pal-97 ny-tilltryck 2008-09 - scandia steel

1IVA Pålkommissionen. 3-årsplan 1995-1998

PÅLKOMMISSIONENCommission on Pile Research

rapport 97Linköping 2000

StålkärnepålarAnvisningar för projektering, dimensioneringutförande och kontroll

HÅKAN BREDENBERG

rapport 97

Linköping 2000

PÅLKOMMISSIONENCommission on Pile Research

StålkärnepålarAnvisningar för projektering,

dimensionering, utförande och kontroll

HÅKAN BREDENBERG

Pålkommissionen581 93 Linköping

Statens geotekniska institutInformationstjänstenTel: 013–20 18 04Fax: 013–20 19 14e-post: [email protected]: www.palkommissionen.org

0347-1047IVA/PAL/R--00/97--SE

Statens geotekniska institut

Tilltryck 200 ex

LTAB, Linköpings Tryckeriaktiebolag, sept 2008

Rapport

Beställning

ISSNISRN

Redigering och layout

Upplaga

Tryck

3Stålkärnepålar

Förord

Syftet med denna rapport är att underlätta pro-jektering, dimensionering samt utförande ochkontroll av stålkärnepålar. Innehållet i rappor-ten riktar sig till myndigheter, konsulter ochentreprenörer som sysslar med pålgrundlägg-ning. Rapporten är även av värde för tillverka-re av rör och stålämnen samt för maskintill-verkare.

Stålkärnepålar har använts i Sverige sedanbörjan av 1960-talet. Användningen har sedandess ständigt ökat. Detta beror bl a på att alltfler pålgrundläggningar utförs i utfylld marksamt på ökade miljökrav i form av begräns-ning av buller och vibrationer. Stålkärnepålaranvänds idag praktisk taget uteslutande inomSkandinavien, men påltypen bedöms, därlämpliga förutsättningar finns, ha stora möjlig-heter till användning även i andra delar avvärlden.

Användningen av stålkärnepålar har häm-mats av bristen på instruktioner för utförande,design och kontroll. Trots detta har antaletpålar som installerats varje år ändå ökat.

Arbetet med rapporten har skett inom Pål-kommissionen under tiden 1995 – 1999, avföljande personer:Håkan Bredenberg, Stabilator AB, författareJan Romell, Skanska Teknik AB, projekt-ledningPer-Evert Bengtsson, SGI, granskningBjörn Dehlbohm, Banverket, granskningGunnar Holmberg, Skanska, TeknikrådgivareGary Axelsson, Skanska, Teknikrådgivare

Ett varmt tack riktas till alla som underarbetets gång bidragit med värdefulla syn-punkter och material till rapporten. Jan Lind-gren, SGI, har svarat för redigering och gra-fisk utformning samt bidragit med värdefullasynpunkter på innehållet.

Stockholm 1999-12-31

Håkan Bredenberg

4 Pålkommissionen Rapport 97

5Stålkärnepålar

Innehållsförteckning

Förord .................................. 3

Summary .................................. 7

Sammanfattning .................................. 8

1. Inledning .................................. 91.1 Allmänt1.2 Historik1.3 Utvecklingstendenser

2. Projektering ................................ 122.1 Allmänna förutsättningar ................. 122.2 Produktionstekniska förutsättningar .. 13

2.2.1 Borrmaskiner2.2.2 Borraggregat2.2.3 Sänkborrhammare kan medföra

mammutpumpeffekt2.2.4 Stålkärnor2.2.5 Foderrör2.2.6 Skarvning2.2.7 Distanshållare2.2.8 Lastfördelningsplatta2.2.9 Lastöverföring vid pålspets2.2.10 Förtillverkning av kärnor

med tillbehör2.2.11 Installation av kärnor2.2.12 Verifiering av bärförmåga2.2.13 Provdragning av långa kärnor

med liten diameter2.3 Förundersökningar .......................... 18

2.3.1 Konstruktionskrav relaterade tilluppburen konstruktion

2.3.2 Omgivningsrelaterade krav2.3.3 Tillgänglighets- och

leveransförhållanden.2.3.4 Geotekniska förundersöknings-

krav

3. Utförande ................................ 193.1 Leveranskontroll ............................. 193.2 Borrning ................................ 19

3.2.1 Ansättning3.2.2 Drivning av foderrör3.2.3 Bergborrhål3.2.4 Rengöring av bergborrhål

och foderrör

3.3 Installation av stålkärna ................... 203.3.1 Skarvning av kärnan3.3.2 Installation av kärna3.3.3 Stoppslagning av spetsburen

kärna3.3.4 Montering av mantelburen kärna

3.4 Kringgjutning av kärnan ................. 233.4.1 Betongfyllning vid inläckande

grundvatten3.4.2 Nedsättning av kärna i

betongfyllt foderrör3.4.3 Nedsättning av kärna i icke

betongfyllt foderrör3.5 Kapning av foderrör och kärna........ 243.6 Montering av lastöverförande platta 24

3.6.1 Enbart tryckta stålkärnepålar3.6.2 Stålkärnepålar med dragkraft-

belastning

4. Dimensionering ................................ 254.1 Lasteffekt ................................ 254.2 Dimensionerande bärförmåga,

lastkapacitet och geotekniskbärförmåga ................................ 25

4.3 Lastkapacitet ................................ 264.3.1 Stålmaterialets hållfasthet

4.3.1.1 Kärnor4.3.1.2 Foderrör

4.3.2 Injekteringsbetong4.3.3 E-moduler4.3.4 Partialkoefficienter för

pålmaterial4.3.4.1 Säkerhetsklass,

partialkoefficient γn4.3.4.2 Material,

partialkoefficient γm4.3.5 Arbetskurvor4.3.6 Begränsning av betongens

stukning4.3.7 Begränsning av spänningar vid

långtidsbelastning4.3.8 Tvärsnittets maximala

lastkapacitet4.3.9 Lokal buckling av foderrör4.3.10 Lastkapacitet vid samtidig

normalkraft och böjmoment


4.3.11 Beräkning av lastkapacitet enligtEC 44.3.11.1 Reduktion av

materialhållfasthet4.3.11.2 Inverkan av

egenspänningar4.3.11.3 Beräkning av

knäcklängd4.3.11.4 Geometrisk initialutböj-

ning (pilhöjd)4.3.11.5 Dimensionerande

initialutböjning4.3.11.6 Inverkan av böjmoment

orsakat av initialut-böjning

4.3.11.7 Beräkningsmetoder4.3.11.8 Exempel på beräkning

av lastkapacitet4.4 Geoteknisk bärförmåga ................... 35

4.4.1 Spetsburen kärna4.4.2 Mantelburen kärna, tryckta

pålar4.4.2.1 Vidhäftnig stål - betong4.4.2.2 Vidhäftning betong-

bergyta4.4.2.3 Exempel på beräkning

av ingjutningslängd förmantelburen kärna

4.4.3 Mantelburen kärna vid dragnastålkärnepålar

4.4.4 Mantelburen kärna, dragspän-ningar i berg

4.5 Beräkning av rörelser för stålkärne-pålar, bruksgränstillstånd ................. 40

5. Kontroll ................................ 415.1 Kontrollplan5.2 Foderrör och kärnor, leveranskontroll5.3 Utsättning5.4 Borrning5.5 Skarvning av stålkärna och foderrör

5.5.1 Svetsad skarv5.5.2 gängadskarv

5.6 Sättning av kärna5.7 Stoppslagning (spetsburen kärna)5.8 Provdragning (mantelburen kärna)5.9 Injektering5.10 Kapning av stålkärna5.11 Montering av tryckplatta

Bilagor1. Borrdimensioner ODEX ....................... 452. Borrdimensioner NOEX ....................... 463. Kärndimensioner INEXA ..................... 484. Checklista för kontroll .......................... 525. API-skarv för stålkärnepåle .................. 536. Dimensioner foderrör,

tvärsnittskonstanter ............................... 547. Beräkningsalgoritm, Rapport 81

och Rapport 84a ................................ 558. Standarddimensioner

för rör och kärnor ................................ 56

7Stålkärnepålar

Steel Core Piles consists of a steel tube casing,which is drilled down through soil into bed-rock, and a steel core inserted into the casing.The space between the casing and the core isfilled with concrete. This pile type offers supe-rior quality assurance since every aspect of thepile can be controlled in detail. The load bear-ing capacity is usually within the interval 500to 5000 kN. The piles can be used for bothcompressive and tensile forces.

Steel Core Piles are installed using lightweight drilling rigs. The installation does notgive raise to any soil displacement or groundwater lowering. Most piling obstacles in theground, as for example boulders and stones,are easily penetrated. The corrosion protectionof the bearing steel core is very good due tothe double protection given by the permanentsteel casing and the concrete confinement.

Steel Core Piles has been used in Swedensince the beginning of the 1960:s. The use hassince then increased continuously. The reasonfor this is that an increased number of pilefoundations are made in man made fills, withobstacles hard to penetrate for conventionalpiles, as well as increased demand for envi-ronmental friendly piling methods with speci-fied limitations regarding vibrations and noise.

Today all Swedish building authorities, asfor example Swedish National Highway Ad-ministration (Vägverket) and Swedish Nation-al Railway Administration (Banverket) ac-cepts Steel Core Piles. All main Swedish foun-dation contractors can do Steel Core Piles.

Steel Core Piles are today only used inSweden and the neighboring Scandinaviancountries. However, this pile type has verygood possibilities outside Scandinavia in areaswith suitable ground conditions.

The use of Steel Core Piles has been hin-dered due to lack of codes and rules for de-sign, execution and control. The objective ofthis report is to facilitate design, control andconstruction of Steel Core Piles. The report ismeant to be used by authorities, consultantsand contractors working with pile foundations.The report will also be useful for steel manu-facturers and equipment suppliers.

Summary


En stålkärnepåle består av ett kvarstående fo-derrör av stål som borras ned till bärkraftigtberg. Inne i foderröret monteras en solid stål-kärna. Utrymmet mellan kärnan och foderröretfylls med injekteringsbetong. Stålkärnepålarinstalleras med lätta borrmaskiner som kanbullerdämpas effektivt. Maskinutrustningenkan genomborra de flesta i marken naturligtförekommande hinder såsom sten och block.Ingen jordundanträngning eller sänkning avgrundvattenytan uppkommer. Mycket småmarkvibrationer uppstår. Stålkärnepålen fyllerdärför högt ställda krav på skonsamhet medavseende på omgivningspåverkan.

Sammanfattning

Pålen utförs spetsburen eller mantelburen.En mantelburen stålkärnepåle har en i bergfastgjuten kärna. Eftersom alla pålens kompo-nenter samt utförandet kan kontrolleras i detaljuppnås en hög kvalitetsnivå. Stålkärnepålarkan ta laster större än 3000 kN. Kärnor meddiametrar varierande mellan 70 till 210 mmfinns tillgängliga.

Stålkärnepålar har använts i Sverige sedanbörjan av 1960-talet. Användningen har sedandess ständigt ökat. Stålkärnepålar användsidag praktisk taget uteslutande inom Skandi-navien, men påltypen bedöms, där lämpligaförutsättningar finns, även ha stora möjlighe-ter till användning även i andra delar världen.

9Stålkärnepålar

1.1 ALLMÄNTStålkärnepålar används främst där hinder imarken försvårar, eller omöjliggör, konventio-nell drivning av pålar. En annan tillämpning ärskonsam påldriving, exempelvis där befintligainstallationer begränsar godtagbara värden förvibrationer, buller och jordundanträngning.Stålkärnepålar är per meter betydligt dyrare änmånga andra påltyper, exempelvis förtillver-kade, slagna betongpålar. Trots detta ger oftastålkärnepålar den totalekonomiskt bästa lös-ningen. Exempelvis kan i många fall en bety-dande minskning av tiden för grundläggning-sarbetet uppnås.

De flesta komponenterna som ingår i enstålkärnepåle kan kontrolleras med stor nog-grannhet. Som exempel kan nämnas det ned-borrade röret och bergborrhålet. Den högakontrollnivå som uppnås innebär att materialeti pålarna kan utnyttjas optimalt. Stålkärnepålarskiljer sig härvidlag från många andra pålty-per, för vilka kvalitetskontrollen kan bli li-dande genom att eventuella fel och misstaginte kan upptäckas där pålarna är omgivna avjord.

En stålkärnepåles beståndsdelar är:• ett genom jord och ytligt berg nedborrat

foderrör• ett under foderröret utfört bergborrhål• en i foderröret och bergborrhålet monterad,

kringgjuten stålkärna• skarvar och anordningar för lastöverföring

På kärnan monteras distanser för centreringi foderröret. Där kärnan är mantelburen, gjutsden fast i berget på en viss sträcka och försesdär med påläggssvets, eller annan anordningsom syftar till ökad vidhäftning. I figur 1 visasde två vanligaste utformningarna av stålkärne-pålar. Figur 1a visar en spetsburen stålkärne-påle, med spetsen belägen strax under berg-ytan. Figur 1b visar en mantelburen stålkärne-påle, ingjuten i berg på en mot pållasten sva-rande sträcka.

Den bärande kärnan korrosionsskyddas delsav det kvarstående foderröret av stål, dels avbetonginneslutningen. Kringgjutningen gerkärnans mantelyta en basisk miljö. Ytan blirmed en korrosionsteknisk term passiverad, på

1. Inledning

Fig 1a.Spetsburenstålkärnepåle.

Fig 1b.Mantelburenstålkärnepåle.


samma sätt som ett i betong ingjutet arme-ringsstål.

1.2 HISTORIKStålkärnepålar har använts i Sverige sedanbörjan av 1960-talet. Det första projektet gäll-de pålning för en indstribyggnad i Iggesund.Befintliga pålar och pålningshinder i utfylldmark hindrade där konventionell pålning.

Under många år var beteckningen för dennatyp av pålar ”stålkärnepelare”. Den nuvarandebenämningen ”stålkärnepålar” började använ-das i slutet av 1970-talet.

Ett av de första projekten där stålkärnepålaranvändes var grundläggningen av Magasin 6 iStockholms Frihamn. Marken utgjordes avlagerföljden storblockig sprängsten på lös lera,vilade på morän och berg. Pålgrundläggningenkrävde foderrörsborrning. Borrningsarbetetutfördes med linstöt, vilket är en teknik somfortfarande ibland används vid brunnsborr-ning. För att uppnå så hög lastkapacitet sommöjligt för varje rör borrades till berg och in-stallerades en stålkärna i foderröret. Därefterstoppslogs kärnan. Utrymmet mellan kärnaoch rör fylldes med cementbruk som korro-sionsskydd av kärnan. Den ”tillåtna lasten”var 2000 kN. Detta motsvarade spetstrycket100 MPa, vilket blev ett värde som senare oftakom att användas som dimensionerande värdeför stålkärnepålars spetstryck. I figur 1c visasen tvärsektion av pålen som användes för Ma-gasin 6.

Sedan dess har antalet stålkärnepålar somutförs varje år ökat. En bidragande faktor harvarit förbättring av borrningstekniken för utfö-rande av jord- och bergborrhål med större dia-meter. Idag kan foderrör med upp till 430 mmdiameter borras med allmänt tillgänglig utrust-ning som kan penetrera både hinder i markoch hårt berg.

En annan orsak till att användningen avstålkärnepålar ökat är att pågrundläggning iallt större omfattning sker i närheten av, ellerinne i, befintlig bebyggelse. Pålningen måstedå ske med stor precision och med minsta

möjliga omgivningspåverkan i form av buller,vibrationer och rörelser i marken kring påla-rna. Vidare förekommer i sådan miljö oftapålningshinder i form av fyllning och bygg-nadsrester.

Även för andra ändamål än husgrundlägg-ning har stålkärnepålar visat sig vara en tek-niskt och ekonomiskt bra metod. Genom attgjuta in pålarna i berget (se figur 1b) kanmycket stor draglast tas upp av pålarna. Stål-kärnepålar med stor lastkapacitet för bådedrag- och tryckbelastning har använts för bro-ar, hamnkonstruktioner och stödmurar. Stål-kärnepålar har under senare år utförts för flerabroar med Vägverket och Banverket som be-ställare.

Bland under 1990-talet utförda större pro-jekt med grundläggning på stålkärnepålar kannämnas:• Bro för snabbspårväg över Essingesundet• Kontorshus kv Svalan, Stockholm• Tunnelramp, Södra Länken SL10, Stock-

holm• Uddevallabron, grundläggning stöd N5• Sodapannehus, Mönsterås bruk• Pappersmaskin SCA Ortviken• Kontorsbyggnad Uni Storbrand, Oslo

(figur 2)• Vägbro Kalmar, bro H221, ändstöd och

mittstöd• Grundförstärkningar, kv Matrosen, kv Inge-

mar, m fl, Stockholm

Fler exempel skulle kunna nämnas. Upp-räkningen ovan visar att grundläggning påstålkärnepålar används för både husbyggnads-och anläggningskontruktioner. Tekniken äridag väletablerad inom grundläggningsverk-samheten i Norden.

1.3 UTVECKLINGSTENDENSEREn genomgående tendens i dagens byggandeär ökade krav på kvalitet, kortare byggtid ochminskad omgivningspåverkan. Stålkärnepålartillgodoser alla dessa krav. Genom att stålkär-nan monteras i ett nedborrat stålrör kan varjekomponent av pålen inspekteras med stor nog-grannhet, vilket medger högklassig utförande-kontroll och motsvarande högt lastutnyttjande.Kravet på förkortad byggtid uppnås genomsnabb etablering och låg känslighet för stör-ningar i form av hinder i mark och oförutsed-da avvikelser i antagna grundförhållanden,som med andra påltyper kan leda till betydan-de förseningar. De små och lätta maskiner somanvänds för installation av stålkärnepålar kanbullerdämpas effektivt och genererar endast

Fig 1c.Stålkärnepåle för

Magasin 6 i StockholmsFrihamn, 1962.

11Stålkärnepålar

obetydliga vibrationer och jordförskjutningar ijämförelse med drivningsutrustning för mångaandra typer av pålar.

En annan fördel med stålkärnepålar är attdet inte finns något behov av grundvatten-sänkning, till skillnad från vid grävpålar, därsänkning av grundvattenytan ofta är ett krav.

Eftersom stålkärnepålar således tillgodoserett flertal av de krav som ställs på moderntbyggande kan man vänta sig att användningenkommer att fortsätta att öka.

Kännedomen om denna påltyp utanförSkandinavien är liten. En orsak till detta är despeciella geologiska förhållanden som istidenlämnade efter sig i vårt land. Det finns dockmycket goda möjligheter att använda stålkär-nepålar utomlands, i de fall lämpliga geotek-niska och marknadsmässiga förutsättningarföreligger. Som exempel kan nämnas nordös-tra USA. Djupet till bra granitberggrund påManhattan är exempelvis högst 30 m och jor-den innehåller där ofta en mängd hinder förkonventionell pålning. Krav på begränsningav omgivningspåverkan föreligger där befint-liga byggnadsverk kan skadas eller verksam-het störas av pålningsarbete.

Som exempel på andra platser där gynn-samma villkor för grundläggning på stålkärne-pålar föreligger kan nämnas Hong Kong, SanFransciso och Sydney.

Det bör framhållas att hårt berg (tryckhåll-fasthet >200 MPa) idag inte är något krav förgrundläggning på stålkärnepålar. Genom attgjuta fast stålkärnan på lämplig längd kan högbärförmåga uppnås även i bergmaterial medlägre hållfasthet. Mer begränsande förhållan-

Fig 2.Stålkärnepålning för Uni Storebrandsnya kontor i Oslo.Stabilator, 1997.

den är djupet till berg samt hållfastheten hosjorden som omger pålen. Större borrdjup än ca40 m bör inte förutsättas. Jordmaterialets odrä-nerade skjuvhållfasthet bör inte vara lägre änca 10 kPa för att högbelastade stålkärnepålarskall komma ifråga, beroende på att knäckningdå kraftigt kan begränsa bärförmågan.

Eftersom stålkärnepålar för närvarandeknappast alls används utomlands, samtidigtsom goda förutsättningar finns på många stäl-len utanför Norden, kan vi vänta oss en alltstörre ny marknad för påltypen. På sikt kanmängden stålkärnepålar som utförs utomlandsberäknas bli mycket större än i Sverige.


Detta avsnitt behandlar projektering av stål-kärnepålar. I projekteringsskedet undersöksom denna påltyp utgör en lämplig lösning urteknisk och ekonomisk synpunkt.

För att avgöra om stålkärnepålar är enlämplig lösning krävs kännedom om förhål-landen och förutsättningar som rör produk-tionsteknik, geoförhållanden och övriga förut-sättningar. Detaljutformningen av pålarna be-handlas under avsnittet ”Dimensionering”,medan utförande beskrivs i avsnittet ”Utföran-de”. I det sista avsnittet behandlas kontroll.

2.1 ALLMÄNNAFÖRUTSÄTTNINGAR

Som exempel på förhållanden som talar föranvändning av stålkärnepålar kan nämnas föl-jande förhållanden:

2.1.1 Svårforcerade jordlager somöverlagrar lösa jordlager

• som exempel kan nämnas fyllning med sten-block, byggnadsskrot eller dyligt på lös lera

2.1.2 Pålning måste utföras närabefintliga byggnadskon-struktioner elleranläggningar

• krav på begränsning av vibrationer, bulleroch markförskjutning föreligger normalt i det-ta fall

2.1.3 Pålning måste utföras nedtill berg

• i vissa fall föreligger konstruktionskravetatt laster skall nedföras till berg

2.1.4 Pålning i korrosions-aggressiv miljö

• foderröret och kringgjutningen ger stålkär-nan mycket bra korrosionsskydd

2.1.5 Endast mycket små rörelserkan accepteras då pålarbelastas

• stålkärnepålarnas placering på berg, even-tuellt i kombination med förspänning, mini-merar rörelserna

2.1.6 Pålar skall jämte stora tryck-krafter även kunna ta uppstora dragkrafter

• stora påldragkrafter kan uppkomma vidbroar och stödmurar samt för hamndykdalber

2.1.7 Väldefinierad dynamiskrespons hos pålgrund-läggningen krävs

• stålkärnor med känd längd ingjutna i bergmedger noggrann beräkning av ett pålfunda-ments egenfrekvens

2.1.8 Stora koncentrerade laster• konventionella pålar medför kanske alltförstort antal pålar och för stora pålfundament

2.1.9 Särskilt viktigt attförseningar beroende påpålningsarbetet undviks

• pålade maskinfundament måste ofta utförasunder tidspress och med säkerställd byggtid

2.1.10 Höga noggrannhets-och kontrollkrav

• stålkärnepålar kan placeras med snäva tole-ranser och medger fullständig kontroll av allapåldelar

Ju fler av ovannämnda förhållanden somföreligger, desto större är förutsättningarna föratt stålkärnepålar är den gynnsammaste lös-ningen för den aktuella pålgrundläggningen.

Även de omständigheter som talar mot ettval av stålkärnepålar måste beaktas. Nackde-larna, jämfört med andra påltyper, är i huvud-sak följande:

2.1.11 Meterkostnaden för stålkär-nepålar per uppburen kN,är högre än för många andrapåltyper

• den mest ekonomiska lösningen i Sverigeär ofta prefabricerade, slagna betongpålar

2. Projektering

13Stålkärnepålar

2.1.12 Vissa typer av hinder i markkan vara svåra, elleromöjliga, att penetrera

• trä, och i högre grad metall, leder till borr-ningsproblem (stoppar dock även de flestaandra typer av pålar).

2.1.13 Borrning kan kräva speciellutrustning och teknik

• vid oaktsam sänkhammarborrning i finkor-nig jord under grundvattenytan kan uppspol-ning och sättningar uppkomma.

2.1.14 Dåligt berg kan krävainjektering

- där särskilt dåligt berg förekommer kanbergborrhålet rasa igen.

2.1.15 Bärförmågan kan påverkasav lokala slag och brantalutningar i bergmassan.

• branta lutningar och slag hos berget får intefinnas för nära spetsburna stålkärnepålar. Vi-dare kan pålar i närheten av bergrum ellerbergtunnlar innebära att bergstabiliteten mins-kar.

I analogi med vad som gäller vid bedöm-ning av gynnsamma förhållanden gäller att jufler för påltypen negativa faktorer som finns,desto mindre fördelaktigt är det att välja stål-kärnepålar. Vilken påltyp som slutgiltigt väljsbör självfallet vara resultatet av en bedömningdär samtliga aktuella för- och nackdelar vägsin.

2.2 PRODUKTIONSTEKNISKAFÖRUTSÄTTNINGAR

Bergläget bör ligga på mindre djup än 40 m,vid användning av sådana borrmaskiner somidag finns allmänt tillgängliga. För små borr-maskiner är det djup som kan uppnås medgodtagbar kapacitet mindre. Kostnaden för enstålkärnepåle är i stort sett proportionell motlängden. Detta innebär att fördelar med attvälja stålkärnepålar minskar med ökande djuptill berg. Redan vid ca 20 m djup blir oftakostnaden för hög för att motivera val av den-na påltyp.

2.2.1 BorrmaskinerBorrmaskiner som används utomhus för foder-rörsborrning för stålkärnepålar är i allmänhetav samma typ som används även för annangrovhålsborrning i berg. I figur 3a visas enKLEMM 806, vilket är en typisk borrmaskinför borrning av foderrör upp till ca 320 mmdiameter.

Även andra maskiner, exempelvis Mustangfrån Atlas Copco, används. Maskinerna betjä-nas av en förare och en hjälpare. Hjälparenkan betjäna upp till tre maskiner, beroende påborrningens svårighetsgrad. Både luft- ochhydrauldrivna maskiner förekommer. Luft-drivning används företrädesvis för sänkham-marborrning.

Vid arbeten i trånga utrymmen, exempelvisvid grundförstärkningsarbeten i källare, an-vänds maskiner som är speciellt konstrueradeför att fungera i trånga utrymmen med begrän-sad ventilation. I figur 3b. visas en sådan ma-skin, ”Källarmusen”, som kan passera genomendast 90 cm breda dörröppningar.

De större maskinerna för utomhusbruk kanhantera upp till ca 6 m långa rörsegment. Ikällarmiljö kan man behöva gå ned till ca 1 m

Fig 3a.Borrmaskin KLEMM806 för borrning avfoderrör.

Fig 3b.Stabilators ”Källar-mus” kan borra foder-rör för stålkärnepålarinne i källarutrymmen.


segmentlängd, eller mindre. Det är givetvisfördelaktigt att använda så långa segment sommöjligt. Vid monteringen av kärnor utomhusär det vanligen möjligt att foga ihop upp till20 m långa kärnor före nedsänkningen. Vidsättning av så långa kärnor krävs en mobilkran. Stålverken levererar som längst 12 mlånga kärnor. Skarvning utförs med svetsningeller gängade skarvar av API-typ, som närma-re beskrivs i avsnittet ”Utförande”. Svetsningav grova stålkärnor är ett mycket tidskrävandearbetsmoment. Kontroll av svetsarbetet skernormalt enligt de krav som redovisas iBSK99, eller krav särskilt angivna för objek-tet.

2.2.2 BorraggregatBorrningen av foderröret kan ske genom slå-ende och roterande borrning. Borraggregatetkan vara av typen topphammare eller sänk-borrhammare. Borrkronan kan ha centriskeller excentrisk utformning. I figur 4a visas enexcentrisk borrkrona av typ ODEX och ifigur 4b en centrisk borrkrona av typ NOEX.

Valet av borraggregat är viktigt. Generelltkan sägas att den högsta kapaciteten uppnåsmed sänkborr och excentrisk borrkrona. Lägrekapacitet, men rakare borrhål uppnås medtopphammare respektive centrisk borrkrona. Ibilaga 1 visas data för borrdimensioner ochövriga uppgifter för några vanliga förekom-mande system för olika borrningsalternativ.

Excentrisk borrning togs ursprungligenfram av Stabilator och vidareutvecklades avAtlas Copco och Sandvik i början av 1970-talet. Idag är de vanligaste metoderna för ex-centrisk borrning ODEX (Atlas Copco) ochTUBEX (Sandvik). Flera andra metoder finns,exempelvis den finska metoden SIMPLEX.

Principen för borrning med excentermeto-den visas schematiskt i figur 4a. Vid borrninggenom jord återfinns underst den centriska s kpilotkronan. Närmast över denna finns denexcentriska rymmaren. Genom att rymmarenroterar åstadkomms ett tillräckligt stort hål föratt skapa utrymme för foderröret. Slagkraftenfrån borraggregatets slagkolv (sänkborrham-mare eller topphammare) träffar delen överrymmaren, medbringaren, på dess översida.Via slagskon, som utgörs av en ring som svet-sas fast invändigt nedtill inne i foderröret,överförs slagkraft till foderröret, som därige-nom drivs nedåt. Röret roteras inte.

När excenterborrningen är avslutad, dvsfoderröret borrats ned till avsett djup, såbringas rymmaren genom motrotation av borr-strängen in i ett läge där excenterborrkronankan tas upp genom foderröret. Bergborrningenkan sedan utföras med enbart bergborrkrona,som framgår av figur 4a.

Centrisk borrkrona innebär normalt attborrkronan lämnas kvar. En sådan ringborr-borrkrona har mindre slitstyrka än en återan-vändningsbar krona och är därför billigare.Vid stora rördiametrar utgör kostnaden förringborrkronan en relativt stor kostnadsandel.Detta bör beaktas vid projekteringsarbetet.

Man kan skilja på två typer av centriskborrning:• borrning med roterande foderrör• borrning med ej roterande foderrör

Borrning med roterande foderrör, exempel-vis Atlas Copcos OD-system med samtidigtroterande borrstål och foderrör, är begränsattill mindre dimensioner för de system som äraktuella för stålkärnepålning.

På senare år har system för centrisk borr-ning med ej roterande foderrör presenterats,exempelvis SYMMETRIX från finska Rotexsamt CENTREX från Sandvik och NOEX frånföretaget Ibex. I figur 4c visas funktionen hosRotex system. Som framgår av figuren kvar-lämnas ringborrkronan i sitt läge under foder-rörets spets, när foderröret kvarlämnas, såsomär fallet vid utförandet av stålkärnepålar. No-tera att foderrörets spetsbärförmåga i hårt bergdå kan vara betydande.

Fig 4a.Excentrisk borr-

krona, ODEX.

15Stålkärnepålar

Fig 4b. Centrisk borr-krona, NOEX.

Fig 4c.Centrisk borrningmed ej roterande fo-derrör, typ SYMME-TRIX från finskaRotex.

2.2.3 Sänkborrhammare kanmedföra mammutpumpeffekt

En omständighet som kräver särskild upp-märksamhet är borrning av foderrör med sänk-borrhammare i finkornig jord av typ silt ellerfin sand under grundvattenytan. Teoretisktskall endast den jord- eller bergvolym sommotsvarar foderrörets volym avlägsnas urjordmassan och transporteras upp till mark-

ytan. Vid bergborrning lyfts lossborrat borrkaxfrån borrhålsbotten framför borrkronan genomhål i denna upp genom foderröret. Detta åstad-komms genom att stora mängder luft sprutasut genom kronan, varefter luften återvänder ini foderröret och upp genom detta tillsammansmed kaxet. Detta framgår av visade detaljeroch genomskärningar av borrkronor.

Utförs borrning med sådan utrustning under


grundvattenytan, kan en kraftig vattenström-ning in i foderröret uppkomma. Strömningenkan dra med sig jordpartiklar i sådan omfatt-ning att avsevärt större volym än foderrörsvo-lymen sugs in i röret och avbördas vid utblås-öppningen vid markytan. Resultatet blir entendens till ”tomrumsbildning” i marken, vil-ket ibland visat sig medföra sättningar påmarkytan och i mark grundlagda konstruktio-ner.

Vid foderrörsborrning under grundvatten-ytan i silt och finkornig sand finns anledningatt vid projekteringen välja topphammare, ommarksättningar över viss storlek är kritiska.Det finns dock särskilda utformningar avsänkborrhammare som modifierats så att ovanbeskrivna mammutpumpeffekt motverkas.Användning av skum som borrvätska är enannan metod som kan minska uppspolnings-tendenserna. Att, som ibland sker, generelltdöma ut sänkborrhammare för foderrörsborr-ning till stålkärnepålar är därför inte motive-rat.

2.2.4 StålkärnorKärnor levereras från stålverk i kallsågat utfö-rande i 6 m eller 12 m längder. De stålsortersom finns tillgängliga är i första hand SS2172,SS2132 (S355J0) och SS2134 (S355J2G3).Diametrarna varierar mellan 80 till 210 mm,med steget 5 mm. Diametertoleransen är nor-malt 0,8 till 2,4 mm, värdet beroende på kärn-diameter. Sortimentet från den svenska ståltill-verkaren INEXA visas i bilaga 3.

2.2.5 FoderrörExempel på ofta använda rördimensioner förODEX och TUBEX är rör med godstjockle-ken 5 mm till 6 mm och ytterdiametern 140,168 och 193 mm. Notera att rördimensionerendast finns i vissa standardstorlekar samt attVägverket kräver att avståndet mellan kärnansyta och det inre av foderröret skall vara minst25 mm. Ofta brukar dock 15 mm anses till-räckligt, exempelvis kräver Banverket 15 mm,se BVBRO, BHV 583.10, Utgåva 4, punkt330.36.

Begränsningen av foderrörstjockleken tillmaximalt ca 6 mm gäller vid system ODEX.Vid NOEX kan tjockare foderrör användas.Större godstjocklek än 10 mm används docksällan. Stålsort för foderrör är ofta SS2172.

I bilaga 7.8 visas en sammanställning av dekombinationer kärnor-foderrör som är de mestfrekvent använda där Banverket respektiveVägverket är beställare. Notera Vägverketskrav på avståndet minst 25 mm mellan kär-nans mantelyta och foderrörets insida.

2.2.6 SkarvningVid projekteringen måste behovet av pålskar-var beaktas. Skarvning av foderrör sker medsvetsning, eller, mer sällan, med muffskarv.Skall röret utnyttjas som permanent bidrag tillpålens styvhet krävs att svetsarbetet utförasoch kontrolleras med beaktande av gällandekrav för konstruktionssvetsning. Detta är kravsom ibland tenderar förbises.

Kärnor skarvas med svetsning eller medAPI-gänga. En närmare beskrivning av API-skarv ges i bilaga 4. Svetsskarvning kräverfogberedning, förvärmning och andra åtgärderför genomförandet. Särskilt för kärnor medstor diameter, större än 150 mm, blir sådantfogarbete tidskrävande. Gängning av skarvarför kärnor med större diameter än 150 mmutförs normalt inte.

2.2.7 DistanshållareFör att centrera kärnan i foderröret så förseskärnan med distanser placerade på ca 2 till3 m avstånd i pålens längdriktning. Distans-hållarna brukar utgöras av påsvetsade, ca10 cm långa stållinjaler.

I vissa fall kräver beställare att distansernautgörs av plast, eller annat icke metalliskt ma-terial. Motivet till ett sådant materialval ärkorrosionshänsyn. I Norge är sådana distanserett normalt krav. I Sverige föreskriver BRO94distanser av icke metalliskt material.

En ritning som visar olika konstruktionsde-taljer som används vid stålkärnepålar visas ibilaga 8.

2.2.8 LastfördelningsplattaVid påltoppen svetsas en platta för överföringav pålkraften till den anslutande konstruktio-nen, vanligen en armerad betongkonstruktion.Är pålen enbart utsatt för tryckkrafter så pla-ceras plattan på pålens översida och svetsasfast genom ett hål i plattan, se figur 5a. Är detfråga om en påle som skall ta dragkrafter såkrävs kraftöverförande plåtar som svetsas tillbåde platta och kärna, se figur 5 b.

Vid dragen påle bör plåtarna placeras överplattan, om arbetet skall utföras på platsen.Risken är annars att arbetsutförandet och kon-trollen blir lidande beroende på ”omöjlig”arbetsställning, se figur 5c.

2.2.9 Lastöverföring vid pålspetsOm stålkärnepålen utförs med mantelburenkärna (i berg ingjuten kärna) brukar påläggs-svets i form av 3 mm höga ringar på 50 till100 mm avstånd utföras. Syftet är att förbättravidhäftningen mellan kärna och omgivandeinjekteringsbetong och bergborrhål. Även härutförs förvärmning före påläggssvetsningen.

17Stålkärnepålar

2.2.10 Förtillverkning av kärnormed tillbehör

Som framgår ovan är det ett flertal arbetsmo-ment som skall utföras på stålkärnan innanden placeras på plats i foderröret. Svetsarbete igrova stålkonstruktioner utförs med fördelinomhus i verkstadsmiljö.

Vid mantelburna stålkärnor kan nivån somborrningen skall ske till bestämmas i förväg.Detta innebär att kärnorna med skarvar, dis-tanser, topp-platta och påläggssvets kan iord-ningställas på verkstad. Längre kärnelementän ca 12 m kan ofta inte transporteras. Förtill-verkade kärnor innebär stora tidsbesparingar iform av minimal tid mellan borrning och mon-tage samt hög utförandekvalitet.

2.2.11 Installation av kärnorVid projekteringen bör man ta hänsyn till attkärnorna måste lagras så att de inte har för lågtemperatur vid nedsänkningen i foderröret, omdetta är fyllt med injekteringsbetong ellergrundvatten. Annars kan isbildning på kärnansmantelyta uppkomma då den sänks ned i fo-derröret.

Projekteringsinsatsen måste också innefattaerforderliga lyftanordningar samt beakta attdimensionerande lasteffekt kan uppkommaunder lyftningsfasen, beroende på hur lyft-ningen sker. Detta gäller exempelvis svetsadefogar i kärnan.

Sammansättning av injekteringsbetong, in-jektering och montering av kärnor beskrivs när-mare under ”Utförande”.

2.2.12 Verifiering av bärförmågaSpetsburna stålkärnepålars bärförmåga måstenormalt verifieras genom provbelastning av ettlämpligt antal pålar. Kontrollen brukar omfattaminst två pålar. Vilket antal som provas i ettvisst projekt bestäms med hänsyn till projek-tets art och det totala pålantalet samt aktuellutnyttjandegrad. Erforderligt antal provpålarför att uppnå en viss formell säkerhetsnivåredovisas i handboken Pålgrundläggning,avsnitt 9:24.

Verifiering av tryckta pålars bärförmågakan ske med stötvågsmätning enligt CASE-metoden. Beräkning av fallhöjd för olika typerav hejare kan ske med programmet WEAP,eller annan stötvågsbaserad beräkningsmetod.Mer sällan används statisk provbelastning medtryckkraft.

Bärförmågan för stålkärnepålar med man-telburen, i berg fastgjuten kärna, kan verifierasgenom anbringande av en statisk dragkraft vidpåltoppen. Detta förfarande gäller som verifie-ring av pålens geotekniska bärförmåga förbåde drag- och tryckbelastning. Pålens kapaci-

Fig 5a.Platta vid stålkärna,enbart tryckkraft.

Fig 5b. Platta vid stålkärnamed dragkraft.

Fig 5c.Ogenomtänkt place-ring av svetsfogarmedför försvåratarbetsutförande.

tet för tryckbelastning är nämligen större ändragkapaciteten. Genom att provdra pålenerhålls därför ett värde på pålens bärförmågasom är på säkra sidan. Dragkraften anbringasgenom att en rördomkraft med killås anbring-as på den i berget fastgjutna kärnan, se figur 6.

Stötvågsmätning kräver en hejare som gererforderlig stötimpuls, vilket kan innebäratung hejare och ofta också stor fallhöjd. Sta-tisk tryckbelastning erfordrar omfattande mot-hållskonstruktioner. Dragbelastning innebärmindre utrymmesbehov och snabb och säkerverifiering av både tryckoch dragkapacitet.Provbelastning upp till 3000 kN har utförtsmed dragmetoden utan några problem. Dom-kraften måste ha ett underlag med erforderligbärförmåga.

Vid verifiering genom provdragning för-längs pålen i motsvarande grad. Om en ingju-ten kärna dragbelastas uppkommer dragspän-ningar i den omgivande ingjutningsbetongen.Motsvarande sprickstorlek bör beräknas och


inverkan analyseras, där så krävs, exempelvismed hänsyn till beständighet.

2.2.13 Provdragning av långakärnor med liten diameter

När en dragkraft anbringas vid påltoppen påen i foderrör och bergborrhål ingjuten stålkär-na uppkommer en förlängning av kärnan ochfoderröret samt viss expansion av bergmassankring bergborrhålet. Vid långa stålkärnor medliten diameter kan uppkommande töjning be-höva beräknas och motsvarande sprickbild-ning analyseras.

Om vid provdragningen uppkommandedragsprickor i kringgjutningen bedöms förstora, kan istället provdragning av kärnan skedå kärnan är kringgjuten endast i bergborrhå-let. Sedan provdragningen utförts och drag-kraften avlägsnats så utförs resterande kring-gjutning. Detta motsvarar praxis för provdrag-ning av bergförankrade dragstag.

2.3 FÖRUNDERSÖKNINGARTill projekteringsarbetet hör att utföra för pro-jektet nödvändiga förundersökningar. De un-dersökningar som faller på pålprojektören attta ställning till är i första hand följande:

2.3.1 Konstruktionskrav relateradetill uppburen konstruktion

Den uppburna konstruktionens krav vad gällergodtagbara värden för rörelser och vinkeländ-ringar skall klargöras. För maskinfundamentmåste även egenfrekvenser undersökas.

2.3.2 Omgivningsrelaterade kravSom exempel på sådana krav kan nämnas till-gängligt utrymme samt godtagbara värden förbuller och vibrationer. Man kan räkna med attden intill borrmaskinen uppkommande maxi-mala vertikala svängningshastigheten hosmarkytan, eller ytligt grundlagda konstruktio-ner, understiger 3 mm/s.

2.3.3 Tillgänglighets- ochleveransförhållanden

Det är viktigt att tillräckligt utrymme finns föratt tänkt maskinutrustning skall kunna arbetasåsom förutsatt, samt att planerade materialdi-mensioner och stålsorter finns för leveransinom förutsatta tidsramar.

2.3.4 Geotekniskaförundersökningskrav

De geotekniska förundersökningskraven om-fattar :• bergläge (tillräckligt många borrhål)• bergkvalitet (tryckhållfasthet, E-modul,

sprickor, strykning, stupning, slag).• kärnprover tas upp och provas, om tryck-

hållfasthet och E-modul skall bestämmasgenom provning. Detta utförs dock endast ispeciella fall, exempelvis i bergarter därtidigare erfarenhet av stålkärnepålar saknas.

• jordlager (jordarter, mäktighet, densitet,skjuvhållfasthet, korrosivitet)

• grundvattenförhållanden• borrningshinder i mark, exempelvis befint-

liga ledningar.• angränsande byggnaders och anläggningars

tillstånd och grundläggningssätt.

Fig 6.Provdragning av

mantelburen stålkärnafastgjuten i berg.

19Stålkärnepålar

Sedan för arbetet erforderliga förberedelserutförts består arbetsutförandet i huvudsak avföljande moment:• leveranskontroll• borrning av forderrör• borrning av bergborrhål• fyllning av injekteringsbetong• sättning av stålkärna• verifiering av bärförmåga för provpålar• kapning av kärna och montering av topp-

platta

3.1 LEVERANSKONTROLLVid leverans av kärnor och rör till arbetsplat-sen skall kontrolleras att materialet uppfyllerspecifikationerna avseende:• materialkvalitet• dimensioner• rakhet, rundhet och övriga toleranskrav• övriga krav

Skador och avvikelser dokumenteras. In-verkan av avvikelserna klarläggs tillsammansmed konstruktören innan montering sker. För-varing och hantering skall ske på lämpligt sätt.Kärnor med is, snö, lera och andra främmandeämnen får inte installeras i foderrör.

3.2 BORRNING

3.2.1 AnsättningVid ansättning av foderrör kontrolleras attrörets axelriktning inte avviker mer än förut-satt riktningstolerans. Vid noggrann upprikt-ning kan man räkna med en avvikelse som ärmindre än 1 grad. Står borrmaskinen på markmed dålig bärighet och sker inte ansättningenmed kontroll av riktningen kan motsvarandevärde uppgå till 3 grader, eller mer. Man böräven räkna med att riktningsnoggrannhetenminskar ju flackare pållutning som väljs. Ta-bell 3.2.1 ger riktlinjer för normala avvikelservid olika pållutningar.

Arbetet måste utföras så att toleranser ochavvikelser blir likformigt fördelade. Om

exempelvis alla pålar under en pelare får en isamma riktning pekande axelavvikelse kanresulterande horisontalkraft vid pålavskär-ningsplanet bli större än beräknat. Där avvi-kelser kan få signifikant inverkan skall rikt-ningarna mätas upp och kontrolleras mot be-räkningsförutsättningarna.

Ansättningspunktens planläge kan ske medmycket snäv tolerans om en arbetssula gjutitsoch ett hål för foderröret borrats i sulan innanansättningen sker. Toleransen kan då antagasmotsvara en cirkel med diametern 2 cm. Attkunna innehålla så liten tolerans är mycketfördelaktigt. Exempelvis behövs då ofta en-dast en påle under en pelare, istället för enpålplint med två eller tre pålar, vilket oftakrävs vid andra påltyper med större tolerans-mått.

Där det är viktigt att beräkna borrkronansspatiella läge (läge i rymden), exempelvis vidstålkärnepålning nära befintliga pålar, måsteman utöver ovannämnda toleranser även tahänsyn till krökningsradien för foderröret. Ennormal ”träffbild” på en bergyta belägen påca 20 m djup utgörs av en cirkel med en dia-meter mindre än ca 1 m.

3.2.2 Drivning av foderrörVid nedborrningen av foderröret till bergytan,och ned en viss sträcka i berget, skall särskiltiakttagas följande förhållanden:• att borrsträngen inte kör fast• att inte för stor mängd material spolas upp• att de jordlager och jordlagergränser som

passeras är de som förutsatts i designskedet• förekomst av hinder under borrningen och

arten av sådana hinder• när bergläget påträffas, dvs djupet till berg• bergytans karaktär, exempelvis häll, tras-

berg eller slag• eventuell tendens till glidning i sidled då

bergytan påträffas

3. Utförande

Pållutning: vertikal 4:1 2:1 1:1 1:2

Riktnings-avvikelse o : 2o 2,5o 3o 4o 5o

Tabell 3.2.1.Rikningsavvikelse vidansättning av borrningför stålkärnepålar.


• förekomst av vatten, särskilt jord- ellerbergavsnitt med artesiskt tryck

• eventuell förekomst av föroreningar i mar-ken, exempelvis petroleum.

Arbetsledaren skall ha kontinuerlig kontaktmed borrarna så att bilden av undergrundensbeskaffenhet klarläggs i takt med att borrning-sarbetet fortskrider. Eventuella avvikelser frånförutsatta förhållanden upptäcks då så tidigtsom möjligt.

3.2.3 BergborrhålSedan foderröret borrats ned ca 300 till500 mm under bergytan, fortsätts borrningen,om det är en mantelburen kärna, med enbartbergborrkronan ned till föreskrivet djup. Ävenhär är det viktigt att borraren är uppmärksampå ett antal faktorer:• färg och karaktär på uppspolat borrkax• förekomst av sprickor och slag• borrsjunkningshastigheten• spolvattenretur

Om berget bedöms ha godtagbar kvalitet, såär borrningsarbetet klart i och med att angivetdjup för bergborrhålet nåtts.

3.2.4 Rengöring av bergborrhåloch foderrör

När föreskrivet djup nåtts tas borrkrona ochborrsträng upp och bergborrhål och foderrörrenspolas med rent vatten så att kvarvarandeborrkax i största möjliga utsträckning spolasupp. Luftspolning för rengöring bör inte an-vändas om grundvattenytan ligger över pål-spetsnivån, beroende på att mammutpumpten-denser kan uppkomma. På bergborrhålets bot-ten bör man dock räkna med att man efter av-slutad spolning alltid har ett lager kax ochjordpartikar som inte kan avlägsnas utan an-vändande av specialmetoder.

3.3 INSTALLATION AVSTÅLKÄRNA

Misstänks berg med dålig kvalitet kan vatten-förlustmätning utföras för att undersöka berg-borrhålets täthet. Tätningsinjektering av borr-hålet kan krävas innan kärnan monteras ochkringgjuts. I berg av god till medelgod kvaliteterfordras dock inte sådana åtgärder. Utförandeav vattenförlustmätning samt berginjekteringbehandlas inte i denna rapport. För beskriv-ning av sådana arbetsmoment hänvisas tillhandboken Bygg, del G.

Stoppslagning av kärnan utförs endast omdet är fråga om stålkärnepåle med spetsburen

kärna. Mantelburen kärna stoppslås inte, efter-som en sådan påles kringgjutning i berg kanskadas av slagning.

Innan kärnan monteras i foderröret så skallrörets rakhet kontrolleras. Rakhetskontroll kanutföras med inklinometer, eller i enklare fall,med tolk. En ofta använd preliminär kontrollutförs genom att en ficklampa firas ned genomfoderröret. Ett nödvändigt rakhetskrav är attljuset från lampan kan iakttagas ända tills lam-pan når borrhålsbotten. Självfallet ger dock ettsådant lamptest ingen närmare uppgift ompålens krökning.

3.3.1 Skarvning av kärnanKärnan kan skarvas liggande till full längd iverkstad, om tillräcklig lyfthöjd finns på ar-betsplatsen. Största längd för pålelement börvara ca 20 m. Vid begränsat utrymme i höjd-led måste istället kärnan införs i foderröret idelar, vilka successivt skarvas ihop stående.

Skarvning av stående segment sker snab-bast med gängad skarv. En sådan skarv ärdock kalkylmässigt dyrare än en svetsad skarv.Vid gängad skarvning är det viktigt att uppnåföreskrivet åtdragningsmoment och att använ-da av skarvtillverkaren specificerat gängmed-el. I figur 7a visas utformning av svetsad stål-kärneskarv. I figur 7b visas en gängad skarvav API-typ. API står för American PetroleumInstitute. Denna typ av gänga har alltså sittursprung i oljeindustrin. Anpassingen till stål-kärnor har utförts av Unex AB, som tillverkarAPI-gängor. Längden på kärnsegment somgängas är idag begränsad till ca 3 m. Gäng-ning av större kärndiameter än 150 mm kräversärskild utrustning och är mycket dyr.

Svetsarbete skall utförs med beaktande avde krav som anges i specifikationer och före-skrifter för pålningen. Vanligen gäller BSK 99(Bestämmelser för Stålkonstruktioner), därdetaljerade krav för arbetsutförande och kon-trollinsats anges. Det är särskilt viktigt attinnehålla rakhetstoleransen för skarvarna ikärna och foderrör. Ofta anges värdet 1:300.Rätskiva med tillräcklig längd krävs för attuppnå denna rakhet. Symmetrisk svetsning(två svetsare, eller svetsautomat), kan erfor-dras för att inte ensidiga värmespänningarskall åstadkomma för stor rakhetsavvikelse.Notera att problem uppkommer vid försök attplacera en alltför krökt kärna i ett foderrör.Motsvarande problem uppkommer givetvisom foderröret är för krokigt. Rakhetskontrol-len uppfylles således i viss mån automatiskt.Orsaken till för stor krokighet är ofta vidskarvning uppkommen vinkeländring i svets-skarvar. I enstaka fall har vid leveransen krök-ta kärnelement medfört problem.

21Stålkärnepålar

Behovet av anpassad arbetsställning vidsvetsningsarbetet får inte underskattas. Itrånga utrymmen kan det vara svårt, elleromöjligt, att uppnå godtagbara förutsättningarför utförande av svetsarbete av godtagbar kva-litet. I sådana fall bör användning av gängadeskarvar användas.

Utöver svetsning av skarvar utförs ocksåsvetsning av distanser och, för i berg ingjutnastålkärnor, svetsning av ”rillor” (påläggssvets-ning) på den del som skall gjutas in i berg. Därdet krävs att distanser skall utgöras av ickemetalliskt material, exempelvis plast, kan fast-sättning på kärnan ske med limning. Utform-ning av distanser respektive rillor visas ifigur 8a respektive figur 8b.

Distansernas uppgift är att centrera stålkär-nan i foderröret. Rillornas funktion är att ökavidhäftningen mellan stålkärnemanteln ochden omgivande ingjutningen.

3.3.2 Installation av kärnaVid inlyftning av skarvad kärna skall lyftningske enligt av konstruktören anvisad metod.För svetsskarvar kan nämligen dimensioneran-de lasteffekt uppkomma under lyftskedet.Lyftning och montering av kärna i foderrörkräver normalt lyftanordning i form av kraneller motsvarande.

Vid stående installation med successivskarvning stöds underdelen av kärnan motfoderröret. Vid långa kärnor kan den tyngdsom vilar på röröverkanten bli betydande närdet sista kärnsegmentet monteras.

Som nämnts får inte kärnan ha för låg tem-peratur då den sänks ned i ett vatteneller be-tongfyllt foderrör. Är temperaturen alltför lågkan kringgjutningen bli dålig och dessutom isbildas kring kärnan så att nedsänkningen hin-dras. Självfallet skall också kärnan vid sätt-ningen vara rengjord så att kringgjutningen fårfullgod kvalitet över hela kärnans mantelyta.Lera, olja, färg och liknande är exempel påbeläggningar som skall avlägsnas.

Fig 7a.Svetsskarv istålkärna.

Fig 7b.Gängad API-skarvför stålkärna.

Fig 8a (t v).Distanser för centreringav kärna.

Fig 8b (th).”Rillor” på i berg in-gjutet kärnavsnitt.


3.3.3 Stoppslagning avspetsburen kärna

Vid stålpålar med spetsburen kärna stoppslåskärnan. Stoppslagningen har tre syften:• att kärnans spets skall penetrera på borr-

hålsbotten kvarvarande kax och jordpartik-lar

• att åstadkomma anliggning mellan berg ochhela kärnans ändyta

• att verifiera spetsunderlagets bärförmåga

Stoppslagningen kan utföras med pneuma-tisk hejare eller fallhejare. Används en luftdri-ven hejare brukar kravet på slagkolvens viktvara att den skall väga lika mycket som 2 me-ter av pålen. För grova stålkärnor leder dettatill tunga hejare. Den tillåtna sjunkningen bru-kar anges som en maximal sjunkning per mi-nut för pneumatiska hejare respektive en max-imal sjunkning per 10 slag för fallhejare.Minst 3 serier med 10 slag utförs. En nackdelmed lättare fallhejare är den stora fallhöjd,ofta mer än 2 meter, som krävs för verifieringav större pållaster. Används tyngre hejare(3 ton) kan fallhöjden minskas. Det är viktigtatt tydlig hejarstuds uppnås. Detta indikeraratt kärnan penetrerat kvarvarande kax och nåttbärkraftigt berg.

Ett problem som i vissa fall uppkommitmed spetsburna kärnor är att de vid berg medslag, krosszoner eller låg bärförmåga slås ge-nom borrhålsbotten och vidare ut i bergmassanunder bergborrhålets botten. Detta medförnågra olika nackdelar:• drivningen kan bli omfattande innan före-

skrivet stoppkriterium uppnås.• extra skarvning kan krävas.• kärnan blir inte kringgjuten på den under

borrhålsbotten drivna sträckan.• kärnan kan krökas eller deformeras

I det fall kärnan på detta sätt slagits ut iberget (figur 9) kan beställaren kräva att kär-nan på hela sin längd skall kringgjutas, vilketmedför att kärnan måste tas upp och borrning-en av bergborrhålet fortsättas tills bärkraftigborrhålsbotten påträffas, varefter kärnan återsätts ned och förnyad stoppslagning utförs.Upptagning av en kärna som penetrerat borr-hålsbotten kan visa sig svår, eller omöjlig, attgenomföra. Kan en sådan kärna inte tas uppkan en ersättningspåle krävas.

En annan nackdel med stoppslagning är attde upprepade stötimpulserna mot bergbotten-ytan medför en minskning av spetsunderlagetshållfasthet. Orsaken är de sprickor i bergetsom uppstår vid de upprepade stötbelastninga-rna.

Sammanfattningsvis gäller att spetsburnastålkärnepålar innebär en viss risk för ej förut-sedda arbetsinsatser. Det är således mycketviktigt att man i förväg är säker på att bergetär tillräckligt homogent och har tillräcklighållfasthet där borraren avslutar bergborrhålet.

3.3.4 Montering av mantelburenkärna

Ovannämnda risker med spetsburna kärnorundviks med mantelburna kärnor. En sådankärna räknas bärande enbart på den sträckakärnan är ingjuten i bergmassan. Spetsmot-ståndet försummas, vilket eliminerar kravet påkontakt mellan kärnans spets och borrhålsbot-ten, dvs stoppslagning behövs inte.

Den ökade kärnlängden i berg för mantel-burna kärnor innebär motsvarande högre kost-nad för bergborrning och kärnmaterial jämförtmed spetsburen kärna. Emellertid är kostnads-ökningen måttligt stor samtidigt som ett flertalfördelar uppnås, nämligen• minskat behov av rengöring av borrhåls-

botten• inget behov av stoppslagning• ingen risk för inslagning av kärna i berg,

med motsvarande förseningar och extrakostnader

Fig 9.Vid spetsburna

stålkärnor kan detfinnas risk för

utslagning av kärnani dåligt berg.

23Stålkärnepålar

Dessa fördelar med mantelburen kärnaframför spetsburen kärna, har medfört att an-delen stålkärnepålar utförda med mantelburenkärna ökat. Idag är utformningen med mantel-buren kärna vanligare än med spetsburen,stoppslagen kärna.

3.4 KRINGGJUTNINGAV KÄRNAN

Kringgjutning av kärnan sker med injekte-ringsbetong. Vattencementtalet brukar väljastill 0,45. Kravet på tryckhållfasthet motsvarari allmänhet K40. I vissa fall tillsätts flytmedel,beroende på hur fyllning skall ske. Krymp-hämmande medel, t ex 1 viktsprocent Intra-plast A brukar tillsättas. Där BRO 94 gälleranges särskilda krav på tillverkning, utförandeoch kontroll för injekteringsbetong. I vissa fallbegränsar aktuella miljökrav möjligheterna attanvända vissa tillsatsmedel.

Kringgjutningen kan ske på två olika sätt:• nedsättning i foderrör fyllt med betong• nedsättning i ofyllt foderrör

Det ursprungligen använda metoden var attplacera kärnan i det tomma eller vattenfylldafoderröret, varefter kringgjutning skedde medslang som mynnade vid borrhålsbotten. Enidag vanligare metod är att istället fylla upphela foderröret med betong och sedan sänkaned kärnan i det fyllda foderröret.

3.4.1 Fyllning av foderrör vidinläckande vatten

För ett foderrör vars överände mynnar underen närliggande fri vattenyta, eller grundvatten-yta, kan inläckage av vatten i röret uppkom-ma, se figur 10.

Vattenflödet in i ett foderrör eller bergborr-hål kan i vissa fall vara så stort att fyllning avinjekteringsbetongen inte kan ske utan risk förseparation. Vid tillräckligt begränsat flöde kandå tätning av sprickor och otätheter i bergmas-san ske med hjälp av berginjektering. Om vat-teninflödet är mycket stort kan foderrörsöver-kanten höjas för att minska vattnets tryckgra-dient. Vid stora vatteninflöden kan injekteringoch omborrning erfordras.

3.4.2 Nedsättning av kärna ibetongfyllt foderrör

Här fylls foderröret med kringgjutningsbetongupp till överkanten. Fyllningen sker i torrteller grundvattenfyllt foderrör med slang somunder hela gjutningen hålls ned så att denmynnar vid berghålsbotten. Pumpning skertills rent betongmaterial strömmar ut vid fo-derrörets överkant. Slangen lyfts sedan underfortsatt pumpning. Inpumpning av injekte-ringsbetong avbryts först då slangänden nårfoderrörsöverkanten. Under några minuterkontrolleras sedan att betongytan inte sjunkernämnvärt. Att ytan inte sjunker innebär attbergborrhålet inte läcker ut betong. Betongen

Fig 10.Exempel på situa-tion där inläckageav vatten i foderrörkan uppkomma


kan då beräknas omge hela kärnan när densänks ned. När sänkning av kärnan sker såpressas större delen av den ifyllda betongenupp över foderrörskanten och går förlorad.

Med syftet att undvika denna förlust kanman ibland bevittna hur foderröret endast fyllsmed så mycket betong att betongen precisskall nå upp till foderrörets överkant utan attströmma över kanten, då kärnan sätts ner. Det-ta tillvägagångssätt är emellertid inte att re-kommendera, eftersom ett läckande bergborr-hål då kan undgå upptäckt. Ett sådant läckagekan leda till att kärnan inte blir helt kringgju-ten, vilket medför sämre korrosionsskydd ochkanske också lägre bärförmåga än beräknat.

Sjunker betongöverytan i ett på detta sättuppfyllt foderrör förekommer läckage. Foder-rör och bergborrhål spolas då ur varefter tät-ning av läckaget utförs. Läckstället kan lokali-seras med vattenförlustmätning. Tätning kanske med berginjektering.

3.4.3 Nedsättning av kärna i ickebetongfyllt foderrör

När kärnan sätts med i ett foderrör utan före-gående betongfyllning så sker fyllning eftermonteringen av kärnan genom en slang sommynnar vid kärnans botten. Vid litet avståndmellan kärna och rör fästs en bandformadslang vid kärnan med tape före nedsänkning-en. Slangen lämnas i så fall ofta kvar då gjut-ningen är klar, dvs då injekteringsbetongennått överkanten på foderröret. Pumpningen avkringgjutningsbetongen skall ske tills ren be-tong tränger upp vid röröverkanten. En fördelmed denna metod är den mindre förbrukning-en av injekteringsbetong jämfört med utföran-det att sätta kärnan i ett helt betongfyllt foder-rör.

Betongfyllning med hjälp av slang användsäven då foderröret är fyllt med grundvatten.Någon länsning av foderröret före gjutningenkrävs således normalt inte.

3.5 KAPNING AV FODERRÖROCH KÄRNA

Foderrör kapas med skärande låga eller ron-dell. Kapning av kärnan bör om möjligt utfö-ras innan kärnan monteras i foderröret. Kap-ningen av en ingjuten kärna sker med auto-matsåg eller skärande låga. Vid grövre ämnenblir kapningsarbete som utförs på platsen om-fattande. Kapsnittet skall bearbetas till plananliggning om tryckfördelningsplatta skallplaceras ovanpå kärnänden.

Stålkärnan skall kapas vinkelrätt mot kär-nans längdaxel, om inte annat föreskrivs.

3.6 MONTERING AV LASTÖVER-FÖRANDE PLATTA

Normalt gjuts toppen av stålkärnepålen in i enarmerad betongkonstruktion. För att överförakraften till pålen monteras en stålplatta påeller nära påltoppen. Vanligen används svets-ning, vilket kräver förvärmning, se BSK 99.För stora plattor kan montagearbetets omfatt-ning på platsen bli tidskrävande.

I vissa fall kan lastöverföring upptill skemed hjälp av påsvetsade rillor på samma sättsom utefter kärnans ingjutning i berg, exem-pelvis om stålkärnepålen gjuts in i en pelare.

Ett alternativ till att svetsa plattan till kär-nan på platsen är att på verkstad sammanfogaplattan och ett kort kärnsegment som i sin an-dra ände har en API-gänga. Plattan kan dåmonteras på arbetsplatsen utan att svetsningbehöver utföras, vilket minskar monteringsti-den och befrämjar hög kvalitet. En sådanplattkonstruktion kan utformas så att den kanta upp både tryckoch dragbelastning.

Som nämnts i avsnittet ”Projektering” för-enklas arbetet på platsen om kärnan levereraskomplett med monterad platta och utförd på-läggssvets, där sådan krävs. Motsvarande tids-vinst kan med god marginal uppväga den extrabergborrning som krävs för att kunna användasådana färdigtillverkade kärnor av i förvägbestämd längd.

3.6.1 Enbart tryckta stålkärnepålarVid enbart tryckta kärnor placeras vanligen entryckplatta av stål på kärnans överände.Tryckkraften överförs genom direkt anligg-ning, vilket kräver bearbetning (slipning) avkärnans ändyta. För att fixera plattan undergjutningen svetsas plattan till kärnändytangenom ett hål i plattan.

Plattans godstjocklek brukar väljas till ca50 till 60 mm. Väljs en tunnare platta kan av-styvningar som svetsas till kärnan erfordras. Iallmänhet är det dock bättre att välja en såtjock platta så att sådant svetsningsarbete påplatsen elimineras.

3.6.2 Stålkärnepålar meddragkraftbelastning

För kärnor med betydande dragbelastningkrävs längsgående plåtar som svetsas till bådekärna och platta. Ur arbetsteknisk synpunkt ärdet en stor fördel att placera dessa plåtar överplattan, som visas i figur 5b. Även för tryck-belastade stålkärnepålar kan denna utformningtillämpas, vilket eliminerar behovet av planbe-arbetning av kapsnittet.

25Stålkärnepålar

4.1 LASTEFFEKTDimensioneringen syftar till att konstruktions-mässigt säkerställa pålarnas funktion underderas livslängd samt att även i övrigt uppfyllade krav som specificeras av beställaren. Dendimensionerande bärförmågan skall påvisasvara större eller lika med den dimensioneran-de lasteffekten i olika specificerade gränstill-stånd.

Med lasteffekt avses observerad eller be-räknad inverkan av krafter som påverkar på-len. För beräkning av lasteffekt gäller i all-mänhet föreskrifter från Vägverket, Banverketeller Boverket. Även i de fall ingen av dessamyndigheter är beställare, brukar krav somliknar de som dessa myndigheter och beställa-re ställer för beräkning av lastinverkan gälla.

Lasteffekten utgörs av en nominell lastin-verkan multiplicerad med en lastfaktor, varsstorlek bl a avser beakta sannolikheten för attlasten kan vara större än ett genomsnittsvärdeoch hur ofta lasten uppträder. I denna rapportbehandlas inte beräkning av lasteffekter. En-dast axialkraftbelastade pålar tas upp i rappor-ten. Pålar påverkade av momentbelastning,olika typer av tvång och samverkan med upp-burna konstruktionselement, ingår inte.

Den dimensionerande lasteffekten kan varagiven i något av följande gränstillstånd:

• brottgränstillstånd

• bruksgränstillstånd

• olyckslast

• brand eller fortskridande ras

Beroende på hur snabbt pållasten varierar itiden benämns lasteffekten statisk eller dyna-misk. Laster som verkar med variabel storlekså många gånger att utmattningsfenomen upp-kommer, benämns utmattningslaster.

4.2 DIMENSIONERANDEBÄRFÖRMÅGA, LAST-KAPACITET OCH GEOTEK-NISK BÄRFÖRMÅGA

Stålkärnepålens dimensionerande bärförmå-ga är det lägsta av värdena för lastkapacite-ten respektive den geotekniska bärförmå-gan.

Lastkapaciteten utgörs av den i jorden instal-lerade pålens bärförmåga med avseende påbrott i pålmaterialet. Brott i pålmaterialet be-ror i vissa fall av omgivande jords egenskaper,exempelvis markens skjuvhållfasthet ochbäddmodul. Lastkapaciteten är därför av-hängig jordens geotekniska egenskaper, främstden odränerade, reducerade skjuvhållfast-heten.

Den geotekniska bärförmågan för stålkär-nepålar avser den bärförmåga som begränsasav brott i bergmaterialet kring eller under på-len.

Även brott i injekteringsbetongen, där deninte omges av foderröret, innefattas i dennarapport i begreppet stålkärnepålens geoteknis-ka bärförmåga.

Ett kriterium som kan bestämma pålensdimensionerande bärförmåga är stålkärnepå-lens rörelser för viss lasteffekt. Kravet pårörelsebegränsning kan medföra att hållfasthe-ten i pålmaterialet inte kan nyttjas fullt ut. Närdet inte är uppenbart att aktuella rörelser ärtillräckligt små skall alltid stålkärnepålensrörelse för lasteffekten ifråga undersökas. Sär-skilt gäller detta för stålkärnor med liten dia-meter.

Partialkoefficienter enligt gällande före-skrifter förutsätts bli tillämpade vid dimensio-neringen. De partialkoefficienter som antagesgälla i denna rapport är de som redovisas iBKR 1999, BSK 99 samt BBK 94. Dessahandböcker uppfyller normalt de krav somställs för broars och huskonstruktioners grund-läggning. EU-standard samt utländska bygg-regler redovisar liknande, men inte identiska,partialkoefficienter. Observera att en viss upp-sättning partialkoefficienter alltid bör antagaskopplad till ett motsvarande sätt att beräknalasteffekt. Användning av partialkoefficienterenligt BBK 94 och BSK 99 förutsätter således

4. Dimensionering


att lasteffekten för stålkärnepålen beräknats påett mot dessa handböcker svarande sätt, exem-pelvis enligt BKR99 (Boverkets Konstruk-tionsregler) och BBR 99 (Boverkets Byggreg-ler 94).

4.3 LASTKAPACITETEn stålkärnepåles lastkapacitet beror av fleraolika faktorer. De viktigaste är:• materialhållfasthet för stål, foderrör och

kringgjutning• omgivande jords hållfasthets- och deforma-

tionsegenskaper• egenspänningar i stålmaterialet• pålens intitiella krokighet före belastning

4.3.1 Stålmaterialets hållfasthetReglerna för dimensionering av stålkonstruk-tioner styrs av föreskrifter och normer, somtillsammans kan leda till ganska komplexasamband. Som exempel kan nämnas BRO94som med det nationella tillämpningsdokumen-tet (NAD) till SS EN 10025 säger att flerastålkvaliteer, däribland S355J2G3, inte fåranvändas i svetsad konstruktioner om gods-tjockleken överstiger 30 mm. Anledningen äratt svetsbarheten inte anses tillräckligt bra.Normaliserat stål, som S355N, har bättresvetsbarhet, men här gäller SS EN 10113 medtillhörande NAD endast för godstjocklek upptill 63 mm. Enligt supplement 4 till BRO94 såräknas pålar som huvudkonstruktion, vilket bla innebär att svetsar alltid skall kontrollerasmed oförstörande provning.

Normer och regler av detta slag, tillsam-mans med den praxis som beställare accepte-rar, förändras varför det är väsentligt att viddimensioneringsarbetet noga ta reda på vadsom gäller för det aktuella objektet.

4.3.1.1 KärnorBeräkningen av lastkapaciteten i denna rap-port sker i enlighet med BSK 99 (Bestämmel-ser för Stålkonstruktioner 1999). Karakteris-tiska hållfasthetsvärden (fyk) för stål är därendast angivna upp till 100 mm godstjocklek.

Stålkärnor kan emellertid idag som nämnts haen godstjocklek upp till 210 mm. Den värdeför fyk som ståltillverkaren INEXA anger försina stålkärnor i intervallet 80 - 210 mm visasi tabell 4.3.1.1. Som en jämförelse visas mot-svarande värden enligt BSK 99 för intervallet80 -100 mm.

Av tabellen framgår att värdet fyk lika med300 MPa är i överensstämmelse med bådeINEXA:s specifikation och BSK 99, medkärndiametrar upp till 100 mm. Vid grövrekärnor och kärnor förutsätts att värden enligtINEXA:s specifikationer väljs.

4.3.1.2 FoderrörKarakteristiska hållfasthetsvärden (fyk) förvanliga stålsorter för foderrör visas i tabell4.3.1.2. Värdena avser godstjocklek upp till16 mm.

Tabell 4.3.1.2 Karakteristiska hållfasthets-värden fyk för foderrörenligt BSK 99

Stålsort enl SS-EN10 025 fyk, BSK99, MPa(kvalitetsklass) 0-16 mm, godstjocklek

S235JRG2 (SS1312) 235 SS2172 320 (ej med i BSK99)S355J0 (SS2132) (B) 355S355J2G3 (SS2134) (D) 355

Av tabellen framgår att värdet fyk för foder-rören varierar mellan 235 MPa upp till355 MPa, beroende på stålsort. Värdena B ochD avser beteckningar för seghetsklass. Gods-tjockleken för foderrören är normalt ca 5 till6 mm vid excenterborrning. Med centriskborrkrona kan grövre godstjocklek användas,exempelvis 10 mm.

4.3.2 InjekteringsbetongInjekteringsbetongen kan beräknas motsvarahållfasthetsklass K35 till K40. Enligt BBK 94(Bestämmelser för Betongkonstruktioner) gäl-ler följande karakteristiska värden för tryck-respektive draghållfasthet:

Stålsort enl SS-EN10 025 fyk, INEXA, MPa fyk, BSK99,MPa(kvalitetsklass) (80 - 210 mm, kärna) (80 - 100 mm, kärna)

SS2172-01 (utgått) 300 300S355J0 (SS2132-01) (B) 330 315S355J2G3 (SS2134-01) (D) 330 315

Tabell 4.3.1.1Karakteristiska håll-

fasthetsvärden fykför kärnor från IN-

EXA samt värdenenligt BSK 99.

27Stålkärnepålar

Tabell 4.3.2 Karakteristiska hållfasthets-värden fcck och fctk för betongenligt BBK 94, 2.4.1, 2.4.2

Hållfasthetsklass fcck, MPa fctk, MPa(tryckhållfasthet) (draghållfasthet)

K35 25,0 1,80K40 28,5 1,95

4.3.3 E-modulerFör stål- respektive betong gäller enligtBSK 99 och BBK 94 följande karakteristiskavärden för E-moduler:

Tabell 4.3.3 Karakteristiska värden förE-moduler enligt BSK 99och BBK 94.

Material E-modul Esk, GPa E-modul Eck, GPa

Stål 210 -Btg K35 - 31Btg K40 - 32

4.3.4 Partialkoefficienter förpålmaterial

För beräkning av dimensionerande värde förhållfasthet divideras det karakteristiska värdetmed partialkoefficienterna γm som avser sprid-ning i materialegenskaper och γn som avsersäkerhetsklass. Allmänt gäller således

fd = fk / (γnγm) (1)

därfd = dimensioneringsvärdefk = karakteristiskt värde

4.3.4.1Säkerhetsklass,partialkoefficient γγγγγn

Vid dimensionering i brottgränstillståndskall partialkoefficienten γn väljas som följer :• säkerhetsklass 1 γn = 1,0• säkerhetsklass 2 γn = 1,1• säkerhetsklass 3 γn = 1,2

Vid dimensionering i övriga gränstillståndsätts γn = 1,0. Undantag kan dock föreskrivas ivissa fall, varför giltigheten av att antagaγm= 1,0 i det enskilda fallet alltid bör kontrol-leras.

4.3.4.2 Material, partialkoefficient γγγγγm

I brottgränstillstånd väljs partialkoefficienterγm för de i stålkärnepålar ingående materialenenligt BBK 94 och BSK 99 enligt följande:

Tabell 4.3.4.2 Partialkoefficienter γm förstål och för betong ibrottgränstillstånd.

hållfasthet E-modul

Stål 1,0 1,0Betong 1,5 1,2

Vissa tillägg och avdrag för värdena redo-visas i BBK 94 avsnitt 2.3.1 respektiveBSK 99 avsnitt 3.42. Beroende på stålmateri-alets toleranser kan exempelvis γm behövaantagas till 1,10 istället för 1,0. I denna rap-port antas dock att värdena enligt tabellenovan gäller.

I bruksgränstillstånd sätts γm normalt till1,0

I gränstillstånden olyckslast samt fortskri-dande ras och brand sätts också γm = 1,0. Ettundantag värt att notera är att γm för beräkningav dimensionerande hållfasthet för betong viddessa gränstillstånd, enligt BBK 94 avsnitt2.3.1, skall sättas till värdet 1,2, vilket iblandförbises.

4.3.5 ArbetskurvorFör att beräkna det sammansatta tvärsnittetskapacitet då det belastas av normalkraft ochböjande moment kan arbetskurvor för stål res-pektive betong enligt BSK 94 avsnitt 3.43respektive BBK 94 avsnitt 2.4.5 användas, sefigur 11a, 11b och 11c.


4.3.6 Begränsning av betongensstukning

Enligt BBK 94 avsnitt 3.6.2 gäller följandebegränsningar för betongens stukning :• medelvärde i tvärsnittet ε ≤ 2,0 ‰

(gäller endast osprucket tvärsnitt)• maximalt kantvärde ε ≤ 3,5 ‰

4.3.7 Begränsning av spänningarvid långtidsbelastning

Vid stor tryckpåkänning i betongen erfordrasenligt BBK 94 avsnitt 4.4 särskild utredningav krypdeformationernas storlek och inverkanom:• medeltryckspänningen vid långtidslast

överstiger 0,1fck av yttre normalkraft• kanttryckpåkänningen, orsakad av långtids-

last, överstiger 0,6fck

Den senare föreskriften leder ofta till attkonstruktören väljer att utnyttja betongtvär-snitt upp till kanttryckpåkänningen 0,6fck förlångtidsbelastning. Under förutsättning attuppkommande krypdeformationer kan accep-teras kan dock högre utnyttjande tillämpas.

4.3.8 Tvärsnittets maximalalastkapacitet

För beräkning av tvärsnittets teoretiska maxi-mala lastkapacitet NplRd att i brottgränstill-stånd uppbära helt centrisk normalkraft, kande olika delarnas bidrag summeras enligt föl-jande:

NplRd = Arörfdrör + Abtgfcd + Akärnafdkärna (2)

därArör = stålrörets areaAbtg = betongfyllningens areaAkärna = kärnans area

fdrör = rörets dimensionerande hållfasthetfcd = betongens dimensionerande

hållfasthetfdkärna = kärnans dimensionerande hållfasthet

■ Exempel 1:kärna: 80 mm, SS2172rör: ytterdiameter 136 mm, gods-

tjocklek 3 mm (efter avrost-ning 2 mm) , SS2134

betong: K40, ytterdiameter 130 mm,innerdiameter 80 mm

säkerhetsklass: 3gränstillstånd: brottgränstillstånd

Fig 11a.Arbetskurva för

stål enligt BSK 99.

Fig 11c.Förenklad arbetskurva

för betong enligtBBK 94. Får endast

användas om medel-tryckspänningen inte

överstiger 0,6fcd.

Fig 11b.Arbetskurva för

betong enl BBK 94.

Som uttryck för den krökta kurvdelen ifiguren har använts

29Stålkärnepålar

För normalt förekommande foderrör utgörlokal buckling inget problem. Detta gälleräven foderrör vars godstjocklek minskats ge-nom avrostning. Antas exempelvis en så litengodstjocklek som 3 mm samt ytterdiametern150 mm erhålles:

■ Exempel 2:D = 150 mmt = 3 mmε = 1, motsvarar fyk = 235 MPa

Förhållandet D/t = 150/3 = 50 < 90

Om förhållandet mellan diameter och gods-tjocklek är så stort att EC4:s lokala bucklings-kriterium ekv. 3 ovan inte innehålls, dvsD/t >90, så rekommenderas att rörets bidragtill pålens bärförmåga sätts till noll.

4.3.10 Lastkapacitet vid samtidignormalkraft och böjmoment

Förutom normalkraft måste varje tvärsnitt ipålen samtidigt kunna ta upp ett visst böjmo-ment. Detta är liktydigt med att normalkraftenskall förutsättas ha en viss excentricitet. Ex-centriciteten uppkommer genom att det i verk-ligheten är omöjligt att utföra en stålkärnepåleså att den blir rak i matematisk mening och attpålen under inverkan av axialbelastningendessutom böjer ut i sidled. Det finns ett flertalberäkningsmetoder för att beräkna lastkapaci-teten för axiellt tryckta stålrör fyllda med be-tong och ingjutna stålprofiler. Denna pelartypär exempelvis vanlig i höga byggnader utom-lands. Forskningsarbete pågår på flera håll,dels för att utveckla nya konstruktionslösning-ar, dels för att utveckla nya beräkningsmeto-der.

Med antagandet att plana tvärsnitt förblirplana vid böjning kan sambandet mellan nor-malkraft och böjmoment med beaktande avvillkoren i BBK 94 och BSK 99 beräknas förde kombinationer av kraft och moment därtvärsnittets maximala kapacitet är uppnådd.Motsvarande samband brukar benämnas tvär-snittets brottenvelop, se figur 12.

Tvärsnittet klarar belastningskombinationerböjmoment-normalkraft som faller mellanenvelopkurvan och koordinataxlarna, medankraft-momentkombinationer som faller utanförenvelopen leder till brott i tvärsnittet. I littera-turen redovisas ett flertal olika metoder attberäkna sådana envelopkurvor. De bygger oftapå att materialresponser som motsvarar spän-ningsblock med konstant spänning. Med ut-gångspunkt från jämviktsvillkor (kraft- ochmomentjämvikt) för tvärsnittet beräknas nor-malkraftens storlek för en given excentricitet.

Akärna = 50,3 cm2

Abtg = 82,5 cm2

Arör = 12,5 cm2

fydkärna = 300/1,2 = 250,00 MPafcd = 28,5/(1,5 ·1,2) = 15,83 MPafydrör = 355/1,2 = 295,83 MPa

Fkärna = 1257,5 kN (71 %)Fbtg = 130,5 kN (7 %)Frör = 370,8 kN (22 %)

Fsumma = 1758.8 kN (100 %)

Av exemplet framgår att kärnan svarar förca 70 % av bärförmågan i exemplet. För kär-nor med större diameter och tunnare betong-fyllning är andelen ännu större. Normalt inter-vall är ca 70 % till 80 %.

Detta motiverar den ofta tillämpade ap-proximationen att räkna enbart kärnan somaxiellt bärande. Med detta antagande undvikerman också frågan om hur axiallast förs överfrån kärnan till betongen och foderröret.

Inneslutningseffekter kan motivera ytterli-gare höjning av den axiella bärförmågan enligtekv. 2, genom att den av foderröret inneslutnabetongens hållfasthet är större än det medovan förutsatta värdet fck, som utgör tryck-hållfastheten hos en fristående provcylinder.En sådan höjning ställer dock vissa krav påbegränsning av stålkärnepålens slankhet ochförsta ordningens böjmoment. Eftersom be-tongens bidrag till bärförmågan för stålkärne-pålar normalt är ganska liten är det motiveratatt försumma den inneslutningsrelaterade ök-ningen av betonghållfastheten.

4.3.9 Lokal buckling av foderrörRörets tjocklek efter avrostning kan bli relativtliten, vilket innebär att lokala formavvikelserkan medföra en inte försumbar nedsättning ibärförmågan. Det är därför motiverat att kon-trollera röret för lokal buckling. Enligt EC4(Eurocode 4. Design of Composite Steel andConcrete Structures, avsnitt 4.8) kan säkerhe-ten mot lokal buckling anses tillräcklig om

D/t ≤ 90ε2 (3)

därε = (235/fyk)

0,5 (4)

därfyk= karakteristisk hållfasthet, MPaD = rörets ytterdiametert = rörets godstjocklek


Förfarandet upprepas för olika excentriciteterså att hela envelopkurvan kan ritas upp.

4.3.10 Beräkning av lastkapacitetenligt E 4

EC4 behandlar samverkankonstruktioner upp-byggda av stål och betong. Det bör observerasatt enligt nu gällande svenskt nationellt til-lämpningsdokument (NAD) gäller inte avsnit-tet 4.8 i EC4 (behandlar pelare) för broar, vil-ket givetvis innebär en betydande begräns-ning.

4.3.11 Beräkning av stålkärnepålarslastkapacitet enligt svenskberäkningspraxis

Detaljerade anvisningar för beräkning av på-lars lastkapacitet redovisas i Rapport 96:1 ,”Dimensioneringsmetoder för pålar, Lastka-pacitet”, från Pålkommissionen. För stålkärne-pålar gäller enligt denna rapport följande, av-snitt 3.8.2:

”Samverkan mellan foderrör, injekte-ringsbruk och stålkärna med avseende påstålkärnepåles böjstyvhet kan tillgodoräk-nas. Detta sker genom addition av de tredelarnas bidrag. Foderrörets avrostningskall härvid beaktas.

Med avseende på lastkapacitet börsamverkan inte tillgodoräknas för normal-kraft. Detta bör inte ske eftersom lasteffek-ten inte säkert kan fördelas på det oftasttunnväggiga oarmerade injekteringsbruketoch foderröret. Normaltryckkraften införsvid pålhuvudet huvudsakligen enbart påstålkärnan och det är också enbart dennasom ingjutes eller stoppslås mot berget.

Med avseende på lastkapacitet för bö-jande moment får antas att detta fördelas

på foderrör och stålkärna. Foderröretsavrostning skall härvid beaktas.”

Knäckningskontrollen utförs i tillämpligadelar enligt Rapport 84a, ”Beräkning av di-mensionerande lastkapacitet för slagna pålarmed hänsyn till pålmaterial och omgivandejord” från Pålkommissionen. Därvid användsantagandet om ekvivalent arbete vid beräkningav reducerad bäddmodul. Där förutsättningar-na i Rapport 84a uppenbart skiljer sig frånverkliga förhållanden, är det dock motiveratatt undersöka inverkan av rapportens förenk-lingar. Som exempel kan nämnas korta stål-kärnepålar ingjutna i berg, där pållängden ochinspänningen i berget har stor inverkan pålastkapaciteten. Rapport 84a förutsätter nämli-gen att pålen är mycket lång och ledat infästadi båda ändarna.

4.3.11.1 Reduktion avmaterialhållfasthet

Någon reduktion av pålmaterialets hållfasthetbetingad av installationen krävs inte för stål-kärnepålar, eftersom slagning inte sker, utöverett fåtal slag för spetsburna kärnor. Koefficien-ten m enligt Pålkommissiones Rapport 96:1sätts alltså till 1,0.

4.3.11.2 Inverkan avegenspänningar

Egenspänningar i stålkärnor kan vara betydan-de. Om kärnan efter valsning avkyls snabbtkommer yttre delar av den att hårdna snabbareän längre in beläget material. Därmed hindrasden sammandragning som motsvarar svalnan-det inne i kärnan. Som resultat erhålls inbygg-da tryckspänningar i materialet närmast ytanoch dragspänningar i det inre av kärnan. Vidtryckprovning av sådana kärnsegment erhållsen E-modul lägre än det för stålmaterialet ifrå-ga nominella värdet, som vanligen är210 GPa.

Rapport 96:1 från Pålkommissionen rekom-menderar att inverkan av egenspänningar förstålkärnor beaktas dels genom att E-modulenreduceras 10 %, dels antas en fiktiv initialut-böjning (δf) lika med 0,003Lk till 0,0025Lkberoende på egenspänningsgrupp. Lk beteck-nar pålens knäcklängd, som behandlas nedan.

Egenspänningar i kärnor och rör kan mins-kas genom att de nyvalsade profilerna får sval-na långsamt under kontrollerade former på ens k avsvalningsbädd. Även andra metoder förminimering av egenspänningar finns. En nack-del är att kostnaden för material tillverkat pådetta sätt ökar. Det är därför inte givet att kär-nor med låga egenspänningar medför optimalkostnad för stålkärnepålar.

Fig 12.Brottenvelop för

stålkärnepåle vidsamtidig normalkraft

och böjning.

NNNNNormalkrormalkrormalkrormalkrormalkrafafafafaft, trt, trt, trt, trt, tryyyyyckckckckck

NNNNNormalkrormalkrormalkrormalkrormalkrafafafafaft, drt, drt, drt, drt, dragagagagag

EEEEEnvnvnvnvnvelopelopelopelopelopEj brEj brEj brEj brEj brottottottottott

MMMMMomentomentomentomentoment

BrBrBrBrBrottottottottott

31Stålkärnepålar

4.3.11.3 Beräkning av knäcklängdFör beräkning av stålkärnepålens knäcklängdkrävs kännedom om egenskaperna hos jord-materialet som omger pålen. I Rapport 96:1redovisas en metod för beräkning av dimensi-onerande värde för bäddmodul (kd) samt di-mensionerande gränsvärde (qbd) för sidoför-skjutning då omgivande jords elastiska mot-stånd övergår i plastiskt motstånd (Figur 3.3.1i Rapport 96:1). Bäddmodul och gränsvärdeberor av jordens odränerade skjuvhållfasthetsamt andelen långtids- respektive korttidslast.Vidare anges där värden för materialrelateradepartialkoefficienter för bäddmodul (γmk) ochgränstryck (γmq).

Stålkärnepålens knäcklängd beräknas enligtuttrycket

Lk = π[(EdI/(kdD)]0,25 (5)

därEd = dimensionernade E-modulI = tröghetsmoment av rör + kärnakd = dimensionerande bäddmodulD = foderrörets ytterdiameter

Knäcklängden Lk utgör det teoretiska av-ståndet mellan knäckningskurvans inflektions-punkter. Ekv. 5 förutsätter att pålen är initielltrak och oändligt lång, att mediet kring pålenär idealelastiskt med konstant bäddmodul samtatt pålen är ledat infästad i ändarna. Somnämnts ovan kan inverkan av skillnader mel-lan dessa antaganden och verkliga förhållan-den behöva beaktas.

Stålkärnan installeras försedd med distanseri foderröret, vilket innebär att möjliga skillnadi intialutböjning mellan kärna och foderrörbegränsas. Det är därför rimligt att anta attstålkärnepålens geometriska initialkrokighetöverenstämmer med foderrörets.

Där rakhetskontroll utförs sätts partialkoef-ficienten γδ för geometrisk initialutböjningenligt Rapport 96:1 sätts lika med 1,0.

4.3.11.4 Geometrisk initialutböjning (pilhöjd)

Geometrisk initialutböjning benämns ävenpilhöjd på en längd som sätts lika med knäck-längden. Foderrörets pilhöjd δk beror dels påhur rakt det är vid leverans, på rakheten ieventuella skarvar samt på rakhetsavvikelseruppkomna vid borrningen.

Pilhöjden relaterad till en skarv belägeninom knäcklängden rekommenderas enligtRapport 96:1 vald till

δkskarv = Lk/(4X) (6)

där X = vinkelavvikelse i skarv angiven som1:X. Värdet på X för gynsamma skarvnings-förhållanden sätts i enlighet med Rapport 96:1till 300. Konstruktören kan dock ange ett lägrevärde (= större godtagbar avvikelse), exempel-vis 150. Värdet skall framgå av arbetshand-ling. Finns mer än en skarv inom knäckläng-den adderas bidragen från skarvarna.

Rörets pilhöjd och inverkan av installatio-nen kan i enlighet med Rapport 96:1 samman-fattas i bidraget

δkrör = Lk/600

4.3.11.5 Dimensionerande initialutböjning (pilhöjd)

Den dimensionerande initialkrokigheten somskall förutsättas för stålkärnepålen erhålls så-ledes ur uttrycket

δd = δg + δf, (7)

därδg = δkskarv + δkrör , geometrisk pilhöjd

ochδf = 0,0013Lk , fiktiv pilhöjd

Pilhöjden kan även bestämmas genom di-rekt mätning, exempelvis med inklinometer.Med användande av kordasatsen erhålles då

δd = δm (Lk/Lm)2 (8)

därδm = uppmätt pilhöjd på mätlängden LmLk = knäcklängd

Initialkrokigheten förutsätts i förenklandesyfte sinusformad med utböjningen δd mellaninflektionspunkterna, vars inbördes avstånd ärLk, se figur 13a.

Initialkrokigheten kan även beskrivas somen krökningsradie (R) med användning avuttrycket

R = Lk2/(8 δd ) (9)


4.3.11.6 Inverkan av böjmomentorsakat avtillskottsutböjning

Stålkärnepålen antages initiellt obelastad, dvsden initiella utböjningen δd motsvarar ingaspänningar i pålmaterialet. Med tanke på på-larnas stora slankhet är detta ett rimligt anta-gande. I samband med uppkomsten av till-skottsutböjningen orsakad av att pålen belas-tas uppkommer emellertid ett böjmoment (M),vars storlek kan beräknas enligt Rapport 84aeller Rapport 81. Böjmomentets storlek ges avuttrycket

M = F(y0 + δd )/2 (10)

därF = aktuell axialkrafty0 = motsvarande tillskottsutböjningδd = initiell utböjning

Skarvar i kärna och foderrör skall kontrol-leras för inverkan av detta böjmoment ochtillhörande normalkraft. Röret genomsvetsas iallmänhet och blir på så sätt jämnstarkt medoskarvad sektion. För kärnor med ej genom-svetsad tvärsektion, eller annan skarvutform-ning som innebär minskad böjstyvhet, skallalltid kontroll av tvärsnittets böjkapacitet utfö-ras.

4.3.11.7 BeräkningsmetoderBeräkningen av dimensionerande lastkapacitetmed beaktande av knäckning samt brottspän-ningar i påltvärsnittet kan utföras på det sättsom redovisas i Rapport 84a. Genom iteratio-ner räknas då dimensionerande värde ut. Vissplasticering i påltvärsnittet godtas.

En mer överskådlig beräkningsgång redo-görs för i Pålkommissionens Rapport 81, ”Sys-tempålar - anvisningar för beräkning av di-mensionerande bärförmåga”. De axiella kraf-ter som svarar mot knäckning respektive tryckoch böjning ritas upp som funktioner av till-skottsutböjningen. Metoden minskar riskenför beräkningsfel och lämpar sig för program-mering. Tvärsnittets maximala kapacitet (last-kapaciteten) antages uppnådd när kantspän-ningen uppgår till dimensionerande hållfast-het, eller när knäcklasten uppnås, såsom visasi Rapport 81.

Erforderligt beräkningsarbete tar i allmän-het för lång tid för att utföra för hand. Dator äri praktiken ett krav. I bilaga i denna rapportvisas därför en datorberäkningsanpassad algo-ritm som kan användas för att beräkna samhö-rande värden på tillskottsutböjning, knäcklastoch stuklast.

Fig 13.Initialutböjning δd

och tillskotts-utböjning y0

δδδδδddddd = initialutböjning för = initialutböjning för = initialutböjning för = initialutböjning för = initialutböjning före belastninge belastninge belastninge belastninge belastningyyyyy00000 = tillskottsutböjning av belastning = tillskottsutböjning av belastning = tillskottsutböjning av belastning = tillskottsutböjning av belastning = tillskottsutböjning av belastningLLLLLkkkkk = knäcklängd = knäcklängd = knäcklängd = knäcklängd = knäcklängd

FFFFF

yyyyy00000

LLLL L kkkk k

δδδδδddddd

FFFFF

33Stålkärnepålar

4.3.11.8 Exempel på beräkningav stålkärnepåleslastkapacitet

För att illustrera ovannämnda riktlinjer redovi-sas steg för steg ett beräkningsexempel där deför beräkningen nödvändiga uppgifterna tasfram enligt ovan:

■ Exempel 3:

Givna uppgifter:- kärna: 80 mm, SS2172- rör: ytterdiameter D = 136 mm, godstjock-

lek 3 mm (efter 2 mm avrostning), SS2134- säkerhetsklass: 3, medför γn = 1,2- gränstillstånd: brottgränstillståndandel

långtidslast: 50 %- odränerad skjuvhållfasthet för lera,

cuk: 10 kPa- partialkoefficient för bäddmodul: γmk= 1,4

(antages givet i BGeo, eller liknande)- partialkoefficient för gränstryck: γmq = 1,4

(antages givet i BGeo, eller liknande)- foderrörs-segment: 2 m, skarv-rakhetskrav

1:300. Genomsvetsad kärna och foderrörs-skarv.

- pållängd = 20 m- Es = 210 GPa

Tvärsnittsdata:Akärna = 50,3 cm2

Arör = 12,5 cm2

Summa A = 50,3 + 12,5 = 62,8 cm2

Ikärna = 201,1 cm4

Irör = 277,3 cm4

Summa I = 201,1+277,3 = 478,4 cm4

Notera att betongens bidrag till böjstyvhe-ten försummats. Ofta tar man dock med den-na, se Pålkommissionens Rapport 96:1, avsnitt3:8:2.

Dimensionerande värden, stål:säkerhetsklass: 3, medför γn = 1,2

fydkärna = 300/γn = 250,00 MPafydrör = 355/γn = 295,83 MPa

Ed = 0,9Es/γn = 157,5 GPa (notera 10 % re-duktion för E-modulen)

Dimensionerande värden, lera:säkerhetsklass: 3, medför γn = 1,2D = foderrörets ytterdiameter = 136 mm

cud = cuk/(γn γmk) = 10/(1,2 · 1,4) = 5,95 kPa(dimensionerande värde för lerans skjuvhåll-fasthet)

Enligt fig 3.3.1 i Rapport 96:1 erhålls för50 % andel långtidslast ”bäddmodulkoeffi-cienten” = 80;

kdD = 80cud = 80 · 5,95 = 476,2 kN/m2

ochyd = 0,09375D = 0,09375 · 136 = 12,75 mm(horisontell gränsrörelse vid utböjning)

samtqbd = 7,5 cud = 7,5 · 5,95 = 44,625 kPa (mot-svarande sidotryck mot foderröret)

Markens bäddmodul motsvarar kd = 476,2/D= 476,2/0,136 = 3501 kN/m3

Knäcklängd:Lk = π[(EdI/(kdD)]0,25

därEd = 157,5 · 109 PaI = 478,37 · 10-8 m4

kdD = 476,2 · 103 N/m2 (=Pa)

Dessa värden gerLk = 3,52 m

Initialutböjning:Fiktiv initialutböjningδf = 0,0013Lk = 0,0013 · 3520 =4,576 mm

Rörets initialutböjningδkrör= Lk /600 = 3520/600 = 5,87 mm

Antag att två skarvar med rakhetstoleransen1:300 kan förekomma på knäcklängden:

δkskarvar= 2Lk /(4 · 300) = 2 3520/(1200) = 5,86mm

Geometrisk pilhöjd = δg = 5,87 + 5,86 =11,73 mm

Dimensionerande pilhöjd = δd = δg + δf, =11,73 + 4,58 = 16,38 mm

Motsvarande krökningsradieR = 3,522 / (8 · 0,01638) = 95 m

Förhållandet dd /Lk är lika med = 16,38/3520,motsvarande rakhetsavvikelsen 1:216.


Beräkning av lastkapacitet:Beräknas knäcklast och stuklast enligt Rap-port 84a och Rapport 81 från Pålkommissio-nen (se även bilaga med beräkningsalgoritm)finner man att dimensionerande lastkapacitetför denna stålkärnepåle är 515 kN och att last-kapaciteten bestäms av stukning. Sambandetmellan stuklast, knäcklast och horisontell ut-böjning visas i figur 13b.

Endast kärnan axiellt belastad utan excent-ricitet motsvarar lastkapacitetenAfyd = 1258 kN

Notera att utan hänsyn till initialutböjningär knäcklasten = 2 · (EdI/(kdD))0,5 = 1198 kN.

Fig 13 b.Stuklast, knäcklast

och tillhörandetillskottsutböjning,

exempel 3.

35Stålkärnepålar

4.4 GEOTEKNISKBÄRFÖRMÅGA

En stålkärnepåles geotekniska bärförmågabestäms givetvis av hållfastheten av bergmas-san som pålen placeras på eller gjuts fast i.Bergets hållfasthet förutsätts här motsvaradess tryckhållfasthet σcyl uppmätt vid enaxligatryckförsök på cylindrar med ca 100 mm höjdoch 50 mm diameter. Hållfastheten kan typisktvariera mellan ca 50 MPa för mycket mjukabergarter till över 300 MPa för hårt berg. Förinhomogent berg kan värdena variera kraftigtinom bergmassan. Hållfastheten i en sprickzonär ofta lägre än i partier med homogent mate-rial.

Förutom hållfastheten erhållen från provermåste inverkan av bergets geometriska förhål-landen beaktas. Bärförmågan för en påle pla-cerad i omedelbar närhet av en brant stupandebergkontur är självfallet lägre än om pålenplaceras i centrum av en plan bergyta med storutsträckning.

Att i detalj skaffa sig kunskap om hållfast-het och berggeometri kring varje stålkärnepå-les kontakt med bergmassan är i allmänhetinte möjligt. Tidigare erfarenhet och kunskapom bergförhållandena är av stor vikt vid be-räkningen av stålpålars geotekniska bärförmå-ga. Behovet av erforderliga undersökningaravgörs därför av förutsättningarna för varjeprojekt. Normal kännedom om berggrundenpå en viss plats brukar vara tillräcklig för attavgöra om stålkärnepålar utgör en lämpliglösning avseende geoteknisk bärförmåga.

I vissa fall, exempelvis vid tätt placeradestålkärnepålar i närheten av svaghetszonereller berganläggningar, kan det finnas anled-ning att studera den sammantagna inverkan avpållasterna i bergmassan. I denna rapport be-gränsas framställningen dock till enskilda på-lars geotekniska bärförmåga.

4.4.1 Spetsburen kärnaDen spetsburna kärnan liknar belastningsmäs-sigt ett ytligt grundlagt fundament. För ettsådant kan bärförmågan qu uttryckas som enandel av underlagets skjuvhållfasthet c ochfriktionsvinkel φ. För ett cirkulärt fundament(pålspets) på ytan av en bergmassa med frik-tionsvinkeln φ = 0 och skjuvhållfasthetenc = σcyl /2 är bärförmågan ca 9c, d v s

qu = 4,5 σcyl (11)

Den nedborrning av till ca 500 mm underbergytan som normalt utförs även för spets-burna kärnor leder beräkningsmässigt till enbetydande ökning av qu jämfört med ekv 11.

Sven-Erik Rehnman undersökte bergdub-

bars bärförmåga på granitblock och rekom-menderade ett från utförda experiment utvär-derat uttryck presenterat av Coates m fl, näm-ligen

qu = 7 σcyl /D0,2 (12)

där D betecknar diametern uttryckt i cm. Fören stålkärna med 10 cm diameter placerad påen bergyta erhålls då

qu = 4,4 σcyl (13)

För en kärna med diametern 21 cm erhållsistället qu = 3,8 σcyl

Som riktlinje för vilka tryckhållfastheterσcyl man kan vänta sig att påträffa i några oli-ka bergarter redovisas tabellen nedan. Värdenför E-modul anges även:

Tabell 4.4.1. Karakteristiska värden för σcyloch E-modul för skandinaviskabergarter, homogent intakt berg,handboken BYGG, del G.

Bergart σcyl MPa, σcyl MPa, E-modul,lågt värde högt värde GPa

Granit 200 300 70Gnejs 140 250 60Kalksten 60 150 50Sandsten 10 100 40Gabbro 260 350 100

Det bör framhållas att värdena i tabellenavser intakt, homogent berg. För stålkärnepå-lar som placeras på en bergyta (spetsburenkärna) verifieras alltid bergunderlagets bärför-måga, vanligen genom dynamisk provbelst-ning i form av sjunkningsmätning eller stöt-vågsmätning. Som nämnts tidigare krävs alltidstoppslagning för sådana pålar också för attkärnan skall nå ned till borrhålsbotten genomkvarlämnat kax.

■ Exempel 4:Beräkna teoretisk dimensionerande spetsbär-förmåga för en spetsburen stålkärna med dia-metern 80 mm placerad på berggrund av gra-nit. Föreskrivet dimensionerande värde förtryckhållfasthet är 200 MPa. Säkerhetsklass 3.Föreskriven partialkoefficient för bergetstryckhållfasthet γm = 2,0.D = 8 cmgerqu = 7 σcyl /D

0,2 = 4,62 σcyl = 4,62 · 200 =924 MPa

qud = 924/( γn γm) = 924/(1,2 · 2,0) = 385MPa


Som jämförelse kan nämnas att för en stål-kärna med fyk = 330 MPa är fyd = 330/1,2 =275 MPa för säkerhetsklass 3. Ofta avgör last-kapaciteten stålkärnepålars dimensionerandebärförmåga, dvs lastkapaciteten är mindre änbergets bärförmåga (= den geotekniska bärför-mågan).

4.4.2 Mantelburen kärna,tryckta pålar

Som nämnts ovan finns vissa risker med spets-burna kärnor om bergets kvalitet lokalt ärsämre än väntat. Dessa risker kan till stor delundvikas genom att använda mantelburenkärna. Kärnan gjuts då fast i ett bergborrhål påen viss sträcka, som beskrivits tidigare. Därkraven på att hålla tidplaner är stora och berg-massan bedöms kunna innehålla inhomogenapartier är idag mantelburna kärnor den vanli-gaste utformningen. Vidare finns då möjlighetatt tillgodoräkna sig kärnans inspänning i ber-get, vilket är gynnsamt ur knäckningssyn-punkt.

Vid tryckbelastning av kärnan överförskraften till den omgivande bergmassan genombetongfyllningen mellan kärna och bergborr-hål. I förenklande syfte brukar antagas en kon-stant vidhäftningsspänning mellan stålkärnasmantelyta och omgivande betong respektivemellan mantelytan i bergborrhålet och betong-en. I verkligheten varierar dock dessa vidhäft-ningsspänningar på så sätt att de minskar räk-nat från bergytan och mot kärnans spets, sefigur 14. Spetskraften mot kärnan försummaseftersom kärnan inte stoppslås och genom attfördelning mellan vidhäftningskraft och spets-kraft rymmer osäkerheter.

Som framgår av figur 14 avviker vidhäft-ningsspänningens fördelning markant frånkonstant spänning, vid vanliga förhållandenmellan E-moduler för berg och ingjutningsbe-tong. Höga vidhäftningsspänningar nära berg-ytan kan orsaka en spänningsomlagring längsden ingjutna delen. De maximala vidhäft-ningsspänningar som kan uppnås i en punkt ärbetydligt större än de som redovisas som kon-stant vidhäftning vid brott, fs. Värden på fsgrundar sig på utförda försök och innehållerdärför inverkan av sådana spänningsomlag-ringar.

I de fall vidhäftningsfördelningen som mot-svarar elasticitetsteori skall beräknas kan dettaske som redovisas av Holmberg, ”The Mecha-nical Behaviour of Untensioned Grouted RockBolts”, KTH 1991. Detta kan exempelvis varaaktuellt vid långa ingjutningslängder och kär-nor med liten diameter, eller vid kärnor imycket hårt berg. Holmbergs avhandling be-skriver även vidhäftningsmekanismer för resi-dualstadiet, dvs då rörelsen som motsvararvidhäftningshållfastheten uppnåtts och över-skridits. En lägre vidhäftningsspänning, resi-dualvärdet, används då i beräkningarna.

I de fall såväl normal- som skjuvspännings-fördelning i betong och berg skall studeras,kan FEM, FDM eller annan numerisk metodanvändas. Dataprogrammen FLAC och ABA-QUS medger 3D-modellering såväl av detresulterande axialsymmertriska beräknings-problemet som icke linjära spännings-töj-ningssamband för betong och berg.

Fig 14.Variation av vid-

häftningsspänningvid ingjuten kärna.Gäller betong/berg

(efter Coates ochYu,1970).

37Stålkärnepålar

4.4.2.1 Vidhäftning stål-betongIngjutningen av kärnan i berg liknar fallet medett armeringsjärn ingjutet långt från en betong-yta. Enligt BBK94 gäller då att vidhäftnings-spänningen fb får antas motsvara 3fct förkamstänger. Detta ger följande dimensione-ringsvärden:

Tabell 4.4.2.1. Dimensionerande vidhäftnings-spänning (MPa) mellan kärnamed rillor och omgivandeingjutning enligt BBK94.

säkerhetsklass : 1 2 3betong fctk fbd fbd fbd

K 30 1,60 3,20 2,91 2,67 MPaK 40 1,95 3,90 3,55 3,25 MPa

Rillorna brukar bestå av 3 mm höga ringarav påläggssvets som placeras på 50 till 75 mmavstånd i kärnans längdriktning. Ökas dettaavstånd bör de lokala tryckspänningarna mel-lan dessa svetsar och omgivande betong kon-trolleras. Man kan då anta att hela vidhäft-ningsspänningen på avståndet mellan två svet-sar motsvarar tryckkraften mot en svetsring.

4.4.2.2 Vidhäftning betong-bergytaUnder antagande av konstant vidhäftnings-spänning mellan betong och berg har man vidprovbelastningar funnit att den vidhäftningensbrottvärde (fs) där står i proportion till berg-massans enaxliga tryckhållfasthet σcyl, somhär antages motsvara cylinderhållfastheten.För mycket mjuka bergarter med tryckhållfas-theten σcyl = 2 MPa har erhållits fs/σcyl = 0,2till 0,3. För medelhårda till hårda bergarterσcyl = 50 till 200 MPa har man funnit fs/ σcyl =ca 0,10 till 0,05. I dessa värden ingår den sam-lade effekten av kohesion och friktion i brott-ytan. Genom att medvetet åstadkomma enskrovlig yta kan vidhäftningen ökas. I allmän-het uppkommer radiella normalspänningarfrån betongen mot bergborrhålsmantelytan,vilket ökar vidhäftningsvärdet vid brott. Den-na motståndskomponent ökar med ökande E-modul hos den omgivande bergmassan.

Följande värden anges i handboken BYGGdel G som karakteristiska värden för fs, medviss inbyggd säkerhetsmarginal:

Tabell 4.4.2.1. Rekommenderade karakteristis-ka värden fs för konstant vid-häftning betong-berg, MPa(handboken BYGG del G)

Bergart tryckhållfasthet vidhäftning betong/berg(σcyl), MPa (fs), MPa

Granit 200 10Gnejs 150 7Kalksten 50 5Sandsten 20 3

Partialkoefficienten γm för fs skall anges ibygghandling. Det dimensionerande vidhäft-ningsvärdet fsd beräknas enligt uttrycket

fsd = fs/(γm γn) (14)

4.4.2.3 Exempel på beräkning avingjutningslängd förmantelburen kärna

■ Exempel 5:Dimensionerande lasteffekt = 830 kNKärndiameter = 80 mmBergborrhål diameter = 125 mmInjekteringsbetong = K40Kärna försedd med rillorSäkerhetsklass 3 ger γn = 1,2Bergart = gnejs, fs = 7 MPaPartialkoefficient γm = 2,0Konstanta vidhäftningsspänningar antas

Generellt gäller L = F/(π · D · fsd)därL = ingjutningslängdF = axialkraft i kärnanD = kärnans diamterfsd = dimensionerande vidhäftningsspänning

För vidhäftning stål-betong erhållesfbd= 3,25MPaL = 0,834/(p · 0,08 · 3,25) = 1,02m

För vidhäftning betong-berg erhållesfsd = 7/(2 · 1,2) = 2,91 MPaL = 0,834/(π · 0,125 · 2,91) = 0,73 m

Således dimensionerar i detta fall vidhäft-ningen mellan stålkärnans mantelyta och om-givande betong. Erforderlig ingjutningslängdär därför 1,02 m. Utöver den teoretiska läng-den brukar man borra ytterligare ca 200 till500 mm för att borrkax och liknande som intekan avlägsnas då borrhålet rengörs inte skainkräkta på ingjutningslängden.


4.4.3 Mantelburen kärna viddragna stålkärnepålar

En stor fördel med mantelburna stålkärnepålarframför andra påltyper är att i berg ingjutnakärnor kan ta upp avsevärda dragkrafter.Självfallet måste kärnan och förekommandeskarvar och anordningar för lastöverföringvara dimensionerade för att klara uppträdandedragspänningar.

Gängade skarvar av API-typ medför vissminskning av tvärsnittsarean. För upptagningav dragkrafter medräknas endast kärnan, interör eller betong. Vid gängade skarvar uppkom-mer dimensionerande snitt vid gängroten ellergängbotten. Läget för det dimensionerandesnittet beror av den aktuella gängutformning-en, som är olika för olika kärndimensioner.

För ingjutningssträckan i berget antas sam-ma vidhäftningsvärden för stålkärnan respekti-ve borrhålsväggen som för tryckta mantelbur-na stålkärnor, som behandlats ovan.

Utöver kontroll av vidhäftningsspänningarmåste risken för att en kärnan kan lossna ge-nom att ett parti berg lossnar från omgivandebergmassa och lyfts upp som en ”plugg” i än-den av stålkärnan. Hanna m fl föreslår attmotsvarande brottkropp antages bestå av enkon med spetsen vid kärnans ände, se figur 15.

Det rekommenderas att öppningsvinkeln βför fast homogent berg med gynnsam sprick-geometri väljs till 45o. För sprucket berg angersamma referens 30o.

Under förutsättning att kärnan är vertikaloch bergytan är horisontell kan konens volymV beräknas med uttrycket

V =LπR2/3 (15)

därR = konens radie (meter) kring kärnan på

bergytan = L tanβL = ingjutningslängden, meter

Konens tyngd G beräkna med uttrycketG = Vρ (när hela konen ligger över

grundvattenytan (kN))G = V(ρ-10) (när hela konen ligger under

grundvattenytan (kN))

I dessa uttryck betecknar ρ bergmassanstunghet i kN/m3. För granit brukar användas27 kN/m3.

I de fall ingen risk finns för att jorden överbergytan schaktas bort kan även inverkan avtyngden av denna jord tillgodoräknas. Ävenhär måste givetvis hänsyn tas till grundvatten-ytans läge.

Vid beräkning av ingjutningens lyftkapaci-tet med konmetoden brukar krävas att totalsä-kerhetsfaktorn mot lyftning är minst 1,5-fal-dig.

Finns ingjutningssträckor i närheten avvarandra, kan konvolymerna komma att över-lappa. I så fall skall motsvarande minskningav tillgänglig mothållstyngd ske.

Fig 15.Medverkande förank-

ringsbergkropp vidmantelburen dragbe-lastad stålkärna en-

ligt Hanna m fl.

39Stålkärnepålar

■ Exempel 6:Givet:Dimensionerande dragkraft F = 836 kNÖppningsvinkel β = 45o

Bergets tunghet ρ = 17 kN/m3

(under grundvattenytan)Säkerhetsklass 3 γn = 1,2Partialkoefficient γm= 2,5

Beräkning:Erforderlig tyngd G = F γn γm = 836 · 1,2 · 2,5= 2508 kN

Erforderlig volym V = G/ρ = 2508/17= 147,5 m3

V =LπR2/3

gerL= (3V/(π tan2 β))1/3 (16)

med insatta värden erhålls:

L = (3 · 147,5/(π tan2 45o))1/3 = 5,2 m

anm: För dragna stålkärnor brukar minst 3 mförankringslängd väljas.

4.4.4 Mantelburen kärna,dragspänningar i berg

Antagandet om en kon med en viss öppning-svinkel utgör en approximation av de förhål-landen som uppkommer vid en dragbelastadkärna. I bergmassan närmast kärnan uppkom-mer dragspänningar vars storlek dock avtarsnabbt med ökande avstånd från kärnan. Förkärnor med mycket liten diameter kan skillna-den i storleken hos sådana dragspänningar inärheten av bergytan och vid kärnans spets blibetydande. Detta motsvaras av en kraftigtolinjär variation av vidhäftningsspänningenmellan betong och berg. Dragspänningarna ibergmassan koncentreras då till området i när-heten av bergytan, vilket när kärnan dragbe-lastas till brott kan ge sig tillkänna som enprogressivt nedåtskridande spänningsomlag-ringszon i bergmassan och injekteringsbruket.

För stålkärnor och bergborrhål av de di-mensioner som normalt tillämpas för dragnastålkärnepålar är vidhäftningsspänningen merkonstant. Detta innebär att dragspänningarna ibergmassan fördelas över en större volym,vilket gör brottmodellen med en massiv konmer realistisk.

I de fall kännedom om uppträdande drag-spänningar i omgivande berg skall beräknas,med iakttagande av spänningsomlagringar,kan de ovannämnda datorprogrammen FLACoch ABAQUS användas för beräkningarna.

Fig 16.Dragspänningar i berg-massa kringdragbelastad ingjutenförankring, FEM-beräkning(after Coates & Yu,1970).


4. 5 BERÄKNING AV RÖRELSERFÖR STÅLKÄRNEPÅLAR,BRUKSGRÄNSTILLSTÅND

Axiella rörelser för stålkärnepålar kan beräk-nas med god noggrannhet. Detta är en fördelvid pålgrundläggning där sambandet mellanpållaster och rörelser är väsentligt, exempelvisdynamiskt belastade maskinfundament. Sam-mantryckningen sL eller förlängningen av stål-kärnepålen på delen mellan spetsen, eller in-gjutningssnittet, och påltoppen (Lp) beräknasmed uttrycket

sL = F·Lp/(Ap·Es) (17)

därF = pålkkraftLp = fri pållängdAp = ekvivalent pålareaEs = stålets E-modul = 210 GPa

Den ekvivalenta stålarean Ap utgörs avsumman av kärnans och foderrörets areor samtbetongarean dividerad med förhållandet mel-lan betongens och stålets E-moduler. Förlångtidslast brukar användas förhållandet 15.Värdet innefattar krypning. För korttidslastväljs istället förhållandet Es/Ec.

För spetsburna kärnor uppkommer spets-underlagets nedsjunkning en viss rörelse sspetssom beräknas med uttrycket

sspets = F/(DEberg) (18)

därF = pålkraftD = kärnans diameterEberg = bergets E-modul

Vid mantelburna kärnor uppkommer enrörelsekomponent då vidhäftningsspänningar-na mobiliseras. Den uppkomna rörelsen kanapproximativt beaktas genom att öka den frialängden med halva ingjutningslängden, ellerannan mot förhållandena svarande lämpliglängdökning.

■ Exempel 7:- kärna: 80 mm- rör: ytterdiameter 136 mm, godstjocklek 3

mm (efter avrostning 2 mm)- betong: K40, ytterdiameter 130 mm, inner-

diameter 80 mm- gränstillstånd: bruksgränstillstånd- pållast: 750 kN- pållängd: 10 m- E-modul berg: 50 GPa

Akärna = 50,3 cm2

Abtg = 82,5 cm2

Arör = 12,5 cm2

Antag Es/Ec = 15, innefattar krypning

Ap = 50,3 + 82,5/15 + 12,5 = 68,3 cm2

sL = F·Lp/(Ap·Es) = 5,23 mm

sspets = F/(D·Eberg) = 0,19 mm

Summa rörelse = 5,23 + 0,19 = 5,42 mm

Som framgår kan i detta fall är spetsunder-lagets sjunkning mycket mindre än pålenssammantryckning. Detta gäller generellt förstålkärnepålar som placerats på, eller gjutits ini, hårt eller medelfast berg, om inte pålarna ärmycket korta.

41Stålkärnepålar

5.1 KONTROLLPLANAv arbetshandling skall klart framgå vilkakontrollåtgärder som skall utföras på platsenoch vem som skall svara för respektive åtgärd.Det skall också redovisas hur kontrollresultatskall dokumenteras och distribueras. En annanviktig del av kontrollplanen är att ange vilkaåtgärder som skall vidtas i det fall förutsattaspecifikationer inte uppnås, exempelvis hurarbetet skall fortsätta om det vid stötvågs-eller sjunkningsmätning visar sig att spetsun-derlaget under kärnan inte har tillräcklig bär-förmåga.

Kontrollinsatsen som skall utföras på ar-betsplatsen definieras i stor utsträckning i deföreskrifter och handböcker, exempelvisBRO94 och BSK94, som anges i bygghand-lingarna. Där framgår allmänna krav som utfö-randekvalitet och kontrollomfattning.

För stålkärnepålar skall utöver sådan kon-trollinsats dessutom följande förhållandenkontrolleras och i den mån så föreskrivs pålämpligt sätt dokumenteras:

5.2 FODERRÖR OCH KÄRNOR,LEVERANSKONTROLL

• rätt materialkvalitet?• rätta dimensioner, längder ?• innehålls toleranser för rakhet, rundhet och

planhet?• finns defekter eller skador?• förvaras materialet på godtagbart sätt?• hanteras materialet på godtagbart sätt?

5.3 UTSÄTTNING• är pålen rätt utsatt?• stämmer pålens beteckning med ritning?• har utsättningen rubbats?

5.4 BORRNING• vid spetsburen kärna, finns förberedelser

för upptagning av kärna och fortsatt borr-ning?

• ger borrmetoden ett bergborrhål med planbotten?

• finns risk för uppspolning av för stormängd jordmaterial?

• är foderrör och borrkrona rätt monterade?• vilket är det förutsatta djupet till berg?• vilka jordlager skall penetreras?• grundvattenytans läge?• är borriggens ansättningsriktning inom giv-

na toleranser?• ligger ansättningspunkten inom givna tole-

ranser?• hur kommer borrhålets rakhet att kontrolle-

ras?• är loggning av genomborrade hinder och

bergkvalitet förberedd ?

5.5 SKARVNING AV FODERRÖROCH KÄRNA

5.5.1 Svetsad skarv• har kärnytor föreskriven planhet?• är fogberedning utförd?• är förvärmning förberedd och genomför-

bar?• finns fixturer för uppfyllande av rakhets-

krav?• finns svetsplan och specifikation av svets-

utformning?• har svetspersonal föreskriven kompetens?• hur skall svetskontroll utföras?• krävs rotstöd för svetsfogar i foderrör?• används rätt elektrodmaterial?• förvaras elektroderna torrt och varmt?• är distanser rätt monterade?

5.5.2 Gängad skarv• är gängorna rengjorda och oskadade?• finns verktyg för att uppnå föreskrivet åt-

dragningsmoment?• finns föreskrivna gängmedel?

5.6 SÄTTNING AV KÄRNA• borrhålet rengjort och lodat till botten?• har rakhetskontroll utförts?• har täthetskontroll av bergborrhål utförts?• vid spetsburen kärna, kan borrhålsbotten

väntas ha tillräcklig bärförmåga?

5. Kontroll


• är kärnan rengjord?• är kärnans temperatur större än

+4 grader C?• har rillor svetsats (för mantelburen kärna)?

5.7 STOPPSLAGNING(VID SPETSBUREN KÄRNA)

• har hejaren rätt dimensioner och vikt?• rätt fallhöjd utan bromsning?• är slagen centrerade?• finns någon typ av dyna specificerad?• är anslagytorna plana?• finns fast referenspunkt för sjunkningsmät-

ningen?• skall stötvågsmätning utföras och finns i så

fall erforderlig utrustning?

5.8 PROVDRAGNING(VID MANTELBURENKÄRNA)

• finns program och utrustning för mät-ningarna?

• hur skall resultaten redovisas?• finns stabilt underlag för domkraft (er)?• håller mothållsanordningarna, finns risk för

personskada om påle går till brott?• sker dokumentation av laststeg och rörelser

enligt specifikation?• är domkrafter kalibrerade?• finns fixbalk för rörelseavläsning?• har betongen fått tillräcklig härdningstid?• håller eventuella svetsfogar eller gängskar-

var för provdragningskraften?

5.9 INJEKTERINGSBETONG• har injekteringsbetongen rätt sammansätt-

ning?• rätt vct?• skall tillsatser användas, t ex flytmedel,

retarder, krympningshämmande medel?• skall provkuber gjutas?• används rätt pumputrustning?• används rätt blandningsutrustning?• finns minsta blandningstid föreskriven?• tål pumpslag uppkommande tryck?• är pumpen uppställd så att insugning av luft

inte sker?• är slangen nedförd till borrhålsbotten före

start av pumpning?• sker pumpning tills ren injekteringsbetong

strömmar ut vid toppen av foderröret?

5.10 KAPNING AV STÅLKÄRNA- har tillstånd att kapa erhållits från beställare?- stämmer angiven kapnivå?- ges kapytan föreskriven planhet?

5.11 MONTERING AVTRYCKPLATTA

• vilka föreskrifter gäller för svetsarbetet,t ex svetsklass?

• används rätt elektroder?• svetsarkompetens?• skall förvärmning utföras?• skall provning ske, t ex med magnetpulver,

ultraljud eller röntgen?• är plattan rengjord före montering?• hur sker fixtur, krävs kran för montering?• medger möjlig arbetsställning att svetsarbe-

tet kan utföras som planerat?

43Stålkärnepålar

6. Bilagor

1. Borrdimensioner ODEX2. Borrdimensioner NOEX3. Kärndimensioner INEXA4. Checklista för kontroll5. API-skarv för stålkärnepåle6. Dimensioner foderrör, tvärsnittskonstanter7. Beräkningsalgoritm, Rapport 81 och Rapport 84a8. Standarddimensioner för rör och kärnor

45Stålkärnepålar

BILAGA 1


BILAGA 2

47Stålkärnepålar

BILAGA 2


BILAGA 3

49Stålkärnepålar

BILAGA 3


BILAGA 3

51Stålkärnepålar

BILAGA 3


BILAGA 4

53Stålkärnepålar

BILAGA 5


BILAGA 6

55Stålkärnepålar

Beräkningsalgoritm, Rapport 81 och Rapport 84a‘‘ Loop för beräkning av samhörande värden mellan tillskottsutböjning‘ och knäcklast respektive stuklast enligt R81 och R84a Pålkommissionen.‘‘ H. Bredenberg 1998-08-31‘‘ beteckningar :‘ y0 = tillskottsutböjning‘ y0step = steg för tillskottsutböjningutböjning, exempelvis 0.1 mm‘ y0max = max tillskottsutböjning, t ex 200 mm‘‘ delta0 = initialutböjning‘ yB = gränsrörelse‘ k = bäddmodul‘ ke = ekvivalent bäddmodul‘ B = foderrörets ytterdiamter‘ EI = böjstyvhet av kärna + rör‘ W = böjmotstånd av kärna + rör‘ A = area av kärna + rör‘ fyd = dimensionerande hållfasthet för stål‘ Lk = knäcklängd‘ F0k = 2 * Sqr(EI * k * B), nominell knäcklast‘‘ Fk(i) = vektor med knäcklaster för varje y0-steg‘ FM(i) = vektor med stuklaster för varje y0-steg‘‘ i = index-räknare 1,2,...‘ x = yB/y0‘ alfa = arcsin(x)‘ Pi = 3.1415927‘‘ exekverbar kod ===================================‘For y0 = y0step To y0max Step y0step‘i = i + 1‘‘ Med hänsyn till knäckning...If y0 > yB Thenx = yB / y0alfa = Atn(x / Sqr(1 - x * x)) ‘= arcsin(X) ‘ eq.49 i rapport 84aflytlängd = alfa * Lk / Pike = k * 2 * (alfa + 1.5 * Sin(2 * alfa) - _(Pi - 2 * alfa) * (Sin(alfa) * Sin(alfa))) / Pi ‘ eq.47 i Rapport 84a‘Fk(i) = 2 * Sqr(EI * ke * B) * (y0 / (y0 + delta0)) ‘ eq.43 i Rapport 84aElseFk(i) = F0k * (y0 / (y0 + delta0)) ‘ eq.41 i rapport 84aEnd If‘‘ Med hänsyn till stukning …FM(i) = fyd * A / (1 + (y0 + delta0) * A / (2 * W)) ‘ kN, eq. 3.17 Rapport 81‘Next y0‘

‘===============================================

BILAGA 7


BILAGA 8

Meddelanden

1 Slagningsprov av pålskor med bergdubbar.Bror Fellenjus1963

2 Provpålning för broar inom blivandeOlskroks- och Gullbergsmoten i sambandmed byggande av Europaväg 6 genomGöteborg.Bror Fellenius – Waldemar Pejrud1964 Slut

3 Jämförelse mellan moment, krökningsradieoch sprickvidd i betongpålar slagna genomlös lera till släntberg vid Tingstadsdelen,Göteborg.Bror Fellenius1964

4 Pålprovning för järnvägsbro vid Vännäs.Bror Fellenius1964 Slut

5 Beräkningsmetoder för sidobelastade pålar.Bengt Broms1965 Slut

6 Brottlast för snett belastade pålar.Bengt Broms1965

7 Beräkning av vertikala pålars bärförmåga.Bengt Broms1965

8 Provpålning mot släntberg vid SkansenLejonet, Göteborg.Waldemar Pejrud1965

9 Inverkan av armeringsmängd, förspänningoch fallhöjd på sprickrisken hos betongpålarvid slagning.Sven Sahlin1965

10 Bärförmågan hos armerade betongpålarslagna till fast bergbotten.Hjalmar Granholm1967

11 Bärförmågan hos pålar slagna till släntberg.Bengt Broms1965

12 Dynamisk draghållfasthet hos modellpålar avoarmerad betong. Resultat av orienteradeförsök.Sven Sahlin – Lars Hellman1966

PÅLKOMMISSIONEN

13 Pålgruppers bärförmåga.Bengt Broms1967

14 Påkänningar, sprickbildning och utmattningvid slagning av armerade modellpålar avbetong.Bo Göran Heders – Sven Sahlin1971

15 Bärförmåga hos släntberg vid statiskbelastning av bergspets. Resultat avmodellförsök.Sven-Erik Rehnnnan1968

16 Stålpålars bärförmåga. Resultat av fältförsökmed lätta slagdon.Gunnar Fjelkner1970

17 Bergdubbens hållfasthet. Resultat frånstatiska belastningsförsök.Sven-Erik Rehnman1970

18 Negative skin friction on long piles in clay.I. Resultats of a full scale investignation.Il. General views, and designrecommendations.Bengt H Fellenius1971

19 Damping of stress waves in piles duringdriving. Results from field tests.Gunnar W Fjelkner - Bengt B Broms1972

Särtryck och preliminära rapporter

1 Allowable bearing capacity of initially bentpiles.Bengt BromsReferat från pålkommitténs informationsdag25 okt 1965

Provbelastning av påle slagen i lera ochfriktionsmaterial.Gunnar Hellström

Knäcklasten för momentstyvt skarvade pålari lera.Krister Cederwall1965

2 Provbelastning av stödpålar av betong inomöstra Nordstaden, Göteborg. Delrapport.Gunnar Hellström1965

3 Bärighet hos släntberg vid statisk belastningav bergspets. Resultat av modellförsök.Sven-Erik Rehnman1966

4 Om pålslagning och pålbärighet.(lnformationsdagen 14/11 1966)1967 Slut

5 Resultat av pålprovning vid Göteborg C.Bror Fellenius1955 (omtryckt 1967)

6 Om stoppslagning av stödpålar.Lars Hellman1967

7 Undersökning med syfte att uppställa stoppslagningsregler för stålpålar slagna medtrycklufthammare. Delrapport 1.Gunnar Fjelkner1967 Ersatt av Medd 16

8 Industriell tillverkning av betongpålar.Kajsa Sundberg – Arne Forsell1968

9 Digitalisering av stötvägsmätningar.Delrapport ILennart Vilander1968

10 Stoppslagning av stålpålar med lätta slagdon(trycklufthammare).Delrapport IIGunnar Fjelkner1968 Ersatt av Medd 16

11 Förslag till anvisningar för pålprovning ochenkel provbelastning.(Andra omarbetade upplagan)1970

12 Tillåtna laster på långa stödpålar av betong iöstra Nordstaden, Göteborg. Slutrapport.Gunnar Hellström1969

13 Kvarstående förspänningskraft i slagnabetongpålar. Undersökning av pålar frångrunden till Silo 68, Köping.Bo-Göran Hellers1968

14 Föredrag vid Halmstad Järnverksarmeringsdag 17/11 1967.Bengt Broms – Gunnar Sundberg– Per Möller – Thorild Blomdahl1968

15 Statistik över antal slagna pålmeter 1962och 1966.1968 Ersatt av SPR 30

16 Friktionspålars bärförmåga. En studie avutförda provbelastningar.Sven Hultsjö – Jan Svensson1969

17 Ett program för beräkning avstötvågsförloppet vid friktionspålning.Delrapport IILennart Vålander1969

18 Pålkraftmätare.Bengt H Fellenius – Thomas Haagen

Negative skin friction for long piles drivenin clay.Bengt H Fellenius – Bengt Broms1969

19 Datorberäkning av stötvågsförlopp i pålarmedelst variation av modellparametrar.Delrapport IIILennart Vilander1969

20 Nya pålnormer. Föredrag vidinformationsmöte 25/4 1969.Göte Åström – Per Sahlström– Erik Sandegren1969 Slut

21 Negative skin friction on piles in clay.A literature survey.Bengt H Fellenius1969

22 Deformationsegenskaper hos slagnabetongpålar.Bengt H Fellenius - Torsten Eriksson

Friktionspålars bärförmåga. Resultat frånfältförsök i Kanada.Bengt H Fellenius1969

23 Pålars bärförmåga i elastiskt mediumunder hänsynstagandé tillegenspänningar i pålmaterialet.Stig Bernander1969

24 IVA Pålkommission 1959-1969.Uppsatser utgivna i samband medPålkommissionens tioårsjubileum1969

25 Statistik över antal slagna pålmeter år1962, 1966 och 19681969 Ersatt av SPR 30

26 Föredrag vid Pålkommissionens.jubileumsmöte den 20 november 1969

Den norske pelekomités arbeide.Klaare Flaate

Aktuella forskningsbehov inompålningsområdet.Bengt Broms1970

27 Rapport från en resa till Mexiko, USA,Kanada och England 23.8–13.9 1969.Bengt H Fellenius1970

28 Mätning av fallhejarens anslagshastighetvid pålslagning.Karl-Erik Sundström1970

29 Studier av en friktionspåles verkningssättÅke Nilsson – Torbjörn Winqvist1971

30 Statistik över antal slagna pålmeter 1962,1966, 1968 och 1970.1971 Ersatt av SPR 38

31 Friktionspålning för brostöd nr 2 vid Albysjön,tunnelbana 2 SV, Botkyrkabanan.Sven-Erik Rehnman1971

32 Aktuellt forskningsbehov för pålområdet iSverige i juni 1971.Ulf Bergdahl1971

33 Sättningar vid pålning olikadjupgrundläggningsmetoder.Intryck från pålkonferens1972

34 On the bearing capacity of driven piles.1972

35 Load testing of piles according to the Polishregulations.B K Mazurkiewicz1972

36 Undersökning av konventionell slagdyna.Beräkningsanalyser och beräkningsresultatför olika fall.Martti Laine1972

37 Approximativ bestämning av böjstyvheten iett förspänt, delvis uppsprucketbetongtvärsnitt.Bo-Göran Hellers1973

38 Statistik över antal slagna pålmeter år 1962,1966, 1968, 1970 och 1972.1973

39 Inventering och sammanställning av utfördaböjprovningar med oskarvade och skarvadebetongpålar.Björn Kvist - Pär Sandin1973

40 Undersökning av avklingande stötvågsutseende efter pasage genom dyna medtallriksfjädrar.Bo Larsson1973

41 Om korrosion på stål, speciellt i betongpålar.Bengt H Fellenius1974

Övrigt

Slagning och provbelastning av långa pålar.Försök i Gubbero, Göteborg. (Statens Rådför Byggnadsforskning, rapport 99).

Pålningsprotokoll. Blanketter upprättadeenligt Särtryck och preliminära rapporternr 11. Block om 50 blad Pris per block

42 Pålar i lera. En geoteknisk återblick medspeciell anknytning tillGöteborgs-förhållandena.Bror Fellenius1974

43 Jordundanträngning vid pålslagning– resultat av modellförsök.Rainer Massarsch1974

44 Pålning för Silo 68 i Köping. En redovisningav mätresultat.Ulf Bergdahl – Åke Nilsson1974

Rapporter

45 Aktuellt forskningsbehov för pålområdet iSverige 1974.Ulf Bergdahl1974

46 ”Root-piles” Small-diameter injectedborepiles.Anton Frank1975

47 Jordgjutna pålar – en redovisning av vanligametoder.K Rainer Massarsch1975

48 Svensk statistik över antal tillverkade ochslagna pålmeter åren 1962–1974.1975

49 Deformationsmåtningar vid slagning av pålarnära en stenmur – resultat avstereofotogrammetriska mätningar.K Rainer Massarsch – Gunnar Ivmark1975

50 Pålgrundlaggning i Sovjetunionen 1976.Soil movements caused by pile driving inclay.K Rainer Massarsch1976

52 Angelägenheten hos forskningsprojekt inompålområdet i Sverige 1975 – enkätresultat.Ulf Bergdahl – Gunnar Ivmark1977


54 Pålgrupper med sidomotstånd ochinspänning.Håkan Bredenberg – Bengt Broms1978

55 Rälspålars böjstyvhet – resultat avböjprovningar.Elvin Ottosson1979

56 Provbelastning av friktionspålar– En studie av olika provningsmetoder.U Bergdahl – G Hult1979

57 Swedish Building Code 1975.Chapter 23.6 Pile Foundations.

Swedish Building Code 1975.Approval Rules No. 1975:8 PilesTranslated by B Broms1979

58 Grävpälanvisningar.Dimensionering, utförande och kontroll avgrävda, i jorden gjutna pålar.1979

59 Anvisningar för provpålning medefterföljande provbelastning.1980

60 Negativ mantelfriktion längs pålar.Bengt Broms19791980

61 Recent pile research.Activitis of The Swedish Commissionon Pile Research.Bengt Broms1980

62 Svensk statistik över antal tillverkade ochslagna pälmeter åren 1962–1978.1980

63 Slagning av betongpålar med trycklufthejare.Resultat av fältförsök i Västerås 1973.Gunnar Fjelkner – Åke Eriksson– Håkan Bredenberg1981

64 Kohesionspålars bärförmåga.En studie av utförda provbelastningar påkohesionspälar av betong.Ulf Bergdahl – Åke Eriksson – Ture Nilsson1981

65 Swedish Building Code 1980.Chapter 23.3 Pile Foundations

Swedish Building Code 1975.Approval Rules No. 1975:8 Piles.Translated by Bengt Broms, 1981(in English)

66 Svensk statistik över antal tillverkade ochslagna pålmeter åren 1962-1980.1982

67 Negativ mantelfriktion längs pålar.Resultat av enkät år 1979.Lars Bjerin – Jan Fallsvik1982

68 Parameterstudie av olika faktorers inverkanpå pålars bärförmåga som funktion avsjunkningenCarl-John Grävare – Ingemar Hermansson1982

69 Stålpålar - Användningsområden och praxisför utförande.Håkan Bredenberg – Ulf Eriksson– Anders Eriksson – Göran Camitz1983

70 Buller vid pål- och spontslagning.En studie av mätmetoder, buflernivåer ochbekämpningsåtgärder.Ove Bennerhult – Ulf Bergdahl1983


72 Förspänd tallriksfjäderdyna.Resultat av stötvågsteoretiska studier,datorsimulering, modell- ochfullskaleprovning.Bo BergLars1983

73 Svensk pålningsteknik under 1980-talet.Håkan Bredenberg – Crister Bådholm– Lars Hellman – Göran Holm1984

74 Skarv för kombinationspålar träbetong.Resultat av drag- och böjprovningar.Elvin Ottosson1984

75 Förtillverkade betongpålar.Förslag till standard meddimensioneringsunderlag.1984

76 Initialspänningens variation vid pålslagning.Elisabeth Stensgård – Elisabet Olsson1984

77 Grävpålar i friktionsjordAnvisningar för dynamisk förbelastningBo Berggren - Per-Evert Bengtsson1985

78 Statistik över antal tillverkade och slagnapålmeter i Sverige åren 1962-19841985

79 ExpanderkropparAnvisningar för dimensionering, utförandeoch kontroll1988

80 Statistik över antal tillverkade och slagnapålmeter i Sverige åren 1962–19861988

81 SystempålarStödpålar av höghållfasta, korrosions-skyddade stålrör, slagna med lättahöghastighetshejare.Anvisningar för beräkning avdimensionerande bärförmåga.Anders Fredriksson – Sven Hultsjö– Håkan Stille1989

82 ß-metoden vid pålberäkning, en förstudie.Claes Alén – Mats Jansson – Hans Lindgren– Lars Olsson – Jan Romell1990

83 Beräkning av pålars last-rörelsesambandmed utgångspunkt från sonderingsdata.Håkan Bredenberg – Staffan Hintze1990

84 Beräkning av dimensionerande bärförmågaför slagna pålar med hänsyn till pålmaterialoch omgivande jord.Per-Evert Bengtsson – Åke Bengtsson– Anders Fredriksson1991

84a Beräkning av dimensionerande lastkapacitetför slagna pålar med hänsyn till pålmaterialoch omgivande jord.Anders Fredriksson – Per-Evert Bengtsson– Åke Bengtsson1995Ersätter Rapport 84

85 Statistik över antal tillverkade och slagnapålmeter i Sverige åren 1962 – 1989.1991

86 Friktionspålars bärförmåga ochlast/förskjutningssamband.Karin Rankka1991

87 Bro C339 över Ekolsundsviken.Grundläggning på stålrörpålar -konstruktion och arbetsutförande.Håkan Bredenberg1991

88 Sprickbildning i betongpålar slagna i vatteneller i jordarter med hög permeabilitet.Stig Bernander1992

89 Integritetskontroll av pålar medstötvågsmätning.Inemar Hermansson – Jan Romell– Carl-John Grävare1992

90 Grova stålrörspålar – anvisningar fördimensionering, utförande och kontroll.1993

91 Friktionspålar – bärförmågans tillväxtmed tiden.Björn Åstedt – Lars Weiner – Göran Holm1994

92 Datorsimulering av pålslagning.Bo Berglars – Carl-John Grävare– Per Löfling – Lars Weiner1993

93 Korrosion och korrosionsskydd av stålpålaroch stålspont i jord och vatten.Göran Camitz1994

84a Beräkning av dimensionerande lastkapacitetför slagna pålar med hänsyn till pålmaterialoch omgivande jord.1995

94 Standardpålar av betong – lastkapacitet ochgeoteknisk bärförmåga.1996

95 Omgivningspåverkan vid pål-och spontslagning.Staffan Hintze – Sven Liedberg– Rainer Massarsch– Magnus Hanson / Hans Elvhammar– Björn Lundahl – Sven-Erik Rehnman1997

96:1 Dimensioneringsprinciper för pålar– Lastkapacitet.1998

Pålkommissionenns handlingar köps från SGI. Beställningar mottas av växeln ochInformationstjänsten, [email protected], 013–20 18 04 eller 20 18 00 (växeln).

I september 1959 bildades Pålkommittén för pålslagningoch pålbärighet.

Till grund för kommissionens verksamhet ligger sam-hällets och branschens behov av forskning och informationinom pålningsområdet. Medlemmar är entreprenörer, till-verkare, konsulter, forskare, kommuner samt represen-tanter från olika myndigheter. OrganisationenPålkommissionen, som sammanfogar dessa grupper, ärunik i Europa.

Ytterligare upplysningar om Pålkommissionens verk-samhet och medlemskap lämnas av kommissionens sekre-terare.

Pålkommissionenc/o Statens geotekniska institut

581 93 Linköping, Tel: 013–20 18 00, Fax: 013–20 19 14Internet: www.palkommissionen.org

pal-97 ny-tilltryck 2008-09 - scandia steel

Documents