Geologiske forhold og bolting

Transkript

1 Geologiske forhold og bolting Av siv.ing. Kjetil Moen, MULTICONSULT AS Kurs Bolting i berg, Lillehammer 7 9. oktober 2008

2 Geologiske forhold og bolting 2

3 Geologiske forhold og bolting 3

4 Geologiske forhold og bolting 4

5 Hovedtemaer Berget som byggemateriale - Bergarters / bergmassens materialegenskaper Stabilitetsforhold / bergmekaniske forutsetninger Stabilitetsproblemer og sikring Bruk av bolter grunnleggende prinsipper Bolting ved ulike geologiske / bergmekaniske forhold Bolter i samvirke med andre sikringsmidler Eksempler (delvis underveis) 5

6 Berget som byggemateriale Mineralsammensetning Grad av omvandling Oppsprekning Forvitringsgrad Design as you go Aktiv design Hovedprinsipp: Bergmassens materialegenskaper utnyttes på en slik måte at fjellet i størst mulig grad bærer seg selv. Oppnås gjennom å optimalisere plassering, orientering og ikke minst utforming av anlegget. Bergbolter og andre sikringstiltak vil fungere som hjelpemidler for å gjøre berget selvbærende. 6

7 Bergarters materialegenskaper Bergart, definisjon: Et naturlig dannet aggregat av ett eller flere forskjellige mineraler. Bergartsdannelse: Størkning av smeltet bergmasse (magma) Eruptive / magmatiske bergarter (granitt, syenitt, dioritt, gabbro ) Herding eller sementering av løsmasser Sedimentære bergarter (skifer, sandstein, kalkstein, konglomerat ) Omvandling (metamorfose) av eksisterende bergarter Metamorfe bergarter (gneis, kvartsitt, fyllitt, marmor ) Bergarter gis primært navn etter: Dannelsesmåte Mineralsammensetning Metamorfosegrad Andre forhold som innvirker på en bergarts mekaniske egenskaper: Mineralkornenes størrelse, form og orientering, samt sammenbindingen mellom kornene 7

8 Bergarters materialegenskaper (forts.) Anisotropi: Ensrettet orientering av mineraler Stor forskjell i bergartens styrke og elastisitet i ulike retninger. Kontaktsonene mellom mineralkornene er ofte et av de mest svake forhold i bergarten. En kompleks form på mineralkornene vil vanligvis forbedre bergartens styrke. Dette er ofte ensbetydende med at styrken vil øke jo mer finkornig bergarten er. 8

9 Bergmassens materialegenskaper Bergmasse, definisjon: Det faste materiale som finnes in situ, bestående av bergarter med tilhørende oppsprekning. Spennings- og grunnvannsforhold er andre faktorer som påvirker bergmassens tilstand. Oppsprekningsgrad og type sprekker i en bergmasse er avhengig av både bergartens mekaniske egenskaper, og de påkjenninger bergmassen har vært utsatt for. Ved stabilitetsvurderinger av bergmasser både i underjordsanlegg og i dagen, vil oppsprekning og diskontinuiteter ha mye større betydning enn andre materialegenskaper, for eksempel bergartens styrke. 9

10 Stabilitetsforhold og bergmekaniske forutsetninger Størrelse, geometri, orientering Bergartens styrke og anisotropi Antall detaljsprekkesystemer Avstand mellom sprekkene Friksjonsforhold på sprekkene Bredde og orientering av slepper og svakhetssoner Oppknusningsgrad Innhold av svelleleire og glatte mineraler i slepper og svakhetssoner. Sidebergets kvalitet Vannforhold i bergmassen Spenningsforhold i bergmassen 10

11 Stabilitetsproblemer og sikring Ved utsprengning av en tunnel eller et bergrom vil det oppstå endringer i bergmassens... Materialegenskaper Spenningsforhold Vannforhold Δσ1 Δσ3 11

12 Stabilitetsproblemer 4 hovedtyper 1. Utfall 12

13 Stabilitetsproblemer 4 hovedtyper 1. Utfall 2. Avskallinger 13

14 Stabilitetsproblemer 4 hovedtyper 1. Utfall 2. Avskallinger 3. Utpressing 14

15 Stabilitetsproblemer 4 hovedtyper 1. Utfall 2. Avskallinger 3. Utpressing 4. Utvasking 15

16 Bruk av bolter Orientering Ideell orientering av strekkpåkjente bolter. Avvik fra regelen bør kunne tillates der det er fornuftig! 16

17 Bruk av bolter Anleggets størrelse / spennvidde H h s S Økende spennvidde gir behov for lengre og kraftigere bolter 17

18 Eksempel: Gjøvikhallen = 12m lange kabelbolter = 6m lange kamstålbolter 5m 61m Gjøvikhallen 18

19 Tidsaspektets betydning for valg av type bolter Øyeblikkelig sikring Sikre ustabile forhold som truer arbeidssikkerheten Endeforankrede bolter (ekspansjonshylse eller polyesterpatron) Midlertidig sikring Sikre for et begrenset tidsrom Endeforankrede og innstøpte bolter med redusert krav til korrosjonsbeskyttelse Permanent sikring Sikre for et langt tidsrom (anleggets levetid) Primært krav til å benytte innstøpte bolter (tar bedre opp skjærpåkjenninger). Endeforankrede Dobbel korr.beskyttelse 19

20 Hovedgrupper av bolter og boltemetoder Endeforankrede bolter forspennes for å gi et aktivt trykk fra bolteskiva mot fjelloverflaten. Dette gir en sammenpressing av bergsprekker slik at friksjonen, og dermed fastheten og stabiliteten i bergmassen bedres. 20

21 Hovedgrupper av bolter og boltemetoder Fullt innstøpte bolter vil fungere som en armering av berget. Bolten gis mulighet for å ta opp strekk- og skjærkrefter, men lasten vil konsentreres over begrensede områder, f.eks. over en sprekk. Fullt innstøpte bolter, uten forspenning, blir virksomme etter hvert som berget deformeres. 21

22 Hovedgrupper av bolter og boltemetoder Kombinasjonsbolter er bolter som i utgangspunktet endeforankres med ekspansjonshylse, og som på et senere tidspunkt kan ettergyses. Således kan kombinasjonsbolter benyttes både til øyeblikkelig, midlertidig og permanent sikring. 22

23 Spredt bolting Systematisk bolting Spredt bolting : Systematisk bolting : 23

24 Forbolting selvborende, injiserbare stag (borstangbolter)? 24

25 Hovedgrupper av fjellforhold der bolter brukes til sikring Hovedgrupper av fjellforhold Grovblokkig berg Moderat oppsprukket berg Tett oppsprukket berg Lagdelt / skifrig berg Bergtrykksproblemer Slepper og svakhetssoner Strukturer, fjellforhold Midlere sprekkeavstand > 1m Midlere sprekkeavstand 0,3-1m Midlere sprekkeavstand < 0,3m Ett dominerende sprekkesystem Høye bergspenninger Oppknust berg med / uten svelleleire Eksempler på sikringsmetode - Spredt bolting - Spredt bolting - Systematisk bolting, eventuelt i kombinasjon med andre sikringsmidler - Systematisk bolting i kombinasjon med sprøytebetong - Spredt eller systematisk bolting - Bolting og sprøytebetong - Spredt eller systematisk bolting med endeforankrede bolter med store trekantplater, supplert med fiberarmert sprøytebetong - Innstøpte bolter - Forbolter og radielle bolter i kombinasjon med fiberarmert sprøytebetong - Armerte sprøytebetongbuer eller utstøping 25

26 Vann og bolting Vann har utelukkende negativ innvirkning Skaper problemer for praktisk utførelse boltehull gir drensvei for lekkasjevann Sementbasert mørtel lite egnet som forankring, pga. utvasking Forankring med polyesterpatroner to eller flere stk. for større forankringslengde Thorbolt 26

27 må ikke glemme boltesikring i veggene 27

28 må ikke glemme boltesikring i veggene 28

29 Bolter i samvirke med andre sikringsmidler Bolter + Sprøytebetong Boltenes funksjon: Skape en kunstig trykkbue i bergmassen Sikre større, ustabile blokker Gi forankring i stabilt berg for sprøytebetong- konstruksjonen (tilfeller der det boltes etter påføring av sprøytebetong) Sprøytebetongens funksjon: Utøver heft og bøyestrekkfasthet mot fjelloverflaten og gir en god sikring av småfallent, løst berg. 29

30 Bolter i samvirke med andre sikringsmidler Bolter + fjellbånd Bruksområder: Sy sammen blokker / steile lagpakker Sikre slepper og mindre svakhetssoner Oppheng av forbolter i bakkant (i kombinasjon med radielle bolter 30

31 Bolter i samvirke med andre sikringsmidler Bolter + armerte sprøytebetongbuer Boltenes funksjon: Montering av armering Fordele krefter utover i bergmassen, slik at punktbelastning og risiko for skjærbrudd i buene reduseres 31

32 Eksempel: Ravneheitunnelen, Farsund Bruk av selvborende stag ifbm. sikring av ras på stuff 32

33 33 Opptil 15m lange stag, Ischebeck Titan 40/16

34 34

35 35

36 36

37 Rockbolt model (E. Hoek) Demonstrasjon av bolters virkemåte 37

38 Rockbolt model (E. Hoek) Demonstrasjon av bolters virkemåte s < 3 x a L 2 x s 38

39 Rockbolt model (E. Hoek) Demonstrasjon av bolters virkemåte 39

40 40 Takk for oppmerksomheten!