Stålrørspeler i sand og leire på Mælingen En studie om tids- og installasjonseffekter

Abstract

Det er utført bæreevneberegninger av stålrørspeler i forbindelse med prosjektering av jernbanetrasé og brukonstruksjoner på Mælingen, sør for Hønefoss i Ringerike kommune. Prosjektet er en del av Ringeriksbanen som skal korte ned reisetiden med tog mellom Hønefoss og Oslo med én time. Forholdene med lagdeling og lagtykkelser varierer mye og er svært uryddig. Grunnen består av mange lag med sand, silt og leire og det er dypt til berg, ca. 135 meter. For å undersøke pelenes bæreevne er det utført statisk prøvebelastning på fem peler. Resultater fra prøvebelastningen har påvist at pelene har lavere bæreevne sammenlignet med bæreevneberegninger fra Peleveiledningen 2019, og avvikene har vært så store som 50% av beregnet bæreevne.

Etterberegninger av bæreevne basert på Peleveiledningen 2019 er utført, samt numerisk modellering av pelene ved hjelp av PLAXIS 3D for å undersøke årsaken til avvikene. Årsaken til de store avvikene skyldes i all hovedsak et lag med leire i dybdeintervallet 41-70 meter. Leiren har en lav plastisitetsindeks (IP < 20%) og beregningsmodeller for laget benytter seg av en sidefriksjonsfaktor (alpha) som benyttes for å beregne hvor mye friksjon som oppstår mellom peleskaftet og leiren. Erfaringsdata viser at alpha-verdier for leire med lav plastisitetsindeks kan variere veldig mye, og den høyeste verdien kan være 2.5 ganger så stor som den laveste. For et friksjonslag med mektighet på 29 meter har dette stor betydning. All leirlagene på Mælingen har lav plastisitetsindeks, så det har vist seg å være riktig å benytte en lav alpha-faktor.

For pelen med det største avviket mellom beregnet og målt bæreevne har rammeforløpet vist seg å være avgjørende. Totalt ble den rammet over 11 dager, inkludert en pause på 8 dager. Den lange pausen har ført til at rekonsolideringsprosessen i leir-lagene har begynt og når rammingen har påbegynt har leiren ”klebert” seg til skaftet og pelen har blitt rammet med en utvidet spiss. Dette har påvirket og reduserert horisontalspenningene i de lagene som det rammes gjennom og friksjonskraften har blitt redusert som konsekvens.

Bearing capacity calculations of steel pipe piles have been conducted in connection with construction of a new railway trace and bridge constructions in Mælingen, south of Hønefoss in Ringerike commune. The project is part of the Ringeriksbanen which will reduce travel time by train between Hønefoss and Oslo with one hour. The soil stratification and the thickness of the layers varies a lot and is very untidy. The ground consists of many layers of sand, silt and clay and the depth to bedrock is deep, approximately 135 meters. To investigate bearing capacity of the piles, static load testing is carried out for a total of 5 piles. The results from the tests has shown that the piles have lower bearing capacity compared to theoretical bearing capacity calculations using Peleveiledningen 2019. The deviations have been as large as 50% of the calculated bearing capacity.

Back calculations of the bearing capacity based on Peleveiledningen 2019 have been conducted, as well as numerical modeling with the program PLAXIS 3D to find reasons for the deviations. The reasons for the deviations is mainly due to a layer of clay in the depth range from 41 to 71 meters. The clay has a plasticity index with a low value (IP < 20%) and calculation models for this clay layer utilize a side friction factor (®) to estimate the friction that occurs between the pile shaft and the clay. Data published fromprevious pile tests has shown that ®-values for clay with a low plasticity index varies a lot, and the highest value can be 2.5 times as large as the lowest value. For a friction layer with a thickness of 29 meters the ®-value has a great significance. All soil layers in Mælingen have a low plasticity index, so choosing a low ®-value has proven to be the right thing to do.

For the pile with the largest deviation between calculated and measured bearing capacity, the influence of the pile driving process has been decisive. In total, it was installed during a period of 11 days, including a 8-day break. This long break has led the re-consolidation process of the clay layer to start and when the driving has continued, some of the clay has ‘’glued” it self to the pile shaft. This causes the pile to penetrate the underlying layers as if it has an extended tip. This influences the horizontal stresses, reduces friction forces acting on the pile and causes lower bearing capacity.