Artikel Vejforum 20 Spar råstoffer og penge og få mere holdbare veje I store dele af landet har man været forvænt med at have gode og billige råstoffer i form af grus- og sandmaterialer lige ved døren. Der har ikke tidligere været behov for nytænkning eller at overveje hvordan man kan ændre de dårligste materialers egenskaber, så de i højere grad bliver anvendt og ikke bare deponeret. Men levetid på belægninger og flere tunge køretøjer stiller nye krav til vejnettet. Vejdirektoratet har sammen med COWI de seneste år gennemført to forsøg med at kalkstabilisere to motorvejsstrækninger. Vi vil gerne fortælle hvor og hvordan råjordsstabilisering kan medvirke til at vi får bedre og billigere veje, der i større grad tager hensyn til vores miljø og råstofforekomster. Før stabilisering. Foto Vejdirektoratet Efter stabilisering. Foto Vejdirektoratet Af: Specialkonsulent Tony Kobberø Andersen, Vejdirektoratet Projektchef Arne Blaabjerg Jensen, COWI
I områder med slappe ler forekomster kan man ved at stabilisere råjorden med brændt kalk i stedet for at anvende dyre råstoffer som sten og grus spare en million kr. pr. km motorvej. Samtidig opnår man mere holdbare veje med længere levetid. Det er resultatet af to forsøg som Vejdirektoratet har udført sammen med COWI. Metoden har store potentialer. De senere år har trafikken på det overordnede danske vejnet gennemgået en eksplosiv udvikling med mange flere biler på vejene. Levetiden på belægningerne er derfor ikke så lang som man tidligere troede. Sammenholdt med stigningen i antallet af tunge køretøjer stiller det helt nye krav til vejnettet. Fortsætter man med at bygge vejene som man "plejer" skal man udskifte ekstremt store mængder af råjord, der er delvist eller slet ikke egnet. Udvindingen af sten- og grus forekomster er i øjeblikket stærkt stigende og man skal begrænse forbruget, hvis ikke der skal drives rovdrift på disse ressourcer. Den store efterspørgsel på råstoffer, sammenholdt med knaphed i visse dele af landet har i dag medvirket til øgede priser, som gør det dyrere at gennemføre vejprojekter. Tænk alternativt Der er således al mulig grund til at tænke alternativt, og undersøge om det er muligt at designe de materialer, der ligger i vejtraceet, så man kan anvende dem i stedet. Hvis man samtidig kan opnå en væsentlig bedre bæreevne uden at tilføje nye materialer, er der basis for store økonomiske besparelser. Samtidig sparer man på landets råstoffer. I foråret 20 planlagde og gennemførte Vejdirektoratet i samarbejde med COWI det første forsøg med at kalkstabilisere råjordsplanum på motorvejen mellem Odense og Ringe. Forsøget levede op til vores forventninger og vi konstaterede en kraftig forbedring af bæreevnen i form af høje Eo- værdier. På figur 1. kan vi se udviklingen af bæreevne på planum over tid. Figur 1. Beregnede E 0 -værdier ved 100 kpa pladetryk
Forsøg på 400 m strækning, Lolland Det gennemførte forsøg førte til endnu et forsøg i en lidt større skala på en ca. 400 m. lang strækning på motortrafikvej M30s udbygning til motorvej mellem Ønslev - Sakskøbing. Forsøget blev gennemført i samarbejde med Vejdirektoratet, Tilsyn Sakskøbing, hovedentreprenør M.J. Ericsson med Inreco som underentreprenør og Faxe Kalk som kalkleverandør. Strækningen består af fedt moræneler med meget ringe bæreevne < 10 MPa. Målet med forsøgene var at reducere overbygningstykkelsen fra 110 cm. til 80 cm., og samtidig opnå et bundmodul Eo > 45 MPa. På trods af varierede jordtyper og varieret vandindhold (højt), forsøgte vi os med tilsætning af 2 % brændt kalk på hele strækningen. Forsøget gav de forventede resultater på bæreevnen (se fig. 2. ) E0 [MPa] 350 300 250 200 150 247 24095 24120 24128 24185 24229 24269 24340 24343 24365 Udvikling af overflademodul på de 10 målepunkter målt med minifaldlod ved 100 kpa 100 50 0 15-10- 29-10- figur 2. 12-11- 26-11- 10-12- 24-12- 07-01- 21-01- 04-02- 18-02- 04-03- På figur 2. ses endvidere bæreevne-udviklingen hen over vinteren og foråret 20. Fra et udgangspunkt på under 10 MPa før stabiliseringen til et niveau mellem 50 og 250 MPa. (målet var min. 45 MPa.). Kurvernes dekorative variationer hen over vinteren skyldes vejrets påvirkning. Det er derfor nødvendigt med en genkomprimering af planum inden arbejdet fortsættes. 18-03- 01-04- 15-04- 29-04- 13-- Anvendelse i fuld skala Resultaterne af de gennemførte forsøg har medført, at Vejdirektoratet nu har gennemført det første projekt i fuld skala: en 9 km. strækning, halv motorvej, på Lolland (Ønslev - Sakskøbing). Projektet var udbudt uden kalkstabilisering, men blev efter forhandling med hovedentreprenøren M.J. Eriksson ændret: overbygningen blev ændret fra 110 cm. til 80 cm. Planum blev stabiliseret i 40 cm's dybde med 2 % brændt kalk.
Disse ændringer har givet en samlet økonomisk besparelse på ca. 5 mio. kr. Miljømæssigt har vi opnået en gevinst ved ikke at skulle afgrave og udsætte ca. 40.000 m³ råjord. Derudover undgik vi at tilføre en tilsvarende mængde bundsikring. Rent teknisk har vi dermed fået en mere holdbar vej med en længere levetid jævnfør tabel. 1. Optimeret belægningsdesign for 20 mio. Æ10 over 20 år (MMOPP): Underbund E-værdi (MPa) 20 55 80 Asfalt (mm) 218 216 220 Stabilgrus (mm) 300 300 320 Bundsikring (mm) 715 285 155 Samlet tykkelse (mm) 1233 801 695 Besparelse ift. Ebund = 20 MPa 432 538 Middel levetid ved nedbrydningssimulering (år) 19 26 32 tabel 1. Samlet kan vi konstatere betydelige gevinster for miljø, økonomi og vejens levetid. I vores arbejde med at udvikle et koncept for kalkstabilisering i Danmark, har vi undersøgt hvad der sker rundt omkring i verden inden for hele området stabilisering og forstærkninger. Nogle af metoderne kan med stor fordel også anvendes i Danmark. Dybdestabilisering Som alternativ til at udskifte blød bund kan man i mange tilfælde med stor fordel anvende dybdestabilisering. Når man taler om dybdestabilisering taler man om to metoder, som kan anvendes hver for sig eller i kombination: - Pælestabilisering (dybe forekomster op til ca. 25 m ) - Massestabilisering (op til ca. 5 m) Man anvender stabilisering for at øge bæreevnen og mindske sætninger m.v. i forskellige jordtyper som ler, silt, gytje og tørv inden for vejbygning, industri- og boligområder. Specielt hvor der er dybe "lommer" med blød bund. Desuden kan man anvende stabilisering til overskudsjord, forurenet jord og slam. Dermed opnår man store miljømæssige og økonomiske gevinster.
Pælestabilisering Ved pælestabilisering producerer man pælene ved først at føre miksehovedet ned i den ønskede dybde for pælene. Ved denne proces løsner man jorden og gør den mere egnet for stabilisering. Herefter indblæser man en tør bindemiddelsblanding, under samtidig omrøring af jorden, mens miksehovedet trækkes op. Se figur 3 Figur 3. (lånt af Finnsementti) Pælestabiliseret område. Foto Arne Jensen Det tilstræbes at fordele bindemidlet så ensartet, at man opnår ensartede pæle. Som bindemiddel anvender man ofte kalk/cement eller cement. Pælenes egenskaber skal helst ikke variere mellem de enkelte pæle eller i pælenes længde og tværsnit. Det indblandingsværktøj som man anvender i dag, blander jorden i lag af 10-100 mm. per omdrejning, og har vinklede plader, som hjælper på nedføringen. Pælenes diameter er normalt mellem 500 og 900 mm, men oftest anvender man pæle med en diameter på 600 mm. Der er eksempler på pæle helt op til 1.130 mm. Pælelængden kan være op til ca. 25 m.
foto, Arne Jensen Masse stabilisering Ved massestabilisering opnår man en pladelignende konstruktion i den ønskede tykkelse. Masse stabilisering er en
Massestabilisering Med massestabilisering opnår man en pladelignende konstruktion i den ønskede tykkelse. Massestabilisering er en stabiliseringsmetode, hvor jorden omhyggeligt bliver blandet med et bindemiddel til den ønskede dybde. Under blandingen af jorden tilføres bindemidlet under tryk. Med nutidens metoder kan man massestabilisere ned til en dybde af 5 meter. Ved massestabilisering blander man den bløde jord eller planum med bindemidlet ved hjælp af en hydraulisk gravemaskine i forbindelse med en bindemiddelsbeholder/tank. (se figur 3) Bindemidlet er ofte cement eller brændt kalk. Processen Blandingen af jorden med bindemidlet sker sektorvis på den måde, at stabiliseringsmaskinen står på det tidligere stabiliserede og tilstrækkeligt hærdede materiale. Herfra stabiliserer man i "striber" af 3-5 meter ad gangen. Stabiliseringen sker ved at det specielle mikserhoved føres både horisontalt og vertikalt gennem den bløde jord, under tilsætning af bindemiddel. Ved hjælp af den moderne teknologi er det muligt at kontrollere tilførslen af bindemiddel, til de enkelte områder i jorden. Den massestabiliserede jord opnår typisk en forbedring af bæreevnen på 10 til 100 gange større end den ustabiliserede jord. Efter massestabiliseringen af en stribe på 3-5 meter udlægges en geodug på toppen, og yderlig et lag sand i 0,5 til 1 meters tykkelse. Sandet virker som forbelastning på det stabiliserede og gør at det stabiliserede pakkes. figur 4. (lånt af Finnsementti) Den teknologiske udvikling har gjort, at man i dag er i stand til at styre og kontrollere processerne bedre. Ved hjælp af grundige markundersøgelse og forsøg i laboratorium er vi nu bedre i stand til at forudsige og beregne resultaterne. Erfaringerne med disse metoder er meget lovende i udlandet, både ud fra et teknisk og økonomisk synspunkt. Der er betydelige økonomiske gevinster i forhold til alternative metoder, og det er muligt at reducere anlægsperioden på infrastrukturprojekter i forhold til traditionelle metoder. Gevinsterne i form af stærkere veje fører desuden til mindre vedligeholdelsesudgifter. Sidst men ikke mindst er det meget miljøvenlige metoder.