EXAMENSARBETE - pure.ltu.se - Luleå tekniska universitet

EXAMENSARBETE - pure.ltu.se - Luleå tekniska universitet

EXAMENSARBETE
Geoteknisk undersökning för en ny ishall i
Sjöparken
Erik Modig
2015
Högskoleexamen
Samhällsbyggnad
Luleå tekniska universitet
Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser
Geoteknisk undersökning för en ny ishall i Sjöparken
Erik Modig
Förord
Det här är mitt slutliga examensarbete vid samhällsbyggnadsutbildningen som jag läser vid
Luleå tekniska universitet. Arbetet omfattar 7,5 HP av utbildningens totalt 120
högskolepoäng. Arbetet skall vara av forskande/undersökande typ inom valfritt ämne
kopplat mot utbildningen. Examensarbetet skrevs hos WSP Samhällsbyggnad i Luleå där jag
även gjorde min VFU.
Under min VFU gjorde vi många olika geotekniska undersökningar, vid slutet av VFU:n så
beslutade jag att mitt examensarbete skall avhandla mina erfarenheter från de geotekniska
undersökningarna för den nya ishallen i Gällivare/Sjöparken. Detta arbete har utförts med
skräckblandad förtjusning då området är både stort, brett och komplicerat. För mig har detta
projekt gett mig ytterligare kunskap om geoteknik och dess olika moment. Genom mitt
arbete skall ni få hänga med genom processen från uppstart till rekommendation till
grundläggning.
Vill passa på att tacka Göran Pyyny och Stefan Johansson på WSP i Luleå för bollande av
idéer och hjälp med svåra begrepp och beräkningar. Vill också rikta tack till Thomas
Sandberg WSP för hjälpen under veckorna vi utförde borrningarna.
Luleå 2015-06-04
i
Sammanfattning
Gällivare kommun har beslutat om att en ny ishall skall byggas då den befintliga ishallen i
Malmberget är fallfärdig. Från början fanns det 5 alternativ var den nya ishallen skulle
byggas. Till slut stod det mellan 2 platser båda i Sjöparken.
Sjöparken utgörs av en älvfåra. Marken har tidigare varit myrmark, men har avvattnats och
fyllts igen med schaktmassor. Idag är marken fortfarande relativt fuktig på sina håll.
Under några veckor i februari och mars genomfördes olika borrningar i Sjöparken av Tomas
Sandberg och Erik Modig WSP samhällsbyggnad. Prover och data togs för att kunna ge
Gällivare kommun underlag för att utföra grundläggning av nya ishallen.
Utskiftning av den varierande fyllningen och torven ned till fast botten ses som ett
huvudalternativ. Återfyllning och packning utförs därefter med friktionsjord upp till önskad
grundläggningsnivå. Därefter kan grundläggning ske med platta på mark eller plintar
alternativt fundament. I byggnadsdelar med större djup till fastare material eller där mycket
stora laster kan bli aktuella kan grundläggning behöva utföras på pålar. Beroende på vilken
nivå underkant anläggning planeras att ligga på kan täta konstruktioner behövas om delar av
anläggningen ligger under nivån för grundvattenytan. Vägar, gator och andra körytor
bedöms översiktligt kunna anläggas på de befintliga fyllningarna. De blandade fyllningarna är
dock tjälfarliga. Tjälfarlighetsklass 3 ska förutsättas.
Under byggskedet är det rimligt att anta att tät spont kommer att behövas vid
schaktningsarbeten med hänsyn till rådande jord- och vattenförhållanden. I byggskedet ska
kontroll omfatta att de verkliga jord- och grundvattenförhållandena överensstämmer med
de förutsättningar rekommendationerna i denna rapport baserats på.
ii
Innehållsförteckning
Förord .......................................................................................................................................... i
Sammanfattning ......................................................................................................................... ii
1.
Inledning ............................................................................................................................. 1
1.2 Metod ................................................................................................................................... 1
1.3 Avgränsningar....................................................................................................................... 1
2.
2.1
3.
Bakgrund ............................................................................................................................. 2
Läge A & C........................................................................................................................ 3
Beskrivning .......................................................................................................................... 4
3.1 Uppstartsmöte ..................................................................................................................... 4
3.2 Planering och redovisning .................................................................................................... 4
3.3 Ledningsinventering ............................................................................................................. 5
3.4 Val av metoder ..................................................................................................................... 5
3.5 Geomodeller ......................................................................................................................... 6
3.6 Olika markförhållanden ........................................................................................................ 6
3.7 Inmätning och utsättning ..................................................................................................... 8
4.
Geotekniska undersökningar ............................................................................................ 10
4.1 Borrplan .............................................................................................................................. 10
4.2 Metodval ............................................................................................................................ 10
4.3 Viktsondering (Vim) ............................................................................................................ 11
4.4 Skruvprovtagning (Skr) ....................................................................................................... 15
4.5 Hejarsondering (HfA).......................................................................................................... 17
4.6 Utvärderingsmetod ............................................................................................................ 20
4.7 Grundvatten ....................................................................................................................... 24
5.
Markteknisk undersökningsrapport (MUR) ...................................................................... 26
5.1 Objekt ................................................................................................................................. 26
5.2 Ändamål ............................................................................................................................. 26
iii
5.3 Underlag för undersökningen ............................................................................................ 26
5.4 Styrande dokument ............................................................................................................ 27
5.5 Arkivmaterial ...................................................................................................................... 27
5.6 Befintliga förhållanden ....................................................................................................... 27
5.7 Positionering....................................................................................................................... 27
5.8 Geotekniska fältundersökningar ........................................................................................ 27
5.9 Utförda provtagningar........................................................................................................ 28
5.10 Fältingenjörer ................................................................................................................... 28
5.11 Hydrogeologiska undersökningar..................................................................................... 28
6. Härledda värden ................................................................................................................... 29
7. Slutsatser/PM ....................................................................................................................... 31
7.1 Projekteringsanvisningar .................................................................................................... 31
7.2 Geoteknisk kategori och säkerhetsklass ............................................................................ 31
7.3 Beräkningsanvisningar ....................................................................................................... 31
7.4 Geotekniska förhållanden .................................................................................................. 32
7.5 Dimensionerande värden ................................................................................................... 34
8. Rekommenderad metod för grundläggning......................................................................... 35
Referenser
iv
1. Inledning
1.1 Syfte & Mål
Syfte och mål med denna rapport har varit att utöka mina kunskaper inom geoteknik samt
komma med ett lösningsförslag gällande markförstärkningsåtgärder till Gällivare kommun
för nybyggnationen av ishallen i Sjöparken.
1.2 Metod
Faktainsamling har skett genom litteraturstudie av tryckt och digitalt material. Personliga
samtal har förts med Göran Pyyny, Tomas Sandberg, Anders Andersson på WSP
Samhällsbyggnad. Platsbesök och utförande av provborrningar har även gjorts.
1.3 Avgränsningar
Mätning och utsättning förklaras bara generellt. Hantering av schaktmassor och
miljöaspekter frånses. Dimensioneringssätt för grundläggning refereras till boverkets
BFS.2011-10
1
2. Bakgrund
Gällivare kommun har beslutat att en ny ishall skall byggas då den befintliga ishallen i
Malmberget är fallfärdig. Det krävs allt för stora investeringar för att bygga om befintlig
ishall till godtagbart skick. Ishallen är byggd under 1965, stora renoveringar har skett sedan
dess. Under senaste 5 åren så har det uppdagats stora brister där takkonstruktion och
kylanläggningen är det mest akuta.
Gällivare kommun har därför beslutat att en ny ishall skall byggas. Från början fanns det 5
alternativ vart den nya ishallen skulle byggas. Till slut stod det mellan 2 platser, båda i
Sjöparken.
Sjöparken utgörs av en älvfåra, det som återstår av denna är dagens Jonkatjärnar. Marken
har tidigare varit myrmark, men har avvattnats och fyllts igen med schaktmassor. Idag är
marken fortfarande relativt fuktig på sina håll. Nedan visas en bild från Sjöparken från 1955
detaljplan.
Figur 1 Sjöparken 1955 (Sjöparken, 2007)
2
2.1 Läge A & C
Läge A innebär att badhuset intill sjöparksskolan måste rivas för att frigöra plats. Alternativ C
längre in i parken medför att den nybyggda uterinken försvinner samt att en ny detaljplan
krävs för att nya byggnaden inkräktar på parken, vilket kan medföra överklagan för boende i
närområdet. Även markförhållandena är sämre i parkområdet vilket kan fördyra projektet.
I december 2014 röstade politikerna fram läge C med siffrorna 24 mot 17 trots vetskapen om
sämre markförhållanden. Med motiveringen ”river vi badhuset har vi inget i Gällivare på sex
år”. Nedan visas dom två olika lägena.
Figur 2 Läge A & C Sjöparken (Google earth. 2015)
3
3. Beskrivning
3.1 Uppstartsmöte
Innan arbetet i fält påbörjas skall alltid ett startmöte mellan geotekniker och fältgeotekniker
hållas. Där går man igenom ett antal punkter.
•
•
•
•
•
Uppdragets syfte, eventuella markägare och vilka tillstånd som kan tänkas krävas.
Höjdsystem och vilket koordinatsystem.
Befintlig kunskap om geologiska förhållanden, jordarter och jorddjup.
Områdets användning och eventuella hinder & skyddsåtgärder.
Trafikanordningsplan även kallat TA-plan skall upprättas om arbetet skall ske i väg,
gatu eller spårområde.
Vid Sjöparken behövdes ingen TA-plan upprättas då arbetet inte störde eller gjorde avbrott
för dem som vistades där.
3.2 Planering och redovisning
Geotekniska undersökningar utförs med en rad olika syften och är inte alltid avsedda för ett
byggprojekt. I första hand måste därför syfte med undersökningen klarläggas vilket senare
blir vägledande för undersökningens omfattning och kvalitetskrav. Innan
fältundersökningen påbörjas skall en arkivinventering göras av tidigare undersökningar i
området detta för att få en överblick vad som väntar när det riktiga arbetet skall påbörjas.
I detta fall fanns det inga borrningar just i detta område.
4
3.3 Ledningsinventering
Innan fältundersökningen påbörjas skall alltid uppgifter om befintliga ledningar, kablar och
underjordsanläggningar tas fram. Ledningskartor eller utsättning av ledningar ska finnas på
arbetsplatsen.
Detta gäller:
•
•
•
•
Kablar (El, tele, TV, högspänning)
Vatten, dagvatten och avlopp
Fjärrvärmeledningar
Kulvertar
Vid skada på ledningar debiteras kostnaden för reparationer och följandekostnader på den
som orsakat skadan. Vid arbetet vid Sjöparken så var det väldigt nära en
högspänningsledning som vattenfall missat. Därför att det extra viktigt att kontakta
respektive ledningsägare innan arbetet påbörjas.
3.4 Val av metoder
Vid val av undersökningsmetod för en geoteknisk fältundersökning måste både de
geologiska förhållandena på platsen och vilka uppgifter som kan behövas beaktas.
Undersökningen ska ge en beskrivning av de markförhållanden som är relevanta för den
planerade konstruktionen eller för den aktuella problemställningen. Val av geoteknisk
kategori styr omfattningen av den geotekniska utredningen. Nedan ges riktlinjer för vilka
undersökningsmetoder som kan väljas vid olika jordarter och vid olika frågeställningar.
Enligt Eurokod finns tre provtagningskategorier (A-C) och fem kvalitetsklasser (1-5)
Provtagningskategori styrs av valet av utrustning och kvalitetsklass styr vilka
materialparametrar som kan bestämmas vid respektive provtagning. Aktuell
provtagningskategori respektive förväntad kvalitetsklass ska bestämmas i samband med
upprättande av undersökningsprogrammet. Verklig kvalitetsklass kan först bestämmas efter
laboratorieanalys.
Det är sällan möjligt att detaljplanera en fältundersökning i förväg. Som regler måste
undersökning anpassas successivt efter rådande förhållanden och efter erhållna resultat. Ett
sådant stegvis utförande utan avbrott kräver tät kontakt mellan geotekniker och
fältgeotekniker (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
5
3.5 Geomodeller
Geoteknik handlar om att bygga modeller av det vi inte ser under markytan i form av jord,
berg och grundvatten. Geomodeller består av geometrier, parametrar och egenskaper.
Geometri är helt enkelt beskrivningen av vart ingående jordlager och dess variation på
djupet tillsammans med uppgifter om grundvattennivåer, portryck. Parametrar för varje
ingående lager innebär normalt värde för hållfasthet och deformationer samt hur vattnet
uppför sig i materialet. Slutligen så kan egenskaper för varje ingående lager sammanfatta i
sådant som är svårare att kvantifiera som klassificering, schaktbarhet, pål och spontbarhet
(Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
Figur 3 Principskiss geomodell (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
3.6 Olika markförhållanden
Det finns en mängd olika geotekniska och marktekniska undersökningsmetoder då de är
lämpliga för olika saker och fungerar bättre eller sämre inom olika markförhållanden.
Inom gruppen med friktionsjordskaraktär hör sediment av sand och grus liksom de flesta
moräner och isälvsjordar. Exempel på isälvsjordar är sten, grus och sand från rullstensåsar
samt sand från deltan. Undantaget kan vara lermoräner som är sten och blockfattiga. Ostörd
provtagning är normalt inte möjligt i friktionsjordar varför provning via in-situ metoder och
spetstryckssondering är lämpligt för att bestämma hållfasthets och deformationsegenskaper.
I gruppen jordar med kohesionsjordskaraktär hör givetvis sediment av lera liksom normalt
organiska jordar. Ostörd provtagning kan vara svårt att utföra med gott resultat i fastare
leror eftersom att jordens fasta lagring ofta störs något så komplettering med provningar via
in-situ metoder och spetstrycksondering är därför lämpligare för att bestämma hållfasthets
och deformationsegenskaper(Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
6
Nedan redovisas ett antal provnings och provtagningsmetoder där en viss uppdelning är
gjord mellan jordar av friktions respektive kohesionsjordarskaraktär
Tabell 1 Förslag till metodval (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
7
3.7 Inmätning och utsättning
Eftersom att undersökningarna är punktformiga måste man kunna interpolera mellan dem
till en ytmässig beskrivning av jordlager och bergytor, en geomodell vill säga.
Undersökningarna måste därför kunna lägesbestämmas, detta innebär att de refereras till
sitt läge i ett geodetiskt referenssystem även kallat koordinatsystem vilket visar punkterna i
plan och höjd.
Det system vi använder idag kallas SWEREF 99 vilket är ett nationellt referenssystem för
mätning i plan. GNSS mätning är i folkmun även kallat GPS. Referenssystemen representeras
på två sätt. Dels finns det ett nät av fasta GPS-stationer med kända lägen dels finns ett stort
antal stompunkter (triangel och polygonpunkter) markerade över hela landet. GPS-stationer
mäter konturerligt mot GPS-satelliterna för att veta exakt position.
Sverige delas upp i olika zoner för att få mer noggrannhet i mätningarna. Gällivare går under
SWEREF 20, 15.
Höjdsystemet utgår från havsytans nivå och dess tänkta förlängning under kontinenterna.
Lokala höjder bestäms med hjälp av ett stort antal mätningar av tyngdkraften och ett
rikstäckande nät av höjdmätningar. Med avancerad matematik interpoleras
tyngdkraftsmätningar till en teoretisk nivåyta Höjdmätningarna redovisas som ett nät av
fixpunkter markerade av ståldubbar i berg.
Landhöjningen medför att höjdsystemet med tiden förlorar precision och kvalitet. De måste
därför förnyas med jämna mellanrum. Det aktuella rikstäckande höjdsystemet kallas RH2000
och bygger på förnyad rikstäckande precisionsavvägning. Men lokalt kan fortfarande
höjdsystem såsom RH00 från (1900), RH70 (1970) och rent lokala system användas. Eftersom
systemen kan skilja så pass lite att man kan ta fel, men tillräckligt för att ställa till stora
problem. Därför är det viktigt att alltid ange vilket höjdsystem som är aktuellt för mätningen
(Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
8
Nedan visas zonindelningen av SWEREF 99. Zonerna är anpassade till kommungränserna.
Figur 4 Zonindelning av SWEREF 99 (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
9
4. Geotekniska undersökningar
4.1 Borrplan
Nedan visas borrplanen för Sjöparken. Enligt Göran Pyyny på WSP Luleå så är borrplanen satt
godtyckligt efter vart det kan tänkas finnas lösare jord samt var själva grunden för nya
ishallen skall stå.
Figur 5 Borrplan Sjöparken
4.2 Metodval
Metoderna som använts i Sjöparken är framförallt Viktsondering (Vim), Skruvprovtagning
(Skr), Hejarsondering (HfA).
10
4.3 Viktsondering (Vim)
Viktsondering är den äldsta svenska standardiserade sonderingsmetod och togs fram runt
1920-talet av dåvarande SJ:s Geotekniska Kommission. Metoden utfördes vid denna tid helt
manuellt men har under årens lopp utvecklats för motordriven sonderingsutrustning.
Sonderingen kan idag enligt gällande standard SS-EN ISO TS 22476–10:2005 utförs såväl
maskinellt som manuellt. Vid viktsonderings pressas en skruvformad spets ned i jorden med
belastning och vridning. Sondering utförs utan vridning när sonderings motstånd understiger
1 kN.
Över 1 kN vrids sonden och antal halvvarv registreras för 0.20m penetrering. Denna metod
används gärna i lösa till medelfast sten & blockfattiga jordarter för bestämning av
jordlagerföljd och relativ fasthet. Känsligheten är lägre än för andra sonderingsmetoder där
stångfraktionen kan skiljas från det totala sonderingsmotståndet.
För att minska stångfraktioner på stängerna kan man med fördel förborra eller använda
foderrör, vid sjöparken så gjordes Vim alltid efter Skr för att minimera stångfraktionen,
samtidigt så minimeras tidsåtgången när man redan har förborrat genom tjälen. Nedan visas
en viktsonderingsspets utöver den skruvas ett 22mm Ø sondstål på (Svenska Geotekniska
Föreningen, 1998).
Figur 6 Viktsonderingsspets (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013)
11
Nedan visas utvärdering av materialparametrar för viktsondering för borrhål 15w0001 i
anslutning till gamla ”jonkatjärn”
Punkt nr
Marknivå
Vim W15001
355,715
RÅDATA Vim punkt 3
Vikt
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Varv/0,2
m
Djup
1,2
1,4 9
1,6
1,8
2 9
2,2
2,4
2,6 3
2,8
3
3,2 36
3,23
7
4
2
24
UTVÄRDERING, Vim(netto)
Material
8 Friktionsjord
Friktionsjord
Friktionsjord
8 Friktionsjord
Friktionsjord
Friktionsjord
3 Friktionsjord
Friktionsjord
Friktionsjord
11 Friktionsjord
Friktionsjord
Friktionsjord
HÄRLEDDA VÄRDEN
Nivå
Vim
Korrigering
Friktionsvinkel [°]
354,5
354,3
354,1
353,9
353,7
353,5
353,3
353,1
352,9
352,7
352,5
352,5
8,0
9,0
7,0
8,0
9,0
4,0
3,0
3,0
2,0
11,0
36,0
24,0
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
31,6
31,8
31,4
31,6
31,8
30,8
30,6
30,6
30,3
32,1
34,8
33,7
Figur 7 Materialutvärdering 15W001
Av tabellen kan man utläsa att förborrat hål finns ner till 1.2m, 8 halvvarvkrävdes för att
neddriva 0.20m med 1 kN (0.980665) / 100kg belastning. Vid 3.23m djup kunden inte
spetsen neddrivas ytterligare.
Figur 8 Relativ fasthet (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
12
E-modul [MPa
3
4
3
3
4
2
1
1
1
5
17
11
Friktionsvinkel, φ: Ett mått på jordens hållfasthet. Friktionsvinkeln beror på kornstorlek,
kornform och kornfördelning i jorden. En korrigering på 1.3 är satt pga. Friktionsjord
𝛗 = 𝟐𝟗 + (𝑽𝒊𝒎𝑵𝒆𝒕𝒕𝒐 ⁄𝟏. 𝟑)𝟎,𝟓𝟔
Ekvation 1 Joacim Olsson. (2008)
E-modul: Elasticitetsmodul (E), är ett mått på jordens deformationsegenskaper när den
utsätts för spänning. Enheten är (MPa).
Beskriver den elastiska deformationen orsakad av en påförd belastning. En korrigering på 1.3
är satt pga. Friktionsjord
𝟏.𝟎𝟕
𝑬 − 𝑴𝒐𝒅𝒖𝒍 = 𝟎. 𝟓 ∗ (𝑽𝒊𝒎𝑵𝒆𝒕𝒕𝒐 ⁄𝟏. 𝟑)
Ekvation 2 Joacim Olsson. (2008)
Härledda E-moduler
355,0
354,5
Nivå [RH 2000]
354,0
353,5
Vim W15001
353,0
352,5
352,0
1
5
25
E-modul [MPa]
Figur 9 E-modul Vim W15001
13
Härledda friktionsvinklar
355,0
354,5
Nivå
354,0
353,5
Vim W15001
353,0
352,5
352,0
28 30 32 34 36 38 40 42
Friktionsvinkel [°]
Figur 10 Friktionsvinkel W15001
14
4.4 Skruvprovtagning (Skr)
Vid skruvprovtagning tas störda eller omrörda prover genom hela jordprofilen. Kvalitén
beror på jordarten, grundvattenförhållanden och hantering av proverna. Proverna skall alltid
okulärbesiktas samt benämnas i fält. Provtagning görs genom att skruvprovtagaren skruvas
ner i marken med hjälp av vridning till provtagningsdjupet, därefter dras skruven rakt upp,
vid denna procedur blir jord från provtagningsnivån kvar på skruvens flänsar. Därefter läggs
provet i en påse och märks upp med datum, djup, borrhål.
Nedan visas 4 olika skruvprovtagare från 22mm till R32 (bergborrstål)
Figur 12 Skruvprovtagare (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013)
Metoden fungerar ned till 5 m djup, men kan tillämpas ned till 10-15 m. Fördelen med
skurvprovtagning är att man snabbt kan få en kontinuerlig bild av jordlagerföljden, en
nackdel kan vara att i sandig och grusig jord under grundvattenytan sköljs provet lätt av från
flänsarna vid uppdragning. För att provet inte skall beblandas med jord från skruvens övre
del så kan man med fördel använda foderrör för att minimera risken för inblandning
(Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
15
Figur 13 Labbresultat av material vid borrhål 15w001
Labbresultatet visar provets djup, vilket är taget på 2.9-5m djup.
kornstorlek, är framtaget av siktning, i tabellen till höger ser man procentuellt hur mycket
som passerat sikten. Om man följer den röda linjen så ser man antal procent av det
inlämnade provet som passerat sikten.
Exempel: Sikt 2,0mm så har 94% av provet passerat. Dvs 6% av inlämnat prov har då större
fraktion än 2,0mm.
Jordart är bestämd till siSaTi vx (siltig, sandmorän med växtdelar, trärester)
Tjälfarlighet bestäms till 3 (måttligt tjällyftande) och materialklassen är 4a baserat på
fraktionerna som passerat sikten.
16
4.5 Hejarsondering (HfA)
Hejarsondering är en gammal sonderingsmetod som i Sverige utvecklats sedan 1935 och
framåt. Syftet med hejarsondering är att bestämma fast bottenläge. Metoden utfördes i
början manuellt men har utvecklats för motordriven sonderingsutrustning. Senaste
metodbeskrivningen är från slutet av 1970-talet är nu ersatt av en europeisk fältstandard
som innehåller förutom den svenska hejarsonderingen också flera varianter både för lättare
och tyngre slagning.
Vid hejarsondering slås en konad cylindrisk sondspets ned i jorden med en frifallshejare.
Slagenergin överförs till sondstålet via en slagdyna med mellanlägg. Antalet slag registreras
eller antecknas för varje 0.2 m sjunkning
Det finns 5 olika metoder enligt europastandarden
• Lätt hejarsondering (DPL)
• Medeltung hejarsondering (DPM)
• Tung hejarsondering (DPH).
• Mycket tung hejarsondering, typ A (DPSH-A)
• Mycket tung hejarsondering, typ B (DPSH-B)
Metoden DPSH-A är nära nog identisk med tidigare svensk hejarsondering (HfA).
De parametrar som man oftast utvärderar ifrån HfA är den inre friktionsvinkeln samt den
karakteristiska sättningsmodulen. Men HfA går även att använda för bestämning av sannolikt
stopp för spetsburna betongpålar samt hållfasthets- och deformationsegenskaper i
friktionsjordar, moräner & lermoräner.
Figur 14 Frifallshejare, sonderingsspets till vänster (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013)
17
Sondstängerna har en diameter på 32 mm och är alltså smalare än vad själva spetsen är.
Trotts detta ger jorden en stor friktion mot sondstängerna då man försöker penetrera hårda
jordlager, detta kan göra att man får en stångfraktion. Denna friktion ökar om stängerna har
en för stor utböjning vilket leder till missvisande resultat.
Pga. detta så rekommenderas att krökningen på stången närmast själva sondspetsen får vara
maximalt 2mm/m och för de övriga stängerna max 4mm/m. Slagdynan där frifallshejaren
skall träffa ska väga mellan 10-15 kg och ha en diameter på minst 100 mm men bör ej ha en
större diameter än hejaren. Den totala vikten som slagdynan och styrrör har får ej överstiga
30 kg.
Slagdynan skall vara ordentligt fäst vid stängerna för att få energin att överföras ner till
sondspetsen. Frifallshejaren skall ha en massa på 63.5 kg men vikten tillåts variera med ± 0.5
kg.
Hejaren skall löpa med styrröret ner för att sedan träffa slagdynan vilken även kan ha ett
mellanlägg. Styrröret är som namnet antyder det som styr hejaren neråt mot sitt mål,
slagdynan. Röret styrs med hjälp av det axiella hålet som finns i slagdynan. Fallhöjden för
hejaren skall vara 0.5 m, detta för att få en stötvågskraft som är på 50-60 kN ned i
sondstången. Antalet slag som krävs för en nedträngning i jorden på 0.2 m kan mätas med
hjälp av mekaniska eller elektriska mätvärdesgivare, men kan även räknas manuellt.
Mätningen av sonderingsdjupet kan även denna göras med hjälp av elektriska eller
mekaniska djupvärdes givare men kan även göras manuellt då djupet kan avläsas mot
sondstängerna.
Under neddrivningen skall sonden vridas 2 varv per 0.2 m sjunkning. Om
sonderingsmotståndet är mindre än 5 slag per 0.2 m behövs sonden inte vridas vid annat än
påskarvning av nytt stål. För att beräkna mantelfriktionen på stången skall maximalt
vridmoment mätas efter varje meters sondering samt vid avslut av borrhål. Med denna
sonderingsmetod anses fast botten vara när man får mindre än 0.2 m nedsjunkning för en
slagserie om 200 slag (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013).
Figur 14 Ritning Sonderingsspets (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013)
18
Punkt nr
Marknivå
HfA
15W006
356,242
UTVÄRDERING,
HfA(netto)
RÅDATA HfA punkt 3
Djup
Slag
0,2 131
0,4
0,6
0,8 60
1
1,21
2
1,4
1
1,61
1,8
2
2
2,2
2,4
2,6
7
2,8
3
3,2 16
3,4
3,6
3,81
4
4,2
4,41
4,6
4,81
9
5,01
5,2
5,4
5,6 16
5,81
6
6,2 12
6,41
6,6
6,81
7
7,2
7,38 212
Material
344
213
6
1
1
1
8
9
15
13
15
18
16
6
4
6
9
15
17
18
16
15
17
20
74
117
HÄRLEDDA VÄRDEN
Nivå
HfA Netto
Friktionsvinkel [°]
E-modul [MPa]
356,0
355,8
355,6
355,4
355,2
355,0
354,8
354,6
354,4
354,2
354,0
353,8
353,6
353,4
353,2
353,0
352,8
352,6
352,4
352,2
352,0
351,8
351,6
351,4
351,2
351,0
350,8
350,6
350,4
350,2
350,0
349,8
349,6
349,4
349,2
349,0
348,9
131,0
344,0
213,0
60,0
6,0
2,0
1,0
1,0
1,0
2,0
1,0
8,0
7,0
9,0
15,0
16,0
13,0
15,0
18,0
16,0
6,0
4,0
6,0
9,0
9,0
15,0
17,0
16,0
18,0
16,0
12,0
15,0
17,0
20,0
74,0
117,0
212,0
42,0
42,0
42,0
42,0
34,2
32,2
31,3
31,3
31,3
32,2
31,3
35,0
34,6
35,3
37,0
37,2
36,5
37,0
37,7
37,2
34,2
33,4
34,2
35,3
35,3
37,0
37,5
37,2
37,7
37,2
36,2
37,0
37,5
38,1
42,0
42,0
42,0
90
90
90
90
14
5
3
3
3
5
3
19
16
21
33
35
29
33
39
35
14
10
14
21
21
33
37
35
39
35
27
33
37
43
90
90
90
Figur 15 Utvärdering materialparametrar HfA
Ovanför ses utvärdering från borrhål 15W006, där antal slag per 0.20m registreras, marknivå
samt utvärdering HfA(netto) som ger underlag för Friktionsvinkeln [φ] och Elasticitetsmodul
[E]
19
4.6 Utvärderingsmetod
För att beräkna fram HfA(netto) så används ekvationen
𝐻𝑓𝐴𝑁𝑒𝑡𝑡𝑜 = 𝐻𝑓𝐴 − 0.04 ∗ 𝑉𝑟𝑖𝑑𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡
Ekvation 3 Joacim Olsson. (2008)
Detta ger oss jordens relativa fasthet och underlag för att kunna räkna ut friktionsvinkeln
Figur 16 Relativ Fasthet HfA Netto (Svenska Geotekniska Föreningen, 2013)
Friktionsvinkel, φ: Ett mått på jordens hållfasthet som är baserat på Mohr-Coloumb´s
brotterori. Friktionsvinkeln beror på kornstorlek, kornform och kornfördelning i jorden.
Ekvationen för att beräkna friktionsvinkeln HfA
φ = 29 + 2.3 ∗ �𝐻𝑓𝑎𝑁𝑒𝑡𝑡𝑜 �
Ekvation 4 Joacim Olsson. (2008)
0,46
Tabellen nedan visar sambandet mellan slag/0.2 m och friktionsvinkel enligt ekvationen. För
att inte överskatta friktionsvinkeln så har funktionen ett maximalvärde för friktionsvinkeln
på 42° (Joacim Olsson, 2008)
20
Figur 17 Friktionsvinkel beroende på antal slag
E-modul: Elasticitetsmodul (E), är ett mått på jordens deformationsegenskaper när den
utsätts för spänning. Enheten är (MPa).
Beskriver den elastiska deformationen orsakad av en påförd belastning.
𝐸 − 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙 = 2.8 ∗ �𝐻𝑓𝑎𝑁𝑒𝑡𝑡𝑜 �
Ekvation 5 Joacim Olsson. (2008)
0,91
Figur 18 E-Modul beroende på antal slag
21
Härledda friktionsvinklar
29,0
31,0
33,0
Friktionsvinkel
35,0
37,0
39,0
41,0
43,0
45,0
0
1
Djup [meter under markytan]
2
3
HfA 15W006
4
5
6
7
8
Figur 19 Härledda värden friktionsvinkel för 15W006
Kommentar
Vad grafen visar är att första 0,6m är marken väldigt hård pga. Tjälen. Där uppnås maximala
friktionsvinkeln på 42 grader. Efter det så sjunker den succesivt ner till 2.2m djup där
friktionsvinkeln ligger på 31.2 grader. Efter detta så stiger jordens hållfasthet återigen till
hejarsonderingens stopp vid 7.38m (nivå +348.9)
Friktionsvinkeln räknas ut genom formeln från ekvation 4 och värdena från hejarsonderingen
syns i figur 15.
22
Härledda E-moduler
0
20
E-modul [MPa]
40
60
80
0
1
Djup [meter under markytan]
2
3
HfA 15W006
4
5
6
7
8
Figur 20 Härledda värden för E-modul för 15W006
Kommentar
Precis som ovanstående så är det väldigt hårt ner till 0,6m pga. Tjäle. Från ca 1m ner till 2,2m
så är jorden väldigt lös endast mellan 3-5 (E) sedan stiger (E) rejält ner till ca 4m djup där
påträffas ännu ett ”blött parti” med löst fyllningsmaterial med dåliga
deformationsegenskaper. Efter detta så ökar (E) succesivt ner till stopp vid 7,38m (nivå
+348.9)
E-moduler räknas ut genom formeln från ekvation 5 och värdena från hejarsonderingen syns
i figur 15. Man kan även stämma av mot figur 18 beroende på antal slag.
23
4.7 Grundvatten
Grundvattenförhållanden har betydelse för många olika problem som geotekniker måste
hantera dagligen, stabilitet, sättingar, bärighet, erosion, dränering, avvattning, tjäle. Trots att
grundvattnet i många fall är en styrande faktor behandlas den ofta som en mindre viktig
parameter. Enligt praxis klarläggs grundvattenförhållanden ofta genom mätning av
grundvattennivå i borrhål eller öppna rör nedförda till friktionsjord under förekommen lera.
Grundvatten förekommer i all terräng men djupet till GVY (grundvattenyta) varierar
beroende av klimat och geologiska förhållanden. Lagerföljden, mäktighet och kontinuiteten
hos en avlagring samt de olika lagrens hydrauliska konduktivitet styr grundvattnets bildning
och förekomst i ett område. Grundvattnet fluktuerar pågrund av tidigare nämnda faktorer.
Dessa fluktuationer kan vara kortvariga t.ex. kraftig nederbörd eller sträcka sig över längre
perioder (års variationer). Fluktuationernas storlek beror i första hand på nederbördens
storlek, jordens genomtränglighet samt grundvattenmagasinets storlek.
Grundvattennivån kan ibland vara den enda parameter som behöver mätas för ett projekt
t.ex. för planering av undervattensarbete (schaktning, gjutning) eller utvärdering av
omfattningen av en eventuell grundvattensänkning och dess påverkan på omgivningen
Mätsystem kan väljas efter det man har klarlagt syftet medmätningarna, vilka parametrar
som skall mätas och vilka krav som skall ställas på mätvärdena.
Mätningarna används för att uppfylla ett i vissa fall flera av följande syften
•
•
•
Observation – För klarläggande av GVY
Bevakning – För kontroll av grundvattenförhållanden och beslut om eventuella
åtgärder under projektets gång.
Uppföljning – Efter arbetets slut
(Statens Geotekniska Institut, 1990)
I sjöparken har ett öppet system används (grundvattenrör med filterspets) vid 2 hål (15W004
& 15W006) för att klarlägga GVY. Mätningarna har kontrollerats med ett klucklod.
24
Figur 21 Sammanställning GVY 15W004
25
5. Markteknisk undersökningsrapport (MUR)
Den geotekniska undersökningen skall belysa markförhållanden och
grundläggningsförutsättningar för planerade byggnationer som underlag för fortsatt
projektering och kostnadskalkyl. Marktekniska undersökningsrapporten (MUR) visar
underlag för undersökningen, styrande dokument för arbetet, befintliga förhållanden i
området, topografi, fältundersökningar och vem som ansvarat för dessa. Även värden
redovisas.
5.1 Objekt
På uppdrag av Gällivare kommun har WSP Samhällsbyggnad utfört geoteknisk undersökning
inför planering och byggande av en ny ishall på Sjöparksområdet i Gällivare.
5.2 Ändamål
Ändamålet med undersökningarna är att utreda de geotekniska förhållandena i området för
planerad ishall.
5.3 Underlag för undersökningen
Underlag för undersökning har utgjorts av plan över planerade byggnader.
26
5.4 Styrande dokument
Undersökningsmetod Standard eller annat styrande dokument
Fältutförande
Geoteknisk fälthandbok SGF Rapport 1:96 samt SSEN-ISO 22475-1
Beteckningssystem
SGF/BGS beteckningssystem 2001:2
SS-EN/ISO 14688-1, -2
Undersökningsmetod Standard eller annat styrande dokument
Viktsondering,
skruvprovtagning
samt installation av
grundvattenrör
SS-EN 1997-2
Klassificering i fält
Okulär klassificering enligt SGF-81
Figur 22 styrande dokument för planering, redovisning & fältundersökningar
5.5 Arkivmaterial
Inget tidigare material har inarbetats.
5.6 Befintliga förhållanden
Topografin för området och undersökningarna består av relativt plana ytor som sluttar svagt
ner mot ett befintligt dagvattenmagasin nordväst om planerad ishall. Markytan ligger i söder
på nivå ca +357.6 och i norr på som lägst ca +356.5. Gällande höjdsystem RH2000.
5.7 Positionering
Utsättning och inmätning av borrpunkter har utförts av Thomas Jaatko WSP i
koordinatsystem SWEREF 99 20 15 i plan och RH 2000 i höjd.
5.8 Geotekniska fältundersökningar
Utförda sonderingar omfattar viktsondering (Vim) i 10 st punkter samt hejarsondering(HfA) i
5 st punkter.
27
5.9 Utförda provtagningar
Provtagningar omfattar upptag av störda prover med skruvprovtagare i 10 st punkter.
Proverna har lämnats in till MRM i Luleå för jordartsbedömning och kornstorleksfördelning.
5.10 Fältingenjörer
Geotekniska undersökningar har utförts av borrledare Thomas Sandberg och Erik Modig,
WSP under Februari och Mars 2015.
5.11 Hydrogeologiska undersökningar
Installation av grundvattenrör i 2 st punkter. Uppmätta grundvattennivåer redovisas i
figur 23.
GV-rör
Datum
15W004
15W006
2015-02-25 2.1/354.8 1.4/354.9
2015-03-04 2.2/354.7 1.4/354.9
Figur 23 Grundvattennivåer
28
6. Härledda värden
Utifrån utförda sonderingar härledda hållfasthets- och deformationsegenskaper redovisas i
figur 25 och 26 nedan.
Härledda friktionsvinklar
29,0
Friktionsvinkel
34,0
39,0
44,0
0
1
Djup [meter under markytan]
2
3
Vim W15001
Vim 15W002
Vim 15W003
Vim 15W004
Vim 15W005
4
5
6
Vim 15W006
HfA 15W006
Vim 15W007
Vim 15W008
HfA 15W008
7
8
Vim 15W010
HfA 15W010
9
10
Figur 25 Härledda friktionsvinklar alla borrhål
29
Härledda E-moduler
0
20
E-modul [MPa]
40
60
80
0
1
Vim W15001
Vim 15W002
2
Djup [meter under markytan]
Vim 15W003
Vim 15W004
3
Vim 15W005
4
Vim 15W006
HfA 15W006
5
Vim 15W007
Vim 15W008
6
HfA 15W008
7
Vim 15W010
HfA 15W010
8
9
10
Figur 26 Härledda E-modul alla borrhål
30
7. Slutsatser/PM
För slutsatserna beskrivs förekommande jordarters geotekniska egenskaper baserat på
följande handlingar:
•
•
•
•
TK Geo 13, TDOK 2013:0667
Anläggnings AMA 13
Boverket EKS 8 med tillhörande nationella val
SS-EN 1997 samt IEGs tillämpningsdokument
7.1 Projekteringsanvisningar
Dimensionering av geokonstruktioner skall utföras enligt BFS 2011:10 EKS 8 med tillhörande
nationella val samt SS-EN1997-1.
7.2 Geoteknisk kategori och säkerhetsklass
Val av säkerhetsklass görs enligt BFS 2011:10 bilaga 1. Geokonstruktioner dimensioneras i
detta skede för Geoteknisk kategori 2 (GK2) enligt IEG Rapport 2:2008
Tillämpningsdokument Grunder och BFS 2011:10 EKS 8 bilaga 1.
7.3 Beräkningsanvisningar
Dimensioneringssätt för olika typer av geokonstruktioner görs enligt tabell I-1, BFS 2011:10
vilket för plattor innebär dimensioneringssätt DA3.
31
7.4 Geotekniska förhållanden
Säkerhetsklassen är satt till 2 (normal, någon risk för allvarliga personskador)
Jorden inom aktuellt området består i huvudsak av fyllningar som överlagrar torv på morän.
Fyllningarna har varierande sammansättning av sand, grusig sandig silt eller sandmorän med
mäktighet mellan 0.5 och 2.3 m. Fyllningarna bedöms vara löst lagrade.
Torvens mäktighet varierar mellan ca 0.3 till 2.1 m med lokalt stora skillnader.
Den underlagrande moränen har en mäktighet som uppskattas till minst 5 m, även om
sondering och provtagning i vissa punkter avbröts tidigare. Utifrån utförda hejarsonderingar
bedöms moränen ha medelhög fasthet. Från nivå ca +348m och ner har moränen mycket
hög fasthet.
Bergnivån är ej fastställd inom området. Utförda hejarsonderingar har erhållit stopp i fast
morän på nivåer omkring +348 till +350, berg förväntas ej ovan denna nivå.
Grundvatten har avlästs i två gv-rör och grundvattenytan låg vid avläsningstillfället ca 1.4 m
(15W006) under markytan, motsvarande nivå +354.9 i den ena punkten
och 2.2 m (15W004) under markytan, motsvarande nivå +354.7 i den andra.
I figur 27 till 29 nedan sammanställs de valda värdena utifrån härledda värden och
rekommendationer för val av partialkoefficienter samt slutligt dimensionerande värden.
32
Material
Tunghet, Hållfasthetsegenskaper Deformationsegenskaper
ʸ (ʸ´)
3
(kN/m )
Lösa fyllningar
(Sand, grusig
sandig silt eller
sandmorän)
17 (9)
φ = 30°
E= 5 MPa
Torv
13 (3)
-
-
Morän
20(12)
φ = 36°
E= 25 MPa
Figur 27 Valda värden från härledda värden
Jordparameter
Symbol
γM
Friktionsvinkel
φ
1,3
Tunghet
y
1
E-modul
E
1
Omräkningsfaktor
η
1,0
Figur 28 Partialkoefficienter för omräkning till dimensionerande värden
33
7.5 Dimensionerande värden
Material
Tunghet, Hållfasthetsegenskaper Deformationsρ (ρ´)
egenskaper
3
(kN/m )
Lösa fyllningar
(Sand, grusig
sandig silt eller
sandmorän)
17 (9)
φ = 30°
E= 5 MPa
Torv
13 (3)
-
-
Morän
20(12)
φ = 29°
E= 25 MPa
Figur 29 Sammanställning dimensionerande värden
Det åligger ansvarig konstruktör att slutligen bestämma dimensionerande värden enligt DA3
(DA3 innebär att partialkoefficienter läggs på laster eller lasteffekter och på
materialparametrarna och används för övriga geokonstruktioner) (Bygg & teknik förlaget.
01/ 2009)
Ovanstående värden är endast rekommendationer och kan variera beroende på val av
grundläggningssätt och storlek på grundplattor.
Grundläggning av ny ishall på blandad lös fyllning med varierande mäktighet ovan torv med
varierande mäktighet är inte lämplig på grund av risk för stora och ojämna sättningar.
34
8. Rekommenderad metod för grundläggning
•
Utskiftning av den varierande fyllningen och torven ned till fast botten ses som ett
huvudalternativ. Återfyllning och packning utförs därefter med friktionsjord upp till
önskad grundläggningsnivå. Därefter kan grundläggning ske med platta på mark eller
plintar alternativt fundament.
•
I byggnadsdelar med större djup till fastare material eller där mycket stora laster kan
bli aktuella kan grundläggning behöva utföras på pålar.
•
Beroende på vilken nivå underkant anläggning planeras att ligga på kan täta
konstruktioner behövas om delar av anläggningen ligger under nivån för
grundvattenytan.
•
Vägar, gator och andra körytor bedöms översiktligt kunna anläggas på de befintliga
fyllningarna. De blandade fyllningarna är dock tjälfarliga. Tjälfarlighetsklass 3 ska
förutsättas.
•
Under byggskedet är det rimligt att anta att tät spont kommer att behövas vid
schaktningsarbeten med hänsyn till rådande jord- och vattenförhållanden.
•
I byggskedet ska kontroll omfatta att de verkliga jord- och grundvattenförhållandena
överensstämmer med de förutsättningar rekommendationerna i denna rapport
baserats på.
35
Referenser
Svenska Geotekniska Föreningen. (2013) Geoteknisk fälthandbok
Svenska Geotekniska Föreningen. (1998) Metodbeskrivning för viktsondering
Statens Geotekniska Institut. (2008) Jords egenskaper
Joacim Olsson. (2008) Utvärdering av moräns hållfasthetsegenskaper med jord och berg sondering,
LTU Examensarbete
Statens Geotekniska Institut. (1990). Mätning av grundvatten & portryck
Statens Geotekniska Institut. (2007) Skjuvhållfasthet, utvärdering i kohesionsjordar
TRV Geo. (2011) Trafikverkets tekniska krav för geokonstruktioner
Boverkets Författningssamling. (2011)
BFS 2011:10 EKS 8 Boverkets föreskrifter och allmänna råd om tillämpning av europeiska
konstruktionsstandarder (eurokoder)
Implementeringkommision för Europastandarder inom geoteknik. (2011)
SS-EN/ISO 14688-2:2004 Geoteknisk undersökning och provning identifiering och klassificering
av jord Del 2: Klassificeringsprinciper Tillämpningsdokument
TK Geo. (2013), Trafikverkets tekniska krav för geokonstruktioner
Anläggnings AMA. (2013)
Vägverkets författningssamling. (2004) VVFS 2004:43
Vägverkets författningssamling (vvfs 2007:197)
Bygg & teknik förlaget. (01/ 2009) Geoteknik och grundläggning
Gällivare kommun. (2007) Sjöparken
36