VIA UNIVERSITY COLLEGE CAMPUS HORSENS Chr. M. Østergaards Vej 4 DK-8700 Horsens Titel: Opfyldning af Sydhavnen Tema: PROB2, Afgangsprojekt 7. semester, Bygningsingeniøruddannelsen Projektperiode: 11. februar 07. juni 2013 Deltagere: Nordin Naciri Jane Eriksen Brian Bay Hermansen Vejledere: Søren Fisker (Anlægsteknik) Sara Elisabeth Kjærgaard (Geoteknik) Oplagstal: 1 original 1 kopi Sidetal: 166 Bilagstal: 49
X Nordin Naciri 7. semester X Jane Eriksen 7. semester X Brian Bay Hermansen 7. semester
Forord Dette projekt er udarbejdet af gruppen, bestående af Nordin Naciri, Jane Eriksen og Brian Bay Hermansen i forbindelse med PROB2 på VIA University College Horsens. Projektet er udarbejdet på bygningsingeniørstudiets 7. semester i perioden den 11. februar 07. juni 2013 og udgør 18 ECTS point, hvoraf 1 ECTS point svarer til 27,5 timers arbejde. Arbejdsfordelingen er vurderet til at være 100 % geoteknik til Jane Eriksen og 100 % anlægsteknik til Nordin Naciri og Brian Bay Hermansen. Det akutelle timeforbrug fremgår af procesrapporten 1, som er en beskrivelse af projektforløbet. Projektet er udarbejdet i samarbejde med Aabenraa Havn og Cowi A/S. Cowi A/S har introduceret projektet og stillet tegningsmateriale, markundersøgelser m.m. til rådighed. Titlen på projektet er Opfyldning af Sydhavnen. Da udarbejdelse af geo- og anlægsteknik er blevet udført sideløbende, har det ikke været muligt at anvende resultater udarbejdet i geoteknik i forbindelse med det anlægstekniske. Der er i det anlægstekniske derfor blevet antaget resultater og delresultater, som senere er blevet bestemt i geoteknik. I et reelt udarbejdet projekt, vil den geotekniske projektering ligge til grund for anlægsteknikken, som hovedsageligt udføres tilbudsfasen af den bydende entreprenør. Læsevejledning For at overskueliggøre gennemlæsningen af rapporten, er der udarbejdet en læsevejledning, som har til formål, at give et overblik inden rapporten læses. Opbygningen af rapporten er således: - Hovedrapport Undersøgelser Resultater - Bilagsrapport Teori Fremgangsmetoder Beregninger - Bilagsmappe Beregninger Relevant litteratur Diverse Der forefindes en digital kopi af alt materiale på CD en vedlagt projektmaterialet. 1 Bilagsrapport, 23 Procesrapport - BBH
Kildeforklaring For at kunne udføre projektet er der anvendt kilder, hvortil der er lavet kildehenvisninger. Kildehenvisningerne er bygget op på følgende måde: Kildeeksempel: [2] Port designer s handbook, Second edition, Carl A. Thoresen. Kildehenvisning: Der henvises til ovenstående kilde på følgende måde: [2, s.] (s. beskriver det eventuelle sidetal, som er angivet i forbindelse med brug af citater direkte fra kilden.) På samme måde angives der [ ] ved websteder og andre kilder, samt figurer, som ikke er udarbejdet af gruppen. Alle kilder anvendt i projektet er angivet i litteraturlisten og ved bilag henvises der med nummerorden, f.eks. Bilag 5. Litteratur-, figur- og tabelliste forefindes bagerst i hovedrapporten.
Indholdsfortegnelse 1 Indledning... 1 2 Projektbeskrivelse... 4 2.1 Problemformulering... 4 2.2 Afgrænsning... 5 2.3 Metoder, modeller og software... 6 3 Forundersøgelser og vidensdeling... 7 GEOTEKNIK... 8 4 Geoteknisk sammenfatning - JE... 9 5 Opfyldning af bagland - JE... 13 5.1 Opfyldningsproblematik... 14 6 Etapeafgrænsning JE... 16 6.1 Dæmning... 16 6.1.1 Sætninger og tid... 18 6.2 Midlertidig spuns... 24 6.2.1 Situation 1 fri spuns... 24 6.2.2 Situation 2 1 ankerniveau... 25 6.3 Vurdering af de to løsninger... 32 7 Sætninger og tidsforløb - JE... 34 7.1 Sætningsberegninger... 37 7.1.1 Sætningernes tidsforløb... 38 7.1.2 Forbelastning... 38 7.1.3 Vertikaldræn... 39 7.2 Maksimale lagtykkelser... 40 7.3 Anvendt fremgangsmåde... 42 7.4 PLAXIS... 42 7.4.1 Lagtykkelser og tid... 43 7.4.2 Sætningsforløbet og stabilitet... 49 7.4.3 Vurdering af resultater fra PLAXIS... 49 7.5 Tidsplan for opfyldning af Sydhavnen... 50 ANLÆGSTEKNIK... 51 8 Kontraktforhold - NONA... 52
8.1 Opsummering af stade i projektet... 52 8.2 Vurdering af passende kontraktforhold til opfyldning af Sydhavnen... 52 8.3 Vurdering af udbudsregler... 53 8.4 Anbefaling af kontrakt- og udbudsform... 53 8.4.1 Organisationsform... 54 8.4.2 Kommunikationskanaler... 55 8.4.3 Kontraktforhold mellem parter... 56 8.5 Opsummering af kontrakt- og udbudsform... 56 9 Indledning udførelsesmetoder - NONA... 57 10 Etapeafgrænsning - BBH... 58 10.1 Dæmning... 59 10.1.1 Bølgebryder... 61 10.1.2 Gabioner... 61 10.1.3 Midlertidig spuns... 63 10.1.4 Opsummering af etapeafgrænsning... 66 10.1 Overslagsberegning... 67 11 Blødbundsudskiftning - NONA... 68 11.1 Udfordringer... 68 11.1.1 Ny spuns langs eksisterende kajindfatning... 69 11.2 Alternativ til udskiftning af blødbund... 70 11.3 Vurdering af metode... 70 12 Grouting af blødbunden BBH... 71 12.1.1 Opsummering... 75 12.2 Overslagsberegning... 75 13 Forbelastning - NONA... 76 13.1 Udførelse... 76 13.2 Overslagsberegning... 76 14 Sætningsmålinger - NONA... 77 14.1 Oversigt... 77 14.2 Installation af piezometre... 77 14.3 Efterbehandling af piezometermålinger... 79 14.4 Installation af slangenivellement... 79 14.5 Installation af sætningsplader... 80 15 Vertikaldræn - NONA... 84 15.1 Placering af vertikaldræn... 84
15.2 Vertikaldræns placering i jorden... 85 15.3 Installering af vertikaldræn... 86 15.3.1 Materiale... 88 15.3.2 Bemanding... 89 15.3.3 Økonomi og tid... 89 15.3.4 Afvanding af vertikaldræn... 89 16 Opfyldning med skib - NONA... 90 16.1 Krav til metode med skib... 90 16.2 Sandspreder skib... 91 16.3 Specialflåde med sandrampe... 91 17 Opfyldning - Wirekran - BBH... 93 17.1 Krav til metode med Wirekran... 93 17.1.1 Udførelsesmetode... 94 17.1.2 Opsummering... 95 17.2 Overslagsberegning... 95 18 Udlægning af fiberdug - BBH... 97 18.1 Overlap... 97 18.2 Udførelse... 98 19 Alternativ til opfyldning - NONA... 101 19.1 Opbygning af en kaj på pæle... 101 19.1.1 Insitustøbt kaj på pæle... 101 19.1.2 Bærebjælkesystem og dækelementer... 102 19.2 Valg af kajkonstruktion... 103 19.2.1 Opsummering... 103 20 Opsummering udførelse - NONA... 104 20.1 Sammenligningsgrundlag af udførelsesmetoder... 104 20.2 Vurdering af udførelsesmetoder... 104 20.2.1 Økonomisk overblik... 104 20.2.2 Komplet udskiftning... 104 20.2.3 Kontrolleret brud... 105 20.2.4 Forbelastning... 105 20.2.5 Grouting... 105 20.2.6 Kaj på pæle... 105 20.3 Valg af udførelsesmetode Opfyldning... 106 20.4 Valg af udførelsesmetode Udlægning af kritisk sandlag... 106
20.5 Valg af udførelsesmetode Etapeadskillelse... 106 20.6 Detailtid, -økonomi og -udførelse... 107 21 Byggepladsindretning - BBH... 108 21.1 Anvisning af byggeplads... 108 21.2 Indretning af byggepladsen... 109 21.2.1 Belysning... 110 21.2.2 Byggepladsindhegning... 111 22 Risikostyring NONA/BBH... 113 22.1 Indledning - NONA... 113 22.2 Fastlæggelse af acceptkriterier - NONA... 113 22.3 Fastlæggelse af aktiviteter i projektet - NONA... 114 22.4 Identifikation af risici - NONA... 115 22.5 Vurdering af risici - NONA... 115 22.6 Beskrivelse af risikoreducerende tiltag NONA/BBH... 116 22.6.1 WBS 4.3.2 Opfyldning fra flåde kote -3,57 (-)1,57 - NONA... 117 22.6.2 WBS 4.4.2 Sætning af dræn i forkert dybde - BBH... 118 22.7 Opsummering af risikovurdering NONA, BBH... 120 23 Tids- og ressourceplanlægning... 121 23.1 Indledning - NONA... 121 23.2 Udarbejdelse af detaljeret entreprenørtidsplan - NONA... 122 23.3 Beskrivelse, analyse og optimering af detailtidsplan NONA, BBH... 122 23.3.1 Indretning af byggeplads BBH... 122 23.3.2 Levering af flåde BBH... 123 23.3.3 Nedbrydning BBH... 124 23.3.4 Etapeafgrænsning BBH... 126 23.3.5 Opfyldning fra flåde Kote -3,57 (-)1,57 NONA... 127 23.3.6 Opfyldning Kote 1,57 - +0,0 NONA... 130 23.3.7 Vertikaldræn NONA... 131 23.3.8 Opfyldning Kote +0,0 - +5,48 NONA... 131 23.3.9 Konsolidering BBH... 132 23.3.10 Vibrokompaktering - BBH... 132 23.3.11 Opsummering af detailtidsplanlægning NONA, BBH... 133 23.4 Ressourceplanlægning NONA, BBH... 133 23.4.1 Oprettelse af ferie og fritid... 134 23.4.2 Allokering af bemanding og maskinelt - BBH, NONA... 135 23.5 Samlet opsummering af tids- og ressourceplanlægning - BBH, NONA... 136
24 Økonomi NONA/BBH... 137 24.1 Indledning - NONA... 137 24.2 Successiv kalkulation - NONA... 137 24.3 Detailøkonomi NONA, BBH... 138 24.3.1 Inddeling af aktiviteter... 138 24.3.2 A-L metode... 139 24.3.3 Sammenligning af detailøkonomi og erfaringstal... 140 24.3.4 Opsummering af sammenligning af A-L... 143 24.4 Likviditetsanalyse NONA, BBH... 145 24.4.1 Valg af betalingsmodel... 145 24.4.2 Cash flow... 146 24.4.3 Opsummering Likviditetsanalyse... 147 24.5 Indeksregulering NONA/BBH... 148 25 Konklusion... 150 25.1 Geoteknik... 150 25.2 Anlægsteknik... 152 26 Litteraturliste... 155 27 Figurliste... 159 28 Tabelliste... 165
1Indledning 1 S ide 1 Indledning Projektet, PRO B2, vil omhandle udvidelse af Aabenraa Havn. Aabenraa Havn ønsker at udføre en opfyldning af en del af deres nuværende havnebassin (Sydhavnen), samt opføre af ny kajfront og et nyt heavy load Ro-Ro leje. Figur 1.1 viser placeringen af den ønskede udvidelse. Baggrund Figur 1.1: Oversigtskort Grundet den store udvikling inden for skibstransport har Aabenraa Havn udarbejdet en helhedsplan. Helhedsplanen skal være med til at sikre, at Aabenraa Havn i fremtiden, bliver en havn kunderne vil satse på. Helhedsplanen er inddelt i etaper, hvilket ses på Figur 1.2
2 S ide 1 Indledning Figur 1.2: Helhedsplan Aabenraa Havn har i mange år har haft et ønske om at få Sydhavnen fyldt op, så de derved opnår et større og mere lukrativt bagland. Dette har ikke været en mulighed på grund af restriktioner i den nuværende lokalplan. Aabenraa kommune er ved at udfærdige en ny lokalplan, som bliver godkendt december 2013, hvori det fremgår at opfyldning af Sydhavnen bliver tilladt. Opfyldning af Sydhavnen vil give Aabenraa Havn en mulighed for, ikke alene at udvide baglandet, men også for at anlægge en ny kaj. Figur 1.3: Etape 1 Ewers (foderstoffabrik), som ligger på den nordlige side af Sydhavnen, har i dag losning og læsning af foderstof på den sydlige del af Gammelhavn. Dette er til stor gene for Aabenraa by, da der ved vestenvind, blæser støv fra foderstoffet ind over byen. I den nye helhedsplan har Aabenraa Havn påtænkt at flytte alt losning og læsning af foderstof ud på den nye kaj i forbindelse med etape 2. Ewers har ytret ønske om, at opføre et 6000 m2 pakhus og på sigt flere siloer på de arealer der fremkommer i forbindelse med opfyldning af Sydhavnen, etape 1. Aabenraa Havn er i blandt de fire havne i Danmark [26], som er blevet udvalgt til at være udskibningshavne for vindmøller. Dette vil betyde en øget omsætningen for havnen, men stiller en del krav til havnens kajanlæg. I dag læsses vindmølledelene på skibene ved brug af kraner. Det kan dog kun lade sig gøre, så længe delenes vægt ikke overskrider kranernes løftekapacitet. Kranerne på Aabenraa Havn har i dag en løftekapacitet på 100 tons ved sammenløft. Nacellen (hovedet på møllen) på 5 og 6 MW vindmøller vejer i
1Indledning 3 S ide dag over 150 tons, og kan derfor ikke løftes på skibene ved brug af kraner. I fremtiden vil vindmølledelene derfor være rullegods, som køres på en Ro-Ro færge, og derefter transporteres til en havn der ligger i nærheden af, hvor vindmøllerne skal rejses. Her læsses delene om på de specialbyggede vindmølleskibe, som skal installere vindmøllerne på havet. Aabenraa Havn skal derfor have anlagt et nyt Ro-Ro leje, som kan klare de tunge laster fra vindmølledelene. Aabenraa Havn ønsker, at det nye Ro-Ro leje skal ligge i forbindelse med det nye kajanlæg ud for Sydhavnen i forbindelse med etape 2. Figur 1.4: Etape 2 Helhedsplanen indeholder også en forlængelse af Sønderjyllandskajen (etape 3), og etablering af mere bagland til oplagring af vindmølledele og andet heavy load gods. I dag benyttes de bagerste arealer på Sønderjyllandskajen til losning af tilslagsmaterialer til asfalt og beton. Disse typer gods skal efter helhedsplanen flyttes over på den nordøstlige del af Gammelhavn. På denne måde samler Aabenraa Havn deres sten og grus aktiviteter til ét sted, hvilket medfører et bedre flow på havnen. Ved udførelse af helhedsplanen samler Aabenraa Havn deres aktiviteter i forbindelse med samarbejdspartnernes ønsker og behov. Dette vil resultere i et bedre flow på havnen, som i sidste ende vil resultere i en økonomisk gevinst for Aabenraa Havn. For Aabenraa Havn vil det medføre store investeringer, men som sagt af, maritim chef, Paul B. Lauridsen: Som konkurrencesituationen ser ud på nuværende tidspunkt, er man nødt til at kunne udbyde faciliteterne før kunderne kommer til, og derfor er en sådan investering en nødvendighed, for at Aabenraa Havn kan være konkurrencedygtig
4 S ide 2 Projektbeskrivelse 2 Projektbeskrivelse Det overordnede formål med projektet er at give Aabenraa Havn en mulig løsningsmodel for opfyldning af Sydhavnen, etape 1. Figur 2.1 viser opfyldningsområdet. Etapeafgrænsning Figur 2.1: Etape 1 2.1 Problemformulering Med baggrund i ovenstående vil der i projektet blive undersøgt følgende: For at opnå den mest tilfredsstillende løsning, er det vigtigt at udføre en behovsanalyse. Hvilke forventninger og krav har Aabenraa Havn til det nye bagland, samt hvilke ønsker har brugerne? I forbindelse med opfyldning af Sydhavnen, vil det væsentligste problem indenfor det geotekniske område være den udbredte blødbund, som forefindes i store områder af Aabenraa Havn. Forekomsten af blødbundsområdet er tidligere kendt fra TFPBP1 på 6. semester. Blødbunden vil give anledning til store sætninger i forbindelse med opfyldning af Sydhavnen. De geotekniske forhold har stor indflydelse på økonomi, tid samt udførelse af hele projektet. Der skal udformes en geoteknisk rapport, der vil ligge til grund for opfyldningsarbejdet og etablering af etapeafgrænsningen mellem etape 1 og etape 2. Derudover vil der blive udført et konsolideringsforsøg, af gytjen i Sydhavnen, i samarbejde med COWI A/S og Aabenraa Havn. Hvilken løsningsmodel vil være mest fordelagtig for at udføre det nye bagland, som opfylder de opstillede krav i forhold til sætninger, belastning, tid og økonomi? Der er adskillige problemstillinger, der skal tages højde for ved etablering af etapeafgrænsningen. Med baggrund i de stillede krav fra bygherre samt forudsætninger i den geotekniske rapport, kan projekteringen af projektet påbegyndes. Hvordan kan en mulig løsningsmodel for etapeafgrænsningen udformes, og hvordan vil udførelsen forløbe, samt hvilke geotekniske udfordringer vil der være i forbindelse med udførelse af denne? Der vil for projektet blive udført overslagsøkonomi, som skal ligge til baggrund for bygherrens budget, samt en vurdering af attraktive udførselsmetoder.
2Projektbeskrivelse 5 S ide For at belyse økonomien fra en entreprenørs side, vil der blive udført detailøkonomi, samt detailtidsplan for etape 1, opfyldning af Sydhavnen. Entreprenøren, udfører detailøkonomi samt detailtidsplaner for at sikre en god planlægning af sit arbejde, som skal forhindre fejl, mangler og underskud på projektet. Derfor er en entreprenør nødt til at anvende værktøjer til at udarbejde tidsplaner og økonomisk overblik. I forbindelse med udførelsen af projektet for Aabenraa Havn, vil der ydermere blive kigget på hvordan de forskellige opgaver kan udføres mest fordelagtigt. Mange opgaver kan udføres vha. forskellige metoder, som hver især har deres fordele og ulemper. Fordele og ulemper kan betragtes økonomisk som tidsmæssigt. Der vil i projektet blive set på forskellige udførelsesmetoder indenfor valgte opgaver, der skal udføres i forbindelse med opfyldningsarbejdet og etablering af etapeafgrænsningen. I projektet Opfyldning af Sydhavnen, Aabenraa Havn vil ovenstående problemstillinger blive behandlet. Det vil resultere i et projekt, hvor der vil blive fremstillet et løsningsforslag ud fra et økonomisk, tidsmæssigt, geoteknisk og anlægsteknisk perspektiv. 2.2 Afgrænsning Projektet vil blive udarbejdet i henhold til Ydelsesbeskrivelser, Anlæg og planlægning, april 2006, kapitel 1 Rådgivning før projektering. Kapitel 1, Rådgivning før projektering, indeholder dog følgende emner, som ikke vil blive berørt: 1.1.3 Tid 1.1.7 Klienten 1.2.5 Myndigheder 1.2.6 Kvalitetssikring. I dette punkt udgår Rådgiveren beskriver krav til kvalitetssikringen for projektering og udførelse, herunder krav til planer for tilsyn og byggeledelse 1.2.7 Klienten Da der arbejdes med et læringsbaseret projekt, hvor tillærte teorier, og beregningsprincipper afprøves, vil der, selvom kapitel 1, Rådgivning før projektering, ikke indeholder emner, hvor ovenstående berøres, blive udført konstruktionsberegninger, som ikke holder sig indenfor den detaljeringsgrad kapitlet omhandler.
6 S ide 2 Projektbeskrivelse 2.3 Metoder, modeller og software Metoder Konsolideringsforsøg Boreprøve ekskursion til Aabenraa Havn Ekskursion til vertikaldrænsprojekt Randers Havn Software Autocad 2012 Microsoft Word 2010 Microsoft Excel 2010 Microsoft Project 2012 Sigma 2010 Enterprise Plaxis Spooks WBS Chart Pro 4.9a
3Forundersøgelser og vidensdeling 7 S ide 3 Forundersøgelser og vidensdeling I forbindelse med udarbejdelse af projektet omhandlende opfyldning af Sydhavnen, der hovedsageligt omhandler styring af tid og økonomi samt beskrivelse og beregning af komplicerede udførelsesmetoder og geotekniske beregninger, er der i gruppen gjort et stort stykke arbejde i forundersøgelser samt vidensdeling med eksperter indenfor området. Indenfor specielt vandbygning er udførelsesmetoderne svært tilgængelige og står ikke beskrevet i nogen form for teori. Udførelsesmetoderne baserer sig på sund fornuft, kombinationer mellem afprøvede metoder på land og en STOR del erfaring. Gruppen har derfor i samarbejde med nedenstående vejledere udført forundersøgelser og vidensdeling for at opnå den erfaring de besidder og derved anvende den i projektet. Nedenfor beskrives i punktform hvilke ekspertiser følgende firmaer har bidraget med. - COWI A/S Sophus Hjort Udførelsesmetoder Kontraktforhold Udbudsformer Geotekniske beregninger Risikostyring - Aabenraa Havn Henrik Thykjær & Paul B. Lauridsen Krav og ønsker til opfyldningen - Per Aarsleff Henrik Rasmussen Udførelsesmetode med specialbygget pram og pumpestation Vertikaldræn - Züblin Helmuth Mühlbach Udførelsesmetode med sandspreder samt økonomi herom - Randers Stevedore David York Udførelse af vertikaldræning samt økonomi og tid herom - Meldgaard Palle Holm Tilkørsel af sand til havnen med lastbil (økonomi) - Rohde Nielsen Ole Yding Priser på sand med sandskib pumpet ind i havnen - MT Højgaard Per Hulmose Nielsen Priser, udførelsesmetoder mm. - COWI A/S Niels Hulgaard Opfyldning teori og praksis Vidensdelingen er forsøgt nedskrevet i mødereferater, mailkorrospondancer, telefonsamtaler mm. Ud fra forundersøgelserne samt vidensdelingen vil projektets elementer bære stort præg af elementer der bruges i dagligdagen hos entreprenører samt rådgivere.
8 S ide 3 Forundersøgelser og vidensdeling GEOTEKNIK
4Geoteknisk sammenfatning - JE 9 S ide 4 Geoteknisk sammenfatning - JE I henhold til den geotekniske rapport 2 er der blevet udarbejdet to beregningsprofiler. De fastsatte geotekniske parametre og omfanget af blødbundsområdet er skønnet på den sikre side, for at undgå ugunstige forhold i anlægs- og anvendelsesfasen. Vandspejlet er placeret i kote 0,0 i henhold til DVR90. Ved dimensionering af den nye kajfront vil der blive anvendt en maksimal vandspejlsdifferens på 1,0 m i ulykkestilfældet og 0,5 m i brudgrænsetilfældet. De to beregningsprofiler er vist i en skematisk oversigt nedenfor i Tabel 4.1 og Tabel 4.2. De repræsenterer henholdsvis den vestlige og østlige del af Sydhavnen. 2 Bilagsrapport, 4 Geoteknisk rapport - JE
10 S ide 4 Geoteknisk sammenfatning - JE Beregningsprofil 1 vest DVR90 kote Karakteristiske parametre -3,7-8,0 Gytje -8,0-10,8 Gytje -10,8-12,2 Tørv -12,2-13,3 Ler -13,3 Moræneler Tabel 4.1: Beregningsprofil 1 vest
4Geoteknisk sammenfatning - JE 11 S ide Beregningsprofil 2 øst DVR90 kote Karakteristiske parametre -3,8-8,0 Gytje -8,0-14,1 Gytje -14,1-15,1 Ler -15,1-16,5 Moræneler -16,5 Moræneler Tabel 4.2: Beregningsprofil 2 øst
12 S ide 4 Geoteknisk sammenfatning - JE Figur 4.1 er en oversigttegning, der viser, hvor de to beregningsprofiler skal anvendes. Den røde streg angiver, hvor beregningsprofil 1 skal anvendes, og den blå streg angiver hvor beregningsprofil 2 skal anvendes. Det anbefales, at der bliver udført nærmere geotekniske undersøgelser af området omkring etape 1, for at danne et mere fyldestgørende billede af den geotekniske situation. Figur 4.1: Oversigtstegning
5Opfyldning af bagland - JE 13 S ide 5 Opfyldning af bagland - JE Aabenraa Havn ønsker at udvide deres havneareal, og derved skal der ske en opfyldning af et af de eksisterende havnebassiner, nærmere betegnet Sydhavnen. Arealet, Aabenraa Havn ønsker opfyldt, er vist på nedenstående Figur 5.1, som det rødskraverede areal, også benævnt Etape 1. Figur 5.1: Opfyldningsareal Ved opfyldning af havnebassinet er der flere problematikker, der skal bearbejdes. I henhold til den geotekniske rapport er der varierende mængder af blødbundsmateriale hovedsageligt i form af gytje, som spænder fra ca. 4,4-12,3 meter. Dette vil skabe problemer i forhold til sætninger, hvis der blot bliver fyldt op med fyldmateriale. Gytjen skal derfor fjernes eller konsolideres, så der ikke vil opstå fremtidige sætninger større end, hvad der er defineret i de opstillede krav 3. Belastningen på det fremtidige bagland vil bestå af en jævnfordelt karakteristisk last på 23,1 [kn/m 2 ] 4. De fremtidige bygninger der bliver placeret på det nye havneareal, vil være selvbærende konstruktioner og bidrager derfor ikke med yderligere laster. Der vil i nærværende projekt blive udarbejdet en række løsningsforslag med dertil hørende overslagsøkonomi, detailtidsplan og udførelsesfremgang. Ud fra en økonomisk og tidsmæssig vurdering, vil 3 Bilagsrapport, 2 Beregningsforudsætninger - JE 4 Bilagsrapport, 2 Beregningsforudsætninger - JE
14 S ide 5 Opfyldning af bagland - JE det mest fordelagtige løsningsforslag blive valgt. Det valgte løsningsforslag vil blive behandlet på et mere detaljeret niveau i forhold til tid og økonomi. 5.1 Opfyldningsproblematik Der er flere geotekniske problemstillinger i forhold til opfyldning af Sydhavnen. Selve opfyldningen skal ske på en sådan måde, at der ikke opstår bundbrud ved opfyldningen. Bundbrud vil opstå når gytjen bliver udsat for en større belastning end gytjens udrænede forskydningsstyrke. Gytjen vil gå i brud og alt afhængig af brudfiguren, vil gytjen blive skubbet op et stykke foran den påførte belastningen. Nedestående Figur 5.2 viser en principskitse af, hvordan et bundbrud kan se ud. Figuren til venstre viser en mulig brudfigur (rød streg), og figuren til højre viser hvordan gytjen bliver skubbet op. Figur 5.2: Principskitse af bundbrud Der kan dog vælges en opfyldningsmetode, hvor et kontrolleret bundbrud anvendes, for at skubbe blødbundsmaterialet foran opfyldningsmaterielet. Denne metode er nærmere beskrevet i afsnit 11 Blødbundsudskiftning - NONA. Når gytjen påføres en belastning i form af fyldmaterialet, vil der opstå et poreovertryk, og fyldmaterialet vil initialt blive båret af dette overtryk. Under udførelsesfasen er det essentielt, at poreovertrykket bliver overvåget for at registrere, hvornår det øgede poretryk er udlignet, og et nyt fyldlag kan påføres. Der vil blive udført beregninger af, hvornår det teoretisk set er muligt at påføre et nyt lag af fyldmateriale, uden der opstår brud. Det er dog yderst sjældent, at teori og praksis stemmer 100 % overens, og derfor skal poretrykket registreres. Metoderne til hvordan dette registreres er beskrevet i bilagsrapport, afsnit 14 Sætnings. En anden geoteknisk problematik er de sætningsgivende lag, som er temmelig omfattende i Sydhavnen. For at fremskynde de sætninger, der vil opstå, når gytjen bliver belastet, kan der udføres en forbelastning. Gytjen skal altså forbelastes således, at den opnår den ønskede styrke på. For at gytjen opnår den ønskede styrke, vil den blive belastet med et fyldmateriale. Fyldmaterialet vil have en overhøjde, og størrelsen af denne overhøjde vil blive beregnet ud fra de fremtidige belastninger, og de sætninger disse belastninger vil frembringe. Teorien og de anvendte formler, der ligger til grund for sætningsberegningerne og sætningernes tidsforløb er beskrevet i bilagsrapport, afsnit 5 Sætningsteori - JE. 5 Bilagsrapport, afsnit 2 Beregningsforudsætninger - JE
5Opfyldning af bagland - JE 15 S ide Der er store variationer i en gytjes deformationsegenskaber alt afhængig af den pågældende gytjes geotekniske egenskaber. Der er derfor blevet udført et konsolideringsforsøg af en intaktprøve fra Sydhavnen. Forsøget har udmundet sig i en rapport 6 som fastslår gytjens; deformationsegenskaber, krybningsegenskaber, forkonsolideringsspænding og konsolideringskoefficient. Resultaterne af konsolideringsforsøget er vist i nedenstående Tabel 5.1 og vil blive anvendt i forbindelse med sætningsberegningerne. Deformationsparametre - Gytje Q σ'pc σ' 0 Qs c k [%] [kpa] [kpa] [%] [m 2 /s] 41,9 128 10 3,5 5,3E-08 Tabel 5.1: Deformationsparametre fra konsolideringsforsøg 6 Bilagsrapport, afsnit 3 Konsolideringsforsøg - JE
16 S ide 6 Etapeafgrænsning JE 6 Etapeafgrænsning JE I forbindelse med opfyldning af Sydhavnen, skal der udføres en afgrænsning for at tilbageholde fyldmaterialet fra det nye kajareal. Der er i afsnittet Anlægsteknik - 10 Etapeafgrænsning - BBH opstillet forskellige løsningforslag til mulige afgrænsningsmetoder. Der vil i nærværende afsnit blive undersøgt de geotekniske problematikker ved to af løsningsforslagene, nærmere betegnet dæmningen og den midlertidige spuns. Figur 6.1 viser beliggenheden af afgrænsningen. 6.1 Dæmning Figur 6.1: Oversigtstegning over placeringen af afgrænsningen I afsnittet 10.1 Dæmning er der blevet beskrevet forskellige typer af dæmninger, hvor hovedparten er opbygget af sand. For at undgå erodering på grund af bølger, strøm og vind, er det påtænkt at beskytte dæmningerne i form af gabionmadrasser. For nærmere beskrivelse af de forskellige dæmningstyper, henvises til afsnittet 10.1 Dæmning. I nærværende afsnit vil de geotekniske problematikker i forhold til at
6Etapeafgrænsning JE 17 S ide anlægge en dæmning blive behandlet. Figur 6.2 er en principskitse af en af dæmningstyperne. De geotekniske problematikker ved anlæggelse af en dæmning, vil være nogenlunde de samme uafhængig af, hvilken type af dæmning, der vælges. Nærværende afsnit vil derfor ikke omhandle én bestemt dæmning. Figur 6.2: Principskitse af dæmning med gabionmadrasser Sætningsproblematikken for dæmningen vil være den samme, som ved opfyldning af Sydhavnen. Det er selve udlæggelsen af sandlagene, der vil afvige væsentligt fra opfyldning af Sydhavnen, da dæmningen ikke vil blive anlagt inden for et afgrænset område. Sandlagene skal altså udlægges med et anlæg, for at undgå brud. Figur 6.3 er en tilnærmet model, hvor dæmningen vil blive udført som en aftrappet opbygning bestående af trappetrin på maksimalt en meters højde i henhold til bæreevneberegningerne 7. Trappetrinene vil i realiteten have et anlæg på 1:10. Afstanden mellem trinene vil afhænge af brudfiguren, hvilket vil blive undersøgt nærmere i nærværende afsnit. Alle sætningsberegningerne for dæmningen vil blive udført i PLAXIS. Figur 6.3: Principskitse af aftrappet opbygning af dæmning Som tidligere nævnt er opbygningen af dæmningen problematisk grundet de store mængder af blødbund. Gytjen har kun en begrænset bæreevne, hvilket betyder, at lagene der kan påføres, uden der opstår brud, vil være af samme størrelsesorden, som ved opfyldningen af Sydhavnen 8. Da dæmningen bliver bygget under vand, vil det ikke være muligt, at anvende vertikaldræn. Opbygningen af dæmningen vil derved blive en yderst tidskrævende procedure. Det vil ikke være tidmæssigt muligt, at dæmningen har overstået den primære konsolidering inden opstart af opfyldningen, hvilket betyder, at dæmningen vil sætte sig samtidig med opfyldningen af Sydhavnen. Der vil omkring dæmningen opstå differenssætninger, hvilket er illustreret på Figur 6.4 9. 7 Bilagsrapport, afsnit 8 Bæreevne - JE 8 Hovedrapport, afsnit 7.2 Maksimale lagtykkelser 9 Bilag 45 - Principskitse af differenssætninger
18 S ide 6 Etapeafgrænsning JE Figur 6.4: Opfyldning af Sydhavnen - differenssætninger Pilene på Figur 6.4 indikerer, hvor de største sætninger opstår, hvilket naturligvis er der, hvor gytjen bliver belastet mest. Når opfyldningsarbejdet i Sydhavnen påbegyndes, vil dæmningen allerede have sat sig, hvilket betyder, at der vil opstå et område, hvor dæmningen og opfyldning overlapper hinanden. Dette er vist på Figur 6.5. Figur 6.5: Overlap mellem dæmning og opfyldning Dette område vil generere større sætninger end resten af opfyldningsområdet, da gytjen her bliver belastet med mere sand end resten af Sydhavnen. Det er derfor vigtigt under udførelsesfasen at være specielt opmærksom på området omkring dæmningen, så der ikke påføres for store mængder sand, hvilket vil føre til brud. 6.1.1 Sætninger og tid Opbygningen af dæmningen er blevet modelleret i PLAXIS. Da dæmningen er symmetrisk, er det kun halvdelen af dæmningen, der er blevet moddeleret. For nærværende situation vil det udelukkede være korttidstilstanden, der bliver undersøgt. De anvendte geotekniske parametre fremgår af Tabel 6.1. For den valgte udrænet type (A), anvendes de effektive parametre frem for den udrænet forskydningsstyrke.
6Etapeafgrænsning JE 19 S ide Parameter Symbol Gytje Ler Moræneler Sandfyld Belægning Enhed Materialemodel MC MC MC MC MC - Materialetype Udrænet(A) Udrænet(A) Udrænet(A) Drænet - - Mættet rumvægt γ m 12,44 18 19 18 24 [kn/m 3 ] Umættet rumvægt γ 12,40 18 18,9 18 24 [kn/m 3 ] E-modulet E 150 6667 38889 41667 2,00E+07 [kn/m 2 ] Poissons forhold ν 0,25 0,25 0,25 0,25 0,15 - Kohæsion c 2,3 5 10 0,2 - [kn/m 2 ] Frintionsvinkel ϕ 25 25 30 35 - [ ] Dilatationsvinkel ψ 0 0 0 5 - [ ] Permabiltet x-dir k x 5,44E-04 8,64E-04 8,64E-01 8,64E+01 - [m/dag] Permabilitet y-dir k y 5,44E-04 8,64E-04 8,64E-01 8,64E+01 - [m/dag] Tabel 6.1: Geotekniske parametre Metoderne og teorien bag modelleringen kan findes i Bilagsrapport, afsnit 11 PLAXIS. Formålet med modelleringen i PLAXIS er at fastsætte en estimeret tidsplan for dæmningsarbejdet, samt bestemme det maximale poreovertryk før et nyt sandlag kan påføres. Under opbygningen af dæmningen opstår der et poreovertryk i gytjen, som under konsolideringsprocessen langsomt forsvinder. Poreovertrykket reducerer forskydningsstyrken i gytjen, så for at undgå brud under opbygning af dæmningen, skal poreovertrykket være reduceret tilstrækkeligt til, at der er opnået den fornødne forskydningsstyrke i gytjen, inden et nyt sandlag kan påføres. Størrelsesordenen på sandlagene er fastsat til en meter ud fra bæreevneberegningen 10. Der vil i det følgende være en gennemgang af det første sandlag, der bliver udlagt, da de resterende lag vil blive udført på samme måde. Poreovertrykket vil blot øges yderligere, og brudfigurerne for de efterfølgende lag vil være anderledes. Alle figurerne kan ses i Bilagsrapport, afsnit 11 PLAXIS og findes ligeledes digitalt på den vedlagte CD. Ved etablering af dæmningen er der på forhånd blevet estimeret, hvor lang tid hvert sandlag tager om at blive udlagt, og hvor mange dage sandlagene skal konsolidere. Da dette udelukkende er et estimat, kan det vise sig, at der er nogle af faserne, der kan optimeres ved eventuelt at reducere konsolideringstiden. Tabel 6.2 viser en oversigt over det estimerede forløb af dæmningsopbygningen. Der skal ikke tages højde for den sidste konsolideringsfase, da denne blot illustrerer, tiden og de sætninger, der vil opstå efter 10 år. 10 Bilagsrapport, afsnit 8 Bæreevne - JE
20 S ide 6 Etapeafgrænsning JE 1. sandlag Tabel 6.2: Estimeret forløb af dæmningsopbygningen Ved udlægning af det første sandlag opstår der et maksimalt poreovertryk på. Fordelingen af poreovertrykket umiddelbart efter at sandlaget er blevet udlagt, er vist på Figur 6.6. Figur 6.6: Fordelingen af poreovertryk efter udlægning af 1. sandlag De blå kryds viser fordelingen af poreovertrykket, og det fremgår tydeligligt, at de største poreovertryk opstår øverst i gytjelaget. I takt med at gytjen konsoliderer, vil poreovertrykket reduceres. En reduktion af poreovertrykket vil øge de effektive spændinger, hvilket betyder, at styrken og sikkerhedsfaktoren 11 dermed ligeledes vil øges. Figur 6.7 viser en brudmekanisme, der er under udvikling efter udlægning af det første sandlag. Som det fremgår, vil sandlaget skubbe en del af gytjen op foran tåen på dæmningen, hvis der opstår brud. 11 Bilagsrapport, afsnit 11 PLAXIS
6Etapeafgrænsning JE 21 S ide Figur 6.7: Mulig brudmekanisme Der er udført en sikkerhedsanalyse for hvert sandlag, der er blevet påført. Sikkerhedsanalysen skal sikre, at der ikke opstår brud i gytjen under etableringen af dæmningen. Teorien bag sikkerhedsanalysen er beskrevet i Bilagsrapport, afsnit 11 PLAXIS. Den er som udgangspunkt tilsvarende til den analyse, der udføres ved håndberegningen af skråningsstabilitet, hvor sikkerhedsfaktoren skal være over 1. Det stabiliserende moment skal være større end det destabiliserende. I PLAXIS udregnes sikkerhedsfaktoren blot ud fra styrken i jorden, hvilket er nærmere beskrevet i Bilagsrapport, afsnit 11.4 Sikkerhedsfaktor ϕ-c reduktion. I henhold til Eurocode 7 skal sikkerhedsfaktoren være 1,2, da der anvendes effektive parametre for den valgte udrænede tilstand i PLAXIS, til trods for, at det er korttidstilstanden, der bliver undersøgt. Når sikkerhedsfaktoren i PLAXIS er konstant, betyder det, at der er opnået fuldt brud. Figur 6.8 viser den mulige brudfigur ved udlægning af første sandlag. Den røde farve indikerer, der hvor bruddet med størst sandsynlighed vil opstå. Figur 6.8: Brudfigur - 1. sandlag For at sikre, at der ikke vil opstå brud under etablering af dæmningen, er sikkerhedsfaktoren for de fire udlægningsfaser blevet indtegnet på en graf, hvilken er vist i Figur 6.9. Som det fremgår af Figur 6.9, opstår der ikke brud under etableringen af dæmningen, da sikkerhedsfaktorerne for alle faserne har en værdi over 1,2. Den størst beregnede sikkerhedsfaktor er efter det første sandlag er påført, da poreovertrykket i gytjen på dette tidspunkt er væsentlig mindre end ved de senere faser. Forskydningsstyrken er derved ikke reduceret nær så meget, som ved de senere faser, hvor poreovertrykket stiger på grund af den øgede belastning fra de udlagte sandlag.
22 S ide 6 Etapeafgrænsning JE 1. sandlag 2. sandlag 4. sandlag 3. sandlag Figur 6.9: Sikkerhedsfaktor første udkast Sikkerhedsfaktoren viser desuden, at der kan optimeres på konsolideringstiden mellem udlægningsfaserne og størrelsesordenen af sandlagene, hvilket betyder, at dæmningen kan udføres hurtigere end estimeret. Det har ikke været muligt at finde frem til forskydningsstyrken af gytjen efter udlægningen af sandlagene, og lagtykkelserne er derfor bestemt ud fra den oprindelige bæreevne beregning 12. Det vil være en iterativ proces at finde frem til en mulig forøgelse af lagtykkelsen, hvor sandlaget øges og sikkerhedsfaktoren derefter undersøges. Inden for tidsrammen af dette projekt, har det ikke været muligt at gennemføre en sådan undersøgelse. Konvergens analyse Den nærværende situation er blevet udført med et medium mesh, og der er efterfølgende blevet udført en konvergens-analyse for at understøtte dette valg. Figur 6.10 viser resultatet af analysen. Om der vælges medium eller fine mesh har ikke den store betydning. Der er dog en mindre forskel mellem medium og very fine mesh, men eftersom sikkerhedsfaktoren ligger væsentligt over 1,2, vurderes det for denne situation, at et medium mesh giver en tilstrækkelig nøjagtighed. 12 Bilagsrapport, afsnit 8 Bæreevne - JE
6Etapeafgrænsning JE 23 S ide Konvergens-analyse Sikkerhedsfaktor 3,38 3,36 3,34 3,32 3,3 3,28 3,26 3,24 3,22 3,2 3,18 very coarse coarse medium fine very fine Mesh Figur 6.10: Konvergens analyse Tidsplan Den estimerede tidsplan for etableringen af dæmningen er vist i Tabel 6.3, hvor tiden og poretrykket, før de nye sandlag må udlægges er specificeret. Efter udlægning af 4. sandlag er der valgt en konsolideringsperiode på 10 år, da det ikke vides, hvornår etape 2 påbegyndes. Konsolideringsperioden på 10 år, skal blot illustrere, at dæmningen vil blive ved med sætte sig, og at den derfor skal vedligeholdes. Det vil sammenlagt tage 220 dage at etablere dæmningen, hvilket som tidligere nævnt kan optimeres, men dette vil blive udført i denne fase af projektet. Lagnr. Lagtykkelse Udlægningstid Konsolidering Poretryk Sætninger - [m] [dage] [dage] [kn/m 2 ] [m] 1 1 10 30 7,6 0,16 2 1 10 60 15,1 0,30 3 1 10 90 22,4 0,46 4 1 10 3650 2,0 1,91 Tabel 6.3: Tidsplan Dæmning
24 S ide 6 Etapeafgrænsning JE 6.2 Midlertidig spuns Etapeafgrænsningen, hvor der anvendes en midlertidig spuns, vil ikke have de sætningsproblemer som dæmningen har. Der vil dog være andre geotekniske problematikker, ved denne løsning, som skal undersøges. I nærværende afsnit, vil spunsvæggen blive dimensioneret og undersøgt i anvendeles- og brudgrænsetilstanden 13. Det antages, at den midlertidige spunsvæg ikke må have støre udbøjninger end 20 mm. De relevante forudsætninger og SPOOKS beregninger, til dimensionering af spunsvæggen, findes i Bilagsrapport, afsnit 9 Midlertidig spunsløsning JE. Forudsætningerne og teorien, der ligger til grund for undersøgelsen i anvendelsesgrænsetilstanden, findes i Bilagsrapport, afsnit 11 PLAXIS. Figur 6.11 viser placeringen af den midlertidige spuns. Figur 6.11: Placering af midlertidig spuns Beregningerne er blevet udført i henhold til beregningsforudsætningerne 14 og den geotekniske rapport 15. Det anvendte beregningsprofil til dimensionering af spunsvæggen vil tage udgangspunkt i beregningsprofil 2. 6.2.1 Situation 1 fri spuns Da spunsvæggen er en midlertidig løsning, vil det være økonomisk og anlægsmæssigt fordelagtig at nøjes med en fri spunsløsning. Den frie spuns er beregnet for situationen, hvor det endelige bagland står klart, og alle de primære sætninger er overstået, da dette vurderes at være den mest ugunstige situation. Figur 6.12 viser situation 1, hvor gytjen har sat sig 5,2 meter, leret har sat sig 0,1 meter og med en jævnt fordelt havnelast på. 13 Bilagsrapport, afsnit 9 Midlertidig spunsløsning JE 14 Bilagsrapport, afsnit 2 Beregningsforudsætninger - JE 15 Bilagsrapport, afsnit 4 Geoteknisk rapport - JE
6Etapeafgrænsning JE 25 S ide Figur 6.12: Situation 1 - Fri spunsvæg Beregningen af situation 1 er udført i SPOOKS og giver et maksimalt moment på samt en rammedybde på. Det vurderes, at det maksimale moment er af en størrelsesorden, hvor løsningen med en fri spuns ikke kan anvendes. 6.2.2 Situation 2 1 ankerniveau At anvende anker i en midlertidig konstruktion er ikke en optimal løsning, da det betyder, at ankeret skal fjernes inden spunsen kan trækkes op. En anden problemstilling er sætningerne under udførelsesfasen, da ankerpladerne vil sætte sig i takt med at resten af baglandet sætter sig. Det betyder, at ankerpladerne først kan installeres efter sætningerne er overstået, hvilket ikke er en mulighed, da spunsvæggen derved vil fremstå som en fri spuns, hvilket netop er eftervist, ikke er en mulig løsning. Der skal altså findes en alternativ måde, hvorpå spunsvæggen kan blive forankret under udførelsesfasen. Dette kan eksempelvis gøres i form af pælebukke. Figur 6.13 viser en mulig løsning til forankringsproblematikken, hvor der 16 Bilag 33 - SPOOKS beregning
26 S ide 6 Etapeafgrænsning JE anvendes pælebuk. Fordelen ved pælebukken er, at denne ikke sætter sig i takt med resten af baglandet. Ulempen er, at det normalt er ved permanente konstruktioner, at pælebukke anvendes, og pælebukkene kan ikke genanvendes. Desuden skal pælene rammes fra en flåde og de vil være til gene under opfyldningsfasen. I afsnit 10 Etapeafgrænsning - BBH er der beskrevet en anden løsning til forankringsproblematikken, hvor der anvendes udvendig afstivning i form af et kajsøm. Denne løsning har den fordel, at afstivningen udføres på ydersiden af spunsvæggen, og den vil derved ikke være til gene under opfyldning af Sydhavnen. Forankringsproblematikken vil blive behandlet i afsnittet Afstivning. Figur 6.13: Principskitse af forankring med pælebuk Der er blevet udført beregninger i SPOOKS på de forskellige brudmetoder i både langtids- og korttidstilstanden. Normaltvist er det langtidstilstanden, der er dimensionsgivende, men grundet de store mængder af blødbund, er det nødvendigt ligeledes at udføre beregningerne i korttidstilstanden. I Bilagsrapport, afsnit 9 Midlertidig spunsløsning JE er der opstillet en skematisk oversigt over de scenarier, der er blevet udført beregning på, for at finde frem til den dimensionsgivende situation. Tabel 6.4 viser den valgte dimensionsgivende situation, hvor ud fra spunsprofilet vil blive dimensioneret. Den lodrette ligevægt vil ikke blive behandlet i nærværende projekt.
6Etapeafgrænsning JE 27 S ide 1 ankerniveau BGT / Ulykke Flydeled / LTS el. STS Ankerniveau Vandspejlsdifferens/ koter M d A d PL [m] [knm/m] [kn/m] [m] 0,5 Færdigt bagland Strømning Filnavn: 03 BGT 1 - STS +0.0 Forside: -0.50 Bagside: +0.00 Tabel 6.4: Dimensionsgivende situation 946,92 622,84-16,09 Valg af spunsprofil Ud fra den valgte dimensionsgivende situation er spunsprofilet blevet dimensioneret 17. Der er blevet valgt et U-profil, PU28 +1, med egenskaber i henhold til Figur 6.14. Anvendelsesgrænsetilstanden Figur 6.14: Valgt spunsprofil [72] Da spunsprofilerne skal genanvendes, er det aktuelt at undersøge deformationen af spunsen, som ikke må overskride 20 mm. Dette er blevet gjort i PLAXIS. De anvendte geotekniske parametre samt parametrene for spunsvæggen findes i Bilagsrapport, afsnit 11 PLAXIS. Spunsprofilet vil blive undersøgt i både korttidsog langtidstilstand. Figur 6.15 viser modelleringen i korttidstilstanden, hvor deformationerne er skalleret op. I realiteten opstår der ikke større deformationer end 0,012 mm, hvilket ikke er selve spunsprofilet, men jorden omkring spunsprofilet der deformerer. Figur 6.16 viser udbøjningen på selve spunsprofilet. I korttidstilstanden vil den største udbøjning på spunsprofilet være 0,009 mm, hvilket ligger langt under kravet på 20 mm. 17 Bilagsrapport, afsnit 9 Midlertidig spunsløsning JE
28 S ide 6 Etapeafgrænsning JE Figur 6.15: Deformationer i korttidstilstand Figur 6.16: Udbøjning af spunsprofilet i korttidstilstanden
6Etapeafgrænsning JE 29 S ide Figur 6.17 viser modelleringen i langtidstilstanden, hvor deformationerne ligeledes er skalleret op. I realiteten opstår der ikke større deformationer end 0,08 mm, hvor de største deformationer opstår i jorden omkring spunsprofilet. Figur 6.18 viser udbøjningen for selve spunsprofilet. I langtidstilstanden vil den største udbøjning på spunsprofilet være 0,02 mm, hvilket, ligesom for korttidstilstanden, ligger langt under kravet på 20 mm. Figur 6.17: Deformationer i langtidstilstanden Figur 6.18: Udbøjning af spunsprofilet i langtidstilstanden
30 S ide 6 Etapeafgrænsning JE Det valgte spunsprofil overholder udbøjningskravet på 20 mm i både korttids- og langtidstilstanden. Det kan diskuteres, hvorvidt de fundne udbøjninger i PLAXIS vil stemme overens med den virkelige situation, grundet usikkerheden af de anvendte jordparametre 18. En vurdering af resultatet fra PLAXIS er, at de fundne udbøjninger er væsentlige mindre end forventet, da de store mængder blødbund på forsiden af spunsvæggen har omfattende deformationsegenskaber. Afstivning For at afstive spunsvæggen er det vurderet, at løsningen med kajsøm er den mest fordelagtige, da denne løsning ikke vil være til gene for opfyldningsarbejdet, og kajsømmene kan genanvendes, når den midlertidige spunsvæg fjernes. Figur 6.19 viser løsningen, hvor spunsvæggen bliver afstivet med kajsøm. Figur 6.19: Afstivning med skråpæl Der vil i nærværende projekt udelukkende blive lavet beregninger på skråpælen. Samlingen mellem skråpælen, strækket og spunsvæggen forudsættes at være momentstiv og derved at kunne overføre alle 18 Se afsnit 7.4.3 Vurdering af resultater fra PLAXIS
6Etapeafgrænsning JE 31 S ide kræfterne. Samlingen vil ikke blive behandlet i nærværende projekt. Anlægsmæssigt kan det vise sig problematisk, at samlingen ikke er placeret øverst oppe på spunsprofilet, men der vil på nuværende tidspunkt alene blive set på den geotekniske problemstilling, hvilken består i at overføre den beregnede ankerkraft til skråpælen, hvilket medfører at skråpælen er placeret, der hvor ankerkræften angriber. Skråpælen for denne løsning vil bestå af et HE200B profil, da dette er en entreprenørs standardprofil. Skråpælen vil blive dimensioneret efter teorien beskrevet i Bilagsrapport, afsnit 7 Pæle -JE og beregningerne vil fremgå i Bilagsrapport, afsnit 9 Midlertidig spunsløsning JE. Ved anvendelse af skråpæle er hældningen normalt 1:3, hvilket også gør sig gældende for kajsømmet. Skråpælene vil være placeret med en afstand på 1,2 meter, hvilket giver en samlet kraft på, som skråpælen samt spunsprofilet skal optage. Spunsprofilet skal optage den lodrette komposant fra ankerkraften, hvilken vil have indflydelse på den lodrette ligevægt af spunsvæggen. Den nedadrette kraft, som spunsprofilet skal optage er beregnet til, hvilket vurderes til at give et alt for stort tilskud i forhold til den lodrette ligevægt. I stedet for, at spunsprofilet skal optage den lodrette komposant, vil der blive udført en pælebuk bestående af en skråpæl og en lodpæl. Det forudsættes, at alle samlingerne er momentstive, og at ankerkraften derved kan blive overført til pælebukken. Figur 6.20 viser en skitse af den nye situation. Figur 6.20: Løsning med pælebuk
32 S ide 6 Etapeafgrænsning JE I henhold til beregningen af pælebukken 19 vil der blive anvendt et HE300B profil for både lodpælen og skråpælen. Et HE300B profil giver ikke et tilstrækkeligt tilskud til spidsmodstanden, hvilket har udmundet sig i en løsning, hvor der påsvejses en plade på 300x300 mm for enden af HE300B profilet. Lodpælen skal rammes ned til kote -23,6 og have en tilsvarende længde på 23,6 meter. For at sikre, at bæreevnen er opfyldt anbefales det at anvende en pæl på 24 meter, som rammes ned til kote 24,0. Skråpælen skal rammes ned til kote -23,8, hvilket betyder, at skråpælen skal have en minimums længde på 25,1 meter. Ligeledes anbefales det her at anvende en pæl på 25,5 meter, som rammes ned til kote 24,19. Et andet tiltag, der kan foretages for at reducere profilet og rammedybden, er at mindske afstanden mellem pælebukkene. Ved at mindske afstanden vil kræfterne, som hver enkel pælebuk skal optage, ligeledes blive mindsket. Den mest fordelagtige løsning vil bero på en økonomisk vurdering, hvilket ikke vil blive udført i denne fase af projektet. Alt afhængig af, hvordan etape 2 ønskes udført, skal der laves beregninger for negativ overflademodsstand i det tilfælde, at der sker en opfyldning af området der dækker etape 2. En sådan opfyldning vil betyde, at gytjen vil sætte sig og påvirke pælen med en nedadrettet overflademodstand, hvilket fyldmaterialet ligeledes vil gøre. Denne nedadrettede overflademodstand vil reducere pælens bæreevne og er derfor vigtig, at have for øje, hvis der planlægges en opfyldning af området der dækker etape 2. For at sikre, at den beregnede bæreevne stemmer overens med den virkelige bæreevne, er det vigtigt at udføre forsøg på udvalgte prøvepæle. Det kan enten være i form af statiske belastningsforsøg eller dynamiske belastningsforsøg. Den sidstnævnte er den oftest anvendte, da denne metode er billigere og hurtigere at udføre. Ulempen er, at den ikke er lige så præcis som statiske belastningsforsøg. Ved dynamiske belastningsforsøg findes bæreevnen ud fra udbredelsen af de stødbølger, der fremkommer ved nedramning af pælen. En stor fordel ved dynamiske belastningsforsøg er, at måleinstrumenterne nemt kan tilkobles rammeudstyret, og det er derved muligt at udføre målinger på alle pælene, der bliver nedrammet, uden de store omkostninger. På denne måde er det muligt at kontrollere bæreevnen løbene under anlægsfasen og gribe ind i tide, hvis bæreevnen ikke er tilstrækkelig. 6.3 Vurdering af de to løsninger Dæmningen har den store fordel, at den kommer til at indgå som en del af opfyldningen af Sydhavnen. Den skal ikke fjernes ligesom den midlertidige spunsløsning, og anlægsomkostningerne vil umiddelbart være mindre, alt afhængig af udførelsesmetode. Den helt store ulempe er de sætninger, dæmningen vil forårsage, og den tid det tager at etablere den. Det vil samlet tage 220 dage at etablere dæmningen, som vil have en top kote på -0,26, hvilken naturligvis vil ændre sig i takt med, at dæmningen sætter sig. Der skal desuden tages højde for differenssætninger omkring dæmningen, når opfyldningen af Sydhavnen påbegyndes. For at undgå brud, når opfyldningen af Sydhavnen påbegyndes, skal der nøje pejles omkring dæmningen, så de angivne lagtykkelser ikke overskrides. Grundet sætningerne vil der være en vedvarende vedligeholdelse af dæmningen, så baglandet af det nye kajareal ikke begynder at skride ud i havnebassinet. Den midlertidige spunsløsning har en række fordele. Den er hurtig at etablere sammenlignet med dæmningen, men eftersom Aabenraa Havn i henhold til behovsanalysen 20, ikke har nogen tidsramme for 19 Bilagsrapport, afsnit 9 Midlertidig spunsløsning JE
6Etapeafgrænsning JE 33 S ide opfyldningen, vil dette ikke være afgørende for hvorvidt spunsløsningen vælges. Den klare fordel ved spunsløsningen er, at der ikke vil opstå sætninger og differenssætninger, hvilket ligeledes betyder, at der ikke vil nogen vedligeholdelse af denne løsning. Der skal dog, alt afhængig af varigheden inden spunsen planlægges at blive fjernet, ses på korrosionsbeskyttelse. De fleste entreprenører ligger inde med spunsprofiler og HEB profiler, der anvendes til midlertidige konstruktioner, hvilket betyder, at omkostningerne holdes på et rimeligt niveau. Ligger entreprenøren ikke inde med materialerne til interims konstruktionen, kan de normalvis lejes. Det økonomiske aspekt vil ikke blive berørt nærmere i dette afsnit. Ud fra en ren geoteknisk vurdering, vil den mest fordelagtige løsning være den midlertidige spunsløsning. Der vil ikke være problemer i forhold til sætninger, og spunsløsningen vil ikke kræve vedligeholdelse. 20 Bilagsrapport, afsnit 1 Behovsanalyse - NONA