Poretrykssrespons ved kalk-/sementstabilisering

Abstract

I Norge finnes bløt og sensitiv leire som det kan være behov for å stabilisere. Da kan det benyttes kalk-/sementstabilisering. Det er en vanlig stabiliseringsmetode hvor bindemiddel blåses inn i leira ved hjelp av lufttrykk. Lufttrykket, blant flere ting, kan føre til at poretrykket øker, og dette kan være negativt for stabiliteten. I områder med lav initiell sikkerhet kan dette bli et problem. Det er nyttig å kjenne størrelsen og influensområde på poreovertrykk på forhånd, og derfor er poretrykksrespons ved installasjon av kalk-/sementpeler analysert i denne rapporten.

Målet har vært å vurdere størrelsen på poreovertrykk, influensområde og konsolideringstid. Med hovedfokus på feltdata fra et prosjekt på Sluppen i Trondheim, er poretrykksresponsen analysert. I tillegg er det brukt andre metoder for å vurdere poretrykksrespons ved kalk-/sementstabilisering. Dette gjelder endelig elementmetode (FEM), i form av programvaren Plaxis 2D, hvor installasjon av én KS-pel er modellert. I tillegg er det benyttet ulike analytiske og empiriske metoder for å vurdere poreovertrykk.

Utførte analyser av feltdata viser at poreovertrykk kan komme opp mot 95kPa i avstand 0,2m fra kanten av kalk-/sementpelene. Analysene viser også at poreovertrykket reduseres med avstand fra installerte peler, og at poreovertrykk av betydning ikke oppstår lengre unna KS-pelene enn ca. 10m. I tillegg viser det seg at poreovertrykket når 10kPa (ca. 80% reduksjon av overtrykket) etter omtrent 1,5 døgn med opphold av KS-stabilisering, og at poreovertrykket går under 0 grunnet økt permeabilitet. Det er også en sammenheng mellom antall kalk-/sementpeler som er installert og størrelsen på poreovertrykket, noe som betyr at det er en kumulativ effekt på poreovertrykk ved installasjon av flere KS-peler.

Plaxis 2D fungerer for å simulere poretrykk ved KS-stabilisering med bruk av volumtøyning for å modellere installasjonen av KS-peler. Jordmodellen Hardening Soil er bedre til å simulere poreovertrykk enn Mohr-Coulomb. En analytisk løsning for poreovertrykk ved KS-stabilisering fungerer om parameterne er godt tilpasset. En empirisk løsning ikke ga like god overensstemmelse.

Det er mange forhold som påvirker poretrykksrespons ved kalk-/sementstabilisering. Det påpekes at det er viktig å vurdere poretrykk i hvert tilfelle, på grunn av at det varierer mye ut fra grunnforhold, og at andre faktorer som varierer i de ulike prosjektene spiller inn.

There exists soft and sensitive clay in Norway, which in some cases will be necessary to stabilize. A possible method is lime/cement stabilization. This is a common stabilization method, which adds the binders to the soil with an air pressure. The air pressure, among other things, can lead to a rise in the pore pressure, which could affect the stability in a negative way. This could be a crucial problem for slopes with low initial safety. It is useful to have knowledge about the size of the pore pressure rise and the influence zone beforehand. This is why this subject is investigated in this thesis.

The objective was to assess the size of pore pressure rise, the influence zone and the time of consolidation due to lime/cement stabilization. Pore pressure response was analysed with emphasis to the field data from a project at Sluppen in Trondheim. In addition, also other methods have been used to analyse the pore pressure response. First, the finite element method was used in the software Plaxis 2D, where installation of one lime/cement column was modelled. Moreover, several analytical and empirical methods have been used in the assessments.

The performed analysis of the field measurements shows that the excess pore pressure can reach about 95kPa approximately 0,2m from the lime/cement column. The analysis also reveal that the excess pore pressure does abate with increasing distance to the installed piles and that significant excess pore pressure do not appear further away from the pile than approximately 10m. Also, it turns out that the excess pore pressure has reached 10kPa (80% reduction of the peak value) after about 1,5 days after the last column installation, and that the excess pore pressure reaches values under 0 due to increased permeability. Plaxis 2D works well for simulating excess pore pressure due to lime/cement stabilization, with the use of volume strain to model the pile. The soil model Hardening Soil simulates the excess pore pressure better than Mohr-Coulomb. An analytical solution of excess pore pressure due to lime/cement stabilization also works well if the parameters are well fitted, while the tested empirical solution did not give good compliance with field data.

There are many factors that will affect the pore pressure response when executing lime/cement stabilization. Therefore, it is of big importance that the pore pressure is carefully evaluated in each case, so that the specific soil conditions and other circumstances related to the project are considered.