Modul K3.303: Kalk-/sementstabilisering – Utførelse

Denne modulen forutsetter at

• du har satt deg inn i overordnet informasjon gitt i fase 3: Utførelse av tiltak mot kvikkleireskred.
• sikringstiltaket er planlagt og prosjektert etter tilhørende sider og moduler:
  • fase 1: Planlegging av tiltak mot kvikkleireskred
  • modul K2.303: Kalk-/sementstabilisering – Prosjektering
  • fase 4: Forvaltning, drift og vedlikehold av tiltak mot kvikkleireskred.

Kalk-/sementstabilisering er en mye brukt metode for å stabilisere kvikkleire. Ved å blande virkestoffer inn i leira, vil den få økt styrke og stabilitet. Denne modulen handler om hvordan kalk-/sementstabilisering utføres i praksis. 

Forholdene som er beskrevet i det etterfølgende må vurderes under prosjekteringen og videreføres i utførelsesfasen. Før utførelse anbefales det å gjennomføre et oppstartsmøte der prosjekterende, byggeleder og utførende er til stede. Se fase 3: Utførelse av tiltak mot kvikkleireskred.

Helse, miljø og sikkerhet

Entreprenøren er ansvarlig for helse, miljø og sikkerhet på anlegget. Noen viktige momenter som entreprenøren må ta hensyn til er listet opp på s. 142 i Statens vegvesen håndbok V221 – Grunnforsterkning, fyllinger og skråninger.

Prosjektspesifikke risikoforhold må identifiseres som en del av prosjekteringen i plan for sikkerhet, helse og arbeismiljø (SHA-plan) og videreføres i entreprenørens HMS arbeid.

Produksjon av bindemidler for kalk-/sementstabilisering er svært energikrevende og fører til store klimagassutslipp. I tillegg vil utslipp av bindemiddel på terrengoverflaten under installasjon og utlekking fra stabilisert grunn kunne føre til forurensning av nærliggende resipienter.

Alle bindemidler som benyttes til grunnforsterkning skal ha produktdatablad.

Risikoreduserende tiltak

Under finner du en liste med aktuelle risikomomenter og eksempler på risikoreduserende tiltak for utførelse av kalk-/sementstabilisering. Merk deg at listen ikke kan regnes som komplett:

• Bæreevne for rigg
  • Det må undersøkes at grunnen har tilfredstillende bæreevne for riggen.
  • Etablere bærelag for riggen. Bærelaget skal ikke svekke stabiliteten. Det kan derfor være nødvendig å grave av toppmassene.
• Borbare masser
  • Stein/blokker/trestammer og lignende må fjernes for å unngå skade på vispen.
  • Dersom det etableres motfyllinger i områder der det skal installeres kalk-/sementpeler, så må motfyllingen bestå av borbare masser.
• Svekket stabilitet under installasjon
  • Avlaste terreng i topp av skråningen og/eller etablere motfylling i foten av skråningen før igangsettelse av installasjonsarbeidene
  • Kontinuerlig overvåking av poretrykk i området under installasjon
  • Stans i arbeidene dersom poretrykket når grenseverdien, eller øker raskt mot grenseverdien
  • Installere helningsmålere i skråningen for tidlig å kunne avdekke påbegynnende deformasjonsutvikling
  • Fokus på stabilitet av anleggsveger og riggplass
• Poreovertrykk under installasjon
  • Rekkefølgebestemmelser for installasjonsarbeidene
  • Installere vertikaldren mellom ribbene
• Kommunisere risikomomenter for utførende entreprenør
  • Utarbeide detaljert kontrollplan
  • Oppstartsmøte med entreprenør og byggherre for gjennomgang av spesielle risikomomenter
• Miljø
  • Overvann som er blitt basisk på grunn av spredning av bindemiddler, må samles opp og eventuelt nøytraliseres.
  • Slam må forhindres fra å renne ut i vassdrag.
• Sikkerhet for personell
  • Stabiliteten for rigg og anleggsveger må ivaretas.
  • Bindemiddelet er etsende, og innånding av bindemiddel må unngås. Det anbefales en sikkerhetsavstand til riggen på 25 m.
  • Fuktig bindemiddel vil også være etsende på materialer. Dersom sikkerhetsavstanden ikke er mulig å oppnå for personell, forbipasserende og materielle verdier, så anbefales det å sette opp tette gjerder som hindrer spredning av bindemiddel i større avstand fra riggen.
  • Utblåsing av bindemiddel avsluttes 0,5-1,0 m under terrengoverflaten.
  • Produktdatablad for alle produkter som inngår i bindemiddelet skal være tilgjengelig på anleggsplassen.

Det er viktig å kjenne til grunnforholdene

Kalk-/sementpeling er egnet til bruk i leire. Den er ikke egnet der det er dypt til sprøbruddmaterialet/kvikkleira, eller der det er faste lag som må forseres i grunnen. For nærmere beskrivelse se modul K2.303: Kalk-/sementstabilisering – Prosjektering.

Vispen kan normalt penetrere 1-2 m tykk tørrskorpe og 0,5 m sand/grus (Statens vegvesen, håndbok V221). Dersom toppmassene er bløte, anbefales det å anlegge en gruspute for å sikre stabilt underlag for riggen. Dersom det er faste/grove toppmasser, må det påregnes masseutskifting eller forgraving for å kunne føre vispen til ønsket nivå.

Treverk og gamle konstruksjonsdeler fjernes i forkant av stabiliseringsarbeidene. Dette er spesielt aktuelt ved sikring av skredgroper og i urbane strøk.

Dersom det finnes permeable lag i grunnen kan matetrykket (trykkluften) som benyttes under installasjon, føre til at høye poretrykk sprer seg langs disse lagene. Dette kan potensielt føre til forhøyede poretrykk over et større område.

Motfylling og terrengavlastning må vurderes

Grunnet økt poretrykk blir stabiliteten midlertidig svekket under installasjon av kalk-/sementpeler. For å sikre stabiliteten, kan det derfor være aktuelt å etablere en midlertidig motfylling eller terrengavlastning. Dette vil være beskrevet i prosjekteringsrapporten, se modul K2.301: Motfylling og terrengavlastning – Prosjektering. Det vil normalt være rekkefølgebestemmelser knyttet til disse tiltakene; typisk at avlastning utføres først, så motfylling og til slutt stabilisering, se figur 1.

Motfyllingen i foten av skråningen kan etableres i etasjer for å gi riggen arbeidsplattform og dermed tilgang til større deler av skråningen. Dersom terrenget i toppen av skråningen har helning > 1:10, så kan man planere området ved å avlaste toppen av skråningen.

Plassering av rigg og utstyr

Plassering av rigg og utstyr gjøres som beskrevet i prosjekteringsgrunnlaget. Dersom ingenting er oppgitt må plassering avklares med prosjekterende før anleggsoppstart. Se modul K0.001: Anleggsvei og riggområde i kvikkleireområder og modul K0.003: Deponering og mellomlagring av masser.

Rekkefølgebestemmelser

Dersom både avlastning og motfylling er beskrevet, så bør avlastning om mulig utføres før motfylling.

Det kan settes krav til rekkefølge på installasjon av kalk-/sementribbene for å unngå poretrykksoppbygging over et større område. Dersom det for eksempel skal installeres 10 ribber, så kan man utføre installasjon av ribbe nummer 1 etterfulgt av ribbe nummer 10 dersom poretrykksmåleren i dette området er upåvirket av installasjonsarbeidene i ribbe nummer 1. Føringer for rekkefølgekrav må beskrives som del av den geotekniske prosjekteringen og i den geotekniske rapporten. 

Poretrykk og deformasjoner

Poretrykksmålere med fjernovervåking og minne installeres i området som skal stabiliseres. Dette for å overvåke poretrykket under installasjon av kalk-/sementpeler. Helningsmålere kan i tillegg installeres for å avdekke begynnende bruddutvikling.

Arbeidene stoppes umiddelbart dersom det oppstår:

• deformasjoner tilsvarende grenseverdier for maksimalt tillatt deformasjon,
• poreovertrykk tilsvarende grenseverdiene for maksimalt tillatt poretrykksøkning,
• raskt økende poretrykk opp mot grenseverdien.

Plassering av poretrykksmålere og bestemmelse av grenseverdiene er utført som del av prosjekteringen.

Figur 2 viser en prinsippskisse for installasjon av kalk-/sementpeler etter at avlastning i toppen av skråningen er utført og motfylling er etablert. Det installeres poretrykksmålere med fjernavlesning i områdene der pelene skal installeres slik at disse fanger opp poretrykksendringer i hele området. Pause i installasjonsarbeidene kan være nødvendig for at poretrykket skal reduseres tilbake til akseptable verdier for skråningsstabiliteten. For å unngå at dette rammer framdriften for prosjektet, kan riggen under dette tidsrommet flyttes og utføre installasjonsarbeider i et område som ikke er påvirket av poretrykksendringer. Når poretrykket har sunket i det første området, kan riggen flyttes tilbake. Poretrykksøkningen blir dermed avgrenset til et lokalt område i skråningen, og ved å la poretrykket reduseres i dette området før videre installasjonsarbeider, unngås poretrykksøkning over et større område.

Installasjon av vertikaldren mellom ribbene

For å redusere faren for poretrykksoppbygging, kan det installeres vertikaldren før installasjon av kalk-/sementpeler. Dette beskrives i prosjekteringsrapporten. Plassering av dren må koordineres med plassering av kalk-/sementpeler.

Oppbevaring av bindemiddel

Bindemiddelet skal lagres i tette tanker for å unngå kontakt med luft og fukt da dette kan forringe kvaliteten av produktet (NS-EN 14679).

Marktrykk kan skape problemer for bæreevnen

Kalk-/sementpeleriggene er relativt store og tunge, se figur 3 og figur 4. De fleste riggene er beltegående for å redusere marktrykket. Marktrykk fra valgt rigg og beltetrykk må kontrolleres opp mot tillatt marktrykk i prosjekteringen. Dersom beltetrykket overstiger det som er tillatt i prosjekteringen, må det gjøres tiltak som for eksempel å bruke stokkmatter eller gruspute. Dette må avtales nærmere med ansvarlig prosjekterende.

Vispdiameter avgjør pelediameter

Det finnes ingen standardiserte visper. Entreprenørene har egne, ofte patenterte visper og dimensjoner. Størrelsen på vispen avgjør pelediameteren. Normale diametere er 500-1000 mm, men som oftest installeres peler med diameter 600 og 800 mm.

Pinnevisper med 3-4 nivåer med doble sett pinner (totalt 6-8 pinner) produserer erfaringsmessig gode og homogene peler. Vispen slites i løpet av installasjonsarbeidene og det bør derfor settes krav om at den skal byttes når diameteren på vispen er 10-20 mm mindre enn dimensjonert pelediameter (Statens vegvesen, håndbok V221).

Med dagens utstyr kan det være vanskelig å oppnå homogene peler dersom det tilsettes lave bindemiddelmengder. I prosjekter der bindemiddelmengden skal være lavest mulig (optimaliseres) for å redusere klimagassutslippene, bør valg av visp diskuteres med utførende entreprenør for å sikre homogene peler over hele dybden.

Stigehøyde og rotasjonshastighet er avgjørende for innblandingsresultatet

Normalt føres vispen raskt ned til ønsket dybde samtidig som vispen roteres. Bindemiddelet blåses ut og blandes med leira samtidig som vispen roteres og trekkes opp. Rotasjonshastigheten og stigehøyden tilpasses grunnforholdene.

Riggene opererer som oftest med en rotasjonshastighet på 100-200 omdreining per minutt (rpm). I kvikkleire benyttes som oftest en rotasjonshastighet på 150 rpm. For norske forhold settes stigehøyden normalt til 20-25 mm/omdreining.

Innblandingsarbeidet kan evalueres ved å beregne rotasjonstallet (blade rotaten number, BRN). I Norge tilsettes kun bindemiddel i det vispen trekkes opp, og BRN beskriver hvor mange pinner som passerer mens vispen heves 1 m (NS-EN 14679). I henhold til Statens vegvesens håndbok V221 kan man også spesifisere forholdet mellom rotasjonshastighet og stigehøyde. Det finnes lite erfaringsdata på oppnådd kvalitet og innblandingsarbeid, men enkelte opererer med at BRN bør være over 300 i leire, eller at forholdet rotasjonshastighet/stigehøyde skal være over 8. Mer informasjon om innblandingsarbeid finnes i Svensk Djupstabiliserings rapport nummer 6 (Larsson 2000).

Det benyttes lavest mulig matetrykk

Bindemiddelet lagres på en trykksatt tank og blåses fra tanken ned gjennom borstrengen og ut dysen som er plassert på vispen. Trykket på tanken og i borstrengen (matetrykket) er likt og holdes konstant under installasjon av pelen(e). De fleste maskiner har mulighet for å tilpasse trykket til maksimal boredybde. Trykknivået må begrenses til et minimum for å redusere poretrykksoppbygging i leirvolumet rundt pelen (NS-EN 14679).

Det er viktig at lufttrykket får mulighet til å evakuere borhullet. Dersom lufttrykket ikke klarer å evakuere opp langs borstrengen, vil dette kunne føre til økt poretrykk og deformasjoner (oppsprekking, heving av terreng). Permeable lag i grunnen kan medføre at lufttrykket fra riggen i stedet for å evakuere opp langs borstrengen, sprer seg langs disse lagene og påvirker poretrykket over et større område. Det har vært eksempler på utblåsning av luft i stor avstand fra riggen.

Dersom borstrengen på riggen består av firkantrør, vil det dannes et åpent hulrom langs borstrengen hvor luften kan evakuere borhullet. Det kan være vanskeligere å evakuere luft dersom borstrengen består av runde rør.

Overlapp mellom pelene i ribben og maksimal avstand mellom ribbene

Ved produksjon av ribber settes pelene med overlapp av størrelsesorden 10-15 cm. Pelene må da settes fortløpende slik at ny pel får god kontakt med foregående pel og for å unngå at nabopelene herder så mye at overlapp blir umulig. Dette vil være nærmere beskrevet som del av prosjekteringen.

I henhold til kapittel 1.10.6 i Statens vegvesen håndbok N200 – Vegbygging kan åpningen mellom ribbene være maksimalt 3,0 m. Dette for å unngå utglidning av ustabiliserte masser mellom ribbene.

For store prosjekt anbefales prøvepeling som grunnlag for dimensjonering og for justering av bindemiddelmengder og innblandingsarbeid underveis i utførelsen. Posisjonen til hver pel skal registreres før installasjon (NS-EN 14679). Retningslinjer for toleransekrav, kontroll og dokumentasjon finnes i Veileder for grunnforsterkning med kalksementpeler (NGF, 2012).

Omfang av kontroll på et visst antall peler avhenger av geoteknisk kategori og størrelse på prosjektet. Anbefalt omfang Veileder for grunnforsterkning med kalksementpeler (NGF, 2012) og i Statens vegvesen håndbok V221 – Grunnforsterkning, fyllinger og skråninger.

Skjærfasthet og homogenitet i kalk-/sementpelene kan kontrolleres ved hjelp av:

• Forinstallert omvendt pelesondering (FOPS) 
• Kalk-/sementpelsondering (KPS)
• Forboret kalk-/sementpelsondering (FKPS)
• Trykksondering (CPT eller CPTU)
• Prøvetaking
• Grave opp pel eller deler av pel

For nærmere beskrivelse av metodene se Vedlegg B i NS-EN 14679, tillegg III og IV i Veileder for grunnforsterkning med kalksementpeler (NGF, 2012) og kapittel 1.7.4.2 i Statens vegvesens håndbok V221.

Disse modulene utdyper noen temaer som er realtert til modulen over:

• Modul K0.001: Anleggsvei og riggområde i kvikkleireområder
• Modul K0.003: Deponering og mellomlagring av masser
• Modul K2.303: Kalk-/sementstabilisering – Prosjektering
• Modul K2.301: Motfylling og terrengavlastning – Prosjektering

Eurokode 7-1 Geoteknisk prosjektering – Del 1: Allmenne regler. (NS-EN 1997-1:2004+A1:2013+NA:2020). Standard Norge. 

Eurokode 7-2 Geoteknisk prosjektering – Del 2: Regler basert på grunnundersøkelser og laboratorieprøver. (NS-EN 1997-2:2007+NA:2008). Standard Norge. 

Larsson S. (2000) Mixing processes for ground improvement by deep mixing. Svensk djupstabilisering rapport nr. 6.

Norsk Geoteknisk Forening (NGF) (2012) Veiledning for grunnforsterkning med kalksementpeler. Oslo: Norsk Geoteknisk Forening. 

NS-EN 14679 Utførelse av spesielle geotekniske arbeider. Dypstabilisering. (innbefattet rettelsesblad AC:2006) (NS-EN 14679:2005/AC:2006). Standard Norge.

Statens vegvesen (2008) E6 Østfold: Solberg-Årum: erfaring med oppfølging av produksjon og kontroll av kalk/sement-peling. Teknologirapport 2526 Oslo: Vegdirektoratet, teknologiavdelingen. 

Statens vegvesen (2014) Grunnforsterkning, fyllinger og skråninger – Håndbok V221. Oslo: Vegdirektoratet. 

Statens vegvesen (2021) Vegbygging – Håndbok N200. Oslo: Vegdirektoratet.