Hvad er forskellen på skråningsanlæg 1:2 og 2:1?

Transkript

1 Hvad er forskellen på skråningsanlæg 1:2 og 2:1? Carsten S. Sørensen, fagleder i geoteknik og fundering, Cowi css@cowi.dk Abstrakt Tidligere var det normalt i Danmark at anlægge vejskråninger med anlæg 1,5, senere blev det mere normalt med anlæg 2. Denne ændring medførte mere stabile skråninger, som igen medførte mindre vedligeholdesomkostninger. Flade skråninger kræver dog megen plads, hvilket kan være problematisk i tætte bebyggelser. Derfor er der nu opstået ønske om stejlere anlæg. Vejprojektet for Rismarksvej i Odense er et eksempel på dette. Artiklen fokuserer på de geotekniske problemstillinger der findes ved projektering og udførelse af stejle skråninger eksemplificeret ved det udførte projekt i Odense. Artiklen indeholder også mere generelle geotekniske emner, som f.eks. krav til geotekniske forundersøgelser, fastlæggelse af vandtryk i skråninger, opstilling af dimensioneringsmodeller mm. Alt anvendeligt for dem, der arbejder med jordskråninger i det daglige. 1 Skråningers stabilitet For år tilbage var det normalt at anlægge vejskråninger med anlæg 1,5, senere er det blevet mere normalt at anlægge skråninger med anlæg 2,0. Vedligeholdelsesudgifterne til sikring af skråningerne er herved blevet reduceret. Når en skråning svigter, er det normalt sammenfaldende med regnfald. Hvorfor nu det? Årsagen er, at trykket i porevandet i en lerskråning normalt er negativt (sug). Efter et regnfald kan dette tryk blive positivt (tryk). Herved reduceres jordens effektive styrke. ganske store. Mindre skred kan nemmere udbedres i forbindelse med den almindelige vedligeholdelse. Skråninger i sandaflejringer giver sjældent problemer, fordi der her ikke kan opbygges vandtryk. Her kan sandets styrke dog være begrænsende for stejlheden af skråningen. Et anlæg 1,5 kan være i underkanten. Skråninger i leraflejringer er tit problematiske, fordi der kan opbygges vandtryk i leret og ikke mindst kan indlejrede sandlag give problemer. Vandet løber i disse sandlag og medvirker til erosion ved skråningsoverfladen. Se også Steenfelt og Sørensen, Figur 1. Brud i vejskråning ved Hoptrup. Foto: Holger Duus, Sønderjyllands Amt Figur 1 viser et eksempel på et sådant brud, som opstod efter et større regnskyl. Udgifterne til udbedring af sådanne skred kan være 2 Nye udfordringer Skråninger fylder og er dermed ikke nemme at få plads til i tætte bebyggelser. Skråningerne fjernes ved at anlægge støttemure eller spunsvægge. Udgifterne hertil kan være relativt store samtidig med at støttekonstruktionerne ikke altid er særlig pæne. Som noget nyt i Danmark findes der nu også eksempler på armerede skråninger. Et eksempel herpå er skråningerne ved Rismarksvej i Odense, som blev anlagt i and Settings\pri\Lokale indstillinger\temporary Internet Files\OLK1AF0\Hvad er forskellen på skråningsanlæg 1 (2).doc

2 stålspyd ind i jorden og efterfølgende omstøbe disse med cementpasta. Herved opstår et træk- og forskydningselement i jorden, som jorden kan overføre og fordele kræfter til. Princip for virkemåden fremgår af nedenstående figur. Figur 2. Forskellen på anlæg 2 og 0,5 Som det fremgår af figur 2 er der stor forskel på skråningsanlæg 2 og 0,5, når det vides at skråningsanlæg 2 er stabil og nok ikke mere end det. Derfor skal skråningen armeres, hvis skråningen skal anlægges med anlæg 0,5. Her er det en stor udfordring at finde en egnet forstærkningsmetode, som er både økonomisk og teknisk forsvarlig og samtidig er praktisk gennemførlig. 3 Lidt geostatik En skrånings stabilitet sikres ved at det drivende moment fra lasterne er mindre end det stabiliserende moment fra spændinger i brudlinien. Figur 3. Brudfigur i skråning Figur 3 viser en brudfigur med påført last og med spændinger i brudlinien. Spændingerne opdeles i normal og forskydningsspændinger for herved direkte at kunne sammenligne med resultater fra almindelige styrkeforsøg af jord. Brudfiguren på figur 3 er kun stabil, hvis jorden er meget stærk og der ikke findes vand i jorden. Figur 4. Princip i kraftoptagelse ved brug af jordspyd. I den dimensionsgivende brudlinie påføres forskydnings- og normalkræfter som jordspydet kan overføre til brudlinien. Størrelsen af disse kræfter afhænger af jordens styrke, spydets styrke og diameter og desuden længden af spydet fra brudlinien til jordspydets spids. For at sikre at kræfterne kan overføres til spydene skal den indbyrdes afstand mellem disse være relativt beskeden. Afstanden afhænger af det relative styrkeforhold mellem jorden og spydet. For normale moræne- og glaciale sandaflejringer i Danmark må den vinkelrette afstand mellem spydene ikke overskride 1,5 meter. En særlig analyse må udføres for at sikre, at kræfterne kan overføres. Der monteres normalt ikke plader på ankeret i skråningsfacaden. Dette betyder, at kræfter fra jorden i området fra brudlinien til facaden skal "finde" ind til ankeret, hvor ankeret igen afleverer belastningen til jordmassen bag brudlinien. Man taler om en aktiv og en passiv zone, se nedenstående figur. 4 Princippet i jordarmering Når brudfiguren på figur 3 ikke beregningsmæssig er stabil skal den forstærkes. Dette kan finde sted ved i praksis at indspule hule and Settings\pri\Lokale indstillinger\temporary Internet Files\OLK1AF0\Hvad er forskellen på skråningsanlæg 1 (2).doc2.

3 Figur 5. Jordspydenes aktive og passive zoner Forskydningskapaciteten i den aktive zone må påregnes at være mindre end i den passive zone på grund af et mindre spændingsniveau i jorden i den aktive zone. Alle beregninger gennemføres i det regningsmæssige brudstadium, jævnfør retningslinjerne i Norm for Fundering, DS415. Anvendelsestilstanden kontrolleres ved at vurdere flytninger i jordmassen og i forankringssystemet. 5 Vandtryk i skråninger Det er næsten altid vandtrykket i skråningerne, som giver anledning til at brud opstår. Derfor skal fastlæggelse af vandtrykket behandles meget omhyggeligt. Hvis man er meget konservativ ved opstilling af sin beregningsmodel vil konstruktionen blive kostbar at anlægge, men vil få små vedligeholdesomkostninger. Hvis man modsat ansætter vandtrykket lavt, vil anlægsomkostningerne blive små og de efterfølgende vedligeholdesomkostninger store. Det primære grundvandsspejl er nemt at registrere ved en geoteknisk undersøgelse, modsat bestemmelse af det sekundære grundvandsspejl. Normalt antages, at der ikke kan optræde sekundære grundvandsspejl i sandog grusaflejringer på grund af materialets relativ store porøsitet. Dette er ikke tilfældet i en leraflejring, som kan være vandmættet langt over grundvandsspejlet. Porevandstrykket i dette vand er normalt negativt (sug) men kan i forbindelse med et regnskyl hurtigt ændre fortegn (tryk). Dette hurtige skift medfører pludselige brud i jordskråninger. Dette skal der selvfølgelig tages hensyn til ved projektering af armerede jordskråninger. I Danmark er der praksis for i geotekniske beregninger, at sætte det sekundære grundvandsspejl i samme niveau som oversiden af en leraflejring. Hvis der er indlejrede sandlag i leraflejringen kan denne regel dog fraviges, men det kræver grundige overvejelser før beslutningerne træffes. Der er dog nu åbnet op for i den danske funderingsnorm, at visse belastningssituationer kan behandles som en ulykkessituation, hvor der er praksis for at gennemføre beregningen i den karakteristiske brudtilstand. I den aktuelle situation skal der tages hensyn til den vandafledning, der finder sted mod skråningens facade. Her er det et krav, at der skal findes afledning sted inde i skråningen, for at undgå at vandtryk opstår i eller tæt ved facaden. Figur 6 viser mulige strømninger af vandet inde i en skråning. Ved en omhyggelig geoteknisk forundersøgelse er det muligt at fastlægge hvilken af disse strømninger, som vil forekomme. Dette er en forudsætning for at kunne projektere et effektivt drænsystem. Det kan vise sig nødvendigt at supplere dræningen med f.eks. indskudsdræn. Figur 6. Vandafledning tæt ved en skråning. Vandret udsivning i lagdelt jord og sænkningstragt i homogen jord and Settings\pri\Lokale indstillinger\temporary Internet Files\OLK1AF0\Hvad er forskellen på skråningsanlæg 1 (2).doc3.

4 6 Overfladebeklædning Som det fremgår af nedenstående figur monteres et net på skråningens facade. Formålet med dette er net er at sikre stabilitet af jorden i facaden mellem de enkelte ankre. Jorden i fronten er ikke stabil mellem ankrene uden et passende modhold. Dette modhold etableres ved at udspænde et net, som fastgøres til ankrene. Belastningen på nettet fra jorden overføres som buevirkning i nettet til ankrene. For at minimere nettets pilhøjde skal der normalt anvendes et meget stift net. Udgifterne til disse net er ligefrem proportional med stivheden, hvorfor det er væsentligt at kunne bestemme belastningen på nettet med rimelig nøjagtighed. En væsentlig del af belastningen på nettet hidrører fra vandtrykket i jorden bag dette net. Derfor er det væsentligt, at dette net er permeabel, således at vandet i jorden kan dræne ud gennem nettet. Belastningen på nettet findes ved at betragte en lokal brudfigur i jorden, som kan optræde mellem 2 ankerniveauer. Her virker jordens egenvægt og vandtrykket på brudfiguren som drivende kræfter og nettets modhold samt jorden styrke som stabiliserende kræfter. nødvendigt at sprøjte betonmørtel på skråningen for at sikre stabiliteten i byggefasen. Stivheden af en sprøjtebetonvæg er væsentlig forskellig fra et fleksibelt facadenet, hvorfor det statisk ikke kan virke sammen. Det er derfor naturligt at undlade nettet mod at armere sprøjtebetonen og udføre den med en tykkelse, som medfører at den kan overføre de optrædende belastninger til jordspydene. Kraftoverførelsen i betonen vil finde sted ved bøjning, som i denne sammenhæng ikke er særlig økonomisk. Her skal der optimeres en del før den mest optimale løsning findes. Endvidere kan sprøjtebetonen ikke virke drænende, hvorfor løsningen kun er anvendelig, hvis sandet i skråningen er rimelig permeabel og vandet i skråningen let kan løbe væk. Stabiliteten af lerskråninger under udførelsen er mindre problematisk. Normalt er en stejl lerskråning stabil mens arbejdet foregår. Hvis der er indlejrede sandlag, vil det normalt medføre at skråningen skal sikres under udførelsen med et tyndt lag sprøjtebeton. På Rismarksvej i Odense var der både en sand- og en lerstrækning, hvorfor begge forstærkningsmetoder blev afprøvet. Figur 6. Facadenet 7 Anlægstekniske problemstillinger Der skal skelnes mellem sand- og lerskråninger. Stabiliteten af sandskråninger under udførelsen er problematisk. Derfor kan det her være Figur 7. Indspuling af jordspyd. Graveskråningen er påsprøjtet et tynd lag sprøjtebeton for at sikre stabiliteten under udførelsen 8 Den færdige skråning Foran den armerede skråning blev der monteret gabioner som blev fyldt med skærver. and Settings\pri\Lokale indstillinger\temporary Internet Files\OLK1AF0\Hvad er forskellen på skråningsanlæg 1 (2).doc4.

5 Denne gabionsvæg understøttes af skråningen og jorden under væggen. Gabionernes indre stabilitet sikres ved træk i stålet i gabionerne og friktionen mellem de enkelte skærver. Her er det meget væsentligt, at skærverne pakkes tæt. Projektering af stejle armerede skråninger er en ny disciplin i Danmark. Der må advares mod at overføre alle erfaringer fra udlandet, da danske jordbundsforhold kan afvige en del fra de jordbundsforhold i udlandet, hvor man har erfaring med metoden. Ved projektering af de aktuelle skråninger viste det sig at generelle erfaringer anført i Norm for Fundering, DS415 var relevante og særdeles brugbare. Figur 8.. Den færdige skråning Reference Steenfelt, J. S., Sørensen, C. S. (2003). Slope stability problems in Denmark - a joke or a dire reality? XIIIth European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Prague. and Settings\pri\Lokale indstillinger\temporary Internet Files\OLK1AF0\Hvad er forskellen på skråningsanlæg 1 (2).doc5.