Byudvikling på og i ler kræver viden og korrekt håndtering

15.01.2021 / Leif Jendeby

Den stadigt voksende urbanisering stiller store krav til bæredygtig byudvikling over hele verden. Særligt i kystnære byer, hvor undergrunden ofte består af ler, kan det være en udfordring. I byer som f.eks. Mexico City, Oslo og Singapore er ler altid en faktor, når byerne vokser og udvikles, og det er vigtigt at vide, hvad man gør, når man bygger på lerjord.

Ved udbygning og fortætning af byer er adgangen til jord ofte begrænset. Det gør, at man ofte bygger højt eller vælger at placere bygninger og anlæg under jorden. Samlet set betyder det, at man i forbindelse med byggeri har visse specifikke problemstillinger, der skal håndteres.

Göteborg, Sveriges næststørste by, er en kystby, der vokser og fortættes hastigt, og her medfører lerjorden særlige vilkår for, hvordan det skal foregå. Når man skal bygge et hus af en vis højde, vil der ske sætning i betydelig grad, hvis man ikke træffer nogle foranstaltninger.

Den mest almindelige løsning er at bygge huset på piloteringspæle, som enten når ned til grundfjeldet eller "svæver i leret". I Göteborg er lerdybden omkring Götaelven flere steder over 100 meter, og der findes f.eks. huse, som hviler på mere end 1000 pæle, der alle er ca. 80 m lange.

Pælene skal naturligvis beregnes, ligesom det skal beregnes, hvor store sætninger, der kan forventes, og hvordan de vil udvikle sig over tid. Da store dele af Göteborg allerede er opfyldt for at tørlægge områderne langs elven, sker der nu også sætninger, allerede inden man bygger. Det skal der også tages højde for, dels fordi jorden vil "sætte sig fast på lange pæle" i de tilfælde, hvor sætninger forekommer, og dels fordi det vil påvirke den kommende bygnings sætninger. De fleste er nok klar over, at der sker sætninger, når man bygger høje huse, men også forholdsvis små opfyldninger giver store sætninger. Det "glemmer" man af og til, og i princippet kan man sige, at 0,6 m opfyldning svarer til belastningen fra én etage i et betonhus.

Götatunnelen er en af de dybe udgravninger i Göteborg. Billedet viser pilotering til forlængelsen af Götatunnelen og til kvarteret Platinan, hvor COWI fra og med 2022 vil have sit kontor i Göteborg. COWI har udført både sætningsanalyser og prognoser for massefortrængning i forbindelse med piloteringen.

Veldokumenteret ler med et ufortjent rygte

Der findes omfattende viden om Göteborgs geologi, og Göteborg-leret beskrives ofte som besværligt. Det er det på visse måder også, men med den rigtige håndtering kan det sagtens lade sig gøre at bygge på det og i det.

I medierne, men også i andre sammenhænge, hører man ofte, at "det skyldes den uberegnelige Göteborg-ler", når noget er gået galt, eller hvis et projekt er forsinket.

Göteborg-leret kan være mere følsomt for sætninger og kan også have en mindre holdefasthed end mange andre jordtyper, men en ting er sikkert: Få jordtyper er mere veldokumenterede, og desuden er den ekstremt homogen. Udover alle de undersøgelser, som er udført i forbindelse med byggeaktiviteter, så er der skrevet et stort antal doktorafhandlinger på Chalmers tekniske universitet i Göteborg om lerets egenskaber og om metoder til håndtering af forskellige situationer. Alligevel kan leret overraske. Det skyldes dog oftest, at de problemstillinger, leret medfører, ikke er blevet håndteret af en eller anden grund. Nogle gange på grund af manglende viden, andre gange på grund af sjusk.

Göteborg-leret kan være udfordrende, men der findes mange byer med lignende og også endnu løsere jord. Eksempelvis findes der lignende forhold i Mexico City, Oslo, Singapore og flere byer i Canada.

Med udgangspunkt i geotekniske undersøgelser kombineret med viden om lerets egenskaber kan man foretage tilstrækkeligt sikre prognoser for, hvilke sætninger, der vil opstå, og hvordan de vil udvikle sig over tid, hvilket muliggør en holdbar byudvikling.

Høje bygninger og dybe udgravninger i lerjord

En faktor, der bliver tydelig, når man bygger høje huse på tunge lerlag, er den fortrængning af jorden, som piloteringen medfører. Antag for eksempel, at der skal installeres 500 piloteringspæle med en længde på 70 m. Det betyder, at der skal rammes ca. 2600 m³ pæle ned i jorden. Da leret ikke indeholder luft, men kun mineralpartikler og vand, så er kompressionen af det ("sammentrykningen") ubetydelig, når pælene rammes ned i orden, hvilket betyder, at 2600 m³ ler skal flytte sig. Det betyder igen, at man får store bevægelser – nogle gange på flere centimeter – i forbindelse med piloteringsområdet, hvilket kan skade omkringliggende bygninger og eksempelvis ledninger i jorden. Denne faktor kan derfor påvirke valget af pæletype, men den kan også betyde, at der må træffes andre foranstaltninger.

Lerets relativt lave holdefasthed betyder, at man ikke kan opfylde eller udgrave ubegrænset, da det kan føre til skred. Denne problemstilling bliver tydelig, så snart man skal bygge en kælder, en tunnel eller lignende. Ved dybere udgravninger anvendes altid en form for "støttevægge", der normalt består af stålspuns, men man anvender også betonvægge, som støbes i dybe grøfter, de såkaldte slidsevægge. Ved udgravninger dybere end ca. to kælderetager er det heller ikke tilstrækkeligt. Man risikerer at "udgravningens bund kommer op, før udgravningen når derned", og yderligere foranstaltninger er derfor nødvendige. Man kan eksempelvis forstærke leret ved hjælp af kalk og cement, eller man kan grave ud under vand.

Pas på grundvandstrykket

Vi nævnte ovenfor, at 0,6 meter opfyldning svarer til belastningen fra én etage i et betonhus. Det samme gælder, hvis grundvandstrykket sænkes med en meter. Det er derfor yderst vigtigt at forhindre en ikke-acceptabel sænkning af grundvandstrykket i forbindelse med alle typer jordarbejde. Det er især vigtigt for det nedre grundvandsmagasin, dvs. det morænelag, der ofte findes under leret. At det er særlig kritisk skyldes, at en sænkning her vil medføre, at leret komprimeres i den nedre del, og at hele lersektionen så vil følge med ned. Det giver en meget stor negativ friktion på eventuelle piloteringspæle, der er installeret ned til grundfjeldet.

Hav kontrol – og giv ikke leret skylden!

Selvom Göteborg-lerets egenskaber er velkendte, så er der visse risikomomenter forbundet med alt arbejde i jord. Det er derfor vigtigt, at man i forbindelse med udførelsen kontrollerer de parametre, der er kritiske i det aktuelle tilfælde. Det kan f.eks. være grundvandstrykket eller bevægelser i en tilgrænsende ledning. Måleværdierne skal så løbende sammenlignes dels med de forventede værdier, som bekræfter, at de udførte analyser er rigtige, og dels med de grænseværdier, der er fastsat ud fra, hvad de omgivende konstruktioner og anlæg tåler. I nogle tilfælde kan det være nødvendigt at justere byggeriet for at undgå at overskride de fastsatte grænseværdier.

Kort sagt kan det konstateres, at byggeri på eller i ler er forbundet med forskellige udfordringer, som skal håndteres både i forbindelse med projekteringen og under selve byggeriet. Både lerets egenskaber og de værktøjer, der findes til at håndtere udfordringerne, er dog noget, erfarne geoteknikere kender til. At skylde mislykkede forsøg på Göteborg-leret svarer derfor til at anklage sig selv for ikke at have udnyttet denne viden!

Mød eksperten

Jeg har nu arbejdet med geoteknik i forskellige former i ca. 40 år. De første 10 år efter min eksamen som civilingeniør arbejdede jeg meget med forskning på Chalmers, og jeg skrev doktorafhandling om "pilotering i ler". Senere fik jeg også docentur i geoteknik. Derefter arbejdede jeg som national geoteknisk ansvarlig, dels hos NCC og dels hos Trafikverket, og nu arbejder jeg som seniorekspert hos COWI.

Igennem årene har jeg været i kontakt med de fleste former for geoteknik, f.eks. jordforstærkning af mange forskellige jordtyper, pilotering og påvirkning af omgivelserne. Jeg har arbejdet med disse emner inden for både veje/jernbaner og havneanlæg, men også for store byggerier som f.eks. forstærkningen af Nya Ullevi, efter Bruce Springsteen var tæt på at "rocke" arenaen i stykker, og opførelsen af Karlatornet i Göteborg.

Jeg prøver nu at bruge min teoretiske basisviden i kombination med mange års erfaring inden for mange forskellige typer geokonstruktioner til at hjælpe både ordregiveren og dem, der skal udføre jordarbejdet. Jeg har altid været tiltrukket af at finde rentable løsninger på komplekse problemstillinger, og jeg har i dag mulighed for at bruge den kompetence på mange store projekter som f.eks. Västlänken, udbygningen af Göteborgs havn, Masthuggskajen m.fl. At kunne finde praktiske løsninger, som ikke er unødvendigt komplekse, på et teoretisk grundlag er motiverende, og det er jo ofte de enkle løsninger, der er de bedste.