Projekt 2134 Avslutat Stabilisering av branta slänter genom jordspikning

Projekttid

Fördjupningsmaterial

Slutrapport
Informationsblad

Sammanfattning

Jordspikning, eller soil nailing som metoden kallas på engelska, är en metod för förstärkning av jord, där ett antal "spik" installeras i jorden som armering. Metoden kan användas både för att öka stabiliteten i naturliga slänter och för att stabilisera branta schakter eller skärningar. Metoden, som har använts under ett flertal år i Frankrike, Tyskland och USA, bygger på att man installerar stag (spikar) i den befintliga jorden, vilka genom samverkan med jorden bildar en armerad zon. Funktionen av denna armerade zon kan liknas vid en stödmur som förhindrar rörelser i den bakomliggande jorden. Armeringseffekten erhålls genom att friktionskrafter utbildas längs spikarna redan vid en liten rörelse av den främre delen av slänten. Är vidhäftningslängden i den bakre mothållande zonen tillräckligt lång, kommer den främre delen att förankras i den bakre. Två huvudtyper av jordspikar används: - Injekterade spikar bestående av en stålkärna omgiven av ett betongskikt. Diametern hos den färdiga spiken är 10-15 cm och spikarna installeras i ett rutmönster med 0,25-1 spik/m2, ofta genom förborrning av ett hål som fylls med injektering varefter stålkärnan (ofta ett armeringsstål) trycks in. Alternativt kan även injekterade spikar som är "självborrande" användas. - Slagna spikar (t ex kamstål eller vinkelstål) som slås in i jorden. Vanlig diameter är 15-50 mm och spikarnas installeras relativt tätt, 0,5-4 spikar/m2. I vissa fall kan en del typer av bergbultar användas. De faktorer som avgör valet av spiktyp är önskad livslängd hos konstruktionen, jordens aggressivitet, erforderlig utdragskraft samt ekonomi. Spikens längd varierar, men är ofta ca 60 % av den totala schakthöjden. Metoden fungerar bäst i friktionsjordar vilka tillåter att en 1-2 m hög schakt står oförstärkt till dess att man installerat spikarna. Vidare bör grundvattenytan inte ligga över släntfoten. Metoden är ofta ett ekonomiskt alternativ till exempelvis spont och stödmur. För naturliga slänter har metoden en stor fördel genom att den smälter in i den naturliga miljön utan att förändra landskapsbilden. En annan fördel är att metoden ger mycket små deformationer, oftast mindre än till exempel en spont, och kan därför även användas i anslutning till befintliga byggnader. Syftet med detta forskningsprojekt har varit att studera olika faktorers inverkan på utdragskapaciteten hos jordspikarna i avsikt att skapa underlag för en bättre prognostisering av utdragskapaciteten. Projektet har utförts av NCC AB och Institutionen för Geoteknik, Chalmers, med finansiellt bidrag från SBUF, Vägverket, BFR och Hercules Grundläggning AB. Arbetet omfattade laboratorieförsök, fältförsök samt en jämförande studie av olika beräkningsmetoder. Vid fältförsöken installerades och provbelastades åtta olika typer av spikar (totalt 64 stycken) i en skapad slänt. I samband med fältförsöken genomfördes även ett stort antal CPT-, dilatometer- och pressometerförsök, dels för att bedöma sandens egenskaper, dels för att om möjligt finna ett samband mellan resultat från våra vanliga geotekniska fältundersökningsmetoder och utdragskapaciteten. Laboratorieförsöken visade att en ökning i överlagringstryck och densitet resulterade i en ökning av utdragskraften för kamstål, vinkelstål och expansionsbult. Installationsmetoden var en annan parameter som visade sig ha en avgörande betydelse för vilken kraft som erhölls. En slagen spik gav ett högre maxvärde än en tryckt spik. Resultaten visade även att större spikvolym gav en större utdragskraft. Provbelastningarna vid fältförsöken visade att utdragskraften var högre för injekterade spikar jämfört med slagna spikar. Vinkelstål och expansionsbult erhöll dock en utdragskapacitet av samma storleksordning som de injekterade spikarna vid provbelastningar utförda efter lång tid. Inget entydigt samband kunde erhållas mellan utdragskapaciteten och de vanliga fältundersökningsmetoderna. Däremot provades att installera vertikala spikar strax bakom de horisontella spikarnas spets, och provbelastning av dessa vertikala spikar indikerade att de kunde fungera som prognosinstrument. Den jämförande studien av olika beräkningsmetoder visade att metoder som bygger på teorin om en expanderande kavitet förefaller vara baserade på rätt parametrar, men ger ändå en kraftig överskattning av den verkliga utdragskapaciteten. En möjlig metod för att erhålla en uppskattning av utdragskapaciteten är att i ett tidigt skede genomföra ett antal vertikala eller horisontella provbelastningar på den aktuella byggplatsen. Resultaten från dessa kan sedan användas för att kalibrera beräkningsmetoderna för de lokala förhållandena och därmed få en bättre uppfattning om hur utdragskapaciteten varierar inom hela området. Jordspikning har i Sverige bland annat använts i samband med utbyggnad av Västkustbanan strax söder om Helsingborg, där järnvägen förläggs i tunnel inom ett bostadsområde vid Raus. Tunneln byggs genom så kallad "cut-and-cover" teknik, det vill säga den byggs i en öppen schakt vilken sedan fylls igen. I det aktuella fallet en drygt 10 m djup schakt i gatumiljö.