| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Frakturer fra lodrette testboringer på Vestergade 10 Haslev

3 Dimensioneringsgrundlag

• 3.1 Geotekniske forhold
• 3.2 Hydrauliske forhold
• 3.3 Byggeteknisk gennemgang

3.1 Geotekniske forhold

For at vurdere risikoen for eventuel uacceptabel påvirkning af de aktuelle bygningsdele samt underjordiske installationer, i forbindelse med borings- og fraktureringsarbejdets gennemførelse, (både under nærværende projekt og efterfølgende selve afværgeprojektet) er der gennemført en geoteknisk undersøgelse.

Undersøgelsen omfattede en geoteknisk boring samt laboratorieforsøg. Arbejdet er udført af United Drilling Contractors (GEO). De geotekniske undersøgelser er gengivet i datarapport vedlagt som bilag A.

De udførte undersøgelser har udgangspunkt i udredningsprojektet gennemført for Miljøstyrelsens teknologiudviklingsprogram for jord- og grundvandsforurening, /4/.

3.1.1 Nye undersøgelser

De nye undersøgelser omhandler dels feltarbejde og dels laboratoriearbejde. Undersøgelsens formål har været at tilvejebringe oplysninger om jordens spændingsforhold og i øvrigt at bestemme jordens karakteristika i forbindelse med frakturering. Endvidere har undersøgelsen dannet baggrund for vurdering af den aktuelle bygnings funderingsforhold samt effekten af fraktureringen på den aktuelle bygnings stabilitetsforhold.

3.1.1.1 Feltundersøgelser

På den aktuelle grund Vestergade 10 i Haslev blev der den 26. juni 2000 udført én geoteknisk boring til 8,2 meter under terræn. Boringen blev udført som en 4” foret tørrotationsboring og med minirig som følge af de begrænsede tilkørselsforhold.

I forbindelse med borearbejdet blev der udført ophængte vingeforsøg til bestemmelse af den udrænede forskydningsstyrke c_u i kohæsive aflejringer. Herudover blev der udtaget omrørte prøver pr. 0,5 m samt intakte A-rørs prøver i ca. dybderne 2, 4, 6 og 8 meter under terræn.

Ved borearbejdets afslutning blev der installeret et ø25 mm pejlerør, der tillige blev afsluttet i et 10 cm betonrør i terræn.

3.1.1.2 Laboratoriearbejde

På alle de optagne prøver er der foretaget en geologisk prøvebedømmelse, og på repræsentative prøver er der foretaget bestemmelse af det naturlige vandindhold samt bestemmelse af rumvægten. På de udtagne intakte A-rørsprøver er der udført konsolideringsforsøg til blandt andet bestemmelse af forkonsolideringsspændingen samt konsolideringsmodulet.

Til bestemmelse af kornsammensætningen, blev der på de intakte prøver foretaget kornkurvebestemmelse, og endelig blev der til vurdering af lerets plastiske egenskaber foretaget plasticitetsforsøg.

3.1.1.3 Geologiske forhold

Der er i boringen øverst truffet et ca. 0,8 m tykt lag fyld bestående af sand. Herunder er der truffet moræneler til boringens ophør 8,2 m under terræn.

Moræneleren optræder generelt som sandet og svagt gruset og ind imellem også som ret fed (bilag A). Af de udførte sigtekurver fremgår det, at der i lagfølgen er tale om ret ensartet moræneler i de enkelte lag.

3.1.2 Resultater

3.1.2.1 Materialeegenskaber

På baggrund af de udførte geotekniske undersøgelser er resultaterne efterfølgende tolket og vurderet i forhold til fraktureringsprojektet.

I tabel 3.1 er resultaterne fra de intakte rør samt vingeforsøgene fra felten gengivet.

Tabel 3.1 Forsøgsresultater af materialeegenskaber

σ₀ er beregnet på baggrund af et vandspejl 6 meter under terræn.

I tabellen er:

γ: Rumvægt
w: Naturligt vandindhold
W_L: Flydegrænse
W_P: Plasticitesgrænse
I_P: Plasticitetsindeks
c_u: Karakteristisk udrænet forskydningsstyrke
σ₀: Oprindelig effektiv spænding
σ_pc: Forkonsolideringsspænding

Den øvre geologiske lagserie består af en sandet og svagt gruset usorteret moræneler med et lerindhold på 14 – 22 % og optræder rimeligt ensartet i lagfølgen. Moræneleren er dog karakteriseret som fed enkelte steder.

Det naturlige vandindhold, w, ligger i intervallet 12,1 - 14,7 %, dog 17,3 % i den øverste del (ca. 2 meter) af morænen. Vandindholdet er generelt noget højere end hvad der normalt måles i en sandet moræneler (ca. 2 %).

Plasticitetsindekset Ip udtrykker størrelsen af det interval, hvori jorden har plastiske egenskaber. Dvs. bliver det naturlige vandindhold større end W_L (flydegrænsen) vil jorden opføre sig som en væske, mens et vandindhold under Wp indebærer, at jorden ikke længere opføre sig plastisk. De to grænser ligger generelt med et vandindhold mellem ca. 11 og 22 %, hvilket betyder, at der kan være en mindre risiko for udblødning/udvaskning af moræneleren, såfremt vandindholdet i den pågældende zone stiger under selve fraktureringsfasen.

3.1.2.2 Styrkeparametre

I forbindelse med borearbejdet blev der foretaget ophængte vingeforsøg til bestemmelse af den udrænede forskydningsstyrke c_u. I forbindelse med beregning af jordens bæreevne indgår denne værdi direkte.

Af de udførte undersøgelser fremgår det, at der i den øvre moræneler er truffet et relativt blødt og vandholdigt lag. Vingestyrken er godt 40 kN/m² (ned til 2,5 m’s dybde) og vil i normal praksis betyde, at sætningsforholdene kan være dimensionsgivende for byggeriet og være projekteret herefter. Herunder svinger vingestyrken mellem 120 og 210 kN/m² i den svagt kompakterede moræneler (ned til 4 m’s dybde) og herunder mellem 250 og 480 kN/m² i den kompakterede moræneler.

3.1.2.3 Deformationsparametre

I tabel 3.2 er konsolideringsmoduler angivet. Værdierne er baseret på forsøgsresultaterne, og anvendes efterfølgende til brug for deformationsberegninger.

Tabel 3.2 Konsolideringsmoduler

3.1.2.4 In-situ spænding

In-situ spændingen er beregnet under antagelse af konstant rumvægt, jf. figur 3.1, og stiger med dybden. In-situ spændingen kan også opfattes som overlejringstrykket (excl. vægt af konstruktioner) i et givet punkt i jorden. Vandspejlet er regnet beliggende 5 - 6 m.u.t (målt i boring B14). Vandspejlet varierer både på lokaliteten samt hen over året og er afhængig af nedbør.

In-situ spændingen σ₀ som funktion af dybden fremgår af figur 3.1

Figur 3.1 In-situ spændingen som funktion af dybden

3.1.2.5 OCR-værdier

Til nærmere fastsættelse af overkonsolideringsværdien OCR, kan de opnåede resultater fra forsøgene benyttes direkte. Ved at benytte forsøgsresultaterne kan kalibreringsværdien bestemmes, således at man via SHANSAP antagelsen /8/ kan bestemme OCR-værdien gennem lagserien.

Forkonsolideringsspændingen, σ_pc bestemmes efter følgende (SHANSAP):

hvor man med rimelighed her kan antage at:

Λ   ≈ 1,35 (kalibreringsværdi gældende for den pågældende moræneler)

Den beregnede OCR værdi, som er forholdet mellem forbelastningsspændingen σ_pc og in- situ spændingen σ_0,  er som funktion af dybden vist i figur 3.2.

Figur 3.2 OCR som funktion af dybden

OCR værdien varierer mellem 2 og 5, hvor der dog skal gøres opmærksom på, at den lave værdi er truffet i den øverste del af moræneleren, jf. figur 3.2.

Ses der indledningsvis bort fra den lave værdi, er middelværdien godt 4. Med en OCR værdi på 4 er moræneleren overkonsolideret med primær tendens til horisontal sprækkeudstrækning. Dette udelukker dog på intet tidspunkt, at der findes mere lodret orienterede sprækker.

I det øverste lag ligger OCR-værdien omkring 2. Dette kunne tyde på, at sprækkerne ligger skråt og dermed orienteret mod terræn eller konstruktion, således at fortsat injektion kunne forårsage hævning af terræn og tryk mod konstruktioner som også kunne give anledning til hævninger (flytninger) af konstruktioner.

3.1.3 Injektionstryk

Injektion af fraktureringssuspensionen sker under tryk. Et tryk, der påvirker den omkringliggende jordmatrice og en stor trykpåvirkning vil kunne give anledning til uønskede brud i jordmatricen. I det følgende er der derfor beregnet hvilke maksimale injektionstryk, der vil kunne anvendes ved fraktureringen i forbindelse med injektion af fraktureringssuspensionen.

Af udredningsrapporten /4/ fremgår det, at der i en dybde på 2 meter og med en injektionshastighed på 75 liter vand pr. minut opstår et injektionstryk på 60-85 kPa  (0,6-0,85 bar) ved hydraulisk frakturering i en siltet leraflejring. Dette tryk er dog ikke initialtrykket, der vurderes at være væsentligt højere (ca. en faktor >3).

I et dybdeinterval på 5-8 meter under terræn kan der ved en injektionshastighed på 60-500 liter vand pr. minut opnås et initialtryk på 250 – 350 kPa (≈2,5 – 3,5 bar) og i vækstfasen under 100 kPa (≈ 1 bar). Sprækkerne er forudsat orienteret subhorisontalt og sprækkelængden vurderes til 5-18 meter (målt som diameter).

I figur 3.3 er det maksimalt tilladelige tryk før brud i specifikke niveauer angivet som funktion af dybde og for forskellige radier af injektionstrykket. Trykket er angivet ud fra en forudsætning om, at trykket udvikler sig 1 i vandret og 2 i lodret retning.

Figur 3.3 Maksimale niveauspecifikke tryk (brudbetingelser)

I ovenstående er der ikke taget hensyn til husets egenvægt da den mindste lodrette spænding hidrører fra gulv, som dermed er det ”svageste” punkt i byggeriet. Lasten fra et ”normalt” gulv er som regel meget lille og indregnes derfor ikke her som nedadrettet last (dvs. som stabiliserende overfor det opadrettede tryk).

Af figur 3.3 ses f.eks., at hvis der i dybden 5 meter kan opnås en injektionsradius på 12 meter må det maksimale drifttryk være ca. 2 bar inder der (teoretisk set) opstår brud.

Højere tryk må kun forekomme som kortvarige tryk (choktryk, initialtryk) idet det umiddelbart vurderes at en kortvarig stor belastning ikke vil få indflydelse på byggeriet.

3.1.4 Deformationsberegninger

På tilsvarende måde kan der foretages deformationsberegninger af lerlagene ved forskellige tryk og forskellige niveauer. Dette kan indikere den resulterende hævning i terræn/gulvniveau/fundamentsniveau. På tilsvarende måde kan deformationerne i de enkelt lag vurderes (=sprækkevidde).

Til brug for beregning af deformationerne/terrænhævning, jf. figur 3.4 tages udgangspunkt i konsolideringsmodulet K, og kun deformationer hidhørende fra en nettoforøgelse af spændingsniveauet tages i betragtning. Deformationerne beregnes på baggrund af, at trykket udvikler sig i jorden som 1 i vandret og 2 i lodret retning samt at fundamentstrykket også udvikler sig tilsvarende, men modsatrettet, se /4/.

Deformationerne er videre beregnet under forudsætning af vandrette sprækker, -begrænset horisontalt svarende til en fast sprækkelængde (målt som diameter). Såfremt gulv er tæt og fri af fundamenter er de estimerede deformationer tæt på de deformationer/hævninger man kan acceptere af gulv. Er gulv fastgjort til fundamenter er de beregnede deformationer i overkanten, idet modhold/indspænding skal indregnes.

Figur 3.4 Beregning af terrænhævning ved fast injektionstryk på 3 bar

I figur 3.4 er deformationer/hævning beregnet ved fast injektionstryk på 3 bar i forskellige injektionsdybder og med varierende sprækkelængde jf. /4/. Det angivne driftstryk er tidligere blevet anvendt på andre projekter / 9/.

Kurverne viser, at kan der opretholdes et konstant injektionstryk fås de største deformationer for de største sprækkelængder. Og naturligt følger, at deformationerne bliver mindst i dybden, da et tykkere lag her er påvirket af trykket. Resultaterne skal dog sidestilles med de maksimale injektionstryk, der er angivet i forrige afsnit (brudbetingelsen). Tilsvarende kurver kan beregnes for f.eks. 1 bar og 2 bar.

Tages der hensyn til fundamentstrykket kan deformationer/hævning af fundamentsunderkant (fuk) ligeledes beregnes (se også /4/). Der er i beregningerne regnet med et fundamentstryk på 285 kN/m² (c_u = 100 kN/m², jf. bilag A) og med et funderingsniveau 2 meter under terræn (kælder) samt en fundamentsbredde på 0,3 m. Beregninger er angivet i figur 3.5.

Figur 3.5 Beregnet hævning af fundamentsunderkant (fuk) ved fast injektionstryk på 3 bar

Af figur 3.5 fremgår det, at de største påvirkninger fås for den største sprækkelængde.

3.1.5 Konklusion

På baggrund af de anførte udredninger, betragtninger og beregninger er det vurderet, at projektet gennemføres uden kritisk påvirkning af bygningen. Der er tale om beregningsmæssige hævninger på nogle mm afhængig af trykkets størrelse. Dog kan det ikke anbefales, at der injiceres i den øverste zone som følge af de plastiske tendenser den øvre moræneler udviser.

Under injektionsfasen må det dog sikres, at der ikke opstår utilsigtede trykstigninger af længere varighed. Kortvarige udsving skønnes ikke at påvirke byggeriet. Udsving i injektionstrykket skal til enhver tid kunne aflæses eller registreres.

Baseret på de geotekniske undersøgelser og vurderinger er der opstillet krav til maximalt tilladelige forskydninger/hævninger ved terræn samt krav til gennemførelse af et måleprogram under fraktureringen /6/.

3.2 Hydrauliske forhold

For fastlæggelse af den hydrauliske ledningsevne (efterfølgende benævnt K-værdien) vertikalt igennem formationen i den øvre moræneler er der gennemført slugtests i 4 dybdeniveauer (2,0-2,75; 3,5-3,75; 4,5-4,75 samt 7,75-8,0 m’s dybde) i 4 slugtestboringer. Etablering af boringerne er udført efter samme procedure som ved etablering af moniteringsboringerne, se afsnit 4.2. Boreprofilerne er vedlagt i bilag B.

Boringerne er, jf. figur 4.1, placeret i det nordøstlige del af baggården, hvor de ikke vurderes at få indflydelse på den senere hydrauliske frakturering af de lodrette testboringer. De påviste K-værdier vurderes at afspejle de faktiske forhold i den uforstyrrede/intakte moræneler.

Slugtestene blev udført ved at tømme filteret (benævnt ”recovery”) med en bailer, således at det sikres, at selve filterintervallet forbliver vandmættet for at sikre, at luft ikke trænger ind i formationen under testen. Herved blev systemet påført en vandspejlsændring regnet i forhold til ro-vandspejl, og retableringen blev registreret med en datalogger.

For at minimere risikoen for hydraulisk påvirkning er slugtestene udført enkeltvis (dog er testene i 4,5 og 8,0 m’s dybde udført samtidigt). Slugtestene er udført i perioden 10. - 23. januar 2001.

På baggrund af resultaterne fra udførte slugtests er der til bestemmelse af K-værdien anvendt to empirisk udviklede beregningsudtryk, udarbejdet af hhv. Herman Bouwer/R.C. Rice, /10/ og M.J. Hvorslev, /11/. De to beregningsudtryk er indeholdt i beregningsprogrammet AQTESOLV™ for Windows™.

For nærmere beskrivelse af selve slugtestafviklingen, anvendte beregningsmetoder for fastlæggelse af K-værdier samt fremkomne resultater henvises til bilag C.

I figur 3.6 er de beregnede middelværdier samt max.-/min. værdier for K-værdier fastlagt vertikalt i moræneleren gengivet.

- Ikke beregnet

Figur 3.6 Hydraulisk ledelsesevne som funktion af dybden af K–værdier ved slug-test

Slugtestene blev gennemført indtil der var opnået minimum 90 % recovery i de enkelte filtre, jf. bilag C.

De opnåede resultater viser, at den gennemsnitlige K-værdi falder fra ca. 1,7E-6 m/s i den dybde på ca. 2,5 m.u.t., og til en K-værdi på ca. 1,0E-8 m/s i en dybde på ca. 3,5 m.u.t. og en K-værdi på 6,7E-09 i 4,5 m’s dybde, svarende til det øverste fraktureringsniveau. Herunder stiger K-værdien til ca. 2,0E-8 m/s i 8,0 m.u.t svarende til det nederste fraktureringsniveau.

3.3 Byggeteknisk gennemgang

I forbindelse med nærværende projekt er der foretaget en byggeteknisk gennemgang af hovedbygningen på Vestergade 10, Haslev, som er afrapporteret i et særskilt notat /7/ med fotodokumentation.

Den byggetekniske gennemgang konkluderer, at grundet byggeriets anvendelse og de igennem tiden forekommende sætninger er byggeriet revnet i et mindre omfang. Revnerne er ikke store, og har tilsyneladende ikke konsekvens for byggeriet andet end kosmetisk.

Endvidere vurderes det, at differenssætninger af fundamentsunderkant under 1 cm som følge af fraktureringen formodentligt vil bevirke, at vinduer og døre vil binde en smule, samt at der kan forekomme buler i gulve. Ved en uheldig kombination kan der opstå problemer omkring installationer osv.

Ved differenssætninger af fundamentsunderkant op til 2 cm må det forventes, at der kommer store betydelige revner, dog uden fare for bygningens stabilitet. Vinduer og døre vil binde betydeligt, og gulve bør muligvis afrettes for buler i stueetagen. Installationer bør efterses.

Differenssætninger af fundamentsunderkant større end 2 cm kan ikke anbefales, idet revnernes karakter kan være af et omfang som er bekosteligt at udbedre.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 August 2006, © Miljøstyrelsen.