Kalk-sementstabilisering av kryssområdet ved E39 Knutset-Høgset

Abstract

Statens vegvesen startet 12.11.09 utbyggingen av E39 mellom Knutset og Høgset i Møre og Romsdal. Bygningsarbeidet omfatter ca 4,6 km ny vei og en 705 meter langtunnel. Tunnelen skal ha utløpet rett sør for Gjemnessundbrua og veien skal derfra kobles opp mot E39 og Fv279 med et toplanskryss. Utbyggingen av vei og kryssetinnebærer en fylling på opptil 5 meter som går over dyrkamark fra utgangen av tunnelen til Gjemnessundbrua. Dette medfører et problem siden området hvor krysseter planlagt på består av et 10 meter tykt lag som vekselvis består av kvikkleire, siltigleire og sand.

Det er svært uvanlig med store forekomster av kvikkleire i Møre og Romsdal, og etter ulykkesskredet ved Kattmarka i 2009 ønsker vegvesenet å bedre sikkerheten på alle byggeprosjekter som foregår i områder med forekomster av kvikkleire. Som stabiliserende tiltak ved Høgset har vegvesenet valgt å bruke kalk-sementpeling til å sikre de 10 øverste meterne. Totalt skal det settes 125 000 meter pel i gittermønster. De skal stå med doble ribber i lengderetningen og enkle på tvers. Pelene har diameter på 0.6 m.

Kalk-sementpelingen har som hensikt å sikre kvikkleireområdet mot ras og reduseresetningene som følge av fyllingen. Et problem tilknyttet kalk-sementstabilisering erat leiren ved Høgset stedvis har høye innslag av sand og silt mellom leiren. Tidligere prosjekter har vist at kalk-sement har svært liten/ingen effekt i slike materialer, men ved installering av k/s-peler får alle lag lik behandling og det kan medføre lavere styrke i deler av pelene.

For prosjektet var det planlagt å bruke kalk-sement-forhold på 50/50 og bindemiddelsmengde på 31 kg/m. Feltundersøkelser utført på peler med denne innblandingen har vist svært høy skjærstyrke i partier med leire og dårlig effekt i sandlag. Vegvesenet ønsket derfor å vurdere effekten av redusering av bindemiddelsmengden med hensyn på skjærstyrke og stivhet til pelen. Det skal gjennomføres kalk-sementforsøk i laboratoriet ved NTNU med enaksialtrykkforsøk av prøvene for å bestemme skjærstyrke og stivhet. Samtidig skal effekten kalk-sement har i leirer med stort innslag av sand vurderes.

Krypsetninger er en kjent problematikk tilknyttet leire og kvikkleire. For prosjektet ved Høgset er det bekymring om krypsetninger i leiren mellom k/s-ribbene. Det er ukjent i hvor stor grad k/s-stabilisering vil motvirke kryp. For å studere langtidssetningene ved Høgset bruker denne oppgaven PLAXIS 3D med bruk av soft soilcreep material modellen. Beregningene er utført for det mest belastede tverrsnittet som ligger under påkjøringen til brua over toplanskrysset. Resultater fra PLAXIS 3D sammenlignes beregninger gjort med bruk av Håndbok 274 for kalk-sementstabilisert terreng fra vegvesenet.

Laboratorieforsøkene med kalk-sement konkluderte med at innblandingsmengde på 25 kg/m gir akseptabel styrke innen 28 dager. Vegvesenet setter 150 kPa i skjær-styrke som dimensjonerende minstekrav, og det ble oppnådd for 7 av 8 prøveserier 1. Prøveserien som ikke oppnådde minstekravet hadde svært høyt sandinnhold. Skjærstyrkenetter 28 dager ble for den målt til 149 kPa. Uavhengig av at denne prøveserienikke oppnådde minstekravet, så viser det at kalk-sement også kan stabilisere sandrikeleire til relativt høy skjærstyrke. Resultatene fra feltundersøkelser som har vist at partier med mye sand får mye lavere skjærstyrke, skyldes da sannsynligvis at noe av kalk-sementen som blir blandet inn blir vasket ut i omkringliggende jord p.g.a. høy permeabilitet i disse lagene.

Setningsberegningen har vist at det vil komme kun små krypsetninger (3.6 cm) overde neste 50 år. Installering av peler vil også fremskyve konsolideringstiden kraftig og eliminere oppbygning av poreovertrykk fordi pelene opptrer som vertikale dren og skaper en meget permeabel situasjon i jorden. Spenningsanalyser i PLAXIS viser også at pelene vil bære mesteparten av lasten fra fyllingen og det blir kun en minimal økning i vertikal spenning i leiren.

Sammenligningen av resultatene fra PLAXIS 3D med metoden gitt i Håndbok 274 viser at PLAXIS gir over dobbelt så store setninger som Håndbok 274. Dette viser at metoden i Håndbok 274 verken er konservativ eller korrekt. Det anbefales derfor å ikke benytte den til setningsberegninger for kalk-sementprosjekter og at den burde revideres.