Projekt 12661 Avslutat Stabilisering av friktionsjord genom injektering med CIPS (Calcite In-situ Precipitation System)

Projekttid

Fördjupningsmaterial

Slutrapport

Sammanfattning

CIPS (Calcite In-situ Precipitation System) som är ett injekteringssystem (”permeation grouting”) som är konstruerat så att den injekterade två-komponentsvätskan långsamt ska fylla porerna och genom en kemisk reaktion cementera jordkornen vid dess kontaktytor. Den kemiska reaktionen, som efterliknar den naturliga processen där sandsten bildas, åstadkommer en cementering genom att enzymet Ureas reagerar med kalciumklorid och urea vilket leder till en utfällning av kalcitkristaller runt kornens och dess kontaktpunkter. Denna process bevarar permeabiliteten hos materialet. Systemet är utvecklat i Australien där det används med goda resultat, dock i ganska begränsad omfattning. Det är många faktorer som styr resultatet av behandlingen: flödeshastigheten, injekteringstrycket, tiden, kemiska receptet, temperaturen, sammansättningen av jorden samt antal injekteringar vid samma injekteringspunkt. De tre sistnämnda faktorerna kommer att vara fokus för denna rapport och de undersöks med en skandinavisk synvinkel där hänsyn tas till rådande marktemperatur och jordsammansättning vilket troligtvis kommer att styra det slutliga resultatet. Även en relativt låg tryckhållfasthet erhållen genom CIPS skulle leda till stor nytta i form av ökad bärighet vid exempelvis schakter eller grundkonstruktioner för ett byggprojekt. Målet är en hållfasthetsökning på enbart runt 50-100 kPa, varför undersökningarna fokuserades på endast en injektering. Detta valdes även av ekonomiska skäl då kostnaden för flera injekteringar är väsentligt högre och metoden då inte skulle vara lika konkurrenskraftig. Tryckhållfasthetsökningen undersöktes genom laboratorieförsök där den analyserade sanden hämtades från en byggarbetsplats i Handen i Haninge. Efter justering av partikelstorlek och kontroll av torrdensiteten behandlades denna naturliga sand med CIPS-vätskan i ett kylrum med en temperatur på 12°C. Efter varierad tid och temperatur testades proverna avseende enaxlig tryckhållfasthet. En tryckhållfasthet på mellan 60-220 kPa uppmättes vid laboratorieförsöken. Den avslutande delen av denna rapport fokuserar på ett fältförsök där CIPS-vätska injekterades i marken för att försöka skapa en pelare. Injekteringen lämnades för att härda i marken en viss tid för att tillräcklig hållfasthet skulle hinna uppstå vid kontaktpunkterna. Därefter utfördes okulärbesiktning och upptagning av provkroppar. Baserat på laboratorieundersökningarna finns bevis för att viss cementering uppstår såväl vid högre, som vid lägre temperaturer (12°C). Indikationer finns även på att överskottsvätskan, bestående av ammoniumklorid och vatten, sannolikt måste avgå, alternativt att proverna måste torka, för att en ökning i hållfasthet ska uppstå. Fältförsöket gav en något sämre utdelning då det fanns svårigheter med pumpsystemet. Svårigheterna låg i att kunna hålla ett tryck som understiger det rådande konsolideringstrycket samt ett tillräckligt lågt flöde. Flödet kunde kontrolleras till lägre nivåer, men detta medförde att trycket i systemet samt i marken ökade till för höga nivåer, vilket ledde till svårigheter med injekteringen. På grund av att CIPS-vätska strömmade upp ur marken på andra ställen än längs injekteringsröret så antas att jordbrott skett på ett eller flera ställen. De sandvolymer som behandlades med CIPS visade inte någon ökning i hållfasthet så länge som de fortfarande innehöll överskottsvätska. När denna överskottsvätska, som innehåller ammoniumklorid, har avgått från den behandlade volymen och pH-värdet sjunkit så verkar cementeringen starta. Denna utfällning av kalcitkristaller som leder till en cementering av jordkornen observerades i mitten av de små sfärerna som skapats vid injekteringen. Detta visar att systemet som bygger på kalcitutfällningar har nått resultat men att åtskilligt arbete kvarstår för att utveckla bland annat pumpmetodiken. Sannolikt krävs även att man utför mer än en injektering för att få en önskad cementeringseffekt i fält. Laboratorieförsöken visar dock tydligt att det är möjligt att åstadkomma under de kontrollerade former som råder i ett laboratorium.

Projektansvarig
  • Peab Sverige AB
Projektledare