1 Geotekniske forhold

Transkript

1 1 Geotekniske forhold Den geotekniske del i denne projektrapport omhandler udformning af byggegrube og grundvandssænkningsanlæg samt fundering af bygværket. Formålet med afsnittet er at bestemme en fornuftig funderingsmetode ved opførelse af et nyt boligbyggeri placeret på Holbergsgade 16, Aalborg, og udfra en vurdering af grundvandsforholdene udføre en projektering af byggegruben. Som grundlag for vurderingen af de geotekniske forhold i Holbergsgade 16 foreligger en geoteknisk rapport, indeholdende geotekniske boringer udført i forbindelse med et boligbyggeri i nærheden af Holbergsgade på Korsgade 27, udført af Andreasen & Hvidberg K/S. Idet der ikke foreligger nogen geotekniske boringer udført for boligbyggeriet på Holbergsgade 16, betragtes den geotekniske rapport, der foreligger for Korsgade 27, at være retningsgivende for byggeriet på Holbergsgade 16. Det betyder, at der udfra de geotekniske boringer på Korsgade 27 og den geologiske historie for området, vurderes hvilke jordbundsforhold, der kan træffes på Holbergsgade 16. I praksis vurderes det for nødvendigt at foretage geotekniske boringer på Holbergsgade 16 for at få en mere præcis bestemmelse af jordbundsforholdene. I forbindelse med boringerne er der udført en registrering af de trufne jordlag, bestemmelse af vandindhold i lagene og vandspejlets placering. Samtidigt er der også udført vingeforsøg i samtlige kohæsive jordarter til bestemmelse af den karakteristiske forskydningsstyrke i henholdsvis intakt (c v ) og omrørt (c v,r ) tilstand. Placeringen af de udførte boringer B1-B7 ses af situationsplan i bilag #.1. I de følgende afsnit er boreprofilerne B1-B6, som ses i #appendiks#, blevet analyseret med henblik på en nærmere beskrivelse af jordbunds- og grundvandsforholdene, der skal tages hensyn til ved anlæggelse af byggegruben og fundering af boligbyggeriet. Disse boringer er udført til dybder mellem ca. 7 og 10 m under terræn, dog er boring B6 udført som undersøgelsesboring ned til 24,4 m dybde under terræn. Boring B7 er udført for at få et overblik over tilstanden af naboejendommens fundamenter. 1.1 Geologisk historie Terrænet ved Holbergsgade 16 ligger i dag ca. i kote +2. Dette medfører, at det varme stenalderhav har været over terræn i kote +7 og en senglacial ferskvandssø har været inde over terrænet i kote +20. Området omkring Holbergsgade udgøres derfor af hævet havbund fra stenalderhavet, hvor der kan forekomme aflejringer i form af gytjeholdigt sand med skalrester, fint sand og/eller gytje. Under disse aflejringer er der risiko for at møde postglaciale ferskvandsaflejringer (mose) bestående af blandt andet tørvedynd. Under de postglaciale 1

2 aflejringer kan der træffes senglaciale ferskvandsaflejringer, f.eks. Aalborgler, sand eller silt. [Moust Jacobsen, 1984, fig. 1.29]. Under de senglaciale aflejringer vil der kunne træffes smeltevandsaflejringer og moræneaflejringer. Skrivekridtet danner det direkte underlag for istidsaflejringerne i det meste af Nordjylland og Aalborg, nogen steder ikke langt fra jordoverfladen. Ved Holbergsgade ligger skrivekridtet dog ca. 35 m under havets overflade, og har derfor ingen indflydelse på funderingsforholdene for boligbyggeriet Jordbundforhold for Korsgade 27 I de geotekniske boringer er der øverst konstateret fyldlag, dels bestående af muld, sand og stenet ler. Fyldlaget må betegnes som inhomogen og mægtigheden af disse lag varierer i boringerne på 1-2 m. Under muld- og fyldlagene træffes postglaciale aflejringer, som for boringerne omkring Korsgade 27 hovedsagelig indeholder gytje og tørv. Mægtigheden af disse lag varierer mellem 1-3,5 m i B2, B3, B5 og B6 dog træffes der ikke gytje eller tørv i boring B1 og B4. Gytjen har et vandindhold på %, en rumvægt på kn/m 3, en udrænet forskydningsstyrke på kn/m 2 og en dekadehældning fra %. Tørven er truffet med et vandindhold på % og en dekadehældning fra %. Under de postglaciale aflejringer træffes lag bestående af sand og senglacialt aalborgler. Sandlaget træffes som mellemsand med en mægtighed på 0,25 2 m og plan friktionsvinkel på 45. Mægtigheden af aalborglerlagene kendes kun for boring B6, da de resterende boringer stoppede i aalborgler. Mægtigheden af aalborgleret i boring B6 er 15,5 m og underlejres af mellemsand. Aalborgleret er truffet med et vandindhold på % og en udrænet forskydningsstyrke på kn/m 2. Vandspejlet er indmålt i ca. kote 0,9 m, dvs. ca. 1 meter under terræn, dog vides det ikke hvorledes årstidsvariationer vil påvirke vandspejlets højde. Det vurderes at årstidsvariationerne maximalt vil antage usvingninger på 0,5 meter. 2

3 1.2 Forudsætninger for funderingen Der anvendes DS409, DS410, DS415 samt Teknisk Ståbi, 18. udgave, som grundlag for funderingen af boligbyggeriet på Holbergsgade 27. Fundamenterne udføres i normal funderingsklasse og normal sikkerhedsklasse. [DS 415, 2.1.2(1)] Styrkeparametre De relevante styrkeparametre i brudgrænseberegningerne vil være den udrænede forskydningsstyrke c u, som her sættes lig vingestyrken i uomrørt tilstand, c u =c v, for korttidstilstanden og den drænede forskydningsstyrke c for langtidstilstanden. Friktionsvinklen skal der anvendes den plane for sandlag og den triaksiale for lerlag. De regningsmæssige værdier for henholdsvis friktionsvinklen og kohæsionen bestemmes som følgende: hvor tanϕ d tanϕ = γ ϕ k ϕ k er den karakteristiske friktionsvinkel. ϕ d er den regningsmæssige friktionsvinkel. γ p er partialkoefficienten; γ p =1,2 for normal sikkerhedskasse. hvor c d c = γ k ci c d er den regningsmæssige kohæsion [kn/m 2 ]. c k er den karakteristiske kohæsion [kn/m 2 ]. γ ci er partialkoefficient, hvor γ c1 gælder for bæreevne af fundamenter og γ c2 er for stabilitet og jordtryk De vurderede jordbundsforhold på Holbergsgade De jordbundsforhold, der vurderes at kunne træffes på Holbergsgade 16, er svarende til jordbundsforholdene for boring B3. Jordbundsforholdene for boring B3, jf. Figur 1.1, passer godt til den geologiske beskrivelse for området og er samtidig typiske for boringerne foretaget på Korsgade 27. 3

4 Kote 0,9 GVS Sand, fyld Ler, sandet. fyld Tørvemuld, fyld. Gytje Gytje, med skalrester Tørv Sand Aalborgler Figur 1.1: Boring B3, der anvendes ved dimensionering af spunsvægge og fundamenter. I Tabel 1-1 ses de enkelte jordlags styrkeparametre. Jordlag Vandindhold Rumvægt Forskydningsstyrke Friktionsvinkel Mægtighed [%] [ kn/m 3 ] [ kn/m 2 ] [ ] [m] w γ m c u,k c k ϕ k ϕ k d Sand, fyld ,3 Ler, sandet, fyld Tørvemuld, fyld , ,3 Gytje ,7 Gytje skalrester ,7 Tørv ,8 Sand, svagt leret ,5 Aalborgler Ca. 15 jf. boring B6 Tabel 1-1: Karakteristika for de trufne jordlag i boring B3. Værdierne, der er skrevet med kursiv [Teknisk Ståbi,1996, p 351]. 1 Gælder kun for aktivt jordtryk, ellers er værdien nul. 4

5 Med bundforhold som ved boring B3, Figur 1.1 og Tabel 1-1, er det vurderet at være mest hensigtsmæssigt at foretage en pælefundering af bygningen med rammede jernbetonpæle Hensyn ved kælderkonstruktion Kælderen bør udføres vandtæt og dimensioners for vandtryk, helt op til terræn. Da det i praksis næsten er umuligt at gøre en betonkonstruktion helt vandtæt, udformes ydervæggene og kældergulvet i kælderkonstruktionen som en dobbelt betonvæg. Imellem de to betonvægge indlægges isolering og indskudsdræn. Kælderbunden udføres med et fald således, at vandet mellem betondækkene ledes ned mod et dræn, der kan suge vandet videre ud i kloaksystemet, jf. #Anlægsteknik. 2 Etablering af byggegrube I forbindelse med udgravning til kælderkonstruktionen er det nødvendigt at etablere en byggegrube for at sikre stabiliteten af udgravningen. På grund af det begrænsede areal vælges det at vibrere spunsvægge ned langs Holbergsgade umiddelbart ved fortovet således, at spunsvæggen kan anvendes som forskalling. Det skal dog her nævnes, at det er en forholdsvis dyr løsning, men alternativet ville være at grave ca. 1,5 meter ud i Holbergsgade, med deraf følgende problemer med trafik, el, vandrør og kloakrør samt reetablering af kørebanen. På den modsatte side af byggegruben placeres spunsvæggene i en afstand af 1,5 meter fra kældernedgangen, sål edes at det er muligt at opbygge forskalling i byggegruben jf. #tegning. Spunsvæggene mod gården og Holbergsgade udføres i Frodinghamprofiler [Teknisk ståbi, 1996, p244] af typen 1BXN. Langs de to vægge mod det eksisterende byggeri er det nødvendigt at efterfundere de eksisterende huse inden en udgravning kan finde sted. Dette skyldes både at udgravningen vil foregå under disse bygningers nuværende fundamentunderkant og samtidigt fordi, en grundvandssænkning under konstruktionen af kælderen vil være nødvendig. Efterfundering vil, på grund af de på stedet givne jordbundsforhold, blive udført som pælefundering ved brug af megapæle. Efterfunderingen sker ved, at der graves ud under en del af fundamentet således, at en megapæl kan placeres under det nuværende fundament. Pælen nedpresses ved brug af en donkraft, som bruger eksisterende fundamenter som modhold, hvilket muligvis medfører at en forstærkning af de eksisterende fundamenter er nødvendig. Efter en megapæl er nedpresset udstøbes revnen mellem megapælen og eksisterende fundament med ekspanderende beton. Megapælene skal under udgravning af byggegruben afstives, da disse kun 5

6 kan optage lodlaster og derved ikke det horisontale jordtryk, de vil blive påvirket af som følge af udgravningen. Under udgravningen vil der successivt blive påsprøjtet sprøjtebeton mellem megapælene for at undgå nedskridende jord. Detaildimensioneringen af efterfunderingen indgår ikke i dette projekt. Etablering af byggegruben foregår i 3 skridt: Først udføres efterfunderingen af nabohusene, herefter nedvibreres spunsvæggene, grundvandstanden sænkes og der udgraves til kote 0,65. Da elevatorskakten skal funderes i kote 2,5 skal der udgraves en byggegrube i byggegruben til denne. Denne grube etableres med anlæg i stedet for spunsvægge. Byggegruben ses på Figur 2.1, Figur 2.2 og Figur 2.3. A Kote -0,65 anlæg 1:2 B elevatorgrav kote -2,00 B A Figur 2.1: Oversigtsskitse af byggegruben. 6

7 Snit A-A +1,90 +0,90 GVS -0,65-2,0 Sandfyld Figur 2.2: Snit A-A af byggegruben. Koten er angivet i meter og afstande er angivet i mm. Kælderkonstruktionen er angivet som principtegning. Snit B-B +1,90 +0,90 Nuværende terræn GVS -0,65-2,0 Sandfyld Figur 2.3: Snit B-B af byggegruben. Koten er angivet i meter og afstande er angivet i mm. Kælderkonstruktionen er angivet som principtegning. Efter støbning af elevatorskakten opfyldes med sand. Herefter er det muligt at støbe resten af kælderkonstruktionen. 7

8 2.1 Grundvandssænkning For at nedsætte vandtrykket på spunsvæggen og for at undgå hævning af bunden i byggegruben etableres grundvandssænkning omkring og i gruben. Dette gøres ved at nedspule et antal sugespidser omkring byggegruben og i elevatorskakten. Placeringen af disse sugespidser fremgår af Figur 2.4. p1 p2 Gårdareal 14,595 p3 p4 p5 2,000 1,000 Kote -0,65 anlæg 1:2 elevatorgrav kote -2,00 p13 12,330 p11 p12 1,000 p10 p9 13,810 p8 Holbergsgade p7 2,000 p6 Figur 2.4 Byggegruben med hovedmål og placering af sugespidser. Mål i m. Sugespidserne nedspules til sandlaget mellem kote 2,4 og kote 2,9, se Figur 2.5. Grundvandssænkningen foretages i tre tempi: 1. Før udgravning af byggegruben nedspules sugespidserne p1 til p10, derefter udgraves byggegruben. 2. Der udgraves til elevatorgrav og sugespidser p11, p12 og p13 nedspules, se Figur Efter endt støbning fjernes sugespidser p11-p13 og elevatorgraven genopfyldes. 8

9 Tørv Sand Gytje, skalrester Sand Ler, sandet Tørvemuld Gytje Kote 1,9 1,6 0,9 Naturlig GVS 0,1-0,2-0,65 Byggegrubens bund -0,9-1,6-2,0 elevatorgravens bund -2,4-2,9 Aalborgler Figur 2.5: Jorbundsforhold der ligger til grund for dimensionering. Den optrukne streg symboliserer spunsvæg. Forudsætninger for dimensionering af sugeydelser På Figur 2.5 ses det boreprofil der ligger til grund for dimensionering af sugespidsernes ydelse. Af figuren ses, at under byggegrubens bund kan strømning kun foregå i det lukkede sandlag, idet dette er omgivet af lag med lave hydrauliske ledningsevner. Der er derfor tale om lukket strømning. Sænkning af trykniveau udenfor gruben Der ønskes ved dimensionering af spunsvæggene en sænkning af trykniveauet på bagsiden af disse fra den naturlige kote 0,9 til kote 1,6, altså 2,5 m. Dette opnås ved at have en ydelse på sugespidserne udenfor gruben (p1-p10) på 2,34 l/min pr. sugespids, se bilag #.#. Sænkning af trykniveau i elevatorgraven I bilag #.# vises det, at for at undgå hævning af underlaget i elevatorgraven (kote 2,00) er det nødvendigt at sænke trykniveauet i elevatorgraven fra den naturlige kote 0,9 til kote 1,72. Dette opnås ved samtidig pumpning fra sugespidser udenfor gruben med ovennævnte ydelse, og pumpning fra sugespidser i elevatorgraven (p11-p13) med en ydelse på 1,50 l/min. Sænkning af trykniveau i byggegruben Efter fuldførelse af elevatorskaktens nederste vægge, fjernes sugespidserne i elevatorgraven, og denne fyldes op. Det vil da kun være sugespidserne udenfor gruben, der er aktive. Det eftervises i 9

10 bilag #.#, at ydelsen fra disse sænker trykniveauet tilstrækkeligt i bunden af byggegruben, så hævning af underlaget undgås. Dette kræver en sænkning af trykniveauet fra den naturlige kote +0,9 til kote ca. +0,64, altså ca. 26 cm. Sugespidserne (p1-p10) jf. Figur 2.4 bevirker en sænkning, der er langt større end denne. Trykniveauet i gruben er endda sænket lavere end bundkoten (- 0,65), hvilket medfører, at indsivende vand undgås. Således er det kun nødvendigt at fjerne regnvand fra byggegruben. Grundvandsænkningens virkning på spunsvægge Den dimensionsgivende situation for begge spunsvægge er mens elevatorgraven er etableret og sugespidserne i denne er virksomme. Det vil være muligt, efter endt sugning i elevatorgraven og opfyldning af denne, at sænke ydelsen af sugespidserne udenfor gruben (p1-p10). Denne sænkning af sugeydelse er ønskelig af besparelsesårsager, da trykniveauet i byggegruben med den dimensionerede ydelse er langt lavere end nødvendigt for at undgå hævning. Det højere trykniveau i gruben afstedkommet af en sænkning af sugeydelse, vil have en gunstig virkning på spunsvæggen, mens samtigdigt højere trykniveau på bagsiden af spunsvæggen vil være til ugunst. Det vurderes dog for omfattende at foretage en dimensionering af ydelser til sugespidser og eftervisning af spunsvæggenes stabilitet i denne tilstand. 3 Dimensionering af spunsvægge I bilag ## er det samlede jord- og vandtryk på den frie spunsvæg mod gården bestemt, deriblandt det maksimale moment. Spunsvæggen mod Holbergsgade, samt sprøjtebetonvæggene ved gavlene dimensioneres ikke pga. studiemæssige årsager. Ved beregningerne er der taget udgangspunkt i glat væg, da størstedelen af jordlagene regnes som kohæsionsjorde. Dimensioneringen af spunsvæggen er foretaget i både kort- og langtidstilstanden, samt med vandfyldt revne i korttidstilstanden. I bilag## vises at langtidstilstanden er den farligste med en total rammedybde på 6,3 m. Dette giver et maksimalt moment på 94 knm/m hvorudfra vælges et Frodingham-profil type 1BXN [Teknisk ståbi, 1996, p 244] jf. #bilag. 10