11 april 2019 Det har gått drygt tjugotvå år sedan den tidigare versionen av Sponthandboken gavs ut (1996) och sedan dess har tillämpningsområden, beräkningsteknik och krav i samband med sponter med stämp eller ankare som stödjande konstruktioner utvecklats och ändrats. Den Nya Sponthandboken är utgiven av Pålkommissionen i rapport 107 och presenteras här av Anders Kullingsjö, specialist på geoteknik på Skanska Sverige. Det har gått drygt tjugotvå år sedan den tidigare versionen av Sponthandboken gavs ut (1996) och sedan dess har tillämpningsområden, beräkningsteknik och krav i samband med sponter med stämp eller ankare som stödjande konstruktioner utvecklats och ändrats. Den Nya Sponthandboken är utgiven av Pålkommissionen i rapport 107 och presenteras här av Anders Kullingsjö, specialist på geoteknik på Skanska Sverige. Läs hela artikeln i pdf-format
I Nya Sponthandboken har de förändringar som skett beaktats och något som särskilt betonas är att sponter är samverkanskonstruktioner. Detta innebär bl.a. att den möjliga belastningen på sponten beror på spontens deformationer. Det måste finnas en lämplig säkerhetsmarginal dels mot förväntade påkänningar och deformationer i bruksstadiet och dels mot effekten av kraftigt reducerad hållfasthet i jorden vid brottstadiet. Krav på säkerhetsmarginal grundas på den europeiska standarden för dimensionering av geokonstruktioner EN 1997:2005.
Vid sidan av de traditionella metoder som utgår från analytiska jämviktsberäkningar behandlas även mer komplexa samverkansberäkningar. Dessa har fått en ökad betydelse och används numera regelmässigt vid alla djupare eller på annat sätt mer komplicerade sponter. Den Nya Sponthandboken ersätter både Sponthandboken från 1996 och Förankrade Sponter från 1979.
Vidare har finita element (FE) analyser blivit ett vanligt beräknings-hjälpmedel. Här har tidigare tydliga riktlinjer hur dimensioneringen skall gå till saknats. Även inom detta område innebär Nya Sponthandboken en tydlig vägvisare hur dimensioneringen bör utföras.
En utmaning med Nya Sponthandboken har varit att hitta en konsensus mellan traditionell analytisk dimensionering och samverkansanalyser. För att inte äventyra säkerheten fokuseras därför på att tillräcklig säkerhet måste erhållas dels för förväntade påkänningar (bruksgräns) och dels vid en brottgränssituation initierad av kraftigt försämrad hållfasthet i jorden.
Stödkonstruktionens funktion och beteende
Det som primärt avses med stödkonstruktion i det här sammanhanget är en konstruktion som installeras genom drivning, borrning eller lokal schakt följt av gjutning. Stödkonstruktionen möjliggör därefter schakt på ena sidan av konstruktionen. Vartefter schakt bedrivs kan stödkonstruktionen behöva kompletteras med någon form av stöttande system.
Exempelvis kan dessa stödkonstruktioner ”sponter” nyttjas för att ta ut schakten för källaren. Här beror den lämpligaste metoden dels på geotekniken men också på geometrin. Är det relativt grunt till berg är det oftast lönsamt att installera sponten till berg och förankra den med bergstag. Är det däremot långt till berg så kompliceras arbetet med att den kan bli nödvändigt med stämp som försvårar uttaget av schakten.
Vid dimensionering av en stödkonstruktion krävs en helhetssyn. Konstruktionen är ett ”kraftomfördelningssystem” eftersom den stöttar vissa delar av jorden samtidigt som den ökar påkänningen i andra delar av jorden. Stödkonstruktionen överför belastningarna från den del av jorden som behöver hjälp till andra delar av jorden som kan hjälpa till genom exempelvis spontväggen och dess eventuella kraftupptagande system (stag eller stämp). Hur denna kraftöverföring sker beror på typen av stödkonstruktion och dess kraftupptagande system, de initiala spänningarna i jorden och jordens hållfasthets- och styvhetsegenskaper, men påverkas även av hur och när stödkonstruktionen och det kraftupptagande systemet installeras. Dimensioneringen kräver en förståelse för spontväggens roll i den övergripande konstruktionen samt hur den samverkar med det kraftupptagande systemet och jorden.
Lasteffekten i stödkonstruktionen beror till stor del på hur stora rörelser som kan accepteras. Generellt krävs större rörelser för att utveckla passivt jordtryck jämfört med de rörelser som krävs för att utveckla aktivt jordtryck. I Figur 1 skissas detta för dränerat beteende. Till vänster visas horisontaltrycksutvecklingen beroende på rörelseriktning och till höger responsen på ömse sidor om exempelvis en spontvägg.
Krav avseende dimensionering
Traditionellt dimensioneras dessa stödkonstruktioner enligt principer beskrivna i Sponthandboken från 1996 och dess föregångare Förankrade sponter. Påkänningarna beräknas enligt ett koncept som bygger på Rankines jordtryck med fullt utvecklat aktivt jordtryck bakom stödkonstruktionen och passivt jordtryck på schaktsidan.
Allt fler projekt utförs till större djup än vad Sponthandboken från 1996 är ämnad för, även om den framgångsrikt nyttjats vid dimensioneringen av schakter till drygt 15 m[1], då stödkonstruktionen installerats till fast botten. För svävande stödkonstruktioner i lera[2] är motsvarande djup 8 -10 m. Vidare ser vi oftare strängare krav avseende acceptabla deformationer i omgivande konstruktioner. För hantering av denna aspekt har finita element (FE) analyser blivit ett vanligt verktyg. Tyvärr saknas tydliga riktlinjer hur dimensioneringen skall gå till. I några fall ger Sponthandboken (1996) och FE-analyser liknande resultat men allt som ofta skiljer resultaten markant. Olika filosofier har cirkulerat angående hur geokonstruktionen bärförmåga skall säkerställas. Efter införandet av Eurokod har det tyvärr inte blivit tydligare då olika länder valt olika angreppssätt.
Grundtanken med Nya Sponthanboken är att understryka att sponter/stödkonstruktioner är samverkanskonstruktioner, vilket kan medföra att påkänningarna i bruksgräns ofta ligger i paritet med (eller till och med över) de påkänningar som erhålls i brottgräns. För att beakta detta ”återinförs” kravet på att studera påkänningarna dels vid en förväntad deformation – ”normala deformationer” – och dels efter att säkerheten applicerats på jordegenskaperna (DA3) – ”stora deformationer”. Vid analytisk dimensionering nyttjas den empiriska beräkningsmodell som presenterades redan i Förankrade sponter (1979) där förspänningen beaktas och en modellfaktor appliceras på lasteffekten.
Historiskt har stödkonstruktioner dimensionerats utifrån olika krav (handböcker). Dessa handböcker har justerats/anpassats utifrån de olika kravdokumenten som gällt. Tyvärr har viss information och erfarenhet förlorats då nya regelverk införts vilket riskerar att konstruktionerna inte blir optimerade vare sig ekonomiskt eller säkerhetsmässigt.
Nya Sponthandboken har som mål att fånga upp erfarenheterna från nedanstående skrifter samt utgöra en bra grund för införandet av nästa generations Eurokod. Vidare behandlas hur FE-analyser kan nyttjas för att få en mer optimerad stödkonstruktion. Dels med avseende på tillräcklig säkerhet men också avseende ekonomi och omgivningspåverkan.
Läs mer här, hela artikeln i pdf-format
ANDERS KULLINGSJÖ
Skanska Sverige AB
[1] Södra Länken och Götatunneln
[2] Bl a Götatunneln, men dessa djup i lös lera kräver extraordinära åtgärder i form av uv-schakt eller etappvis schakt och stöds inte direkt av Sponthandboken från 1996.