Injiserte løsmassestag

Abstract

Bruk av injiserte løsmassestag til forankring av konstruksjoner har vært kjent i Norge i over 20 år. Med tiden har god erfaring blitt etablert, og det har vist seg at løsmassestag har svært høy kapasitet. Per dags dato eksisterer det flere tilgjengelige metoder for beregning av kapasitet for løsmassestag i Norge. Det fremgår i midlertid stor forskjell i resultatene fra de aktuelle metodene. I denne oppgaven gjøres det derfor et dypdykk i de mest kjente dimensjoneringsmetodene.

Følgende problemsstilling er formulert: Injiserte løsmassestag - en studie av forankringskapasitet

For å begrense oppgavens omfang ble det besluttet å vurdere fem beregningsmetoder. Dette ble gjort i samråd med samarbeidsbedriften, og er antatt å være tilstrekkelig mange. Metodene er Statens Vegvesens metode, Ischebeck sin miniguide, 'Embedded beam pile' i PLAXIS 2D og PLAXIS 3D, samt en aksesymmetrisk modellering. Beregningene som ble utført med de aktuelle metodene, ble sammenlignet med resultater fra prøvetrekkingsdata fra fire forskjellige prosjekter. Det ble ikke utført ytterligere grunnundersøkelser i forbindelse med arbeidet med denne oppgaven, og grunnlaget for beregningene i prosjektene baserer seg derfor på eksisterende grunndatarapporter. På bakgrunn av sammenligningen mellom beregnet bruddlast og prøvetrekkingsdata, var målsettingen å komme frem til en anbefalt metode. Følgende spørsmål ble derfor forsøkt besvart:

- Hvordan varierer kapasiteten mellom metodene? - Hvilken metode samsvarer best med resultater fra prøvetrekking? - Hva er grunnen til eventuelle avvik mellom målt bruddlast og beregnet kapasitet?

Sammenligning av metodenes resultater har vist at den beregnede kapasiteten fra de ulike beregningsmetodene varierer. Aksesymmetri og Statens Vegvesen gir konservative resultater, mens PLAXIS 3D gir svært høye kapasiteter. PLAXIS 2D og Ischebeck sin miniguide finner sin plass mellom disse ytterpunktene.

Fra vurdering av maksimal prøvelast på løsmassestag som ikke gikk til brudd, fremgikk en trend der PLAXIS 2D og Statens Vegvesens metode ga de mest konservative resultatene. Ved å videre vurdere målt bruddlast på løsmassestagene som ble trukket helt til brudd, fremkom det at PLAXIS 2D hadde minst avvik til målt bruddlast. Basert på disse vurderingene ble PLAXIS 2D antatt å være den mest optimale beregningsmetoden å bruke.

Det ble videre gjennomført en større studie av avviket som oppsto mellom målt bruddlast og beregnet kapasitet. De mest fremtredene grunnene til avvik var valg av parametre og metodenes fremstilling av friksjonsfordeling, samt usikkerhet tilknyttet sementsuspensjonens inntrenging i løsmassene.

Resultatene i denne oppgaven har medvirket til et klarere bilde av beregningsmetodenes tilnærming til virkeligheten. Med bakgrunn i dette, anbefales det å knytte sikkerhet til beregningsmetodene i form av partialfaktorer. For de konservative metodene, Statens Vegvesen og Aksesymmetri, kan en lav partialfaktor tas i bruk. For PLAXIS 3D bør det vurderes høyere partialfaktorer grunnet større avvik med målt bruddlast.

Injected ground anchors for anchoring structures have been used in Norway for over 20 years. Over time, good experience has been established, and the injected ground anchors can now safely provide very high capacity. There are several available calculation methods for capacity of injected ground anchors. However, there can be considerable differences in the capacities calculated by the methods in question. This thesis therefore examines the most well-known calculation methods.

The following problem description is formulated: 'Injected ground anchors - a study of anchoring capacity'

The thesis presents five calculation methods, which, in consultation with the advisory company, are considered to be sufficient. The methods are the Statens Vegvesen method, Ischebeck's miniguide, the 'Embedded beam pile'-function in PLAXIS 2D and PLAXIS 3D, as well as an axisymmetric modeling. The results of these methods were compared to sampling data in four geotechnical projects in order to give recommendations as to the suitability of the various methods. No further site investiagtions were carried out in the prosjects for this thesis. The following research questions were formulated:

- How does capacity vary between the methods? - Which method best matches the results from sampling? - What is the reason for any discrepancies between measured fraction load and calculated capacity?

The results of this thesis shows that the calculated capacity from the different calculation methods varies. Axisymmetric modeling and Statens Vegvesens method represents the conservative side, while PLAXIS 3D gives very high capacities. PLAXIS 2D and Ischebeck's miniguide produce results that fit between these extremes.

From the assessment of those cases where the maximum sample load on injected ground anchors did not result in collapse, a trend emerges where PLAXIS 2D and Statens Vegvesens method produce the most conservative results. The measured fracture load on the anchors that were pulled completely to collapse, was consistently best predicted by PLAXIS 2D. Based on this, it was concluded that PLAXIS 2D is the most optimal calculation method to use.

A wider study of the discrepancy between measured fracture load and calculated capacity was then conducted. The most prominent reasons for the discrepancy were the parameter selection and the ability of the method to properly represent the friction distribution along the sides of the ground anchor, as well as uncertainty connected to the penetration of the cement suspension into the loose masses.

Based on the analysis in this thesis, it is recommended to use partial factors to associate safety with the calculation methods. For the conservative methods, Statens Vegvesen and axisymmetric modeling, a lower partial factor can be used, while higher partial factors should be considered for PLAXIS 3D due to larger deviations with target fracture loads.