Grundförstärkning med stenpelare - Introduktion och beräkningsmodell

Sammanfattning: I dag finns ett flertal metoder för jordförstärkning i samband med grundläggning av vägar och hus. För förstärkning av kohesiva jordar är bland annat stenpelarmetoden användbar. Stenpelarförstärkning är en etablerad förstärkningsmetod i stora delar av världen. Metoden härstammar från Tyskland där vibrationsbaserad förstärkning utvecklades under 1930-talet. En stenpelare byggs upp genom att stenmaterial vibreras ner i marken och skapar en pelare med en diameter som varierar beroende på motståndet från omkringliggande jord. I Sverige har stenpelarförstärkning tillämpats endast för ett fåtal projekt. I dagsläget används metoden vid en ombyggnad av väg 73 mellan Stockholm och Nynäshamn. Examensarbetet baseras på detta projekt där sättningsberäkningar är utförda för en tio meter hög vägbank. LCM AB utför grundförstärkningen och Vägverket är beställare. Den mest etablerade dimensioneringsmetoden för stenpelare är framtagen utifrån de jordförhållanden som råder på sydligare breddgrader. Det krävs därför vissa korrigeringar om denna metod skall användas för de jordförhållanden som råder i Sverige. För dimensionering av stenpelare används ett dimensioneringsprogram som heter GRETA. Programmet beräknar den totala sättning som förväntas uppstå i den förstärkta jorden utifrån geoteknisk indata för den aktuella platsen. En viktig parameter i beräkningarna är kompressionsmodulen. Kompressionsmodulen beskriver lerans styvhetsegenskaper. Modulen varierar beroende på vilken belastning som påverkar jorden och kan bestämmas med hjälp av CRS-försök. En avgörande faktor för kompressionsmodulens värde är om förkonsolideringstrycket har överskridits eller ej. Om förkonsolideringstrycket är överskridet medför det att kompressionsmodulen går från ett konstant till ett varierande värde. Beräkningsprogrammet GRETA tar inte hänsyn till en varierande kompressionsmodul. Med hjälp av data från CRS-försök beräknas därför en utvärderad kompressionsmodul som bättre beskriver hur leran reagerar under belastning. Beräkningen av den utvärderade modulen är dock tidsödande. Förutom sättningsberäkningar med Mutv utförs därför också beräkningar med kompressionsmoduler direkt från CRSförsöket, M0 och ML, för att notera skillnaden i sättning beroende på vilket värde som använts. Sättningen beräknad med de tre kompressionsmodulerna jämförs sedan med verkliga sättningar, uppmätta med slangsättningsmätningar. De sättningar som hittills har uppmätts tycks bäst följa de sättningar som är beräknade med ML som kompressionsmodul. Skillnaden gentemot de beräkningar som är baserade på M0 och Mutv är dock liten. Detta beror på att förkonsolideringstrycket precis har överskridits. Skillnaden i sättning kommer att öka med tiden eftersom fler laststeg skall adderas. Efter hand kommer troligen Mutv bli det modulvärde som ger den bästa upp-skattningen. Den tid det tar för sättningar att uppstå i kohesiva jordar står i direkt samband med hur snabbt porvattnet kan dräneras från jorden. Stenpelare agerar som dränerande brunnar i den täta leran och påskyndar därför sättningarna markant, vilket är önskvärt. Konsolideringsgraden U beskriver hur sättningarna varierar med tiden. GRETA är inte programmerat för att behandla tidsberoende sättningar, vilket medför att alla konsolideringsberäkningar måste utföras för hand. Det finns olika teorier för beräkning av konsolideringsgrad, dels generella teorier för vattenmättade oförstärkta leror framtagna av Terzaghi, dels specifika för stenpelareförstärkt jord framtagna av Han och Ye. För att bedöma vilka materialparametrar som har störst inverkan på beräkningsresultatet, rörande total sättning och konsolideringsgrad, har en känslighetsanalys utförts. En viktfaktor har införts för att kunna jämföra olika parametrar. Ett stort värde på viktfaktorn v erhålls om en liten förändring av aktuell parameter ger en stor förändring av resultatet. Den av de testade parametrarna som visade sig ha störst vikt, både rörande konsolideringsgrad och total sättning, var centrumavståndet mellan pelarna. Beräkningsprogrammet GRETA uppfyller inte alla önskemål som kan ställas på ett geotekniskt dimensioneringsprogram. Det hade varit önskvärt om programmet kunde hantera varierande kompressionsmodul, tidsberoende sättningar och andra lastfall än konstant belastning.