Nytt sykehus i Drammen. Beregningsnotat for spunt

Transkript

1 Prosjekt: Nytt sykehus i Drammen Tittel: Beregningsnotat for spunt 02 For oversendelse til oppdragsgiver AstHul AnBra BH 01 Til KS AstHult AnBra BH Rev. Beskrivelse Rev. Dato Utarbeidet Kontroll Godkjent Kontraktor/leverandørs logo: Bygg nr: Etasje nr.: Systemgr.: Antall sider: Side 1 av 32 Prosjekt: Kontrakt nr: Fag: Dok.type: Løpenr: Rev.nr.: Status: NSD 8202 G NO G

2 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 2 av 32 Innholdsfortegnelse 1 Innledning Styrende dokumenter Beregningsforutsetninger Beregningsverktøy Beregningssnitt Jordprofil Spunt og avstivning Laster, lastfaktorer og partialfaktorer Grunnforhold Utførte grunnundersøkelser Grunnvann Lagdeling Parametertolkning Resultater geometri 1: Bakforankring med stag Totalspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Krefter, momenter og deformasjoner i spunt og stag Effektivspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Krefter, momenter og deformasjoner i spunt og stag Resultater geometri 2: Innvendig avstiving Full utgraving med stivere Totalspenningsanalyse Effektivspenningsanalyse Avstiving med betongdekke Totalspenningsanalyse Effektivspenningsanalyse Resultater geometri 3: Utkraget spunt med graveskråning Totalspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Lastvirkning i spunt Effektivspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor... 26

3 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 3 av Lastvirkning i spunt Dimensjonering Geometri 1: Bakforankret spunt Stag Puter for stag Geometri 2: Innvendig avstivet spunt Stivere og puter Geometri 3: Utkrager med graveskråning Referanser Vedlegg Antall sider Tittel Utarbeidet av A 8 Materialparametere fra Plaxis Bakforankret spunt B 8 Materialparametere fra Plaxis Innvendig avstivet spunt C 7 Materialparametere fra Plaxis Graveskråning D 2 Spuntdimensjonering bakforankret spunt E 2 Spuntdimensjonering innvendig avstivning 10 m spenn F 2 Spuntdimensjonering innvendig avstivning 25 m spenn Norconsult AS Norconsult AS Norconsult AS Norconsult AS Norconsult AS Norconsult AS

4 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 4 av 32 1 Innledning Det skal bygges nytt sykehus i Drammen med to kjelleretasjer. Før utgraving og bygging skal det etableres en spuntgrop som omslutter de to kjelleretasjene. Spunten er planlagt brukt både som støttekonstruksjon for utgraving og som tetting for å holde byggegropen tørr i kombinasjon med pumping. Den nederste underetasjen som skal graves ned til kote -4 har mindre areal enn den øverste kjelleretasjen som skal legges på kote -1,5. Utgravningsnivået vil dermed variere innenfor spuntveggen. Dette notatet beskriver innledende beregninger for dimensjonering av spunt, utført i forprosjekteringsfasen. 2 Styrende dokumenter Følgende dokumenter er vurdert å være styrende for de geotekniske vurderingene av spuntkonstruksjoner: NS-EN-1990:2002+A1:2005+NA:2016: Eurocode: Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner [1] NS-EN :2004+A1:2013+NA:2016: Eurocode 7: Geoteknisk prosjektering, Del 1: Allmenne regler [2] NS-EN :2007+NA:2008: Eurocode 7: Geoteknisk prosjektering, Del 2: Regler basert på grunnundersøkelser og laboratorieprøver [3] Plan- og bygningsloven. Byggteknisk forskrift, TEK 17 og Byggesakforskrift SAK 10 Statens vegvesens Håndbok V220 [4] 3 Beregningsforutsetninger 3.1 Beregningsverktøy Spuntkonstruksjonen og jordprofilet er modellert i en stegvis konstruksjon i Plaxis 2D under antagelse om plan tøyning. Det er beregnet krefter, momenter og deformasjon i spunt, stag og stivere, og sikkerhetsfaktor mot brudd for spuntkonstruksjon og utgravning. For hvert beregningssnitt er det gjort både udrenert analyse for å modellere korttidsoppførsel og drenert analyse for å modellere langtidsoppførsel. Leira er modellert som et udrenert materiale hvor poreovertrykk bygges opp. For å modellere drenert respons dissiperes dette poreovertrykket ut ved hjelp av steady state flow og en konsolideringsfase. 3.2 Beregningssnitt Jordprofil Det er planlagt en lang spuntlinje som strekker seg gjennom ulike grunnforhold og kan komme til å kreve ulike løsninger for avstivning. I forprosjekteringen er det valgt å generalisere, og å

5 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 5 av 32 regne på ett enkelt jordprofil som er tenkt å være et representativt gjennomsnitt av forholdene langs spuntlinjen. Det er valgt å ta utgangspunkt i borhull 25, hvor det er funnet fyllmasser over et sandlag, over store mektigheter med leire. Lengre vest er det funnet større mektigheter med friksjonsmasser, og lengre øst er det funnet mindre mektigheter av friksjonsmasser. Jordprofilet er basert på CPTu-profil og labforsøk fra borhull 25, og beskrives nærmere i kapittel Spunt og avstivning I denne planfasen er det sett på tre ulike spuntutforminger. Et av snittene er bakforankret med stag som festes i en grunnere spunt satt bak spuntveggen. Dette er modellert med to plateelementer i Plaxis, forbundet med node-to-node anchor. Denne geometrien vises i Figur 1. I det andre snittet avstives spunten med innvendige stivere. Fordi snittet er symmetrisk er kun én halvdel modellert og stiveren modellert med fixed-end anchor. Denne løsningen er dimensjonert for spenn på 10 meter og på 25 meter, og geometrien er vist i Figur 2. Det er også sett på muligheten for å bruke stivere under utgraving, for så å fjerne disse etter at et betongdekke er støpt ut i bunnen av byggegropen. Da vil betongdekket fungere som innvendig avstivning, og det vil bli lettere å komme til under bygging. I det tredje alternativet, vist i Figur 3, er det brukt en utkraget spunt som støttes av en graveskråning på innsiden av spunten. Dybde på hovedspunt og forankringsspunt og lengde på stagene er dimensjonert, i tillegg til nødvendig dimensjon på de ulike komponentene. På ulike plasseringer i spuntgropen er det aktuelt med flere ulike avstivningsløsninger. Disse må dimensjoneres nærmere ved detaljprosjektering. Figur 1: Prinsippskisse av bakforankret spunt.

6 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 6 av 32 Figur 2: Prinsippskisse av innvendig avstivet spunt. Figur 3: Prinsippskisse av graveskråning med spunt for vanntetting.

7 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 7 av Laster, lastfaktorer og partialfaktorer For last på terreng brukes en trafikklast q= 10 kn/m 2 * 1,3 = 13 kn/m 2, hvor lastfaktoren γq= 1,3 er hentet fra tabell A1.2(C) i Eurokode 7. Ved dimensjonering av spunt, stag, stivere og puter hentes karakteristiske krefter og momenter fra Plaxis-resultatene og påføres en lastfaktor γ=1,35, hentet fra tabell NA.A1.2(B) i Eurokode 0. Materialfaktor for stål i spunt og stag er satt til γm = 1,05. Som sikkerhetsfaktor mot brudd er partialfaktorene i tabell NA.A.4 brukt. Det må minimum oppnås sikkerhetsfaktor γ= 1,25 for effektivspenningsanalyse og γ= 1,4 for totalspenningsanalyse. 4 Grunnforhold 4.1 Utførte grunnundersøkelser Det er utført totalsonderinger og CTPu-sonderinger, og tatt opp uforstyrrede prøver for labforsøk i forbindelse med prosjektering av nytt sykehus. Det er gjort ødometerfosøk, treaksforsøk, kornfordelingsanalyser og indeksforsøk. 4.2 Grunnvann Det er tatt utgangspunkt i at normal grunnvannstand står i kote 0,0. Spunten skal fungere som tetting av byggegropen. Det er valgt å dimensjonere byggegropen for en flom med returperiode på 25 år. Dette medfører at spunten må holde byggegropen tørr ved vannstand opp til kote +1, Lagdeling Jordprofilet som er brukt i spuntberegningen er basert på prøver gjort ved borhull 25. Forholdene her er vurdert til å være et representativt gjennomsnitt for forholdene langs spuntlinja. Det er funnet både mer og mindre kritiske jordprofiler langs linja. Basert på totalsonderingsprofilet og borprofilet i borhull 25 er det forventet å finne 4 m fyllasser over 4 m sand. Under dette finner vi leire til stor dybde. 4.4 Parametertolkning Leira er modellert i Plaxis 2D med jordmodellen Hardening Soil Undrained (A). Skjærstyrken beregnes utfra effektivspenningsparameterene kohesjon (c ) og indre friksjonsvinkel (ϕ). For leira er det laget et designprofil for udrenert skjærstyrke basert på CPTu-profil, treaksresultat og indeksforsøk. Inputparameterene til Plaxis er kalibrert mot dette profilet ved hjelp av programvaren Plaxis soil test. Stivhetsparameterne for leira er kalibrert mot en ødometerkurve.

8 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 8 av 32 Fyllmassene og sanden er modellert med jordmodellen Hardening Soil Drained. Verdier for styrkeparametere er valgt basert på erfaringsverdier gitt i Statens vegvesens Håndbok V220, se Figur 4. Det er benyttet ϕ = 38 og c =1 for fyllmassene, og ϕ = 35 og c =1 for sanden. For sanden er det brukt stivhetsparametere E50 ref =20 000kPa, Eoed ref =20 000kPa og Eur ref =60 000kPa. Disse verdiene er anbefalt for løst lagret sand modellert med Hardening Soil-modellen i Plaxis sin brukermanual [5]. For fyllmassene er det brukt stivhetsparametere E50 ref =40 000kPa, Eoed ref =40 000kPa og Eur ref = kPa. Figur 4: Erfaringsverdier for styrkeparametere, utdrag fra Statens vegvesens Håndbok V220.

9 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 9 av 32 5 Resultater geometri 1: Bakforankring med stag Figur 5 viser modellgeometri for bakforankret spunt. For å oppnå tilstrekkelig sikkerhet i både total- og effektivspenningsanalyse er det nødvendig med en spunt som går ned til kote -13,5. Stagene må være 32 meter lange og forankringsspunten må gå ned til kote -3,5. Det er viktig at topp spunt står i kote +1,7 for å holde byggegropen tørr under en flom med returperiode på 25 år. Stagene er oppspent til 35% av flytelast. Det er prosjektert en utgraving i bakkant av spunten for å redusere jordtrykk mot spunten noe. Det er gravd ned til kote 0,0 i 7 meter bak spunten, og derfra skrås det opp mot eksisterende terreng med helning 1:2. Dimensjonene for spuntene og stagene er oppsummert i kapittel 8. Grunnforholdene er modellert med fyllmasser (grå) over sand(gul) over leire til stor dybde (grønn). I skråningen ved utgraving i bakkant av spunten er det lagt på et tynt lag med fyllmasser med kunstig høy kohesjon. Dette er for å unngå at overflatebrudd i den lille skråningen tar fokus i sikkerhetsfasene. Alle materialene er beskrevet med inputparametere i vedlegg A. Figur 5: Modellgeometri for bakforankret spunt. 5.1 Totalspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Figur 6 viser et plott av oppnådd sikkerhetsfaktor for totalspenningsanalyse av bakforankret spunt. Sikkerhetsfaktoren konvergerer mot 1,40, som er tilstrekkelig for analyse basert på totalspenningsparametere. Figur 7 viser bruddmekanismen som utvikler seg i sikkerhetsfasen.

10 ΣMsf [] Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 10 av 32 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,200 0,300 0,400 u [m] 0,500 0,600 0,700 0,800 Figur 6: Sikkerhetsfaktor (y-aksen) som funksjon av deformasjon (x-aksen) for totalspenningsanalyse av bakforankret spunt. Figur 7: Bruddmekanisme for totalspenningsanalyse av bakforankret spunt.

11 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 11 av Krefter, momenter og deformasjoner i spunt og stag Figur 8: Karakteristisk moment i forankringsspunt Figur 9: Deformasjon i forankringsspunt Figur 8 og 9 viser henholdsvis karakteristisk moment og deformasjon i forankringsspunten i et korttidsperspektiv. Figur 10: Karakteristisk moment i hovedspunt Figur 11: Deformasjon i spunt Figur 10 og 11 viser henholdvis karakteristisk moment og deformasjon i hovedspunten ved full utgraving. Deformasjonene er gjennomgående relativt høye. Dette aksepteres ettersom spunten er en midlertidig konstruksjon og det ikke ligger noen andre bygninger eller

12 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 12 av 32 konstruksjoner i umiddelbar nærhet til byggegropen. Figur 12 viser normalkraft i stagene etter pålastning. Figur 12: Normalkraft i stag for bakforankring av spunt i totalspenningsanalyse. Maksimale dimensjonerende krefter og momenter for totalspenningsanalyse av bakforankret spunt er oppsummert i Tabell 1. Tabell 1: Dimensjonerende krefter i spunt og stag for totalspenningsanalyse. Maks moment i hovedspunt Maks moment i forankringsspunt Normalkraft i stag Karakteristisk x 1,35 273,4 knm/m x 1,35 = 369,1 knm/m 82,9 knm/m x 1,35 = 111,9 knm/m 780,1 kn x 1,35 = 1053,135 kn 5.2 Effektivspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Figur 13 viser et plott av oppnådd sikkerhetsfaktor for effektivspenningsanalyse av bakforankret spunt. Sikkerhetsfaktoren konvergerer mot 1,38, som er tilstrekkelig for analyse basert på effektivspenningsparametere. Figur 14 viser bruddmekanismen som utvikler seg i sikkerhetsfasen.

13 ΣMsf [] Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 13 av 32 1,38 1,35 1,32 1,29 1,26 1,23 1,20 1,17 1,14 0, u [m] Figur 13: Sikkerhetsfaktor (y-aksen) som funksjon av deformasjon (x-aksen) for effektivspenningsanalyse av bakforankret spunt. Figur 14: Bruddmekanisme for effektivspenningsanalyse av bakforankret spunt.

14 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 14 av Krefter, momenter og deformasjoner i spunt og stag Figur 15: Maks moment i forankringsspunt Figur 16: Deformasjon i forankringsspunt Figur 15 og 16 viser henholdsvis moment og deformasjon i forankringsspunten under effektivspenningsanalyse. Figur 17: Maks moment i hovedspunt Figur 18: Deformasjoner i hovedspunt

15 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 15 av 32 Figur 17 og 18 viser henholdvis moment og deformasjon i hovedspunten etter konsolidering og utjevning av poretrykk. Figur 19 viser normalkraft i stagene etter konsolidering. Figur 19: Normalkrefter i stag, effektivspenningsanalyse Maksimale dimensjonerende krefter og momenter for effektivspenningsanalyse av bakforankret spunt er oppsummert i Tabell 2. Tabell 2: Dimensjonerende lastvirkning i stag og spunt for effektivspenningsanalyse. Maks moment i hovedspunt Maks moment i forankringsspunt Normalkraft i stag Karakteristisk x 1,35 334,3 knm/m x 1,35 = 451,3 knm/m 91,2 knm/m x 1,35 = 123,1 knm/m 841,1 kn x 1,35 = 1135,5 kn 6 Resultater geometri 2: Innvendig avstiving Figur 20 viser modellgeometrien til en spunt utformet med innvendig avstiving. Det skiller veldig lite mellom beregningene for ulike stiverspenn når det kommer til oppnådd sikkerhetsfaktor, krefter og momenter i konstruksjonsdelene. Derfor er kun output for beregningen med 25 m spenn rapportert. Avstivning av begge spennene er dimensjonert ut ifra disse lastvirkningene. En spunt som går ned til kote -13,5 gir tilstrekkelig sikkerhet mot brudd i både total- og effektivspenningsanalyse. I delkapittel 6.1 vises momenter og deformasjoner i spunten ved full utgraving med innvendig avstiving ved hjelp av stivere i toppen. I delkapittel 6.2 vises momenter og deformasjoner etter at betongdekket i bunn er støpt ut og stiverne fjernet. Lastvirkningen ved full utgraving med stivere viser seg å bli dimensjonerende for spunten. Figur 20: Modellgeometri for spunt med innvendig avstiving.

16 ΣMsf [] Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 16 av Full utgraving med stivere Totalspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Figur 21 viser et plott av oppnådd sikkerhetsfaktor, som konvergerer mot FS=1,48 for totalspenningsanalyse. Dette tilfredsstiller kravet om sikkerhetsfaktor på minimum 1,4 for analyser basert på totalspenningsparametere. Figur 22 viser bruddmekanismen som utvikles i sikkerhetsfasen for udrenert analyse. 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,900 0,800 0,0600 0,0800 0,100 Figur 21: Sikkerhetsfaktor (y-aksen) som funksjon av deformasjon (x-aksen) for totalspenningsanalyse av innvendig avstivet spunt. 0,120 u [m] 0,140 0,160 0,180

17 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 17 av 32 Figur 22: Bruddmekanisme for totalspenningsanalyse av innvendig avstivet spunt Krefter og momenter i spunt og stiver Figur 23: Moment i spunt. Figur 24: Deformasjon i spunt.

18 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 18 av 32 Figur 23 og 24 viser henholdsvis karakteristisk moment og deformasjoner i spunten ved full utgraving. Figur 25 viser normalkraft i innvendig stiver. Negative krefter indikerer trykkrefter. Figur 25: Normalkraft i stiver Maksimale dimensjonerende krefter og momenter for totalspenningsanalyse av innvendig avstivet spunt er oppsummert i Tabell 3. Tabell 3: Dimensjonerende krefter for totalspenningsanalyse av innvendig avstivet spunt. Maks moment i spunt Normalkraft i stiver Karakteristisk x 1,35 375,4 knm/m x 1,35 = 506,8 knm/m 1041,8 kn x 1,35 = 1406,4 kn Effektivspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Figur 26 viser et plott av oppnådd sikkerhetsfaktor, som konvergerer mot FS=1,61 for effektivspenningsanalyse. Dette tilfredsstiller kravet om sikkerhetsfaktor på minimum 1,25 for beregninger basert på effektivspenningsparametere. Figur 27 viser bruddmekanismen som utvikles i sikkerhetsfasen for drenert analyse.

19 ΣMsf [] Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 19 av 32 1,60 1,40 1,20 1,00 0,800 0,600 0,400 0,200 0,100 0,200 0,300 u [m] 0,400 0,500 0,600 Figur 26: Sikkerhetsfaktor (y-aksen) som funksjon av deformasjon (x-aksen) for effektivspenningsanalyse av innvendig avstivet spunt Figur 27: Bruddmekanisme for effektivspenningsanalyse av innvendig avstivet spunt

20 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 20 av Krefter og momenter i spunt og stiver Figur 28: Moment i spunt Figur 29: Deformasjon i spunt Figur 28 og 29 viser henholdsvis karakteristisk moment og deformasjoner i spunten ved full utgraving, etter konsolidering. Figur 30 viser normalkraft i innvendig stiver. Figur 30: Normalkraft i stiver under effektivspenningsanalyse. Maksimale dimensjonerende krefter og momenter for totalspenningsanalyse av innvendig avstivet spunt er oppsummert i Tabell 4. Tabell 4: Dimensjonerende krefter for totalspenningsanalyse av innvendig avstivet spunt. Maks moment i innvendig avstivet spunt Normalkraft i stiver Karakteristisk x 1,35 306,4 knm/m x 1,35 = 413,64 knm/m 904,8 kn x 1,35 = 1221,5 kn

21 ΣMsf [] Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 21 av Avstiving med betongdekke Modellgeometri etter utstøping av betongdekke og fjerning av stivere er vist i Figur 31. Det fylles opp med 20 cm løsmasser (pukk el.l) og støpes så et 80 cm tykt dekke opp til kote -3,0. Figur 31: Modellgeometri med betongdekke som innvendig avstivning Totalspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Figur 32 viser et plott av oppnådd sikkerhetsfaktor, som konvergerer mot FS=3,27 for totalspenningsanalyse. Dette tilfredsstiller kravet om sikkerhetsfaktor på minimum 1,40 for beregninger basert på totalspenningsparametere. 3,40 3,20 3,00 2,80 2,60 2,40 2,20 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,00 1,00E3 2,00E3 u [m] Figur 32: Sikkerhetsfaktor (y-aksen) som funksjon av deformasjon (x-aksen) for totalspenningsanalyse av spunt innvendig avstivet med betongdekke. 3,00E3 4,00E3

22 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 22 av Lastvirkning i spunt Figur 33: Moment i spunt. Figur 34: Deformasjon i spunt. Figur 33 og 34 viser henholdsvis karakteristisk moment og deformasjon i spunten etter støping av betongdekke og fjerning av stivere ved udrenert analyse. Maksimal dimensjonerende lastvirkning for udrenert analyse er oppsummert i Tabell 5. Tabell 5: Maksimal dimensjonerende lastvirkning i spunt etter fjerning av stivere ved totalspenningsanalyse. Maks moment i spunt med betongdekke Karakteristisk x 1,35 272,0 knm/m x 1,35 = 367,2 knm/m Effektivspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Figur 35 viser et plott av oppnådd sikkerhetsfaktor, som konvergerer mot FS=3,65 for effektivspenningsanalyse. Dette tilfredsstiller kravet om sikkerhetsfaktor på minimum 1,25 for beregninger basert på effektivspenningsparametere.

23 ΣMsf [] Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 23 av 32 3,70 3,60 3,50 3,40 0,00 1,00E6 2,00E6 3,00E6 4,00E6 5,00E6 6,00E6 u [m] 7,00E6 8,00E6 9,00E6 10,0E6 11,0E6 12,0E6 13,0E6 Figur 35: Sikkerhetsfaktor (y-aksen) som funksjon av deformasjon (x-aksen) for effektivspenningsanalyse av spunt innvendig avstivet med betongdekke Lastvirkning i spunt Figur 36: Moment i spunt. Figur 37: Deformasjon i spunt.

24 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 24 av 32 Figur 36 og 37 viser henholdsvis karakteristisk moment og deformasjon i spunten etter støping av betongdekke og fjerning av stivere ved udrenert analyse. Maksimal dimensjonerende lastvirkning for udrenert analyse er oppsummert i Tabell 6. Tabell 6: Maksimal dimensjonerende lastvirkning i spunt etter fjerning av stivere ved effektivspenningsanalyse. Maks moment i spunt med betongdekke Karakteristisk x 1,35 302,9 knm/m x 1,35 = 409,0 knm/m 7 Resultater geometri 3: Utkraget spunt med graveskråning Figur 38 viser modellgeometri for graveskråning med spunt som vanntetting. Graveskråningen på innsiden må være 15 m bred. Detaljer rundt utformingen av skråningen vises i Figur 3. Spunten står ned til kote -13,5, og dette gir en tilstrekkelig sikkerhetsfaktor i både drenert og udrenert analyse. Figur 38: Modellgeometri for graveskråning med spunt for vantetting. 7.1 Totalspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Figur 39 viser et plott av oppnådd sikkerhetsfaktor, som konvergerer mot FS=1,43 for totalspenningsanalyse av utkraget spunt. Dette tilfredsstiller kravet om sikkerhetsfaktor på minimum 1,40 for analyser basert på totalspenningsparametere. Figur 40 viser bruddmekanismen som utvikles i sikkerhetsfasen for udrenert analyse.

25 ΣMsf [] Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 25 av 32 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,900 0,800 0,700 0,600 0,120 0,150 0,180 0,210 0,240 0,270 u [m] 0,300 0,330 0,360 0,390 0,420 Figur 39: Sikkerhetsfaktor (y-aksen) som funksjon av deformasjon (x-aksen) Figur 40: Bruddmekanisme for effektivspenningsanalyse av utkraget spunt.

26 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 26 av Lastvirkning i spunt Figur 41: Moment i spunt. Figur 42: Deformasjon i spunt. Figur 41 og 42 viser henoholdsvis karakteristisk moment og deformasjon i spunten ved full utgraving i et korttidsperspektiv. Tabell 7 oppsummerer dimensjonerende lastvirkning i utkragerspunten med graveskråning. Tabell 7: Lastvirkning i utkragerspunt i et korttidsperspektiv. Maks moment i utkragerspunt Karakteristisk x 1,35 80,8 knm/m x 1,35 = 109,1 knm/m 7.2 Effektivspenningsanalyse Oppnådd sikkerhetsfaktor Figur 43 viser et plott av oppnådd sikkerhetsfaktor i effektivspenningsanalysen, som konvergerer mot FS=1,35. Dette tilfredsstiller kravet om sikkerhetsfaktor på minimum 1,25 for drenerte analyser. Figur 44 viser bruddmekanismen som utvikles i sikkerhetsfasen.

27 ΣMsf [] Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 27 av 32 1,30 1,20 1,10 1,00 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,200 0,300 0,400 u [m] 0,500 0,600 0,700 Figur 43: Sikkerhetsfaktor (y-aksen) som funksjon av deformasjon (x-aksen) Figur 44: Bruddmekanisme for effektivspenningsanalyse av utkraget spunt

28 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 28 av Lastvirkning i spunt Figur 45: Moment i spunt. Figur 46: Deformasjon i spunt. Figur 41 og 42 viser henoholdsvis karakteristisk moment og deformasjon i spunten ved full utgraving i et langtidsperspektiv. Dimensjonerende lastvirkning i utkragerspunten er oppsummert i Tabell 8. Tabell 8: Dimensjonerende lastvirkning i utkragerspunt i et langtidsperspektiv. Maks moment i utkragerspunt Karakteristisk x 1,35 72,6 knm/m x 1,35 = 98,01 knm/m

29 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 29 av 32 8 Dimensjonering Dimensjonerende momenter og krefter i hvert konstruksjonselement i de ulike beregningssnittene er oppsummert i Tabell 9. Tabell 9: Dimensjonerende lastvirkninger i spunt, stag og stiver. Beregningssnitt Konstruksjonselement Karakteristisk x 1,35 Bakforankret spunt Innvendig avstivet spunt Utkragerspunt med graveskråning Maks moment i bakforankret spunt Maks moment i forankringsspunt Normalkraft i stag Maks moment i innvendig avstivet spunt Normalkraft i stiver Maks moment i spunt 334,3 knm/m x 1,35 = 451,3 knm/m 91,2 knm/m x 1,35 = 123,1 knm/m 841,1 kn x 1,35 = 1135,5 kn 375,4 knm/m x 1,35 = 506,8 knm/m 1041,8 kn x 1,35 = 1406,4 kn 80,8 knm/m x 1,35 = 109,1 knm/m 8.1 Geometri 1: Bakforankret spunt Dimensjonerende moment i hovedspunten er 451 knm/m. Det gir et nødvendig motstandsmoment: Wnødv = Mmaks/fy,d =( Nm/m) / (355 x 10 6 N/m 2 / 1,05) = 1334 cm 3 /m Dette vil hindre flyting. Regnearket som er brukt for spuntdimensjonering, vist i vedlegg D, tilsier at det må brukes spunt AZ Regnearket gir angir en mindre spunt fordi det tillater flyting i tverrsnittet. Det velges likevel å bruke AZ for å unngå flyting, og redusere deformasjoner i spunten. Dimensjonerende moment i forankringsspunten er 123 knm/m. Det gir et nødvendig motstandsmoment: Wnødv = Mmaks/fy,d =( Nm/m) / (355 x 10 6 N/m 2 / 1,05) = 373 cm 3 /m Det foreslås å bruke en AZ12-spunt som forankringsplate Stag Det skal brukes lissestag med senteravstand 4,2m til å forankre spunten. Dimensjonerende normalkraft er 1128 kn per stag. Nødvendig bruddlast på stagene blir dermed: N = 1135 kn / 0,65 = 1746 kn

30 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 30 av 32 Dermed er det tilstrekkelig å bruke 7 lisser per stag, i følge tabellen i Figur 47 fra Kynningsrud. Dette fremkommer også fra regnearket i vedlegg D. Figur 47: Dimensjoner lissestag Puter for stag Nødvendig dimensjon på putene blir 2 x UNP400. Beregningen er gjort ved hjelp av et regneark for spuntdimensjonering. Input og output er gitt i vedlegg D. 8.2 Geometri 2: Innvendig avstivet spunt Dimensjonerende moment i innvendig avstivet spunt er 507 knm/m. Det gir et nødvendig motstandsmoment: Wnødv = Mmaks/fy,d =( Nm/m) / (355 x 10 6 N/m 2 / 1,05) = 1500 cm 3 /m Dette vil hindre flyting. Regnearket som er brukt for spuntdimensjonering, vist i vedlegg E, tilsier at det må brukes spunt AZ Regnearket gir angir en mindre spunt fordi det tillater flyting i tverrsnittet. Det velges likevel å bruke AZ for å unngå flyting, og redusere deformasjoner i spunten.

31 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 31 av Stivere og puter Det skal dimensjoneres innvendig avstivning for to ulike spenn: 10 m og 25 m. For det korteste spennet vil det brukes HEB-bjelker og for det lengse vil det brukes rør. Dimensjoneringen er utført med et regneark. Input og output er vedlagt i vedlegg E og F. For spennet på 10 m er det nødvendig med HEB340 for stiverne og HEB360 for putene. På grunn av knekningskapasitet er det nødvndig med større dimensjoner for det lengste spennet. Stiverne over spennet på 25 m må være rør diameter 610 mm og tykkelse 8 mm, og putene må ha dimensjon HEB Geometri 3: Utkrager med graveskråning Dimensjonerende moment i spunten er 109,1 knm/m. Det gir et nødvendig motstandsmoment: Wnødv = Mmaks/fy,d =( Nm/m) / (355 x 10 6 N/m 2 / 1,05) = 322,7 cm 3 /m Denne løsningen vil kreve å sette spunten lengre bak, og gir en lengre spuntlinje. Til gjengjeld fungerer spunten mest som vanntetting, ikke som støttevegg for utgraving. Dette gjør at en kan bruke mindre dimensjoner på spunten, og unngå avstivning av spunten. Ved detaljprosjektering må rambarhet vurderes. Tabell 10 oppsummerer de nødvendige dimensjonene på konstruksjonselementene for de ulike beregningssnittene. Tabell 10: Oppsummering av nødvendige dimensjoner på konstruksjonselementer. Beregningssnitt Konstruksjonselement Nødvendig dimensjon Bakforankret spunt Hovedspunt AZ Innvendig avstivet spunt, 10 m spenn Innvendig avstivet spunt, 25 m spenn Utkragerspunt med graveskråning Forankringsspunt Stag Pute Spunt Stiver Pute Spunt Stiver Pute Spunt AZ12 7 lisser, c/c 4,2 m 2 x UNP400 AZ HEB340, c/c 4,0 m HEB360 AZ Ø610 t=8, c/c 4,0 m HEB360 AZ12

32 Tittel: Beregningsnotat for spunt Side: 32 av 32 9 Referanser [1] Standard Norge, «NS-EN 1990:2002+A1:2005+NA:2016: Eurokode: Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner,» Standard Norge, Oslo, [2] Standard Norge, «NS-EN :2004+A1:2013+NA:2016: Eurokode 7: Geoteknisk prosjektering, Del1: Allmenne regler,» Standard Norge, Oslo, [3] Standard Norge, «NS-EN :2007+NA:2008: Eurocode 7: Geoteknisk prosjektering, Del 2: Regler basert på grunnundersøkelser og laboratorieprøver,» Standard Norge, Oslo, [4] Vegdirektoratet, Geoteknikk i vegbygging Håndbok V220, Statens vegvesen, [5] Plaxis bv, «Plaxis 2D Material Models Manual 2018,» Plaxis bv, Delft, 2018.

33 PLAXIS Report NSD_spunt_med_bakforankring Vedlegg A: Materialparametere fra Plaxis - Bakforankret spunt

34 Materials - Soil and interfaces - Hardening soil NSD_spunt_med_bakforankring Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy Identification number Drainage type Drained Drained Undrained (A) Drained Colour Comments γ unsat kn/m³ 19,00 18,00 18,00 19,00 γ sat kn/m³ 19,00 18,00 18,00 19,00 Dilatancy cut-off No No No No e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 e min 0,000 0,000 0,000 0,000 e max 999,0 999,0 999,0 999,0 Rayleigh α 0,000 0,000 0,000 0,000 Rayleigh β 0,000 0,000 0,000 0,000 E 50 ref E oed ref E ur ref kn/m² 40,00E3 20,00E ,00E3 kn/m² 40,00E3 20,00E ,00E3 kn/m² 120,0E3 60,00E3 12,00E3 120,0E3 power (m) 0,5000 0,5000 0,7000 0,5000 2

35 NSD_spunt_med_bakforankring Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy Use alternatives No No No No C c 8,625E-3 0, ,1725 8,625E-3 C s 2,587E-3 5,175E-3 0, ,587E-3 e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 c ref kn/m² 1,000 1,000 3,000 20,00 φ (phi) 38,00 35,00 20,00 38,00 ψ (psi) 0,000 0,000 0,000 0,000 Set to default values Yes Yes No No ν ur 0,2000 0,2000 0,2000 0,2000 p ref kn/m² 100,0 100,0 100,0 100,0 K 0 nc 0,3843 0,4264 0,6580 0,4300 c inc kn/m²/m 0,000 0,000 0,000 0,000 y ref m 0,000 0,000-12,00 0,000 R f 0,9000 0,9000 0,9000 0,9000 Tension cut-off Yes Yes Yes Yes Tensile strength kn/m² 0,000 0,000 0,000 0,000 Undrained behaviour Standard Standard Standard Standard Skempton-B 0,9866 0,9866 0,9866 0,9866 ν u 0,4950 0,4950 0,4950 0,4950 3

36 NSD_spunt_med_bakforankring Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy K w,ref / n kn/m² 4,917E6 2,458E6 491,7E3 4,917E6 Strength Manual Manual Manual Manual R inter 0,6000 0,6000 0,6000 0,6000 Consider gap closure Yes Yes Yes Yes δ inter 0,000 0,000 0,000 0,000 Cross permeability Impermeable Impermeable Impermeable Impermeable Drainage conductivity, dk m³/day/m 0,000 0,000 0,000 0,000 K 0 determination Automatic Automatic Automatic Automatic K 0,x = K 0,z Yes Yes Yes Yes K 0,x 0,3843 0, ,00E9 0,4300 K 0,z 0,3843 0, ,00E9 0,4300 OCR 1,000 1,000 1,000 1,000 POP kn/m² 0,000 0,000 40,00 0,000 Data set Standard Standard Standard Standard Type Coarse Medium Very fine Coarse < 2 μm % 10,00 19,00 74,00 10,00 2 μm - 50 μm % 13,00 41,00 11,00 13,00 50 μm - 2 mm % 77,00 40,00 15,00 77,00 Use defaults From data set From data set From data set From data set 4

37 NSD_spunt_med_bakforankring Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy k x m/day 0,6000 0,1206 0,1500 0,6000 k y m/day 0,6000 0,1206 0,1500 0,6000 -ψ unsat m 10,00E3 10,00E3 10,00E3 10,00E3 e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 S s 1/m 0,000 0,000 0,000 0,000 c k 1000E E E E12 5

38 Materials - Plates - NSD_spunt_med_bakforankring Identification AZ12 AZ Identification number 1 2 Comments Colour Material type Elastoplastic Elastoplastic Isotropic Yes Yes EA 1 kn/m 2,646E6 2,793E6 EA 2 kn/m 2,646E6 2,793E6 EI kn m²/m 38,09E3 76,08E3 d m 0,4156 0,5717 w kn/m/m 0,9700 1,020 ν (nu) 0,3000 0,3000 M p kn m/m 476,4 672,6 N p,1 kn/m N p,2 kn/m Rayleigh α 0,000 0,000 Rayleigh β 0,000 0,000 6

39 NSD_spunt_med_bakforankring Identification AZ12 AZ Prevent punching No No Identification number 1 2 7

40 Materials - Anchors - NSD_spunt_med_bakforankring Identification Lissestag 8 lisser Lissestag 7 lisser Identification number 1 2 Comments Colour Material type Elastoplastic Elastoplastic EA kn 235,2E3 205,8E6 L spacing m 4,200 4,200 F max,tens kn F max,comp kn 1,000 0,1000 Identification number 1 2 Identification number 1 2 Identification number 1 2 8

41 PLAXIS Report NSD_spunt_med_innvendig_avstiving Vedlegg B: Materialparametere fra Plaxis - Innvendig avstiving

42 Materials - Soil and interfaces - Hardening soil NSD_spunt_med_innvendig_avstiving Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy Identification number Drainage type Drained Drained Undrained (A) Drained Colour Comments γ unsat kn/m³ 19,00 18,00 18,00 19,00 γ sat kn/m³ 19,00 18,00 18,00 19,00 Dilatancy cut-off No No No No e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 e min 0,000 0,000 0,000 0,000 e max 999,0 999,0 999,0 999,0 Rayleigh α 0,000 0,000 0,000 0,000 Rayleigh β 0,000 0,000 0,000 0,000 E 50 ref E oed ref E ur ref kn/m² 40,00E3 20,00E ,00E3 kn/m² 40,00E3 20,00E ,00E3 kn/m² 120,0E3 60,00E3 12,00E3 120,0E3 power (m) 0,5000 0,5000 0,7000 0,5000 2

43 NSD_spunt_med_innvendig_avstiving Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy Use alternatives No No No No C c 8,625E-3 0, ,1725 8,625E-3 C s 2,587E-3 5,175E-3 0, ,587E-3 e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 c ref kn/m² 1,000 1,000 3,000 20,00 φ (phi) 38,00 35,00 20,00 38,00 ψ (psi) 0,000 0,000 0,000 0,000 Set to default values Yes Yes No No ν ur 0,2000 0,2000 0,2000 0,2000 p ref kn/m² 100,0 100,0 100,0 100,0 K 0 nc 0,3843 0,4264 0,6580 0,4300 c inc kn/m²/m 0,000 0,000 0,000 0,000 y ref m 0,000 0,000-12,00 0,000 R f 0,9000 0,9000 0,9000 0,9000 Tension cut-off Yes Yes Yes Yes Tensile strength kn/m² 0,000 0,000 0,000 0,000 Undrained behaviour Standard Standard Standard Standard Skempton-B 0,9866 0,9866 0,9866 0,9866 ν u 0,4950 0,4950 0,4950 0,4950 3

44 NSD_spunt_med_innvendig_avstiving Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy K w,ref / n kn/m² 4,917E6 2,458E6 491,7E3 4,917E6 Strength Manual Manual Manual Manual R inter 0,6000 0,6000 0,6000 0,6000 Consider gap closure Yes Yes Yes Yes δ inter 0,000 0,000 0,000 0,000 Cross permeability Impermeable Impermeable Impermeable Impermeable Drainage conductivity, dk m³/day/m 0,000 0,000 0,000 0,000 K 0 determination Automatic Automatic Automatic Automatic K 0,x = K 0,z Yes Yes Yes Yes K 0,x 0,3843 0, ,00E9 0,4300 K 0,z 0,3843 0, ,00E9 0,4300 OCR 1,000 1,000 1,000 1,000 POP kn/m² 0,000 0,000 40,00 0,000 Data set Standard Standard Standard Standard Type Coarse Medium Very fine Coarse < 2 μm % 10,00 19,00 74,00 10,00 2 μm - 50 μm % 13,00 41,00 11,00 13,00 50 μm - 2 mm % 77,00 40,00 15,00 77,00 Use defaults From data set From data set From data set From data set 4

45 NSD_spunt_med_innvendig_avstiving Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy k x m/day 0,6000 0,1206 0,1500 0,6000 k y m/day 0,6000 0,1206 0,1500 0,6000 -ψ unsat m 10,00E3 10,00E3 10,00E3 10,00E3 e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 S s 1/m 0,000 0,000 0,000 0,000 c k 1000E E E E12 5

46 Materials - Plates - NSD_spunt_med_innvendig_avstiving Identification AZ Identification number 1 Comments Colour Material type Elastoplastic Isotropic Yes EA 1 kn/m 2,793E6 EA 2 kn/m 2,793E6 EI kn m²/m 76,08E3 d m 0,5717 w kn/m/m 1,020 ν (nu) 0,3000 M p kn m/m 672,6 N p,1 kn/m 4497 N p,2 kn/m 4497 Rayleigh α 0,000 Rayleigh β 0,000 6

47 NSD_spunt_med_innvendig_avstiving Identification AZ Prevent punching No Identification number 1 7

48 Materials - Anchors - NSD_spunt_med_innvendig_avstiving Identification Ø610-8 Innvendig stiver HEB 340 Identification number 1 2 Comments Colour Material type Elastic Elastic EA kn 3,171E6 3,591E6 L spacing m 4,000 4,000 Identification number 1 2 Identification number 1 2 Identification number 1 2 8

49 PLAXIS Report NSD_spunt_mgraveskråning Vedlegg C: Materialparametere fra Plaxis - Graveskråning

50 Materials - Soil and interfaces - Hardening soil NSD_spunt_mgraveskråning Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy Identification number Drainage type Drained Drained Undrained (A) Drained Colour Comments γ unsat kn/m³ 19,00 18,00 18,00 19,00 γ sat kn/m³ 19,00 18,00 18,00 19,00 Dilatancy cut-off No No No No e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 e min 0,000 0,000 0,000 0,000 e max 999,0 999,0 999,0 999,0 Rayleigh α 0,000 0,000 0,000 0,000 Rayleigh β 0,000 0,000 0,000 0,000 E 50 ref E oed ref E ur ref kn/m² 40,00E3 20,00E ,00E3 kn/m² 40,00E3 20,00E ,00E3 kn/m² 120,0E3 60,00E3 12,00E3 120,0E3 power (m) 0,5000 0,5000 0,7000 0,5000 2

51 NSD_spunt_mgraveskråning Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy Use alternatives No No No No C c 8,625E-3 0, ,1725 8,625E-3 C s 2,587E-3 5,175E-3 0, ,587E-3 e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 c ref kn/m² 1,000 1,000 3,000 20,00 φ (phi) 38,00 35,00 20,00 38,00 ψ (psi) 0,000 0,000 0,000 0,000 Set to default values Yes Yes No No ν ur 0,2000 0,2000 0,2000 0,2000 p ref kn/m² 100,0 100,0 100,0 100,0 K 0 nc 0,3843 0,4264 0,6580 0,4300 c inc kn/m²/m 0,000 0,000 0,000 0,000 y ref m 0,000 0,000-12,00 0,000 R f 0,9000 0,9000 0,9000 0,9000 Tension cut-off Yes Yes Yes Yes Tensile strength kn/m² 0,000 0,000 0,000 0,000 Undrained behaviour Standard Standard Standard Standard Skempton-B 0,9866 0,9866 0,9866 0,9866 ν u 0,4950 0,4950 0,4950 0,4950 3

52 NSD_spunt_mgraveskråning Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy K w,ref / n kn/m² 4,917E6 2,458E6 491,7E3 4,917E6 Strength Manual Manual Manual Manual R inter 0,6000 0,6000 0,6000 0,6000 Consider gap closure Yes Yes Yes Yes δ inter 0,000 0,000 0,000 0,000 Cross permeability Impermeable Impermeable Impermeable Impermeable Drainage conductivity, dk m³/day/m 0,000 0,000 0,000 0,000 K 0 determination Automatic Automatic Automatic Automatic K 0,x = K 0,z Yes Yes Yes Yes K 0,x 0,3843 0, ,00E9 0,4300 K 0,z 0,3843 0, ,00E9 0,4300 OCR 1,000 1,000 1,000 1,000 POP kn/m² 0,000 0,000 40,00 0,000 Data set Standard Standard Standard Standard Type Coarse Medium Very fine Coarse < 2 μm % 10,00 19,00 74,00 10,00 2 μm - 50 μm % 13,00 41,00 11,00 13,00 50 μm - 2 mm % 77,00 40,00 15,00 77,00 Use defaults From data set From data set From data set From data set 4

53 NSD_spunt_mgraveskråning Identification Fyllmasser_NSD Sand_NSD Leire_HS_NSD Fyllmasser_dummy k x m/day 0,6000 0,1206 0,1500 0,6000 k y m/day 0,6000 0,1206 0,1500 0,6000 -ψ unsat m 10,00E3 10,00E3 10,00E3 10,00E3 e init 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 S s 1/m 0,000 0,000 0,000 0,000 c k 1000E E E E12 5

54 Materials - Plates - NSD_spunt_mgraveskråning Identification AZ12 AZ Identification number 1 2 Comments Colour Material type Elastoplastic Elastoplastic Isotropic Yes Yes EA 1 kn/m 2,583E6 2,793E6 EA 2 kn/m 2,583E6 2,793E6 EI kn m²/m 39,65E3 76,08E3 d m 0,4292 0,5717 w kn/m/m 0,9500 1,020 ν (nu) 0,000 0,000 M p kn m/m 500,0 672,6 N p,1 kn/m N p,2 kn/m Rayleigh α 0,000 0,000 Rayleigh β 0,000 0,000 6

55 NSD_spunt_mgraveskråning Identification AZ12 AZ Prevent punching No No Identification number 1 2 7

56 Vedlegg D: Spuntdimensjonering med bakforankring 1

57 2

58 Vedlegg E: Spuntdimensjonering for innvendig avstivning, 10 m spenn 1

59 2

60 Vedlegg F: Spuntdimensjonering med innvendig avstivning, 25 m spenn 1

61 2