KlimaGrunn - Klimagassreduksjon i grunnarbeider

Krevende grunnforhold en rekke steder i landet medfører behov for omfattende grunnforsterkning og sikringsarbeid for å hindre at skred utløses i utbyggingsprosjekter, spesielt i kvikkleireområder. 

Kvikkleire blir flytende ved omrøring eller overbelastning. Derfor kan kvikkleireskred forplante seg flere hundre meter fra utløsningsstedet og få fatale konsekvenser.  Kvikkleireskred utløses både av naturlige prosesser, som for eksempel erosjon, eller som følge av menneskelig aktivitet, eksempelvis anleggsvirksomhet. 

Grunnsikring ved hjelp av peler av kalk og sement er en utbredt metode, og metoden skal videreføres, men på en mer klimavennlig måte. Resultatene av arbeidet med KlimaGrunn fører til at vi i fremtiden vil kunne jobbe med grunnforsterkning på en helt ny måte, enten det gjelder bygging av vei, jernbane eller bygg. 

Dypstabilisering med bindemidler  gjennomføres i dag blant annet ved å blande inn store mengder kalk og sement for å gjøre grunnen stabil. Denne prosessen bedrer grunnforholdene og øker sikkerheten uten store terrenginngrep. Bindemiddelet vispes inn i leiren slik at det dannes en pel med mye høyere styrke enn den omkringliggende leiren. Tidligere har vi ikke hatt noen god metode for å dokumentere faktisk oppnådd styrke og homogenitet over tid i grunnen. 

Store stabiliserende fyllinger benyttes ofte for å sikre eksisterende bebyggelse og infrastruktur, gjerne i kombinasjon med å avlaste terrenget i toppen av skråningen, eller ved å skifte ut stedlige masser med lettere masser. De store terrenginngrepene kan forringe naturmangfoldet, og/eller medføre ekspropriasjon/riving av eksisterende bebyggelse. Flere utbyggingsprosjekter skrinlegges som følge av begrensede arealer, ødeleggelse av naturmangfold, eller at utbyggingen kommer i konflikt med store materielle eller verneverdige verdier. Besparelsene ved å forebygge mot kvikkleireskred kontra å gjenoppbygge etter en slik hendelse er enorme. 

Noen ganger avlyses veiprosjekter fordi grunnforsterkning er for kostbart. Ved å redusere materialbehovet i forbindelse med grunnforsterkning, økes mulighetene for å bygge veiprosjekter man tidligere anså som for kostbare på grunn av omfanget av grunnforsterkningen. 

Den reelle styrken i pelene er ofte høyere enn det som kreves, som igjen betyr at det brukes mer bindemiddel enn nødvendig. KlimaGrunn har utviklet ny teknologi for å måle kvaliteten på stabiliseringen, både i pelene som settes ned og i grunnen rundt pelene. Den nye og mer presise målemetoden vil gjøre det enklere å beregne hvor mye bindemiddel som kreves for å sikre stabil grunn. På denne måten unngår man å bruke mer materiale enn nødvendig, samtidig som man får mer detaljert kunnskap om hvor stabil grunnen er. I utviklingen av den nye teknologien har KlimaGrunn brukt kunnskap fra materialteknologi, sensorteknologi og seismologi (læren om jordskjelv og andre bølgebevegelser). Hensikten var å optimalisere materialbruken i grunnforsterkningsprosjekter i kvikkleireområder. 

Etter et omfattende kartleggingsarbeid konkluderte prosjektet med at det var viktig å finne metoder for å bedre kunne vurdere den faktisk oppnådde styrken på gjennomført grunnforsterkning. Det kan være en god løsning å finne alternative bindemidler som kan benyttes ved grunnforsterkning av kvikkleireområder. For å optimalisere bindemiddelbruken trenger man imidlertid å videreutvikle metodene som dokumenterer styrken «in-situ». På denne måten kan man prosjektere grunnforsterkning med god nok styrke, uten overforbruk og uten for store naturinngrep (mest mulig optimalisert materialforbruk). 

Dokumentasjon av styrken var tidligere en stor utfordring med dypstabilisering med bindemidler. Alle løsninger som medfører nye bindemidler, utløser krav til dokumentasjon av faktisk oppnådd styrke. Det er krevende og kostbart å fremskaffe representative prøver som kan testes i laboratoriet. Øvrige metoder som finnes har sine begrensninger, blant annet med tanke på styrke og dybde man kan teste pelene i.  

Det samme gjelder når man forsøker å optimalisere mengden bindemiddel i et byggeprosjekt. KlimaGrunns målsetning var derfor å utvikle nye og innovative løsninger som kunne dokumentere styrke, deformasjonsegenskaper og homogenitet ved grunnforsterkning av kvikkleire med dypstabilisering av bindemidler.

Ved sikker påvisning av oppnådd styrke og nødvendig herdetid i feltforsøk, vil man bedre kunne optimalisere materialbruken i de enkelte prosjektene. Da vil man redusere klimagassutslippene, samtidig som man imøtekommer styrkekravene for stabilitet slik at man bygger trygt. Flere store prosjekter i dag gjennomfører testing på forhånd for å optimalisere bruken av bindemiddel. Målet til KilmaGrunn var at nye og rimeligere teknologiske løsninger skulle bidra ytterligere til å redusere overforbruket av kalk og sement, og føre til optimal og stedsspesifikk materialbruk for å oppnå tilstrekkelig styrke innen akseptabel herdetid. 

Tidligere ble oppnådd styrke og stivhet i peler som regel målt ved hjelp av tester som ødela pelene. Det var usikkerhet knyttet til resultatene av disse testene, og det var utfordringer knyttet til utførelsen av selve testene. For verifikasjon av styrke og stivhet kan det også tas kjerneprøver av peler, som igjen analyseres i laboratoriet. Dette utføres sjeldent, da det er kostbart og ofte vanskelig å få opp prøver av god kvalitet som gir pålitelige svar. 
 
Ny teknologi og nye metoder for å dokumentere styrke i peler, kan bidra til å dokumentere variasjoner i styrken nedover i jorda. Løsningen kan også gi ringvirkninger for andre utviklingsprosjekter som jobber med optimalisering av mengde bindemiddel, eller bruk av andre typer bindemiddel enn kalk og sement. Dette er tiltak som kan redusere klimaavtrykket ytterligere. Det kan videre tenkes at løsningen kan brukes i andre grunnforsterkningsmetoder.

Målet var altså å utvikle ny teknologi som gjør at vi kan måle utviklingen i bakken uten å ta opp prøver eller ødelegge pelene, for eksempel ved hjelp av sensorteknologi og seismiske undersøkelser.  

• Utstyret består av en forbedret form for innstamping av prøven. Den nye prosedyren for innstamping sikrer at de preparerte prøvene blir homogene, som vil si at massen blir jevnt fordelt over hele sylinderens høyde.
• Prøvene herdes i formene for å hindre volumendring under herding.
• Ifølge tidligere prosedyrer ble prøvene herdet på kjølerom (5-8 °C) for å etterligne temperaturen i grunnen. Temperaturmålinger i bindemiddelstabiliserte peler i felt har imidlertid vist langt høyere temperaturer (15-20 °C) over flere måneder. Hastigheten på styrkeutviklingen påvirkes av temperaturen. Ved å herde laboratoriepreparerte prøver ved samme temperatur som i felt, vil man få bedre samsvar mellom resultater i laboratoriet og felt. I henhold til den nye lab-prosedyren skal prøvene herde ved romtemperatur (20 °C) og 100 % luftfuktighet.

Resultatene fra de innstampede prøvene, i henhold til den nye prosedyren, har så langt vist svært god repeterbarhet. 

Den nye testmetoden kan gi lavere forbruk av bindemiddel ved stabilisering av ulike grunnforhold, som kvikkleire. Slik vil CO2-uslippene reduseres betraktelig. Video: KlimaGrunn/Statens vegvesen. 

Statens vegvesen

Eivind Schnell Juvik (prosjektleder)
E-post:
Telefon: 98402323

Bane NOR

Håvard Juliussen
E-post: 
Telefon: 91763199  

Statsbygg

Anja Sivertsen
E-post:
Telefon: 97015938

Multiconsult

Steffen Giese
E-post:
Telefon: 90710980  

Heidelberg Materials (Norcem)

Thea Vik Nordeide
E-post:
Telefon: 99475695

Cautus Geo

Atle Gerhardsen
E-post:
Telefon: 99645021

GeoPhysix

Morgan Wåle
E-post: mw@geophysix.no