Artikel om "Kalkstabilisering til vejanlæg" Forfatter: Specialkonsulent Tony Kobberø Andersen, Vejdirektoratet tka@vd.dk Projektchef Arne Blaabjerg Jensen, COWI A/S anj@cowi.dk Resumé Ved stabilisering af en leret eller siltet råjord med Proviacal (pulveriseret brændt kalk) er det muligt at opnå en betydelig forøgelse af råjordens bæreevne. Dette giver mulighed for at reducere vejens samlede befæstelse, og dermed kan der opnås en betydelig reduktion af bundsikringslagets tykkelse. Hvis metoden holder, hvad den ser ud til at love i dag, vil der være store potentielle muligheder for gevinster i form af besparelser på råstoffer, en væsentlig mindre miljøbelastning og en ikke uvæsentlig økonomisk gevinst. Besparelserne på råstofferne fremkommer ved reduktion af bundsikringslagets tykkelse, hvorved der anvendes mindre mængder sand og grus. Den samlede miljøbelastning reduceres idet behovet for gravearbejde samt transport og udsætning af materialer med dårlig bæreevne reduceres. Derved udledes der mindre CO 2 samtidig med, at der er mindre slid på vejene fra tung transport. Den økonomiske gevinst hentes ved det mindre behov for gravearbejde, transport og udsætning af jord samt råstofforbrug, der i de fleste tilfælde vil give besparelser, som er lang større end omkostningen til kalkstabiliseringen. Når slutresultatet samtidig bliver en bedre og mere holdbar belægning med en længere levetid, er der virkelig tale om en stor samfundsmæssig gevinst. Indledning Vi ser i dag en stigende trafikmængde, og mere tungt gods flyttes over på vejene. Dette stiller større og større krav til vejenes belægninger. For at få stærkere belægninger skal der bruges også bruges flere råstoffer, for at opfylde de større krav til underbundens bæreevne. Alt i alt medfører dette højere priser pr. km vej. Vejdirektoratet interesserer sig derfor for metoder, der kan forstærke råjorden, og specielt metoder der er egnede til forstærkning af "bløde" lerjords forekomster. Romerne opdagede meget tidligt, at de ved at anvende brændt kalk i deres vejbyggeri fik anvendelige veje, frem for plørede og ufremkommelige stier. I Danmark blev brændt kalk til stabilisering af veje også anvendt i mindre omfang for ca. 30 år siden. Metoden vandt dog af forskellige årsager ikke indpas, måske på grund af vores, i hvert fald dengang, let
tilgængelige og store forekomster af sand- og grusmaterialer. Danske rådgivere er dog ikke uden viden om metoden, idet den ofte anvendes på vejprojekter i udlandet. Vejdirektoratet har besluttet sig for at gennemføre 2 forsøg med kalkstabilisering, for at undersøge effekten nærmere. Det ene forsøg er gennemført på den kommende motorvej på Fyn mellem Odense og Ringe. Det andet forsøg er planlagt udført på den kommende motorvej mellem Ønslev og Sakskøbing. Karakteristisk for de to motorveje er, at de begge på større strækninger har en leret eller siltet underbund, som har en lav bæreevne. Den lave bæreevne af underbunden medfører, at der lokalt på strækningerne må anvendes ganske store befæstelsestykkelser. Forsøget på Fyn er gennemført i samarbejde med COWI, der som konsulent for Vejdirektoratet har projekteret motorvejsetapen og har fagtilsynet, og med M.J. Eriksson som entreprenør. Herudover er til forsøget hentet ekspertiser fra Faxe Kalk og Inreco, som begge har stor erfaring med denne type opgaver i udlandet. Faxe Kalk er et datterselskab af det belgiske firma Lhoist, som er en af verdens største producenter af brændt kalk. Lhoist har stor international erfaring med anvendelse af brændt kalk til jordstabilisering. Entreprenørfirmaet Inreco har datterselskaber i blandt andet Polen og Tjekkiet, som har det specielle materiel, der anvendes til kalkstabilisering, og den kompetence der er behov for. COWI har, i samarbejde med Vejdirektoratet, stået for planlægning og gennemførelse af forsøget, samt data- og resultatopsamling, evaluering, samt efterfølgende afrapportering. Forsøgsprogram, Fyn Følgende forudsætninger blev aftalt: En reduktion af befæstelsen fra 110 cm til 80 cm. Skulle opnås. Opnåelse af et E-modul på det kalkstabiliserede planum på minimum ca. 45 MPa. Det kalkstabiliserede lag skulle have en tykkelse på minimum 40 cm. Resultater af mark- og laboratorieforsøg skulle danne baggrund for mængden af tilsat brændt kalk og antallet af prøvefelter Det skulle være tørvejr under selve kalkstabiliseringen. Kalken måtte ikke udlægges i stærk blæst. Selve kalkstabiliseringen skulle udføres af Inrecos tjekkiske datterselskab, med deres materiel og mandskab Faxe Kalk skulle beregne hvor meget brændt kalk, der skulle tilsættes på de enkelte felter. Der identificeredes en forsøgsstrækning på ca. 900 meters længde fra station 11.520 til station 12.360 på østlige side af motorvejen, svarende til en bredde på 15 m. Strækningen blev indledningsvis inddelt i 3 felter, på baggrund af de geologiske forhold, samt indledende mark- og laboratorieforsøg. Efterfølgende forsøg viste imidlertid, at vi
var nødsaget til at dele strækningen op i yderligere 2 felter. Felterne var karakteriseret af at have forskellige vandindhold samt bæreevne. Lige udenfor forsøgsstrækningen blev der ca. 1 meter fra kanten afsat markeringspæle for hver 20 meter, således at alle målinger kunne udføres i faste punkter, og der kunne opnås sammenlignelige resultater. Til eftervisning af effekten af kalkstabiliseringen skulle der måles vingestyrker, vandindhold og bæreevne med minifaldlod, både før og umiddelbart efter stabiliseringen, samt yderligere efter ca. 1 og 4 uger efter. Forsøgets gennemførelse Inrecos materiel var transporteret op fra Tjekkiet, og alt var klar til kalkstabilisering af den første strækning. På grund af vejrudsigten der lovede regn sidst på dagen, valgte man at starte med felt nr. 5. Dette felt var karakteriseret ved en blød lerjord med et varierende vandindhold fra 11-22,5 % (overvejende >15 % ), samt ved at have en lav vingestyrke, typisk på mindre end 120 KN/m 2, dog med mindre end 50 KN/m 2 i de blødeste områder. På baggrund af resultaterne af laboratorietestene havde Faxe Kalk vurderet, at der skulle tilføres 4 % kalk for at opnå en acceptabel bæreevne af materialet. Det startede rimeligt med udlægning af kalken og fræsningen, men det viste sig snart, at fræseren kørte uhjælpelig fast i nogle meget bløde områder med meget vådt materiale. Udenfor disse områder, gik det planmæssigt. Områderne med det meget bløde materiale ville under normale omstændigheder være blevet udskiftet helt eller delvist. For at færdiggøre forsøgsfeltet blev der anvendt en stor gravemaskine til at trække fræseren igennem de værste af de bløde områder. Efter fræsningen blev materialet komprimeret, først med en ca. 15 tons glatvalset tromle efterfulgt af afretning med grader og derefter igen med en glatvalset tromle. Næste morgen viste regnmåleren 28 mm nedbør i nattens løb og det regnede stadigt. Vejrmeldingen lovede regn resten af dagen, og de næste 3 dage med. Arbejdet blev aflyst for den dag, og det blev besluttet at se tiden an. På fjerdedagen kom den lovede opklaring og det blev besluttet at gennemføre kalkstabiliseringen af felt 3. Dette felt var karakteriseret af at indeholde en fast lerjord med et lavt vandindhold på omkring 11 % samt ved at have høje vingestyrker typisk 200-300 KN/m 2. På baggrund af resultaterne af laboratorietestene havde Faxe Kalk vurderet, at der skulle tilføres 1 % kalk for at opnå en acceptabel bæreevne af materialet. Jorden var meget våd efter flere dages regn, men det var tørvejr. Entreprenøren skrællede de øverste våde centimeter jord af således, at man fik en overflade der lignede råjord, og processen med stabiliseringen kunne gå i gang. Forsøget gik planmæssigt og omkring middag var feltet stabiliseret. Til forskel fra forsøget på felt nr. 5, anvendtes der her en fårefodstromle for komprimering af det stabiliserede lag.
På grund af den dårlige vejrudsigt, der lovede regn de næste 5 dage, blev det besluttet at afbryde forsøget og nøjes med de 2 felter der var blevet kalkstabiliseret. Det var naturligvis skuffende for alle parter, men kunne ikke være anderledes. Forsøgets resultater Figur 1. Beregnede E 0 -værdier for felt 5 ved 100 kpa pladetryk Figur 2. Beregnede E 0 -værdier for felt 3 ved 100 kpa pladetryk
Som det fremgår af Figur 1 og 2, sker der i alle målepunkter en klar stigning i E 0 fra start til slut på målingerne, samtidig med at de indbyrdes forhold mellem bæreevnen stort set bevares. Det vil sige, at de punkter, der i begyndelsen havde den laveste bæreevne også havde den laveste bæreevne til slut. Den gennemsnitlige stigning i E 0 er størst for felt nr. 5, hvor den gennemsnitlige stigning omtrent svarer til en faktor 10, hvor stigningen for felt 3 ca. er en faktor 3,5. Der er en tydelig udvikling i E 0 over tid, idet måleresultaterne viser en kraftig stigning i E 0 når man sammenligner målingerne taget umiddelbart efter kalkstabiliseringen med målinger taget ca. 2 uger og ca. 5 uger efter. På felt 5, som i udgangspunkt havde en meget ringe bæreevne, opnås der i alle målepunkter en E 0 efter ca. 5 uger, der overstiger det ønskede minimum på 45 MPa. De målte E 0 -værdier er imidlertid et udtryk for det kombinerede E-modul af den uberørte underbund og det kalkstabiliserede lag, der har en tykkelse på ca. 40 cm. De målte E 0 - værdier kan derfor ikke tages som udtryk for E 0 -værdien i det kalkstabiliserede materiale, men som en kombineret værdi for det kalkstabiliserede materiale og den ikke kalkstabiliserede underbund. Konklusion De foreløbige resultater tyder på, at der kan opnås betydelige forøgelser i underbundens bæreevne ved kalkstabilisering af lerede og siltede jordtyper. Selv meget bløde og stærkt vandholdige ler/siltholdige jordtyper uden en egentlig bæreevne kunne i de udførte forsøg kalkstabiliseres, så man efter 4-5 uger havde opnået en bæreevne, der var betydeligt større end den krævede på 45 MPa. Rent praktisk synes det dog stadig at være nødvendigt, at overveje hvorledes de aller blødeste områder håndteres, så materiellet ikke synker i, og man får en ensartet stabilisering. Her har vi kun undersøgt en strækning der ligger i afgravning, men spørgsmålet om hvorledes vi "angriber" genindbygning af disse materialer, der normalt klassificeres som betinget indbygningsegnet eller ikke indbygningsegnet, i dæmninger m.v., er en af de ting vi drøfter i øjeblikket. Alligevel tør vi godt sige -at kalkstabilisering af ler/siltholdig underbund i forbindelse med motorvejsbyggeri synes umiddelbart, at være en metode med et meget stort fremtidigt potentiale, også i Danmark. Erfaringsindsamlingen og dermed udbygning af konklusionen vil blive suppleret med resultaterne fra strækningen Ønslev Sakskøbing.
Billede 1 Mixeren, der bruges til at blande lerjorden med den brændte kalk, er her af gravemaskinen, netop trukket igennem et af de bløde områder. Billede 2 Den kalkstabiliserede lerjord ændrer fuldstændig karakter.