeringssystem för bedömning av försurningsptential för lika typer av sulfidjrdar, Mácsik (2000). Lakförsöken finns även beskrivet i Anderssn ch Nrrman (2004). I Bilaga 15 har Lennart Larssn, SGI, frmulerat en hyptes till uppkmna effekter. 18 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Tabell 3-2. Sammanställning ch klassificering av lika typer av sulfidjrdar, Mácsik (2000). Typ w [%] ρ S [mg/kg TS] Fe/S Eh [mv] ph Försurningsptential/ Försurningshastighet 1 65 - >120 <1,5 > 9000 < 3,5 < 0 > 6 hög/långsam 2 40-90 1,5 1,6 6000-9000 3,5-4 0-500 3-6 hög/långsam 3 40-55 1,5 1,6 3800-6000 4 4,5 100-400 3-6 hög/medel 4 < 50 1,5 1,6 < 3800 4,5 16 100 - >500 4-6 medel/snabb 5 < 50 > 1,6 < 900 16 46 0-200 > 6 låg/- Tabell 3-3. Undersökta prvers skrymdensitet, vattenkvt, ph ch redptential (Eh) efter 96 timmars lakning, lerhalt ch glödningsförlust, Mácsik (2003). Prvtub Nivå Bedömning ρ, tn/m 3 w, % ph (96h) Eh, mv (96h) Lerhalt, % TS G % KLBF1607 2 m (su)salesi 1,69 40,1 7,18 169 11 3,4 VFE160 2,6 m susile 1,54 85 6,67 5,3 27 6,3 RB2003 3 m susile 1,51 85,6 6,79 51,4 31 7,2 VFP260 3,4m susile 1,37 118 7,12-175 28 8,6 Orje E 3407 3,6 3,68m susile 1,29 190-242 7,08-223 27 12,6-15,3 SJ3072 4m susile 1,62 61,3 6,81 115 25 3,6 DPF316 4,5m Si 1,95 27 - - - 1,7 AIB796 5m (su)sile 1,69 57,7 7,37 141 31 3,1 Tabell 3-4. Redvisning av lika typer av sulfidjrdar i prfilen, baserat på jrdprver upptagna i spårmitt sektin 110+080, Mácsik (2003). Nivå Prvtub w [%] Fe, mg/kg TS S, mg/kg TS Fe/S Typ 2 m KLBF1607 40,1 5 2,5 m VFE160 90 32400 16300 2,0 2 3,0 m RB2003 85,6 31200 16800 1,9 2 3,5 m VFC280 117 29400 8800 3,3 1 3,64 m ORRJE E 3407 212 35700 18100 2,0 1 4,0 m SJ3072 61,3 27100 3560 7,6 4 5,0 m AIB796 57,7 29400 132 223 5 19 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 4 FÄLTFÖRSÖK 4.1 Installatin av pelare Fältdelen av prjektet mfattade 90 prvpelare sm installerades den 12-14 maj 2008, se Figur 4-1 till Figur 4-4 samt detaljer m utförandet i Bilaga 1. Installatinen utfördes med en pelardimensin av φ 600 mm ch en pelarlängd av 6 m eller ner till fast btten. Verktygen sm användes var en sk Pinnbrr ch en MDM bygel, sistnämnda för de fall man hade en tillsats av vatten. Rtatinshastigheten var 200 varv/min ch försöken utfördes med 2 lika blandningsenergier (stigning), 10 mm/varv ch 30 mm/varv. Installatinen av de lika pelarinblandningarna utfördes i ett rutnät med c/c 2 m, se Figur 4-1 ch Bilaga 1. Figur 4-1. Installatinsplan för djupstabilisering, Btniabanan, delen Stöcke centrala Umeå. I Figur 4-2 visas en vy från söder mt nrr över prvmrådet, spårmitt för Bttniabanan ligger ca 15 m väster m mrådet. I nederkant på figuren syns ett vattenfyllt dike, nivån på detta mtsvarar ungefär grundvattenytans läge, dvs. ca 0,5 meter under markytan. Området ser relativt mrört ut, vilket berr på att en grävmaskin avlägsnat de största stubbarna ch tagit brt ris före pelarinstallatinen. 20 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 4-2. Försöksmråde för fältförsök utmed Btniabanan sektin 110+080, Umeå I Figur 4-3 ch Figur 4-4 visas Hercules KC-maskin vid pelarinstallatinen. På grund av maskinens tyngd krävdes det stckmattr att gå på för maskinen, dessa tillsammans med en ca 1,5 m tjck trrskrpa gjrde pelarinstallatinen möjlig utan att erhålla några bärighetsbrtt. Figur 4-3. Installatin av pelare med Hercules KC-maskin. 21 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 4-4. Installerade pelare. 4.2 Bindemedel Ttalt användes fyra stycken lika bindemedel med inblandningsmängden 150 kg/m 3 ch 250 kg/m 3. De bindemedel, sm användes var: KC 50/50 (kalk/cement) KCG 33/33/33 (kalk/cement/gips) CM 30/70 (cement/merit) C (cement) C + vatten (cement med vatten enligt MDM-metden) Valet av bindemedel baserades på de tidigare utförda inblandningsförsöken i labratriet. Labratrieresultaten för CM 70/30 gav högre hållfasthet än CM 30/70 men CM 30/70 valdes för att se effekten av mer merit ch för att få större skillnader jämfört med ren cement. Blandningarna med cement ch flygaska gav bra hållfasthet i labratriet, men valdes inte i fält pga det km med sent i prjektet ch ingick inte i MKB:n. 4.3 Inblandningsverktyg De inblandningsverktyg sm användes var för den trra metden en pinnbrr, se Figur 4-5 ch för den våta metden (MDM) en bygel, se Figur 4-6. Valet av pinnbrr för den trra metden grundades på idéer inm prjekt ch referensgrupp m att blandningsarbetet skulle vara avgörande för att uppnå önskad stabiliseringseffekt i sulfidjrd. Vägverket har i några prjekt på västkusten knstaterat att ett bättre blandningsarbete erhålls med pinnbrren jämfört med den traditinella bygeln. De båda verktygens BRN (Blade Rtatin Number) redvisas i Tabell 4-1 ch Tabell 4-2. Blade Rtatin Number är antalet blad på blandningsverktyget multiplicerat med antalet rtatiner hs verktyget per meter stigning, Larssn (2003). För pinnbrren med 5 blad ch stigningen 25 mm/varv blir BRN således; 1000 = 25 200 22 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Pinnbrren består av en vinge längst ned ch två vingpar vanför enligt Figur 4-5. Bindemedel tillfördes genm ett munstycke i nivå med övre delen av de översta vingparen. All tillförsel av bindemedel samt blandningsarbete sker i samband med stigning. Tabell 4-1. Blade Rtatin Number för Pinnbrren, 5 blad uppåt vid blandning. Stigning mm/varv BRN 10 500 15 333 20 250 25 200 30 167 MDM verktyget består av en bygel samt två etra vingpar enligt Figur 4-6. Bindemedel tillföres genm ett munstycke i nivå med övre delen av bygeln. Hälften av bindemedlet tillföres vid nedbrrning ch hälften i samband med stigning. Detta innebär att 3 blad blandar på väg ned ch 5 blad på väg upp. Vatten tillfördes endast i samband med nedbrrning genm ett munstycke i nedre delen av verktyget. Tabell 4-2. Blade Rtatin Number för MDM-bygeln, 3 blad nedåt ch 5 blad uppåt vid blandning. Stigning mm/varv BRN 10 800 15 533 30 267 Figur 4-5. Närbild av redskap för inblandning, Pinnbrr. 23 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 4-6. Närbild av redskap för inblandning, MDM - bygel. Vid installatinen av pelare med bindemedelsmängden 250 kg/m 3 (trra metden) kunde inte en stigning på 30 mm/varv uppnås. Utmatningsdiagrammen visar på en maimal stigning av ca 20 mm/varv. Maskinen är inställd så att stigningen autmatiskt bestäms i relatin till utmatningen så att tillräckligt inblandningsarbete ska ske. 4.4 Kntrllsndering Prvtryckning av pelarna utfördes med förbrrad traditinell kalkpelarsndering, en s.k. FKPSsndering, efter 28 ch 90 dygn på pelare med bindemedelsmängden 150 kg/m 3 ch efter 28 dygn på pelare med bindemedelsmängden 250 kg/m 3. Ttalt utfördes 40 st snderingar efter 28 dygn respektive 20 st efter 90 dygn. Före sndering schaktades 0,5 m av översta jrdlagret brt se Figur 4-7, varvid pelarna relativt lätt kunde urskiljas. Därefter förbrrades varje pelare med en jb-snderning (gestång 44 mm ch krna 57 mm). Mätningen av pelarnas hållfasthet utfördes med spetskraftsmätning, med en traditinell vinge för pelarsndering (50015 mm) sm det ryms en CPT-spets inuti, se Figur 4-9. För två av pelarna (C100 % ch 250kg/m 3 ) var snderingsmtståndet så högt att det inte var möjligt att trycka ned 500 15 mm vingen. Istället utfördes en sndering med en 20020 mm vinge med vanlig registrering av tryckkraften (ttalkrafsmätning). Resultatet från pelarsnderingarna redvisas i Bilaga 2 till 11 där dubbelprv redvisas i samma diagram. För att räkna m de erhållna snderingsresultaten från nettkraft mätt i kn till skjuvhållfasthet (kpa) används ekvatinen, Larssn (2006): τ fu = 0, 1 Nettkraft A vinge 24 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Den effektiva arean för de två använda vingarna har beräknats till A 500 = 0,00675 m 2 ch A 200 = 0,003 m 2, med hänsyn tagen till förbrrningen. Detta innebär t.e. att för vingen 50015 mm mtsvarar 10 kn i nettkraft 148 kpa i skjuvhållfasthet. Figur 4-7. Överytan på installerade pelare. Före kntrllsnderingen schaktades pelarna fram, ca 0,5 m jrd tgs brt. Vid pelarsnderingar användes en brrbandvagn (Getech 604D) från Tyréns i Sundsvall, se Figur 4-8. På samma bild syns även den 14 tn tunga grävmaskinen sm användes dels sm mthåll ch dels för framschaktning av pelare. Figur 4-8. Pelarsndering. Figur 4-9. Närbild av pelarsnd (50015 mm), sm användes för kntrll av pelarens hållfasthet. 25 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 4.5 Framgrävning av pelare Efter 90-dygns snderingarna gjrdes en framgrävning av några pelare för att studera strukturen ch hmgeniteten hs pelarna. Nedan redvisas bilder ch beskrivande tet från detta försök. Pelare E8 ch E9 Dessa pelare var tillverkade med bindemedlet cement/merit i prprtinerna 30/70 ch med mängden 150 kg/m 3. Vid installatin tillämpades stigningen 10 mm/varv ch rtatinshastigheten 200 varv/min. För resultat från spetskraftsmätning av aktuell pelare se Bilaga 9. Båda pelarna uppvisade en hård ch hmgen yta, dvs. efter nedschaktning 0,5 m under markytan. Pelare E8 var relativt bra ett par meter ner, på pelarens mantelyta syntes en blåaktig ring. Den andre pelaren, E9 var fin ch hmgen i den siltiga leran, de översta 2 3 m av pelaren ( Figur 4-10). Därefter kmmer pelarna ner till den svartare sulfidjrden på 3 3,5 m djup, där framträdde pelarna först bra ch ser ut att vara i fint skick. Därpå var det svårt att urskilja någn pelarstruktur mt djupet, se Figur 4-11 Pelarna upplevdes vara spradiska på detta djup ch bestå av enskilda ch hårda klumpar. Bindemedlet (cement/merit) syntes sm grusstråk. Schakten avbröts på ca 3,5 4 m djup pga att stra jrdvlymer började rasa in i grpen. Sammanfattningsvis upplevdes inte någn hmgen pelare i sulfidjrden. Det sm syntes var hårda enskilda klumpar ch delvis grus- ch sandstråk. I den siltig leran överst i jrdprfilen var pelaren mycket hård ch helt hmgen ungefär sm dålig betng. Figur 4-10. Pelare E9 nedschaktad fram till djup 2 3 m, pelarstrukturen syns tydligt. 26 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 4-11. Pelare E9 framschaktad i sulfidjrden. Det är svårt att urskilja någn pelare från 3 m djup ch nedåt. Pelare A9 Denna pelare var tillverkad med bindemedlet kalk/cement i prprtinerna 50/50 ch med mängden 150 kg/m 3. Vid installatin tillämpades stigningen 10 mm/varv ch rtatinshastigheten 200 varv/min. För resultat från spetskraftsmätning se Bilaga 7 (OBS denna pelare prvtrycktes inte, jämför med pelare A7 ch A8). Vid framgrävning av pelare A9 framkm en hård ch hmgen pelare de översta två metrarna. I en upptagen bit av pelaren från ca 3 m djup syntes bindemedlet (kalk/cement) tydligt ch prvet höll ihp bra i stra stycken, dck inte lika bra sm i de översta två metrarna i den siltiga leran, se Figur 4-12. Därefter mt djupet då jrden övergår till den svartare sulfidjrden framträdde pelaren frtfarande tydligt. När schaktdjupet började närma sig 4 m rasade grpen plötsligt igen ch framgrävningen avbröts. Denna pelare upplevdes bättre än E8 ner i den svarta sulfidjrden. 27 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 4-12. Pelare A9 på ca 3 m djup. Resultat från kntrllsnderingar har visat att pelare E8 ch E9 är de sm uppnått lägst hållfasthet av samtliga pelare i prvfältet, sm lägst knappt 60 kpa i skjuvhållfasthet vid 90 dygns sndering. Snderingsresultaten visar dck att en hållfasthetsökning har skett i jrden även m det var svårt att urskilja någn pelarstruktur i sulfidjrden. I efterhand kan man knstatera att det hade varit önskvärt att schakta fram fler pelare. Av kstnadsskäl schaktades inte fler pelare fram ch valet av pelare E8 ch E9 (CM 30/70) ch A9 (KC 50/50) grundade sig på att det var önskvärt att schakta fram en referenspelare (KC 50/50) samt minst ett av de nya bindemedlen, vilket blev CM 30/70. 28 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 5 RESULTAT Resultat från fältförsök avseende variatin av hållfasthet med djupet mätt med förbrrad pelarsndering med spetskraftsmätning med CPT-spets redvisas i Bilaga 2 till Bilaga 11. I vissa av bilagrna redvisas även resultat från labratrieresultat mräknade från tryckhållfasthet från enaliga tryckförsök till skjuvhållfasthet, så att en jämförelse kan göras mellan labratrie- ch fältresultat. 5.1 Resultat från labratrieförsök Resultaten från labratrieförsöken visar: Karakterisering enligt Mácsik (2000) ger att Typ 1 jrden (se Tabell 3-2) är svårast att stabilisera (w, Fe/S-kvt, red ptential, ph, spec. knduktivitet ingår i karakteriseringen). Stjärndiagram i Bilaga 15 visar att red ptential, ph, spec. knduktivitet men även det rganiska innehållet i jrden kan ha str betydelse för stabiliseringseffekten. Gdtagbar förstärkningseffekt kan uppnås, men mer bindemedel krävs i sulfidjrd jämfört med annan lera. Bindemedel CM 70/30 ch C100 gav högst tryckhållfasthet i den mest prblematiska jrden. 5.2 Resultat från fältförsök För att få en överblick av fältresultaten så visas en sammanställning av medelskjuvhållfastheterna på ett visst djup i Tabell 5.1. I Bilaga 2-11 redvisas erhållen spetskraft från pelarsnderingarna (dubbelprvning) ch dessa ger en bättre detaljeringsgrad. De parametrar sm varierat i fält är typ av bindemedel, bindemedelsmängd, inblandningsarbete (här mätt sm stigningshastighet) ch härdningstid. En jämförelse har utförts för pelarsndering i naturlig jrd ch i stabiliserad jrd, se Figur 5-1 ch Figur 5-2, snderingarnas läge redvisas i Bilaga 1. En tydlig stabiliseringseffekt går att urskilja. 29 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Tabell 5-1. Medelskjuvhållfasthet vid pelarsndering, ett medelvärde för två snderingar. Bindemedel Mängd Tidpunkt för prvning Stigning Medel skjuvhållfasthet på ett visst djup Djupet för den i klumnen bredvid angivna skjuvhållfasheten [kg/m 3 ] [dygn] [mm/varv] [kpa] [m.u.m.y] KC 50/50 250 28 10 190 4,4-4,7 20 150 4,3-4,8 150 10 130 4,1-4,7 30 135 4,1-4,7 90 10 165 4,2-5,0 30 165 4,7-4,9 KCG 33/33/33 250 28 10 120 4,2-5,0 20 120 4,2-4,4 150 10 85 4,4-4,9 30 105 4,2-5,1 90 10 120 4,3-5,5 30 135 4,4-4,7 CM 30/70 250 28 10 250 1 3,7-4,6 20 205 4,0-4,7 150 10 105 1 4,3-4,8 30 105 3,4-4,7 90 10 90 2,8-4,6 30 90 3,9-4,2 C 250 28 10 190 3,3-4,8 20 430 2,9-4,2 150 10 120 3,5-4,6 30 90 4,0-4,7 90 10 145 4,0-4,3 30 130 3,3-4,6 C + Vatten 250 28 10 150 2 2,7 30 105 2,0-2,7 150 10 240 3,2-4,7 30 120 1,7-3,3 90 10 200 2,7-3,2 30 140 3,2-3,9 1 Str spridning 2 Endast ett värde 30 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 5-1. Jämförelse mellan pelarsndering i naturlig jrd (grön linje) ch stabiliserad sulfidjrd (KC 50/50 röd ch blå linje, dubbel sndering). Grön linje är referenssndering C55, se Bilaga 13. Svarta punkter är labratrieresultat, ett medelvärde för dubbelprv. Figur 5-2. Jämförelse mellan pelarsndering i naturlig jrd (grön linje) ch stabiliserad sulfidjrd (KCG 33/33/33, röd ch blå linje, dubbel sndering). Grön linje är referenssndering C55, se Bilaga 13. Svarta punkter är labratrieresultat, ett medelvärde för dubbelprv. För att se skillnaden mellan lika bindemedel har resultaten från pelarsnderingar placerats i ett ch samma diagram, se Figur 5-3 ch Figur 5-4. Diagrammen visar snderingar utförda för samtliga bindemedel efter 28 dygns härdning med bindemedelsmängderna 150 respektive 250 kg/m 3 samt med stigningen 10 mm/varv. 31 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 5-3. Jämförelse mellan lika bindemedel med mängden 150 kg/m 3, stigning 10mm/varv ch prvning efter 28 dygn. Blå=KC50/50, röd=kcg 33/33/33, grön=cm 30/70, Turks=C, svart=c+vatten. 32 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 5-4. Jämförelse mellan lika bindemedel med mängden 250 kg/m 3, stigning 10mm/varv ch prvning efter 28 dygn. Blå=KC50/50, röd=kcg 33/33/33, grön=cm 30/70, Turks=C, svart=c+vatten. 33 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 I Figur 5-5 till Figur 5-9 görs en jämförelse mellan lika stigningshastigheter för respektive bindemedel med mängden 150 kg/m 3 ch prvningstiden 28 dygn. Pelarsnderingarna visar att det är svårt att påvisa att någn av stigningshastigheterna 10 eller 30 mm/varv skulle vara bättre än den andra för den trra metden. Det finns dck små skillnader för bindemedel C ch CM 30/70 där stigningen 10 mm/varv gett en någt högre hållfasthet jämfört med stigningen 30 mm/varv. För pelarna med cement+vatten (MDM-bygel) däremt har stigningshastigheten 10 mm/varv gett ett bättre resultat jämfört med stigningen 30 mm/varv. Figur 5-5. Jämförelse mellan lika stigningshastigheter för bindemedel KC 50/50, blå = 10mm/varv ch röd = 30mm/varv. Svarta punkter är labratrieresultat, ett medelvärde för dubbelprv. Figur 5-6. Jämförelse mellan lika stigningshastigheter för bindemedel KCG 33/33/33, blå = 10mm/varv ch röd = 30mm/varv. Svarta punkter är labratrieresultat, ett medelvärde för dubbelprv. 34 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 5-7. Jämförelse mellan lika stigningshastigheter för bindemedel CM 30/70, blå = 10mm/varv ch röd = 30mm/varv. Svarta punkter är labratrieresultat, ett medelvärde för dubbelprv. Figur 5-8. Jämförelse mellan lika stigningshastigheter för bindemedel C, blå = 10mm/varv ch röd = 30mm/varv. Svarta punkter är labratrieresultat, ett medelvärde för dubbelprv. 35 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Figur 5-9. Jämförelse mellan lika stigningshastigheter för bindemedel C+vatten (MDM), blå = 10mm/varv ch röd = 30mm/varv. Svarta punkter är labratrieresultat, ett medelvärde för dubbelprv. Resultaten från försöken visar: Generellt: Förbrrad pelarsndering med spetskraftsmätning med CPT-spets visar repeterbara resultat, vilket innebär att metden kan antas väl spegla hållfasthetsvariatinen i pelarna. Skjuvhållfastheten i pelarna följer i princip den naturliga lerans variatin i skjuvhållfasthet mt djupet. Hållfasthetsökning mellan 28 ch 90 dygn uppskattas grvt till ca 20 %, för flertalet av pelarna bedöms merparten av hållfastheten har uppnåtts efter 28 dygn. Uppgrävning av pelare visade på vissa prblem med hmgeniteten för några pelare. Överensstämmelse i resultat mellan labratrie- ch fältförsök är tämligen gd för samtliga bindemedel, med undantag på 5 m djup. Typ av bindemedel: Överlag tämligen gd förstärkningseffekt med flertalet bindemedel. Tydlig ökning (ca 20 %) av förstärkningeffekt i skiktet med prblemjrd mellan 28 ch 90 dygn med bindemedel KC, KCG ch C. Bäst förstärkningseffekt i fält med bindemedelsmängden 150 kg/m 3 i skiktet med prblemjrd erhölls i pelare med C+ vatten (MDM-bygel) ch låg stigning. Lägst uppmätta förstärkningseffekt i fält blev det i pelarna med bindemedel CM 30/70 ch mängden 150 kg/m 3. Dessa pelare uppvisade ckså relativt str spridning i resultaten. För bindemedel KC 50/50 var fältresultaten betydligt bättre jämfört med inblandningsförsöken i labratrium. Bindemedelsmängd: Bindemedelsmängden 250 kg/m 3 ger en högre hållfasthet än 150 kg/m 3, men för de flesta bindemedlen ger 150 kg/m 3 en gdtagbar förstärkningseffekt. Med 150 kg/m 3 erhålls ca 3-5 ggr högre snderingsmtstånd i pelare än naturlig jrd berende på bindemedelstyp. Med 250 kg/m 3 är stabiliseringseffekten högre än 4. Det är större variatiner mellan lika bindemedel vid mängden 250 kg/m 3 än vid 150 kg/m 3 vilket möjligen kan ber på större svårighet att blanda vissa bindemedel i så stra mängder. För C ch CM 30/70 är skillnaden i hållfastheten större mellan mängden 250 kg/m 3 ch 150 kg/m 3 jämfört med övriga bindemedel. 36 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Stigningshastighet: Stigningshastighet 30 mm/varv var i många fall svår att uppnå för bindemedelsmängden 250 kg/m 3. Generellt är det ingen större skillnad avseende stigningshastigheterna 10 ch 30 mm/varv med den trra metden. Små skillnader erhölls dck för bindemedel C ch CM 30/70 där stigningen 10 mm/varv gav en någt högre hållfasthet jämfört med stigningen 30 mm/varv. För pelare med C+vatten (MDM-bygel) har stigningen str betydelse ch låg stigning gav bättre resultat. 37 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 6 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER Några av de slutsatser sm kan dras från prjektet är: Hållfastheten sm uppnåtts i fält visar på att djupstabilisering i sulfidjrd är en möjlig metd för väg- ch järnvägsbyggnatin. Undersökningar i både labratrium ch fält är dck nödvändiga. Uppgrävning av pelare visade på prblem med hmgeniteten för vissa pelare ch det är därför viktigt att utföra prvpelare för undersökning av hållfastheten i fält, gärna med framschaktning av pelare. Hållfasthetsökning mellan 28 ch 90 dygn uppskattas grvt till 20 %, dvs. merparten av hållfastheten har uppnåtts efter 28 dygn. Bindemedelsmängden 250 kg/m 3 ger en högre hållfasthet än 150 kg/m 3, men för de flesta bindemedlen ger 150 kg/m 3 en gdtagbar förstärkningseffekt. För C ch CM 30/70 är skillnaden i hållfasthet större mellan mängden 250 kg/m 3 ch 150 kg/m 3 jämfört med övriga bindemedel. Generellt är det ingen större skillnad avseende stigningshastigheterna 10 ch 30 mm/varv med den trra metden. Små skillnader erhölls dck för bindemedel C ch CM 30/70 där stigningen 10 mm/varv gav en någt högre hållfasthet jämfört med stigningen 30 mm/varv. För pelare med C+vatten (MDM-bygel) har stigningen str betydelse ch låg stigning gav bättre resultat. Pelarsnderingar med spetskraftsmätning visar repeterbara resultat ch det är lämpligt att utföra mätningarna på det sättet. Kemiska parametrar hs den naturliga jrden bör undersökas. Hållfastheten sm uppnåtts i fält visar att djupstabilisering i sulfidjrd är en möjlig metd för väg- ch järnvägsbyggnatin. Jrdprfiler med sulfidjrd är fta skiktade med jrdlager sm har varierande egenskaper ch erfrdrar nggranna undersökningar. Standardrecept sm används för vanlig lera bör inte användas, utan större mängd ch lika typer av bindemedel bör prvas. Överensstämmelse i resultat mellan labratrie- ch fältförsök var tämligen gd. Inblandningsförsök bör utföras på labratrium för att få en uppfattning m möjligheterna att stabilisera sulfidjrden. Preliminär dimensinering kan utföras utifrån labratrieresultat, men slutligt val av bindemedel ch verifiering av utförande ska ske med prvpelare i fält. Hmgeniteten bör undersökas genm framgrävning av pelare. Karakterisering enligt Mácsik (2000) ger att Typ 1 jrden (se Tabell 3-2) är svårast att stabilisera (w, Fe/S-kvt, red ptential, ph, spec. knduktivitet ingår i karakteriseringen). Stjärndiagram i Bilaga 15 visar att red ptential, ph, spec. knduktivitet men även det rganiska innehållet i jrden kan ha str betydelse för stabiliseringseffekten. Det rekmmenderas att dessa parametrar undersöks för att de ger en indikatin på svårigheten att stabilisera även m karakteriseringen i sig är till för att bedöma försurningsptential. Detta prjekt utgörs endast av ett prvmråde. Det rekmmenderas därför att vara försiktig vid prjektering av pelare i sulfidjrd. Fler uppföljningar krävs för att bygga upp mer erfarenhet ch kunna dra mer generella slutsatser. Beständigheten hs pelarna i sulfidjrd bedöms inte påverkas så länge det inte kmmer in syre, Det finns inget sm talar för att någn förändring skulle ske, men för att verifiera detta brde platsen undersökas igen efter ca fem år för att se m någn förändring av hållfastheten har skett i pelarna. I det här fallet har pinnbrr ch MDM-bygel använts ch jämförelse har därför inte kunnat göras av mest lämpligt verktyg för inblandning i sulfidjrd. 38 (39)
SGI SGI Varia 597 1-0401-0059 Kvarstående frågr sm brde utredas ytterligare är bl a verifiering på fler platser för att kunna dra mer generella slutsatser, hmgentitet, beständighet ch val av verktyg. 7 REFERENSER Anderssn, M. ch Nrrman, T. (2004). Stabilisering av sulfidjrd en litteratur- ch labratriestudie. Luleå tekniska universitet, Institutinen för Samhällsbyggnad, Avdelningen för Geteknik. Eamensarbete 2004:126, Luleå. Hanssn, T., Rgbeck, Y. ch Säfström, L. (2000). Undersökning i fält av stabiliseringseffekt i rganisk jrd ch lera. svensk Djupstabilisering, arbetsrapprt 12. Håkanssn K. (2002). Förstudie av metder för byggnatiner på svavelhaltiga jrdar tekniska ch miljömässiga aspekter, SGI Dnr 1-0011-0754. Larssn, R., Nilsn, G. ch Rgbeck, J. (1985). Bestämning av rganisk halt, karbnathalt ch sulfidhalt i jrd. Statens getekniska institut, Rapprt 27. Linköping. Larssn, R., (2006). Djupstabilisering med bindemedelsstabiliserade pelare ch massstabilisering. En vägledning. Svensk Djupstabilisering. Rapprt 17. Linköping. Larssn, S. (2003). Miing Prcesses fr grund imprvement by deep miing. Dktrsavhandling. Kungliga tekniska högsklan. Avdelningen för jrd ch bergmekanik. Stckhlm. Mácsik, J. (2000). Försurningsptential i sulfidjrd Metdutveckling/ förstudie, Luleå tekniska universitet, Luleå. Mácsik, J. (2003). Bedömning av sulfidjrd - Stabiliseringseffekt vs typ av sulfidjrd, internrapprt, Scandiacnsult, Sundsvall. 39 (39)
Bilagr
CPT-sndering utförd enligt EN ISO 22476-1 Förbrrningsdjup Start djup Stpp djup Grundvattennivå 1,00 m 1,00 m 7,33 m 0,50 m Referens Nivå vid referens Förbrrat material Gemetri Let Nrmal Vätska i filter Glycerin Brrpunktens krd. Utrustning Snd nr 3380 Prjekt Prjekt nr Plats Brrhål Datum Bilaga 14 Sulfidjrdsstabilisering, Btniabanan 11925 Umeå A0 080609 Spetstryck q t (MPa) Friktin f t (kpa) Prtryck u, u, u (kpa) Friktinskvt R ft (%) Prtrycksparameter B q 0 1 2 3 4 5 0 50 100 150 200 250-100 0 100 0 5 10 15 0,0 0,2 0,4 0,0 Lutning (grader) 0 2 4 0,5 1,0 1,5 2,0 U 2,5 U 3,0 U 3,5 U Djup (m) 4,0 4,5 U 5,0 5,5 U U 6,0 6,5 U U 7,0 U H:\yvrg\yvrg-11925 sulfidjrdsstabilisering\data-bearbetning\fältförsök\cpt-sndering\bh A0.cpw 2008-06-23
Utvärderad enligt SGI rapprt 69 - sulfidjrd Referens Nivå vid referens Grundvattenyta Startdjup 0,50 m 1,00 m Förbrrningsdjup Förbrrat material Utrustning Gemetri 1,00 m Let Nrmal Utvärderare Datum för utvärdering Mattias Anderssn 2008-06-16 Prjekt Prjekt nr Plats Brrhål Datum Bilaga 14 Sulfidjrdsstabilisering, Btniabanan 11925 Umeå A0 080609 0,0 Klassificering Odränerad skjuvhållfasthet τ fu (kpa) 0 10 20 30 40 50 Friktinsvinkel ( ) 0 20 40 60 Relativ lagringstäthet I D (%) 0 20 40 60 80 Mdul (MPa) 0 10 20 30 40 50 60 70 0,5 1,0 Crust 1,5 2,0 2,5 3,0 gyle gysulesi + Svensk empiri Lunne, överknsliderad Lunne, nrmalknsliderad Djup (m) 3,5 4,0 4,5 gyle sigyle Cl Si EL v L NC () (()) (()) + + 5,0 Cl EL vl NCSi NC () () 5,5 6,0 Sa Si Cl v L L v L M NC () + + + + 6,5 7,0 Si Sa v L L Med + + + + + H:\yvrg\yvrg-11925 sulfidjrdsstabilisering\data-bearbetning\fältförsök\cpt-sndering\bh A0.cpw + 2008-06-23
Utvärderad enligt SGI rapprt 69 - sulfidjrd Referens Nivå vid referens Grundvattenyta Startdjup 0,50 m 1,00 m Förbrrningsdjup Förbrrat material Utrustning Gemetri 1,00 m Let Nrmal Utvärderare Datum för utvärdering Mattias Anderssn 2008-06-16 Prjekt Prjekt nr Plats Brrhål Datum Bilaga 14 Sulfidjrdsstabilisering, Btniabanan 11925 Umeå A0 080609 0,0 Klassificering Effektivtryck (kpa) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Odränerad skjuvhållfasthet τ fu (kpa) 0 50 100 0,5 1,0 Crust 1,5 2,0 2,5 gyle 3,0 gysulesi Djup (m) 3,5 4,0 4,5 gyle sigyle Cl Si EL v L NC () (()) (()) 5,0 Cl EL vl NCSi NC () () 5,5 6,0 Sa Si Cl v L L v L M NC () (()) (()) 6,5 Si v L (()) 7,0 Sa L Med H:\yvrg\yvrg-11925 sulfidjrdsstabilisering\data-bearbetning\fältförsök\cpt-sndering\bh A0.cpw 2008-06-23
Bilaga 14 2008-06-23 C P T - sndering Prjekt Sulfidjrdsstabilisering, Btniabanan 11925 Förbrrningsdjup Startdjup Stppdjup Grundvattenyta Referens Nivå vid referens Kalibreringsdata Spets 3380 Datum Areafaktr a 0,610 Areafaktr b 0,011 Skalfaktrer 1,00 m 1,00 m 7,33 m 0,50 m Förbrrat material Gemetri Vätska i filter Operatör Utrustning Inre friktin O c Inre friktin O f Crss talk c 1 Crss talk c 2 Prtryck Friktin Spetstryck Område Faktr Område Faktr Område Faktr 0,0 kpa 0,0 kpa 0,000 0,000 Plats Brrhål Datum Let Nrmal Glycerin Markku Jämse Prtryck registrerat vid sndering Nllvärden, kpa Före Efter Diff Krrigering Prtryck Friktin Spetstryck Umeå A0 080609 Prtryck Friktin Spetstryck 101,00 101,00 0,00 0,00 1,00 1,00 0,00 0,04 0,04 (ingen) (ingen) (ingen) Bedömd snderingsklass Använd skalfaktrer vid beräkning Prtrycksbservatiner Skiktgränser Klassificering Djup (m) 0,50 Prtryck (kpa) 0,00 Djup (m) Djup (m) Från Till 0,00 1,50 1,50 2,25 2,25 2,75 2,75 3,25 3,25 3,75 3,75 4,25 Densitet (tn/m 3 ) 1,70 1,63 1,53 1,41 1,53 1,61 Flytgräns 0,70 0,74 1,56 0,68 0,58 Jrdart Crust gyle gyle gysulesi gyle sigyle Anmärkning H:\yvrg\yvrg-11925 sulfidjrdsstabilisering\data-bearbetning\fältförsök\cpt-sndering\bh A0.cpw
CPT-sndering utförd enligt EN ISO 22476-1 Förbrrningsdjup Start djup Stpp djup Grundvattennivå 1,40 m 1,40 m 7,20 m 0,50 m Referens Nivå vid referens Förbrrat material Gemetri Nrmal Vätska i filter Glycerin Brrpunktens krd. Utrustning Snd nr 3380 Prjekt Prjekt nr Plats Brrhål Datum Bilaga 14 Sulfidjrdsstabilisering, Btniabanan 11925 Umeå E51 080609 Spetstryck q t (MPa) Friktin f t (kpa) Prtryck u, u, u (kpa) Friktinskvt R ft (%) Prtrycksparameter B q 0 5 10 15 20 25 0 100 200 0 200 400 0 10 20 30 0,0 0,5 1,0 1,5 0,0 Lutning (grader) 0 2 4 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 U U 3,0 Djup (m) 3,5 4,0 4,5 U U U 5,0 U 5,5 U 6,0 U 6,5 U 7,0 H:\yvrg\yvrg-11925 sulfidjrdsstabilisering\data-bearbetning\fältförsök\cpt-sndering\bh E51.cpw 2008-06-23
Utvärderad enligt SGI rapprt 69 - sulfidjrd Referens Nivå vid referens Grundvattenyta Startdjup 0,50 m 1,40 m Förbrrningsdjup Förbrrat material Utrustning Gemetri 1,40 m Nrmal Utvärderare Datum för utvärdering Mattias Anderssn 2008-06-16 Prjekt Prjekt nr Plats Brrhål Datum Bilaga 14 Sulfidjrdsstabilisering, Btniabanan 11925 Umeå E51 080609 0,0 Klassificering Odränerad skjuvhållfasthet τ fu (kpa) 0 10 20 30 40 50 Friktinsvinkel ( ) 0 20 40 60 Relativ lagringstäthet I D (%) 0 20 40 60 80 Mdul (MPa) 0 5 10 15 20 25 30 35 0,5 Crust 1,0 1,5 2,0 gyle 2,5 3,0 gy SuLesi + Svensk empiri Lunne, överknsliderad Lunne, nrmalknsliderad Djup (m) 3,5 4,0 4,5 gyle sigyle Cl Sa L v L NC () + 5,0 EL M NC NCSi () () () 5,5 Cl EL NC () () () 6,0 M NCSi () 6,5 Sa Si L + + 7,0 Sa Med + + + H:\yvrg\yvrg-11925 sulfidjrdsstabilisering\data-bearbetning\fältförsök\cpt-sndering\bh E51.cpw 2008-06-23