Pålkommissionen Seminarium 10 sept 2008 Borrade stålrörspålar 15:00- 17:00 Globen, WSP, Stockholm Håkan Bredenberg
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Innehåll • Borrmetoder • Fördelar • Nackdelar • Projektering • Design • Utförande • Kontroll 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Indelning, kategorier • • • • • • •
20082008-0909-10
Material : trä – betong – stål Funktion : spetsburna (stödpålar) – mantelburna Mantelburna : kohesionsp ålar - friktionsp ålar Installation : slagna – borrade – vibrerade – - grävda – skruvade Storlek – mikrop ålar – megap ålar Form – rör – massiva – koniska – vidgad spets
www.bredenbergteknik.se
3
Borrade stålrörspålar • • • •
Material, form : stål Form : rö r Funktionss ätt : spetsburna eller mantelburna Installation : borrning
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
4
Historik – borrade stålrörspålar • Före 1960 – inte många • 1975 – 80 grundf örstärkning, ”mikropålar” • 1980 - 90 grova stålrörspålar, broar • 1985 – stålrörspålar tar marknadsandelar • 2008 ca 50 % är stålrörspålar. • Stålpris från 2 till >8 kr/kg hinder (minskar nu ?)
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Framtid f ör borrade stålrörspålar • • • • • • • •
Högre materialutnyttjande Användning av h öghållfast betongfyllning Snabbare installation Minskad k änslighet f ör ’dåligt berg ’ Enklare & s äkrare verifiering av funktion Minskad omgivningp åverkan Flexibelt val av dimensioner Produktionsanpassade dimensioneringsmetoder
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
6
Borrade stålrörspålar i Sverige • Stålkärnepålar • RD-pålar (Ruukki Drilled piles) • Injekterade p ålar ; – – –
MAI-pålar TITAN -pålar GWI-pålar
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
7
Borrning, installation av r ör • • • •
Stålrör, borras ned i jord/berg Rördiameter 60 – 600 mm Godstjocklek 5 – 15 mm ODEX max 5 – 6 mm
• Excentrisk borrning (ODEX, TUBEX) • Centrisk Borrning (SYMMETRIX m fl)
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
8
Borrhammare
• Topphammare, sl år mot röröverände • Sänkborrhammare, sl år mot rörunderände • Luft, vanligast, Atlas Coco m fl • Vatten, Wassara • Fördelar – nackdelar 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Sänkborrhammare Excentrisk borrning
Excentrisk borrning, system ODEX och TUBEX
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
10
Sänkborrhammare Centrisk borrning
Borrning med centrisk metod (SYMMETRIX, Atlas Copco AB, ROTEX OY)
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
11
Borrkrona och Ringborrkrona
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
12
Ringborrkrona Drilled pile walls - equipment
Pilot (återvinns)
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Ringborrkrona (kvarlämnas)
13
Borrad Rörpåle 406/12.5 mm
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
14
Stålkärnepålar 90 -210 mm k ärna
Borrmaskin för rörborrning– personal 2 (ibland 1) 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
15
Stålkärnepålar
a) Spetsburen kärna 20082008-0909-10
b) Mantelburen kärna
www.bredenbergteknik.se
16
Borrade stålrörspålar
Olika varianter av borrad stålrörspåle 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
17
Borrad injekterad p åle - princip
Borrad, injekterad rörpåle (princip)
20082008-0909-10
MAI - borrsystem
www.bredenbergteknik.se
18
Borrade stålrörspålar Tillämpningar, projektering
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Rädda torsken !
Borrade stålrörspålar till berg Tillämpningar – gynnsamma faktorer - berg på inte alltför stort djup (helst mindre än ca 20 m) - krav på skonsam installation av p ålar vad gäller buller och vibrationer - hinder för slagna pålar finns i marken, exempelvis sten och block - massundanträngande pålar får ej utföras - mycket viktigt att tidplanen f ör pålningen hålls - viktigt med små utförandetoleranser f ör pålarna - pålarna ska klara större momentbelastning - pålarna måste nå ned till berg - tunga pålmaskiner för btg-pålar kan inte användas - högt ställda kontrollkrav g äller för pålningen
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
20
Borrade stålrörspålar till berg Tillämpningar – ogynnsamma faktorer - bergytan ligger mycket djupt ( djupare än 30 m) - berget har dokumenterat d ålig kvalitet, exempelvis en k änd krosszon i bergmassan inom p ålningsområdet - korrosionen i marken kan v äntas bli mycket kraftig ( exempelvis f örorenad industrimark) - marken innehåller hinder som inte kan genomborras, exempelvis metall - pålningsförhållandena innebär att andra påltyper som innebär lägre kostnader kan användas, exempelvis prefabricerade, slagna betongp ålar
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
21
Applikationer - brogrundl äggning
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
22
Applikationer - husgrundl äggning
Låg lastkapacitet – fler pålar & plint
20082008-0909-10
Hög lastkapacitet – en påle, ingen plint
www.bredenbergteknik.se
23
Stålkärnepålar – i berg ingjutna kärnor tar ocks å dragkraft
Stålkärnepålar med mantelburen kärna tar dragkrafter (Ramp vid SL10, Södra Länken, Stockholm) 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
24
Borrade stålrörspålar Dimensionering • Upptill ska last f öras in i p ålen … • … nedtill ska last f öras ut till berg (eller jord) • Däremellan ska lasten finnas i p ålen utan att bråka …
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Viktig f örutsättning f ör dimensionering: Lasteffekten i varje gr änstillst ånd m åste vara k änd
• Brottgr änstillst ånd • Bruksgr änstillst ånd • Olycksfallstillst ånd (inkl brand & fortskridande ras)
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
26
lasten in i p ålen …
(Mathias Johansson, CTH 2000) 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
27
Spetsburen stålrärspåle (på berg) Lasten skall in i pålen …
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
28
Spetstryck, olika antaganden
Pålspets på berg – om pålen antas oo styv i förhållande tillberget
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
29
Mellan topp och spets, Scandinavian style
Knäckning av pålar – normalkraft och böjmoment 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
30
Initialutb öjning – Rapport 84A, Pålkomm . Avgörande faktor f ör lastkapaciten Yi = initialutböjning Yi = yfiktiv + ygeometrisk Yfiktiv = 0.0013Lk (tvärsnittsklass 2) Ygeom = Lk^2/(8*R) R = krökningsradie Lk=knäcklängd = pi*(EI/kd)^1/4 kd= 50 till 150 cu ( långtid – korttid) M= N(yo+yi)/2 Interaktion : N/Nd + M/Md <= 1 (annan formulering enligt BSK f ör massiva tvärsnitt och rör)
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
31
Kraftfördelning - borrad spetsburen rörpåle
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
32
Inverkan av betongfyllning - brottgr änstillst ånd
• Rör : 168.3 x 5 mm S355, fyk = 355 MPa • Btg : C 32/40, fcc = 18 MPa Arör = 25.65 cm2, Wel = 101.70 cm3 Tomt rör : Nd = Arör*fyk = 0.946 MN Md = Wel*fyk = 36.1 kNm
Btg-fyllt rör, full plasticering : Nd = Arör*fyk + Abtg*fcc = 0.946 + 0.354 = 1.30 MN Md = 47.35
20082008-0909-10
+ 4.37
www.bredenbergteknik.se
= 51.72 kNm ( 43 % ökning)
33
Betongen b ärande – bruksgr änstillst ånd Exempel 193.7 mm diam stålrör 5 mm S440 + btg C40 Astål = 29.64 cm2 Abtg = 265 cm2 Alt : stål + btg Nd = 0.6fcck*Abtg + 112.2*Ast ål = 453+ 333 = 786 kN Alt : enbart stål (säkerhetsklass 3) fyd = 420/1.2 = 367 MPa (notera 420 – inte 440) Nd = fyd*Astål = 367*29.64*10^-4 = 1087 kN
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
34
Samverkan rör-betongfyllning
(Mathias
20082008-0909-10
Johansson, CTH 2004)
www.bredenbergteknik.se
35
Momentkapacitet f ör rör
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
36
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
37
Dimensionering – några övriga faktorer att beakta • Vinkeländringar i skarvar ( ’dog-leg joints’) • Excentricitet vid påltopp och pålspets • Jordrörelser kring p ålen • Spänningar vid installation och kontroll • Objektspecifika materialkrav • Dimensioner, leverans, installation 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Excentricitet vid topp & spets
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
39
Verifiering av b ärförmåga • • • • •
Sjunkningsm ätning (’stoppslagning ’) Dynamisk provbelastning ( ’stötvågsmätning’) Statisk provbelastning (tryck - eller draglast) Verifiering med ber äkning Verifiering med erfarenhetsv ärden
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Stötvågsmätning på betongfyllda rörpålar – olika våghastighet i stål resp betong Cushion at pile top
cut “window ” in steel casing and attach sensors to concrete (Garland Likins, Pile Dynamics Inc., 2000) 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
41
Borrade stålrörspålar - några övriga fr ågor
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
Övriga fr ågor – borrade stålrörspålar
• Fallgropar – Dålig borrning – Dåligt berg – ’Fel’ stålmaterial – Ej godk änd svetsning – Förlust av bruk, injekteringsp ålar
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
43
Normer och handb öcker • • • • • • •
BBR BKR BSK BBK BRO2004 + supplement BVH Pålkommissionens Rapporter, R84a, R96:1, R97, R100 m fl
• Vägverkets databas scannade beräkningar
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
44
Skarvning, r ör och k ärnor – Svets
– API-skarv
– Hylsskarv
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
45
Korrosion • Pålkommissionen Rapport 98 • Ofta 2 mm/ 100 år • L 100 = 120 år = 2*120/100 = 2.4 mm • För tomma r ör även invändig korrosion 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
46
Redovisning – Svetsplan med WPS ( Welding Proc Spec) – Tilläggskontrollplan – Arbetsbeskrivning – Ritning – Verifieringsintyg (VV) – Övriga intyg
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
47
Stålmaterial Exempel på nomenklatur
OBS ! NYTT GÄLLER – kolla exempelvis www.tibnor,se
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
48
Dimensionsintervall och krav enligt NAD f ör SS-EN 10025 godstjocklek, mm
fyk, MPa
63 - 80
325
80 - 100
315
100 - 150
295
150 - 200
285
200 - 250
275
Stål för broar (Vägverket, Banverket) option 5, innebär : godstjocklek, mm
kolekvivalent CEV
40 - 150
0.47
150 -
0.49
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
49
API-skarv - tvärsnittkontroll
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
50
API-skarvar. Dimensioner
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
51
Beräkningsprogram – Stålkärnepålar
http:// www.bredenbergteknik.se /res/program/ steelcorepile.exe
– RD-pålar
http:// www.bredenbergteknik.se /res/program/ micropile.exe
– Injekteringsp ålar – Verifiering med handber äkning – BRO2004 – Normer, t ex BRO2004 – www.vv.se 20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
52
Länkar Länkar till information om borrade stålrörspålar : http://www.bredenbergteknik.se /RDpalar.htm www.ruukki.se www.geomek.com www.atlascopco.se
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
53
Till sist … • Trevlig kv äll !
20082008-0909-10
www.bredenbergteknik.se
54