Transcript Stålrörspålar – nya påltyper

Stålrörspålar – nya påltyper
Stålrörspålar används idag i betydande omfattning för grundläggning av hus, broar och andra byggnadskonstruktioner.
Under många år utgjordes merparten av stålpålar av begagnad
järnvägsräls. Med början kring
1975 påbörjades teknikutveckling med syfte att ta fram slanka
stålrörspålar för grundförstärkningsändamål. Ett flertal påltyper av likartad utformning togs
fram, exempelvis Bjurströmpålen, Stål-Plastpålen, Gustafsbergspålen med flera. Pålarna
hade rörformat tvärsnitt och
skarvanordningar som utformats med syftet att pålarna
skulle kunna installeras i korta
längder, i första hand i utrymmen med begränsad takhöjd.
Pålarnas diameter varierade
mellan cirka 60 till 120 mm,
godstjocklek cirka 5 mm. Pålarnas lastkapacitet låg i allmänhet
inom intervallet 100–400 kN.
Speciella maskiner togs fram för
att kunna driva pålarna i trånga
källarutrymmen, vilket är den
normala miljön för grundförstärkning. Utveckling av pålar
och maskiner skedde i första
hand av entreprenörer, med stöd
av myndigheter, högskolor och
Statens geotekniska institut.
lingsarbete som resulterar i nya produkter. Siktet är då inte inställt på det relativt
begränsade marknadssegmentet grundförstärkning. Istället syftar utvecklingsarbetet till att ta fram mer generellt användbara påltyper, med ett större intervall diameter/lastkapacitet än det för ovannämnda
rörpålar utvecklade under 1970-talet.
Man kan konstatera att de nya påltyperna
till stor del bygger på de insatser som
gjordes då.
Finsk teknikutveckling ger nya
påltyper
Tammerfors tekniska högskola har traditionellt, med ledning av professor Jorma
Hartikainen, arbetat med forskning och
utveckling avseende stålpålar. Utöver institutionsfinansierad forskning av mer
grundläggande karaktär har man också
samverkat med finska tillverkare av stålrörspålar vid utvecklingen av nya pålsystem. Under 2001 resulterade högskolans
insatser bland annat i två doktorsavhandlingar som behandlade varsin ny påltyp
grundad på rör av stål:
1. CSG-pålen (Continious Shaft Grouted
Pile), Jouko Lehtonen.
❍ RR-CSG slagna,
❍ RR-CSG borrade.
2. RD-pålen (Rautaruukki Drilled Pile),
Sami Eronen.
Figur 1: Understa pålsegmentet i en RRCSG-påle monteras i upprymmare
(Rautaruukki 2001).
Båda påltyperna utgör intressanta vidareutvecklingar av sådana pålar som sedan
tidigare finns på marknaden. Genom att
använda sig av CSG- respektive RD-pålar
kan man i många fall uppnå betydande
Idag, cirka 25 år senare, så har marknaden för grundförstärkningsarbeten om
inte försvunnit, så i vart fall minskat påtagligt. Pålningsentreprenörer arbetar på
en marknad med mycket pressade priser,
som knappast medger marginaler för teknikutveckling. Myndigheter och högskolor har också fått se sina anslag för forskning och teknikutveckling minska till
mycket låga nivåer. Utveckling av nya typer av stålrörpålar drivs sedan några år
istället av påltillverkare. Dessa förefaller
ha tillräcklig prissättning på sina byggprodukter för att det ska medge utveck-
Artikelförfattare är
tekn dr Håkan Bredenberg, Bredenberg Geoteknik AB,
Stockholm.
Bygg & teknik 1/03
Figur 2. Installation av RR-CSG-påle (Lehtonen 2001, [1]).
47
förbättringar i ekonomi och byggtid för
ett pålningsprojekt.
RR-CSG-pålen
RR-CSG-pålen består innerst av ett stålrör
som drivs med fallhejare, vibro, pneumatisk snabbslående hejare eller som trycks
ned med domkraft. Vid den undre änden
av pålen finns en förstoring (”tallrik”),
även kallad ”marköppnare”. Närmast
över denna finns i pålröret fem hål med
diametern cirka 15 mm. Under neddrivningen pumpas cementbruk in i pålröret
genom en stos som monteras på pålens
överände, och som också fungerar som
slaghatt. I figur 1 på föregående sida visas
hur det understa pålsegmentet monteras i
upprymmarplattan.
Spetsförstoringen medför att cementbruk som strömmar ut genom hålen fyller
upp den upprymda volymen som bildas
under neddrivningen. Den kringgjutning
av stålröret som bildas har konstaterats
vara upp till cirka 20 till 40 procent större
än spetsförstoringens diameter. Vilket värde som uppnås varierar med jordart och
jordens lagringstäthet. Installationen av en
RR-CSG-påle visas schematiskt i figur 2.
Stålröret i den färdiga pålen blir således
fyllt med injekteringsbruk, vilket ökar
lastkapaciteten. Cementbruket utanför pålen medför dels korrosionsskydd, dels
hög mantelbärförmåga genom att diametern blir stor samtidigt som ytan mot jorden får en ruggad yta som ger hög mantelfriktion i friktionsmaterial. Stålrören
har i utförda försök utgjorts av RR-pålar,
vilket är en fördel eftersom ett färdigt
system för skarvning, bergskor samt pålhattar kan användas. Rördiametrar i intervallet 60 till 220 mm, med godstjocklek 6
till 12,5 mm finns tillgängliga, vilket ger
en stor variation i den lastkapacitet som
kan uppnås. Rören tillverkas av höghållfast stål, hållfasthet 440 eller 550 MPa.
Stålet är D-klassat, vilket säkerställer användning i konstruktioner där utmattning
måste beaktas.
I Lethonens avhandling [1] redovisas
bland annat utförda laboratorieförsök,
samt ett antal case-records där RR-CSGpålar kommit till användning. Mantelfriktionen för medelfast lagrat friktionsmaterial blev i de utförda försöken och provbelastningarna cirka 100 till 250 kPa, vilket
är betydligt mer än för många jämförbara
påltyper. I figur 3 visas resultatet av en utförd provbelastning med en RR-CSGpåle med 76 mm rörkärna.
Figur 3. Provbelastning av RR-CSG-påle. Pålrör 76 mm, t = 6,3 mm, diameter
kringgjutning cirka 200 mm (Lehtonen 2001, [1]).
Användningsområden
Vilka användningsområden finns för RRCSG-pålen? Den höga mantelfriktionen
samt att pålarna kan installeras med små
maskiner och ett flertal olika typer av hejare är förstås en fördel. RR-CSG-pålar lämpar sig särskilt vid följande förutsättningar:
❍ friktionspålar i löst lagrat friktionsmaterial,
❍ stolpfundament (huvudsakligen horisontella laster),
❍ stort djup till fast botten för stödpålar.
48
Figur 4. Pålspets RD-påle (Eronen 2001, [3]).
Bygg & teknik 1/03
Vid pålning med RR-CSG-pålar tränger en del av cementbruket upp till markytan, där åtgärder för att ta hand om detta
spill måste vidtagas.
RD-pålen
Medan RR-CSG-pålen är en uttalat mantelburen påle är RD-pålen en helt och hållet spetsburen påle. RD-pålen utgörs av
ett till berg nedborrat stålrör som efter invändig rengöring fylls med betong. I vissa
fall installeras även armering i form av
stänger eller stålprofil. I första hand stålröret, men i vissa fall även betongfyllning
och armering, medräknas som bärande.
Pålspetsens utformning visas i figur 4.
RD-pålen liknar i många avseenden
stålkärnepålen, som är en i Skandinavien
sedan länge etablerad påltyp, se [3]. RDpålen innehåller emellertid ingen stålkärna utan utnyttjar istället det borrade forderröret som primärt bärande del. Sami
Eronen har i sin avhandling redovisat ett
flertal belastningsförsök där rör nedborrade till bärkraftigt berg provbelastats, se
figur 5. Det har visat sig att bergets bärförmåga i allmänhet överstiger den lastkapacitet som motsvarar rörets hållfasthet.
Pålrör och bergborrhål kan i detalj inspekteras efter utförandet. Detta medger
att höga kvalitetskrav kan uppfyllas, vilket innebär hög utnyttjandegrad för stål
och betong. RD-pålen installeras genom
borrning, varför hinder i marken som annars skulle stoppa annan pålning kan forceras. Detta innebär att dagens pressade
tidplaner för grundläggningsarbeten med
större säkerhet kan garanteras. Pålarna
kan installeras med lätta borrmaskiner
som kan bullerdämpas effektivt. Ingen
jordundanträngning eller sänkning av
grundvattenytan uppkommer. Mycket
små markvibrationer uppstår. RD-pålen
fyller därför högt ställda krav på skonsamhet med avseende på omgivningspåverkan.
Den invändiga betongfyllningen eliminerar risken för invändig korrosion. Utvändigt räknas, om inte annat påvisas,
med rostmånen 1,2 till 2,0 mm under pålens livstid. Genom att även utnyttja betongfyllningen så uppnås mycket stora
värden för lastkapaciteten även för pålar
med måttligt stor diameter. Analys visar
att samverkan mellan betong och rör inte
ställer några större krav på kraftöverföring mellan rör och betong, se [4]. Beräkning av samverkan mellan betong och stål
behandlas i detalj i EC4, se [5].
I de fall betongdelen av tvärsnittet förutsätts ta upp axiell belastning är det givetvis viktigt att kontakten mellan berg
och betongfyllning säkerställs genom
noggrann rengöring av borrhålsbotten
och kontroll av kontakten mellan betong
och berg.
RD-pålar har använts för ett flertal projekt i Finland, bland annat för finska banverkets räkning. Även i Sverige har RDpålen använts vid några pålgrundläggningar. Den nyligen utförda grundförstärkningen för kv Cerberus i Gamla Stan
i Stockholm är ett exempel. Svenska normer för pålgrundläggning lägger inga
hinder i vägen för RD-pålar.
För RD-pålar har produktionsanpassade skarvsystem tagis fram, se figur 6.
Skarvsystemet bygger på att rören är
gängade med konisk hylsa och att på så
sätt svetsning kan undvikas. Detta är en
stor fördel i de trånga utrymmen där denna typ av pålar används. För borrningen
används centrisk borrmetod när större
rörtjocklek än cirka 6 mm används.
Användningsområden
För att avgöra om RD-pålar är lämpliga
krävs kännedom om förhållanden och
förutsättningar som avser produktionsteknik, geoförhållanden och övriga för pålningsobjektet relevanta omständigheter.
Faktorer som talar för användning av RDpålar är främst:
Figur 6. Skarvystem för RD-pålen,
gängad muffskarv eliminerar svetsning
(Rautaruukki 2001).
●
●
Svårforcerade jordlager.
Pålning måste utföras nära befintliga
byggnader.
● Pålning måste utföras ned till berg.
● Stora koncentrerade laster.
● Särskilt viktigt att förseningar beroende på pålningsarbetet undviks.
● Kvalitetskontrollerat och certifierat
stålmaterial krävs.
● Höga noggrannhets- och kontrollkrav.
● Höga krav på begränsad inverkan på
omgivningen, vibrationer och buller.
Ju fler av ovannämnda förhållanden
som föreligger, desto större är förutsättningarna för att RD-pålar är den gynnsammaste lösningen för pålgrundläggningen.
■
Referenser
[1]. Lethonen, Jouko, Shaft Bearing Micropiles, Thesis , Tampere University 2001, sid
1–132.
[2]. Eronen, Sami, Drilled Steel Pipe Piles in Underpinning and Bridge Foundations, Thesis, Tampere University 2001, sid
1–147.
[3]. Bredenberg, Håkan, Stålkärnepåler,
anvisningar för projektering, dimensionering utförande och kontroll, Pålkommissionen, Rapport 97, Linköping 2000, sid 1–56
[4]. Leskelä, Matti, Composite Behaviour of a Concrete Filled Circular Tube as
a Foundation Pile, University of Oulu,
Engineering Mechanics Laboratory, 2002,
page 1–9
[5]. prEN 1994-1-1, Eurocode 4, Design
of Composite Steel and Concrete Structures. Part 1-1: General Rules for Buildings.
Final Draft, CEN 2002.
Figur 5. Provbelastning av 140 mm RD-påle (Eronen 2001, [2]).
Bygg & teknik 1/03
49