Kalksement - stabilisering av kvikkleire

Når disse forskerne har løst «kalksementgåten», kan utslippene fra bygg og anlegg gå drastisk ned

– Jeg kan ikke få sagt nok hvor viktig dette prosjektet er, sier Ragnhild Sarsten i Bane Nor.

Jan Ole Gulbrandsen (til høyre) med dagens siste prøve fra en kalksementpel. Prosjektlederne Eivind Juvik og Tonje Eide Helle er overrasket over hvor bløt leiren er.
Jan Ole Gulbrandsen (til høyre) med dagens siste prøve fra en kalksementpel. Prosjektlederne Eivind Juvik og Tonje Eide Helle er overrasket over hvor bløt leiren er. (Foto: Knut Bjørheim)

– Jeg kan ikke få sagt nok hvor viktig dette prosjektet er, sier Ragnhild Sarsten i Bane Nor.

Hei, dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg.
Lyst til å lese mer? Få fri tilgang for kun 235,- i måneden.
Bli Ekstra-abonnent »

Stabekk, Viken: Tenk deg at du skal være med på å prosjektere et nytt boligfelt eller ny motorvei. I grunnen har geoteknikere påvist store mengder kvikkleire, noe som er ganske vanlig i Norge. Dermed må grunnforholdene stabiliseres.

Metoden som benyttes til dette er å nedsette peler av kalksement i bakken. Der herdes de som betong i kontakt med det fuktige jordsmonnet, og fungerer deretter omtrent som bæresøyler i et bygg. Slike peler kan også brukes mellom støttevegger av spunt i en byggegrop, slik at ikke spunten gir etter for trykket utenfra.

Uansett formål er det en omfattende ingeniøroppgave å beregne hvor mange peler man må ha, og hvordan de skal plasseres i forhold til hverandre.

Å beregne mengden kalksement er enklere. Ifølge veilederen til Statens vegvesen vil det vanligvis være nok med 80 til 120 kilo per kubikkmeter kvikkleire. Likevel er det mange som går for 150 kg/m3. Med god grunn. Hvis du bommer på dette, og veien eller bygningene glir ut, havner du på Dagsrevyen. Kanskje har du vært medskyldig i en alvorlig ulykke.

Av den grunn er det forståelig at mange tar i litt ekstra når de skal dosere kalksement i et kvikkleireområde.

Mye CO2 å spare

Problemet er bare at bygge- og anleggsbransjen står for en vesentlig del av verdens klimautslipp, og kalk- og sementproduksjon står for mye av dette. Mye sement og brent kalk går til grunnstabilisering med såkalte KS-peler (kalksement).

Statens vegvesen anslår at 20 til 40 prosent av utslippene fra veianlegg med grunnforsterkning, stammer fra grunnforsterkningen. Under utbyggingen av nye E6 mellom Trondheim og Melhus, en strekning på åtte kilometer, ble det satt ned hele 47.000 KS-peler. Hvert borehull som ble fylt med kalk og sement, var opptil 25 meter dype. Samlet lengde på pelene var 900 kilometer.

Klimagrunn, kvikkleire, grunnstabilisering, ks-peler, kalksement, co2, utslipp, bane nor, statens vegvesen, Multiconsult, skanska, argeo, cautus geo, tonje helle, eivind juvik, norcem, statsbygg, dmix
KS-pelene installeres tett i tett i denne delen av Vestkorridoren, hvor det er store mengder kvikkleire i grunnen. Foto: Knut Bjørheim

Man har visst lenge at kalksementpeler herder lenger og blir sterkere utover i herdeforløpet enn man klarer å påvise med dagens testmetoder. Det er åpenbart mye CO2 å spare dersom man kan redusere mengden kalksement. Men da må byggherrer og rådgivende ingeniører vite med sikkerhet hvor mye de kan gå ned.

For at for eksempel Statens vegvesen skal kunne endre dagens veileder og anbefale mindre bindemiddel i pelene i samferdselsprosjekter, er de avhengige av pålitelige målinger og beregningsmetoder.

Akkurat det er formålet med prosjektet Klimagrunn. Å utvikle en metode som gjør at man kan stole på laboratorieprøver av KS-peler og beregne grenseverdier for kalksement ut fra dem. Det har ikke vært tilfellet så langt. Det har lenge vært kjent at peler som er støpt i kvikkleireområder, oppnår høyere styrke enn laboratorieprøver.

Realistiske lab-tester

Prøvetaking i felt er vanskelig å utføre i stor målestokk og på dyp grunn. Vanligvis tas prøvene i øvre del av pelene, mens lengden på pelene gjerne er 10, 20 eller 30 meter. Dagens prøvemetoder i felt gir rett og slett ikke grunnlag nok for å fastslå hvor mye kalksement som må til for sikre grunnen forsvarlig.

Formålet med Klimagrunn, som er et «innovasjonspartnerskap» der oppdragsgiverne er Statens vegvesen, Bane Nor og Statsbygg, samarbeider med leverandørene om å utvikle nye løsninger for å måle styrke i KS-peler. Dersom de klarer å finne en sikker korrelasjon mellom lab- og felttester, vil man unngå å overdimensjonere KS-pelene i like stor grad. Det vil bidra til kraftige utslippsreduksjoner.

Og kostnadene ved grunnstabilisering vil gå samme vei: Ned.

– Her er det nesten en lineær sammenheng mellom utslipp og kostnader, sier Eivind Schnell Juvik, geotekniker i Statens vegvesen og prosjektleder i Klimagrunn.

– Men det er først og fremst sammenhengen mellom oppnådd styrke som måles i lab, og parameterne som måles i felt vi skal avdekke i prosjektet, understreker Tonje Eide Helle, geotekniker i Multiconsult.

Hun er prosjektleder for leverandørene i Klimagrunn-prosjektet, det vil si Cautus Geo, Norcem og Argeo i tillegg til Multiconsult.

Les også

Kalk og sement blåses ut i grunnen

Med unntak av Norcem, fabrikken som produserer den norske kalksementen, møter vi representanter for alle leverandørene dagen da sju boreprøver skal tas fra en nylig installert KS-pel i den mye omtalte Vestkorridoren, det vil si E18-utbyggingen mellom Oslo og Bærum.

Her har Klimagrunn-forskerne fått et testfelt til disposisjon i tre måneder av Skanska, som er entreprenør for de forberedende grunnarbeidene på strekningen. Selskapet setter i disse dager ned hundrevis av KS-peler i leiregrunnen utenfor Oslo, hvor det skal anlegges ny og større motorvei.

Støyen fra nåværende E18 gjør det tidvis vanskelig å høre hva geoteknikerne i Klimagrunn-prosjektet sier. I tillegg er boreriggen til Skanskas underleverandør Dmix i full sving et steinkast bortenfor. På avstand kan boreriggen minne om en mix master, bare at vispene på denne lager hull med en diameter på 80 centimeter.

Klimagrunn, kvikkleire, grunnstabilisering, ks-peler, kalksement, co2, utslipp, bane nor, statens vegvesen, Multiconsult, skanska, argeo, cautus geo, tonje helle, eivind juvik, norcem, statsbygg, dmix
Kalk og sement blåses ut gjennom et hull i vispen. Foto: Knut Bjørheim

Gjennom et langt mindre hull i vispeboret blåses bindemiddel av sement og kalk ut i grunnen. Dette skjer hver gang vispen har kommet til bunns og er på vei opp. Ingrediensene ligger i en tank med kompressor og sendes gjennom borestrengen ved hjelp av lufttrykk.

Nede i grunnen reagerer bindemiddelet med vann, jord og leire og herdes til steinharde peler. I løpet av et døgn er skjærstyrken høy. Etter en måned er pelen omtrent så sterk som den kan bli, selv om det, ifølge geoteknikerne i Klimagrunn, er grunn til tro at pelene fortsetter å herde ytterligere hele det første året.

– Ved å utføre tester lenger ut i herdeprosessen vil man kunne dokumentere høyere styrke og dermed kunne redusere bindemiddelmengden, sier Tonje Eide Helle.

I den delen av Vestkorridoren vi befinner oss, på Stabekk, installeres pelene til Skanska 10 meter ned i bakken. De plasserer med overlapp i et gitt mønster. Andre steder på veien fra Fornebukrysset til Strand i Bærum, som er strekningen som omfattes av denne entreprisen, kan det være snakk om helt andre lengder på pelene.

– Det er stor forskjell på hvor dypt løsmassene går her. Noen steder er det fjellgrunn rett under bakken, andre steder må man bore 20 meter ned, forklarer Eivind Juvik.

Lunefull leire

En av karene fra Skanska stikker en finger i en leirklump på bakken.

– Er dette kvikkleire? spør han henvendt til Juvik og holder fram prøven.

Geoteknikeren kjenner på den, men innrømmer at han er usikker.

– Det avhenger av topografiske forhold hvor høyt kvikkleiren ligger. I dette området har vi målt tørrskorpen til to og en halv meter, men det kan jo hende at det er noe vispen har fått med seg på vei opp, resonnerer Juvik.

I en grop like ved finner han imidlertid et sjikt i bunnen som ganske sikkert består av kvikkleire.

– Den blir helt flytende når den røres om, beskriver han.

Det er det som er så lunefullt med kvikkleire. Tilsynelatende faste masser blir til tyntflytende suppe i en håndvending når den omrøres, for da ødelegges kornskjelettet til leira. Eivind Juvik forklarer at poretrykk er det viktigste parameteret for å vurdere tilstanden til leirgrunnen. Når man installerer KS-peler, øker poretrykket i leiren en stund, og stabiliteten i området forverres. Når poretrykket normaliseres igjen, øker sikkerheten og man får bedre stabilitet enn før.

– Det blir en midlertidig forverring før det blir bedre, presiserer Juvik.

Klimagrunn, kvikkleire, grunnstabilisering, ks-peler, kalksement, co2, utslipp, bane nor, statens vegvesen, Multiconsult, skanska, argeo, cautus geo, tonje helle, eivind juvik, norcem, statsbygg, dmix
Grunnborer Daniel Uhre henter opp leire fra ti meters dyp. Foto: Knut Bjørheim

I samme sekund blåser en lysegrå støvsky i vår retning fra boreriggen til Skanska, som nok en gang har flyttet vispen noen desimeter og er klar for å sette ned en ny pel.

– Du vil ikke ha det der i lungene, advarer Juvik og skritter bort fra støvet.

– Du blir så hard i magen! fleiper Tom Dønåsen, anleggsleder i Skanska, om det svevende bindemiddelet.

Han har nettopp vist oss et kart over området hvor rekker og klynger av røde prikker angir hvor alle KS-pelene skal settes ned.

Les også

Bløt prøve

Så får vi beskjed om at grunnborerne til Multiconsult er klare til å ta opp dagens siste prøve borte på testfeltet, hvor de har en litt mindre rigg enn Skanskas.

Et bor er på vei ned i midten av en pel som ble satt ned én time og tre kvarter tidligere. Denne prøven skal tas fra bunnen av pelen, som er 9,8 meter lang. Og som siste ledd i en lengre, hektisk operasjon trekkes det til slutt opp et plastrør med stabilisert leire.

På forhånd er vi blitt fortalt at herdingen vil ha kommet lengst på denne prøven, fordi det er den som har stått lengst.

– Er du overrasket over at den er så myk?

– Nei, vi begynner å nærme oss bunnen av vispinga, så den har nok bare dratt med seg mer naturlig masse, svarer Atle Gerhardsen, daglig leder i Cautus Geo, som overværer prøvetakingen sammen med Daniel Uhre i Argeo:

Andreas Eide og Atle Gerhardsen tar dagens siste kjerneprøve av en kalksementpel.

Etter å ha kjent på og diskutert konsistensen sender de det meterlange røret til prosjektleder Tonje Eide Helle, som har stilt opp dagens fangst mot støtfangeren til en bil. Nå skal prøvene fraktes til laben, hvor de skal analyseres etter alle vitenskapens regler de neste ukene.

Primært handler det om å måle styrke, seismiske hastigheter, temperatur og vanninnhold, og sammenligne det med feltmålinger, hvor Cautus Geo og Argeo skal sette ut sensorer som registrerer de samme variablene.

Nye måleteknikker

En annen metode som testes ut, er kontinuerlig registrering av temperatur, vanninnhold og salinitet i hele pelens lengde. I den første pelen som ble satt ned i testfeltet, har Cautus Geo montert sensorer som vanligvis brukes i landbruket for å avdekke behov for vanning og gjødsling av jorda.

– Dette er måleteknikker som aldri er blitt brukt på KS-peler før, sier Ragnhild Sarsten, geotekniker i Bane Nor.

På Stabekk er det stukket to plastrør ned i bakken, ett på hver side av KS-pelen. I det ene røret er det en sender som avgir et lydsignal, et slag, akkurat som et ekkolodd. I det andre røret er det en mottaker som registrerer hvor mange milli- eller mikrosekunder lydbølgene bruker på overfarten. Ut fra bølgelengde og hastighet kan man slutte seg til en hel del om pelens fasthet og styrke.

– Vi tester hastigheten hver 10. centimeter nedover, forteller geofysiker Andreas Eide i Argeo.

Disse seismiske skanningene skal gjennomføres jevnlig de neste ukene. På den måten får forskerne et langt mer detaljert og nøyaktig bilde av pelens tilstand enn ved konvensjonell overflateseismikk eller destruktive tester, som bare gir et øyeblikksbilde av en liten del av en pel.

Nå vil forskerne blant annet få utførlig informasjon om pelens homogenitet, skjærstyrke og stivhet. Om det er soner som ikke herdes like mye som andre, eller om det foregår andre endringer.

Så skal dette sammenlignes med tilsvarende tester av labprøvene.

– Ingen av oss vet svaret

Ved hjelp av de ulike måleresultatene og forholdene mellom dem, skal Tonje Eide Helle og kolleger i Multiconsult utvikle en korrelasjonsmetode, en metode for å kunne predikere reell skjærstyrke til en kalksementpel ut fra feltmålinger og laboratorieforsøk.

Klimagrunn, kvikkleire, grunnstabilisering, ks-peler, kalksement, co2, utslipp, bane nor, statens vegvesen, Multiconsult, skanska, argeo, cautus geo, tonje helle, eivind juvik, norcem, statsbygg, dmix
Prosjektleder Tonje Eide Helle og seks rør med stabilisert kvikkleire klare for labben. Foto: Knut Bjørheim

I forsøkene på Stabekk har Klimagrunn brukt 45 kilo kalksement per kubikkmeter kvikkleire, under halvparten av det som er vanlig i Norge. Kan det likevel være nok? Hvor lite bindemiddel kan vi bruke og likevel oppnå tilstrekkelig styrke? Disse spørsmålene håper Klimagrunn-teamet å få svar på nå.

Prosjektet er finansiert av Innovasjon Norge med 10 millioner, de øvrige 2,5 millionene på budsjettet har etatene spyttet inn selv.

– Dette er et kjempeviktig prosjekt. Med tanke på klimautslippene ... Jeg kan ikke få sagt nok hvor viktig det er! sier Ragnhild Sarsten engasjert.

– Det blir spennende å se på korrelasjonene. Ingen av oss vet hvilke svar vi vil få, sier Tonje Eide Helle.

PS: Teknisk Ukeblad følger opp med en ny artikkel når resultatene fra undersøkelsene foreligger.

Les også

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå