Borrad grundläggning – en uppdatering

Artikelförfattare: Håkan Bredenberg, Bredenberg Teknik AB, Gunnar Westberg, Sweco, Sverige och Mats Larsson, Sweco Sverige

Borrning inom grundläggningstekniken handlar i stor utsträckning om att borra ner rör i marken, ner till bärkraftiga jordlager eller berg. Röret kan vara en påle, en del av en borrad spont, ett dragstag, eller någon annan komponent i grundläggarens verktygslåda. Behovet av att använda borrade rör för grundläggningsändamål kan dateras till att grundläggning flyttade in till urbana miljöer, där tidigare tillämpade tekniklösningar för att installera pålar, nämligen slagning, hindrades av befintliga installationer och tidigare utförda grundläggningar och utfyllnadsarbeten.

Ett typiskt exempel utgjordes av grundläggningen av ett hamnmagasin på 1960-talet i Frihamnen i Stockholm. I läget för det planerade stora magasinet fanns en sprängstensfyllning utlagd på mäktiga lager lös lera, och där stora och ojämna sättningar pågick, och beräknades pågå, under lång tid. Det var uppenbart att den bästa lösningen var att föra ned lasterna från magasinet till berg. 

Vid den tiden etablerad standardlösning för grundläggning vid mark med lös lera (slagna betongpålar) kunde inte tillämpas, eftersom fyllningen bestod av storblockig sprängsten. Det bestämdes därför att grundläggningen skulle ske på pålar i form av massiva stålstänger nedförda till berg, genom fyllningen och den underliggande leran. Installationen av stålstängerna skedde genom stålrör nedförda till bärkraftigt berg. Pålarna benämndes stålkärnepålar och var det första projektet där sådana pålar användes.

Den teknik som vid den tiden fanns tillgänglig för att driva ned stålrör med stor diameter (cirka 300 med mera) genom jordlager innehållande hinder var så kallad linstöt, vilket var en etablerad teknik tillämpad inom brunnsborrning. En massiv stålhejare kopplad i en lina fick falla fritt mot berg- och jordmaterial vid rörspetsen, varvid berg- och jordmaterialet krossades så att röret kunde slås nedåt. En fastsvetsad ring vid rörspetsen, inne i röret, svarade för att hejarens slagimpuls gav röret en nedåtriktad slagkraft, när hejarenergin inte förbrukades för krossning av jord- och bergmaterial under rörspetsen. 

Teknikutveckling

Fastän nämnda teknik fungerade såtillvida att pålar med åsyftad funktion producerades (magasinet står fortfarande kvar, utan påvisbara sjunkningar) så var det uppenbart att teknikutveckling avseende borrningen av rören var både önskvärd och möjlig. Genom att kombinera nya innovativa tekniklösningar med teknik från slående och roterande borrning för bergborrning tog man fram nya metoder för borrning av rör, med mångdubbelt större effektivitet och kapacitet än vad som uppnåddes med linstöt. 

Borrade rör

Utvecklingen av teknik för borrad grundläggning innehåller även utvecklingsarbete för rörelement som konstruktions-element. Under 1960-talet ökade kraftigt antalet grundförstärkningsarbeten i tätorter. Ruttnande träpålar och rustbäddar ersattes med nya pålar och nya lastfördelande konstruktioner. Pålarna utgjordes till en början av betongpålesegment som med användande av ett stort antal skarvar trycktes ned genom lösa jordlager till bärkraftig nivå.

Hanteringen av de tunga påldelarna i trånga källarutrymmen, tillsammans med behovet av att skapa tillräckligt mothåll för tryckningen, medförde att stålrör med relativt liten diameter istället kom att användas som grundförstärkningspålar. Vinsterna i arbetsmiljö och övriga produktionsförutsättningar blev mycket stora. 

Det låg förstås då nära till hands att överväga om inte stålrörspålar också kunde användas istället för betongpålar även i andra sammanhang. Där fanns en marknad som årligen omsatte cirka 1miljon meter pålar per år. Branschen var dock inte särskilt intresserad av en sådan utveckling, bland annat med tanke på de stora investeringar man gjort ifråga om fabriker och maskiner för betongpålning. 

Istället kom utvecklingsarbetet till stor del att bedrivas i Finland, vid Tammerfors tekniska högskola, med rörtillverkaren Ruukki (idag ingående i SSAB) som medintressent. Forskningsarbetet resulterade i ett 20-tal avhandlingar och att tekniklösningar för stålrörspålar i ett stort dimensionsspann togs fram och kom ut på marknaden. Idag utgörs omkring hälften av alla installerade (cirka 2 miljoner meter per år) pålar av stålrörspålar, och kompletta lösningar (skarvar, dimen-sioner, stålsorter, påltillbehör) finns för alla lastintervall, både som slagna och borrade stålrörspålar.

Resurser för utförande av borrad grundläggning

Till skillnad från betongpålning, som kräver stora och relativt dyra resurser för produktionen, så kan borrade rörpålar installeras med lättare, enklare och mer allmänt förekommande maskiner. I dagsläget utförs en stor del av borrad grundläggning av i sammanhanget små företag specialiserade på borrning. De stora svenska grundläggningsföretagen, dotterbolag till byggjättarna, utför borrning eller anlitar ofta nämnda specialister som underentreprenörer, där borrad grundläggning ingår i entreprenaderna. 

Beträffande teknikutveckling innebär det att den sker i små steg av typen successiv förbättring av existerande lösningar. Lönsamheten (styrd av ganska hård konkurrens) för verksamheten medger tyvärr inga mer omfattande utvecklingsprojekt, exempelvis sådana som skulle resultera i kraftigt ökad produktion eller stora miljömässiga förbättringar, beträffande borrtekniken.

De borrningsföretag som kan utföra borrad grundläggning har en livskraftig branschorganisation, som kan initiera teknikutvecklingsprojekt. Naturligt nog är fokus mer på områden som innebär större borrningsvolymer än grundläggning, exempelvis brunnsborrning och utförande av borrhålslager i berg, för värme och kyla. Det hindrar förstås inte att förbättrad teknik för borrning inom dessa tillämpningar också kan komma grundläggningsapplikationer till godo.

Kompetens

En väldigt viktig aspekt vid grundläggningsborrning består i kompetensen hos personal som arbetar med borrningen. Att kunna hantera de komplexa system av mekanik och hydraulik som finns i systemet för borrning kräver både intresse, kunskap och erfarenhet. Borrning är något av en konst. De stora resurser i fråga om kraft, tryck och flöden som står till borrarens förfogande kan fel använda leda till katastrofala resultat i form av sättningar, för stora uppspolade jordvolymer och skador på till borrningen angränsande konstruktioner och anläggningar. Av utbildningar för borroperatörer kan nämnas Svensk Grundläggnings utbildningar för yrkesarbetare (leder fram till yrkesbevis (9)) och branchorganisationen Borrföretagens utbildningar.

Applikationer, marknadskunskap

Borrad grundläggning används i första hand inom följande applikationer:

– borrade pålar, exempelvis stålrörspålar uppdelade på mikropålar (<300 mm) och grova stålrörspålar (>300 mm), grävpålar, stålkärnepålar och injekteringspålar.
– stagförankringar
– borrade sponter

Dom regler/föreskrifter/standarder som styr utförandet är bland annat utförandestandarder för Mikropålar SS EN 14199 och för grova stålrörspålar/grävpålar SS EN 1536 samt Anläggnings AMA 20. 

En fråga är i vilken omfattning nämnda tillämpningar behärskas av projektörer som har att ombesörja att byggherren får bästa lösning för sitt objekt. Svaret torde vara att det i flertalet fall finns en allmän medvetenhet om att borrad grundläggning existerar, men att närmare kunskap om förutsättningar, teknik,
kostnader och produktionstider ibland saknas. I de fall sådan kompetens är styrande för genomförande av geotekniska undersökningar och produktionsplanering är sådan brist på kunskap givetvis till nackdel för byggherren och övriga i projektet ifråga berörda. 

Om exempelvis borrade pålar är den bästa lösningen, men utförda geotekniska undersökningar inte omfattat bestämning av berglägen kan förstås undersökningsinsatsen betecknas som bristfällig. En vanligt förekommande jordbergsondering avslutas 3 meter efter påträffad bergnivå. Relevant som underlag för borrad entreprenad är att jordbergsonderingen avslutas 3 m efter detekterad sprickfri nivå.

Kunskap hos geoprojektörer

För att fördelarna med borrad grundläggning ska kunna komma till sin rätt i respektive projekt är det förstås viktigt att geoteknikern/geokonstruktören har adekvata kunskaper ifråga om planering, utförande och utvärdering av geotekniska undersökningar samt geometodiken. En genomläsning av produktionsstyrande dokument (PM-Geoteknik, MUR) visar att nämnda förmågor ofta är bristfälliga, vilket kan medföra onödiga kostnader och problem för byggherren och andra berörda. Förklaringen till att kunskapen är otillräcklig kan förklaras av att kompetensen successivt byggts upp genom negativa erfarenheter istället för genom systematisk inlärning och uppföljning.

Eftersom det är fråga om ett relativt begränsat antal personer som återkommande hanterar nämnda planering (utredande geotekniker) borde det genom riktade åtgärder gå att åstadkomma substantiella förbättringar. Detta borde vara en fråga för såväl tillverkare, utförare som planläggare beträffande borrad grundläggning. Men eftersom det är fråga om parter med mycket olika förutsättningar beträffande anknytningen till projekten så är det kanske svårt att åstadkomma någon mer riktad samordning av uppbyggnad av kompetens.

Viktiga källor till information, dimensionering och teknik för borrad grundläggning återfinns i Pålkommissionens PM och rapportserie www.palkommissionen.org. En fördel är att dokumenten kan laddas ner som pdf-dokument, kostnadsfritt. I referenslistan i slutet av denna artikel redovisas en lista visande några användbara rapporter. Även hos SGF (Svenska geotekniska föreningen) www.sgf.net finns värdefull kunskap i olika handlingar och även dessa går att laddas ned kostnadsfritt. 

Kunskap hos utförare

Risk finns att för stort ansvar läggs på borroperatören när det gäller avslutning av borrning i berg. Vad är exempelvis ”bra friskt berg”? En konsekvens av detta kan vara att den efterföljande verifieringen, av geoteknisk bärförmåga genom dynamisk provbelastning, visar på att projekterad geoteknisk bärförmåga ej uppnås.

Framtida teknikutveckling

Bortsett från de begränsade incitamenten och resurserna för teknikutveckling inom området borrad grundläggning kan man konstatera att det inte saknas önskemål. Bland dessa kan nämnas:

– förbättringar beträffande omgivningspåverkan. 

Fortfarande innebär borrad grundläggning, fastän generellt sett mindre omgiv­ningsbelastande än många alternativa metoder, buller, vibrationer och andra
negativa påverkningar för omgivningen. Här finns en betydande förbättringspotential, exempelvis utveckling av elek­triskt drivna borrmaskiner. Risk för alltför stor uppspolning av material är en annan fråga relaterad till omgivningspåverkan. Spolmedium som vid borrning evakuerar okontrollerat utanför pålelementen kan i skredkänslig terräng orsaka skada genom att förhöjda por- och/eller lufttryck uppstår under borrning i jorden.

– förbättrad penetrationsförmåga vid hinder i marken. 

Exempelvis brukar konventionell DTH-borrning (Down The Hole-hammer) stoppas av trävirke i marken, vilket är en stor nackdel när borrad grundläggning utförs i stadsmiljö där det finns befintliga träpålar och trärustbäddar.

– snävare toleranser beträffande rakhet och installation av borrade rör. 

Bärförmågan för rörpålar beror i hög grad på vilken rakhet (frånvaro av krökning) som uppkommer för det nedborrade röret. Avvikelse från förutsatt läge och riktning i ansättningspunkten genererar tilläggskrafter för till påle anslutande konstruktioner, vilket kan leda till behov av oförutsedda tilläggskonstruktioner.

– automatisk dokumentation av borrningsförloppet.

Den ”borrdagbok/borrlogg” som brukar användas för dokumentation av respektive borrhål kan sakna uppgifter som är av intresse, exempelvis vid utvärdering av geoteknisk jordartsprofil och vid frågor som avser uppspolad jordvolym. De uppgifter som dokumenterar utförda insatser och resultatet av dessa borde, i vart fall till vissa delar, kunna digitaliseras med system för automatisk registrering av borrparametrar jämförbart med geoteknisk sondering som ger en digital dokumentation av utförandet. System finns för digital dokumentation med instrument byggda av robusta material anpassade för registrering av borrparametrar. Med hjälp av interna GPS-mottagare och är anslutna till respektive organisations nätverk överförs mätningar och registreringar. De geotekniska karaktäristiska av jorden över-förs i realtid. I syfte att underlätta för borroperatören att dokumentera och kvalitetssäkra borrningsarbetet till exempel vid hinder i mark eller som hjälp-medel vid bedömning av ”bra sprickfritt berg”. 

– nya tekniklösningar för borrning. 

Borrmaskiner drivs idag med antingen luft eller med vatten (Wassara). Man har i experimentsyfte undersökt andra tekniklösningar, exempelvis högfrekventa vibrationer (Sonic Drilling) och roterande borrning med mycket hög rotationshastighet. Det återstår att implementera ny teknik till utrustning anpassad för produktionsmiljö. 

– ökad Livslängd.

Rörmaterial för borrad grundläggning består idag uteslutande av stål. Tyvärr rostar stål exponerat mot jord och grundvatten med tiden bort, låt vara i relativt långsam takt (i lera cirka 2 a’ 4 millimeter per 100 år). Om annat material, exempelvis sådant baserat på kolfiber eller rostfritt stål DUPLEX, används så skulle korrosionsaspekten elimineras, och den ökade kostnaden kanske leda till en förbättrad kostnadsbild sett över de borrade rörens funktionstid. 

Effektivare utnyttjande av stål och betong i pålar, samverkanspålar, är en del av Pålkommissionens tekniska verksamhet och projekt pågår.  

Referenser

[1] Bredenberg H., Rapport 97, ”Stålkärnepålar – Anvisningar för projektering, dimensionering, utförande och kontroll”, Linköping 2000
[2] Bredenberg H. m fl, Rapport 104, ”Borrade stålrörspålar – Anvisningar för projektering, dimensionering och kontroll”, Linköping 2010
[3] Bredenberg H., Clifford F., ”Stålkärnepålar – erfarenheter och praxis”, Bygg & teknik, nr 1/16, 2016-01-22,
[4] Bredenberg H., Adding L., Sjökvist K., “Construction of a Pile Wall in a Rock filled Dam”, ICSMFE, 10.th international Conf on Soil Mechanics, proceedings, vol1, pp 57 -64, Stockholm 1981.
[5] Bredenberg H., ”Borrad spont löser grundläggningsproblem”, Bygg & teknik, vol94, nr 1, pp49-55, Stockholm januari 2002.
[6] Bredenberg H., Leander M., Thorson M., ”Borrad spont vid kärnkraftsreaktor”, Bygg & teknik, nr pp19-22, Stockholm 2006.
[7] Bredenberg H., Rigert R., Gulevski K., och Johannesson B., ”Spontning i flaskfabriken”, Bygg & teknik, nr 1, pp41-45, Stockholm januari 2008
[8] Bredenberg H., “Scandinavian Drilled Micro Pile Walls”, International Society for Micropiles, proceedings, Toronto, September 26-30, Canada 2007.
[9] Artikel i Bygg & teknik 1/19 “Kompetenta operatörer på grundläggningsmaskiner har yrkesbevis”
[10] SGF Rapport 1:2013 Geoteknisk Fälthandbok. SGF:s fältkommitté
[11] SGF Rapport 4:2012 Jb sondering. SGF:s fältkommitté
[12] Bredenberg H, Larsson M et al. ”Borrteknik för minimering av marksättningar vid borrad grundläggning”, Bygg & teknik, 2014, nr 1/14.

Artikeln är publicerad i Bygg & teknik nr 1/2021.

Dela på: