Q-metoden tar lite hensyn til tykkelsen på sonen med svellende materiale, og sier ingen ting om orienteringen er gunstig eller ugunstig. I tillegg er også indre forhold som er viktig for
66
stabiliteten. Det må derfor gjøres en samlet vurdering av mektighet, orientering, mengde svellende materiale og sette dette i sammenheng med laboratorieresultater for å dimensjonere sikring (Rokoengen, 1973).
I sin doktoravhandling nevner også Mao (2012) at det ved bygging av bergrom er flere ytre forhold i tunnelen som påvirker stabiliteten. Forhold som nevnes er:
- Dimensjoner på bergrommet/tunnelen - Tilgang på vann
- Sidebergets evne til å motta trykk
Sikringen vil også bli påvirket av om den blir satt inn umiddelbart etter utsprenging, eller om svelleleiren har mulighet for å svelle før montering. Ved påføring av sprøytebetong med en gang etter utsprenging vil sleppematerialet ha liten mulighet for å svelle før svelletrykket vil belaste sikringen. En formstøp vil kunne krympe noe ved herding, og dermed vil noe av svellingen realiseres før det blir kontakt med sikringskonstruksjonene. Ved noe krymping under herding vil det imidlertid være dårligere samvirke mellom berget og støpen (Selmer Olsen, 1985).
For at det skal oppstå nok svelletrykk til at det kan være ødeleggende for sikringskonstruksjonen holder det ikke bare med høy potensiell svelleevne. Det må også være høy konsolideringsgrad på sleppematerialet. Et materiale med lav konsolideringsgrad og høy potensiell svelleevne vil ikke gi høyt nok trykk mot sikringen til at den ødelegges ifølge Rokoengen (1973).
Som nevnt over er det mulig å bruke full utstøpning for å sikre mot svelleleire. Dette må brukes i vegtunneler der svelletrykk er over 0,5 MPa ved ødometertest og sonen er over to meter, men kan være dyrt i mindre soner. Den vanligste måten å sikre med er sprøytebetong kombinert med andre typer sikring. Ved ren sprøytebetong vil det være betongens heftstyrke som bestemmer styrken på sikringskonstruksjonen. Det er også av betydning hvor god heftstyrken til fjellet er for hvor stor last sprøytebetongen vil tåle. Denne kan måles, men kan også anslås grovt basert på petrografi og eksponert struktur. Tidligere studier at på rene og friske bruddflater i sterke og eruptive bergarter som er vanlig i Norge vil heftstyrken ligge på 1,1 - 1,8 MPa. På foliasjonsflater og lagflater med glimmer kan heftstyrken gå ned mot 0,5 MPa, selv i sterke bergarter. Ved bløte bergarter og skifre kan den bli enda lavere, og den vil ved sprøytebetong på svelleleire være veldig lav. Ved sprøytebetong som er sikret med armering som tar strekk sammen med bolter vil det være bolteplatene og forhold på bolten som er avgjørende for sikringskonstruksjonens bruddstyrke.
67 Når det bygges opp svelletrykk mot sikringskonstruksjonen vil det foregå en deformasjon i sikringskonstruksjonen. Dette fører til at svelletrykket gradvis blir mindre. I tillegg vil sikringskonstruksjonen sørge for at svellingen bremses. Som følge av dette vil også reduksjonen i skjærfasthet bremses, da denne samvirker med svelleprosessen (Selmer Olsen, 1985).
Ved bruk av stålbuer vil det oppnås et jevnt trykk mot bergmassen som kan motstå store svelletrykk. Fra Q-systemet fremkommer det at buer brukes fra Q-verdier mindre enn 0,4 MPa.
Det finnes flere forskjellige måter å bruke buene på for å gjøre buekonstruksjonen sterkere ved dårligere berg og større svelletrykk. Blant annet kan man legge flere lag med buer. Vanligvis brukes ett lag med seks armeringsjern montert med tverrstykker og for å forsterke kan det legges et nytt lag med tverrstykker og to til seks nye jern utenpå dette. Diameteren på armeringsjernene som brukes kan også varieres og gjøre konstruksjonen sterkere (vanligvis 16-20 mm).
Tykkelsen på sprøytebetong ved bruk av buer varierer også fra 30 til 45 cm, og avstanden mellom buene varier fra en til fire meter. Et viktig poeng er at de står så tett at de samvirker, og ikke blir stående som flere enkeltbuer. En stor fordel med bruk av buer i forbindelse med svellende soner er at de begynner å virke gradvis etter hvert som deformasjonen tiltar (Barton et al., 2013; NFF, 2008).
Ved bruk av hesteskoformet utstøpning vil det i tillegg til krymping ved herding også oppstå glepper mellom støpen og berget i hengen. Dette vil gjøre at svelletrykket reduseres, men vil også redusere samvirket mellom berget og støpen. I vederlaget og hengen vil derimot betongen trykke mer mot berget, og disse vil ikke tåle like stort svelletrykk.
Ved utstøpning i sålen vil deformasjon og rissdannelse være avhengig av innspenningen i sålen.
Ved liten innspenning vil det vanligvis bli rissdannelse i vederlaget og størst avspenning og deformasjon ved sålen. Når det er større innspenninger, vil det kunne bli brudd i vederlaget, og i verste fall kan konstruksjonen kollapse. Ved innspenning og bruk av full utstøpning er det derfor viktig med godt samvirke mellom heng og såle, slik at hvelvvirkningen blir best mulig (Selmer Olsen, 1985).
Et annet sikringsforslag som er spesielt godt egnet mot svellende soner, kommer fra Håndbok 5: «Tung bergsikring i undergrunnsanlegg» fra Norsk Forening for Fjellsprengningsteknikk (NFF). Her foreslås det å sikre ved å legge et elastisk materiale mellom sprøytebetongen/utstøpningen og det svellende materialet. Et eksempel på dette er vist i Figur 6-2, der det er brukt steinullmatte som elastisk materiale, og det er lagt armert sprøytebetong og fjellbånd utenpå. Dette gjør at materialet kan svelle uten at det påvirker sikringen direkte
68
fordi det elastiske materialet vil oppta store deler av deformasjonen. Ved større soner vil ikke dette fungere like godt, og det må da vurderes andre metoder (NFF, 2008).
Figur 6-2: Illustrasjon av sikring med elastisk materiale. I dette eksempelet er det brukt en steinullmatte under fiberarmert sprøytebetong og fjellbånd (NFF, 2008).
69
7 Belastning på sikringskonstruksjon basert på numerisk analyse
For å se på hvordan svellende materialer påvirker sikringskonstruksjoner er det valgt å gjøre en numerisk analyse. Dette vil kunne gi et inntrykk av hvordan sikringskonstruksjonen tåler trykket fra den svellende leira og hvor mye svelling konstruksjonen vil tåle. I den numeriske analysen er det forsøkt å kopiere sikringen som er vanlige for svellende soner på best mulig måte.