Hullspiss – en bergsko när massundanträngning är en utmaning

Tanken med produkten är att massundanträngningen ska minskas genom att lermassor kan tränga upp i pålröret. Pålar som installeras som öppna rör, helt utan bergsko, är betydligt mycket mindre massundanträngande, leran kan delvis tränga in i pålen utan att pressas undan. En sådan påle kan användas som kohesionspåle eller som en kombination av kohesionspåle och friktionspåle, dvs en del av pålen står i lera och en del i friktionsjord. Om en sådan påle, utan bergsko, når berg eller ett block i friktionsjorden kan dock mycket stora moment uppkomma, då endast delar av pålens periferi står på något fast. Därmed kan pålen slås bort helt eller också kan dess dimensionerande bärförmåga minska mycket kraftigt.

Produkten är en kombination av fördelarna av en påle med bergsko, med en påle bestående av ett öppet rör och därmed avsevärt mycket mindre massundanträngning.

Lösningen är tänkt att användas för pålar med relativt grova dimensioner. Ju mindre dimension pålarna har, desto större blir den sk ”pluggeffekten” hos pålen och desto större blir massundanträngningen. Pålens längd påverkar också dessa förhållanden. Dessutom har stålpålar med klena dimensioner relativt liten massundanträngning ändå. I ”Shear resistance during and after installation of driven piles in soft clay, proceedings of the XVII ECSMGE-2019”, utreder Leif Jendeby, COWI AB, förhållandena kring detta, utifrån ett antal genomförda projekt med öppna stålrör i Göteborgsregionen. Här återfinns också förslag på en beräkningsmetodik.

Alternativet i dag är ofta en borrad rörpåle, som är dyrare, tar längre tid att installera, riskerar att påverka grundvattensituationen och medför vissa miljöproblem i form av upptagna massor, oftast i flytande form, vilka måste omhändertas. Borrade pålar kan också ha andra effekter på omgivningen med störningar av jordens hållfasthet, överuttag av massor mm.

Utformningen har gemensamt tagits fram av Hercules Grundläggning och NCC Anläggningsteknik, som har gjort både analytiska beräkningar och tagit fram en 3D FEM-modell. Beräkningarna av den slutligt utformade bergskon visar att den klarar lika stora lasteffekter som en konventionell bergsko. Den hittills framtagna och provade Hullspiss bergskon är tänkt att användas med en slagen rörpåle 406x12,5

Den slutliga lasteffekten som kan erhållas beror dock som vanligt på pålens knäckbärförmåga i STR och möjligheterna att påvisa geoteknisk bärförmåga i GEO. Så länge lerans skjuvhållfasthet och installationsförhållandena tillåter bör pålens maximala bärförmåga vara ca 3700 kN.

Fullskaleprovningar har dels utförts som slagprovning mot berg och dels som installation i lera till stort djup. Avsikten med slagprovningarna mot berg var dels att kontrollera att den generella utformningen av bergskon fungerade och att svetsarna klarade belastningarna vid pålens indrivning i berg. Provningen avsåg också att ge input-värden till fortsatt FEM-modellering. Sekundärt provades vid vilken belastning pålens härdade dubb penetrerade berget och därmed centrerade lasterna.

Provningen av lerans inträngning i pålen utfördes på NCC:s projekt Masthuggskajen, Våg- och Tegelhuset. Lodningar utfördes för att erhålla resultat på pluggningseffekten, dvs hur mycket luft som finns i pålen efter installation. Lodningarna utfördes vid samtliga skarvtillfällen, bild Y, det vill säga efter installation av varje enskilt pålelement med 12 m längd och slutligen vid fullt djup. De aktuella 406-rören var kohesionspålar med 76 m längd.

I figur X redovisas hur i teorin pluggning uppstår, när motståndet under installation mellan leran och rörets insida (röda pilar) överskrider motståndet som pålens spets kan erhålla i leran (blå pilar). Då fastnar en lerplugg i röret och vid fortsatt neddrivning fylls röret med luft. Därefter blir massundanträngningen lika stor som för en påle med vanlig bergsko. I praktiken blir pluggningen en kontinuerlig process, speciellt som lerans hållfasthet ökar mot djupet.

På tre av 406-pålarna monterades Hullspiss-bergskorna, för att kunna jämföra dessa mot pålar utan sådan bergsko.
Jordlagren består av typisk Göteborgslera till mycket stora djup, >120 m. Överst i jordprofilen finns ett någon meter mäktigt lager fyllning och packad arbetsbädd, bestående av friktionsjord, eftersom maskinerna är tunga. För att slippa få en inledande propp av friktionsjord, vilken potentiellt kunde stänga till pålen och förhindra lerinträngningen, prylades och augerborrades samtliga pållägen.

Enligt figur Z synes pålarna med Hullspiss-bergskon inledningsvis ha en sämre lerinträngningsförmåga. Gradvis närmar sig dock pålarna med Hullspiss funktionssättet för de helt öppna pålarna, för att på ca 53-54 m djup ha samma andel luft, dvs samma lerinträngning i pålarna. Ännu djupare fortsätter trenden och pålarna med Hullspiss blir bättre än pålarna utan. Troligen hjälper här Hullspissen till med att skära sönder och störa leran och på så sätt lättare få den att tränga in i röret. Skillnaderna är dock inte överdrivet stora.

Figur Z, Antal meter luft, lodade värden, i pålar 406x12,5. Pålar med Hullspiss redovisas med streckade linjer och helt öppna rörpålar utan bergsko med heldragna linjer.

Sammanfattningsvis kan det konstateras att Hullspissen väl uppfyller uppställda krav för lerinträngning. Massundanträngningen reduceras med ca 65-70 %.