Pålkommissionen Seminarium 10 sept 2008 Borrade stålrörspålar

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


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


3

Borrade stålrörspålar • • • •

Material, form : stål Form : rö r Funktionss ätt : spetsburna eller mantelburna Installation : borrning

20082008-0909-10


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


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


6

Borrade stålrörspålar i Sverige • Stålkärnepålar • RD-pålar (Ruukki Drilled piles) • Injekterade p ålar ; – – –

MAI-pålar TITAN -pålar GWI-pålar

20082008-0909-10


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


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


Sänkborrhammare Excentrisk borrning

Excentrisk borrning, system ODEX och TUBEX

20082008-0909-10


10

Sänkborrhammare Centrisk borrning

Borrning med centrisk metod (SYMMETRIX, Atlas Copco AB, ROTEX OY)

20082008-0909-10


11

Borrkrona och Ringborrkrona

20082008-0909-10


12

Ringborrkrona Drilled pile walls - equipment

Pilot (återvinns)

20082008-0909-10


Ringborrkrona (kvarlämnas)

13

Borrad Rörpåle 406/12.5 mm

20082008-0909-10


14

Stålkärnepålar 90 -210 mm k ärna

Borrmaskin för rörborrning– personal 2 (ibland 1) 20082008-0909-10


15

Stålkärnepålar

a) Spetsburen kärna 20082008-0909-10

b) Mantelburen kärna


16

Borrade stålrörspålar

Olika varianter av borrad stålrörspåle 20082008-0909-10


17

Borrad injekterad p åle - princip

Borrad, injekterad rörpåle (princip)

20082008-0909-10

MAI - borrsystem


18

Borrade stålrörspålar Tillämpningar, projektering 

20082008-0909-10


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


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


21

Applikationer - brogrundl äggning

20082008-0909-10


22

Applikationer - husgrundl äggning

Låg lastkapacitet – fler pålar & plint

20082008-0909-10

Hög lastkapacitet – en påle, ingen plint


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


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


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


26

lasten in i p ålen …

(Mathias Johansson, CTH 2000) 20082008-0909-10


27

Spetsburen stålrärspåle (på berg) Lasten skall in i pålen …

20082008-0909-10


28

Spetstryck, olika antaganden

Pålspets på berg – om pålen antas oo styv i förhållande tillberget

20082008-0909-10


29

Mellan topp och spets, Scandinavian style

Knäckning av pålar – normalkraft och böjmoment 20082008-0909-10


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


31

Kraftfördelning - borrad spetsburen rörpåle

20082008-0909-10


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


= 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


34

Samverkan rör-betongfyllning

(Mathias

20082008-0909-10

Johansson, CTH 2004)


35

Momentkapacitet f ör rör

20082008-0909-10


36

20082008-0909-10


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


Excentricitet vid topp & spets

20082008-0909-10


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


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


41

Borrade stålrörspålar - några övriga fr ågor

20082008-0909-10


Övriga fr ågor – borrade stålrörspålar

• Fallgropar – Dålig borrning – Dåligt berg – ’Fel’ stålmaterial – Ej godk änd svetsning – Förlust av bruk, injekteringsp ålar

20082008-0909-10


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


44

Skarvning, r ör och k ärnor – Svets

– API-skarv

– Hylsskarv

20082008-0909-10


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


46

Redovisning – Svetsplan med WPS ( Welding Proc Spec) – Tilläggskontrollplan – Arbetsbeskrivning – Ritning – Verifieringsintyg (VV) – Övriga intyg

20082008-0909-10


47

Stålmaterial Exempel på nomenklatur

OBS ! NYTT GÄLLER – kolla exempelvis www.tibnor,se

20082008-0909-10


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


49

API-skarv - tvärsnittkontroll

20082008-0909-10


50

API-skarvar. Dimensioner

20082008-0909-10


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


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


53

Till sist … • Trevlig kv äll !

20082008-0909-10


54

Pålkommissionen Seminarium 10 sept 2008 Borrade stålrörspålar

Recommend Documents