udvidelse af skagen havn - dansk geoteknisk · pdf fileplastisk rotationsvinkel ... vandret...

UDVIDELSE AFSKAGEN HAVNETAPE II. 2013 TIL 2015

DGF 19 NOVEMBER 2015 DESIGN & UDFØRELSE I SILT TIL HALSEN

Billede lånt fra Skagen Havns Hjemmeside

Henrik Steen HansenCarsten JohannesenHavne & Geoteknik

Krydstogtkaj, Pier 10, Vertikal molehoved,Dækmoler og Uddybning

1. Designbasis2. Konstruktioner3. Geoteknisk design4. Geoteknik og Geotekniske parametre5. Kontrol under udførelsen

Designbasis, væsentligste forhold• Levetid 50 år og Konsekvensklase CC2

• Designvanddybde 13,5 m - Krydstogtkaj og Pier 10

• Overfladelast 20 kN/m2 (Krydstogtkaj og Pier10). 1,5 kN/m2 Molehoved

• Kranlast/støttebenstryk 1000 kN fordelt på 1,5 m x 1,5 m (Krydstogtkaj og Pier10)

• Differensvandtryk 0,5 m (Krydstogtkaj og Pier10) som +0,0 m på bagside og -0,5 m på forsiden. Ved Molehoved 1,0 m og 1,8 m (Ulykke) fra bølger.

• Pullertlaster 1250 kN ved Krydstogtkajen og 500 kN ved Pier 10. Pullerter placeret pr. 15 m. Betonoverbygning anvendes til kraftfordeling ud på 15 m.

• Fenderlaster 2014 kN (Krydstogtkaj og Pier10). Betonoverbygning anvendes til kraftfordeling ud over 10 m.

• Skibsstød Ulykke 5.000 kN fordelt på areal 1,0 m x 1,0 m (Krydstogtkaj, Pier 10 og Molehoved)

• Termisk islast inde i havnen svarende til is tykkelse på 0,57 m – isflager kan ikke blive store nok inde i havneområdet til at vind kan få isen til at knuse på konstruktionen. Termisk last beregnet til 44 kN/m. DS/EN 1991: DK:2009 - Islast på broer – tillæg

• Islast på molehoveder svarende til en 50 års statistisk istykkelse som via vind og strøm på stor isflage kan mobilisere en knusningslast. Islast på denne vis beregnet til 800 kN/m ved molehoved

• Korrosion. Forside beskyttes med offeranoder (Krydstogtkaj, Pier10 og Molehoved).

• Skruevandsudskæring. Krav i kontrakt fastlagt til 2,5 m.

• Geotekniske forhold/styrkeparametre/stivhedsparametre/sætninger

Fenderkarakteristik SXP 1000x2000 G2.8(Udbudsfender)

Data for fenderlængde 1 m

Faktiske fender som blev valgt pga. Hull pressure

Korrosionsfradrag

Spunsvæg beregnes for korrosion på 1,2 mm på bagsiden. Stålankrene skal også reduceres for rust men svarende til 2*1,2 = 2,4 mm. Da der etableres forstøbning ned til daglig vande og offeranoder under dette niveau er det kun korrosion på bagsiden (og forsiden under havbunden) som er relevant.

Anbefaling i Eurocode

Partialkoefficient laster på kajer

Bemærk 1,4 på den dominerende variable last for kajkonstruktioner

Lastkombinationer

For Krydstogtkajen var lastkombination 2.3 (Pullert dominerende og overfladelast sekundær) dimensionsgivende for ankerkraften mens lastkombination 2.6 (Overfladelast dominerende og fenderlast sekundær) var dimensionsgivende for både rammekote og det positive moment i væggen.

Krydstogtkaj. Der skal rammes i gammel stenkastning !

Snit fra udbudsprojektet

Krydstogtkaj

Ankerlængde: 32,5 m og 24,5 mAnkerstænger: SAS ankre Ø50 S670/800Ankerplader: 1,80x1,80x0,35 m, BK -2,5 mRammekote:-18,8 / -17,8 mSpunsvæg: AZ36-700, S430 GPErosions sikring: 25 m’s breddeTerræn i kote +2,5mDesignvanddybde: 11+2,5 m = 13,5 m

Max moment: 1321 kNm/m

Krydstogtkaj

Plan af princip for ankersystem. Ankre pr. 1,4 m

Plan af princip for kajudstyr. 125t pullerter og fendere pr. 15 m

Betonoverbygning

Max Ankerkraft: 571 kN/m

Vægberegning, Spooks

LK 2.3 med Pullert (max) og overfladelast, max A

LK 2.6 med Overfladelast (max) og fenderlast, max M og RK

Kranlast / Enkeltlast jordtrykspåføring

Der er 140 kN/m i reserve i ankersystemet og dette anvendes til optagelse af jordtrykket fra enkeltlasten og betonoverbygningen anvendes til fordeling ud over en strækning på 6 m.

Dobbelte ankerplader

2015-12-01

GENDIATUR, QUE REIUNT EXPLABO. UT ASINCTIIS DE VOLLACCAB ISUNT ET EOS QUATIANDANDI DELLECU LLUPTIIST

14

Plaxis ækvivaleres med Krebs Ovesen beregning. Her giver Plaxis større bæreevne end Krebs Ovesen. Plaxis er en 2D beregning så Plaxis skal korrigeres for dette.

Vi har 8 m imellem ankerplader – hvor meget influerer de på hinden ?-Brudlasten findes i Plaxis og så korrigeres der med den fundne faktor.

Totalstabilitet, Plaxis

Totalstabiliteten er ok men hvad så med rotationskapaciteten ?

Rotationskapacitet. Tilladelig rotationsvinkel bestemmes for vores tværsnitsklasse 2 efter reduktion for rust

Aflæs tilladelig plastisk rotationsvinkel

Bestemmelse af faktiske rotation

Plaxis deformationsberegning

-20

-15

-10

-5

0

5

-0,25 -0,2 -0,15 -0,1 -0,05 0

Ko

te (

m D

VR

90)

Vandret deformation (m)

Med q og diff. VS

Uden q og diff. VS

Deformationen må ikke være så stor at skibssiden ved normal krængning kan komme ind og ramme spunsvæggen

Lodret ligevægt

• I den udstrækning det ikke havde væsentlig indflydelse på dimensioner og rammedybder er valg af ruhed på for og bagside blevet anvendt for opnåelse af lodret ligevægt.

• Hvor valg af ruhed er blevet uhensigtsmæssig i designet er der anvendt spidsmodstand ved spidsen større end stålareal.

• Gamle dage anvendtes 80%, sidste ca. 10 år har Sweco anvendt ca. 40-50% og i Skagen er kun anvendt ca. 20%, da bygherre rådgiveren havde stor uvilje mod at man anvender mere end stålarealet. Vi blev aldrig enige, men vi er overbevist om at sandheden i store træk svarer til EAB tilgangen nedenfor

Uddrag EAB 2006

Skruevand

Krydstogtskib 10% effekt, 12,5 m’s vanddybde. Beregninger viste at man ved dette scenarie kan få skruehuller på henholdsvis 2,5 m ved manøvrering (kote -15,0 m) og 8,2 m ved fast position (kote -20,7 m). Denne skrueudskæring er et godt stykke under design niveau. Bygherren blev derfor kraftigt anbefalet at der etableres bundbeskyttelse foran kajstrækningen.

Kornkurveren viser at det med rimelighed kan antages at sandet i området har en d50 ≈0,2 mm og d85 ≈0,3 mm.

Geoteknisk design Krydstogtkaj, resume

• Lodret ligevægt og propfaktor. Vi havde brug for 20% af spunsvægshøjden.

• Check rotationskapaciteten ved vægbrudmåder med flydeled, f.eks. via Plaxishvis Plaxis alligevel bliver brugt til totalstabilitesberegningerne og deformationsberegning i anvendelsestilstanden (tværsnitsklasse 2).

• Totalstabilitet i Plaxis for såvel drænet som udrænet. I udrænet via c-φ analyse hvor man reducerer cu værdien med en faktor på γtanϕ / γcu Sikkerheden i beregningen skal så være > 1,2

• SAS ankre med valset gevind sådan at der ikke skal tages hensyn til skåret gevind og ankre kan om nødvendigt regnes vigende, hvilket er vigtigt i forhold til beregninger for store lokale støttebenslaster/lodlaster da man ellers skal designe for horisontale laster svarende til ueftergivelig væg.

• Ankerplader dimensioneres iht. Krebs Ovesens metodik til beregning af ankerplademodstand. Anvendes til kalibrering af ankerplademodstanden i 2D Plaxis som ikke tager hensyn til den rumlige effekt.

• Brinch Hansens brudteorier anvendes som vægdesign via softwaren Spookssom gennem tiden har ført til fornuftige og optimerede konstruktioner – så tag vare på dette og lad ikke denne beregningsmetode gå i glemmebogen!.

Pier 10. Der skal rammes i gammel stenmole !

Plan Pier 10

Forankringsplan

Havnekransdæk og 50t pullerter pr. 20 m

Max ankerkraft som kan optages i eksisterende kaj 10 er efter beregning bestemt til 400 kN/m. Denne ankerkraft må således ikke overskrides.

Der er gammel stenmole som det er meget vanskeligt at grave og ramme i og siltenved den nye væg er ikke forbelastet ligesom ved Krydstogtkajen

Pier 10

Tværsnit indre del. Designvanddybde 11 m + 2,5 m = 13,5 m, levetid 50 år, AZ38-700, RK -19,8 m

Tværsnit ydre del. Designvanddybde 11 m + 2,5 m = 13,5 m, levetid 50 år, AZ36-700, RK -19,2 m

Nye kajoverbygning

Eksisterende kajoverbygning

A=484 kN/m, M=1181 kNm/m

M=1570 kNm/m; A=400 kN/m

Havnekransdæk

Betonoverbygningen gøres så stærk at den kan fordele dæklasten svarende til maksimale linielast på 280 kN/m

Totalstabilitet pier 10, indre del

2015-12-01


26

Deformationer udførelsen iht Plaxis

Hvornår tør vi støbe betonen ? – har vi brugt de rigtige stivheder sådan at output fra plaxis er troværdig ?

Hvad med vinkeldrejning ved ankrene ?

Opfyldningen trækker den eksisterende kajvæg med sig. Vigtigt at tænke denne deformationsmulighed ind i designet

Vinkeldrejning ankerstænger kan på denne vis beregnes til 0,4 grader og vinkeldrejning betonoverbygning tilsvarende til 0,1 grad.

Vertikal molehoved, Islasten !!

VægberegningM=1201 kNm/mA=612 kN/mRK=-19,2 mVanddybde 12,1 m

Vertikal molehoved

Sætninger under udførelsen iht. Plaxis

Dette er store sætninger, så hvordan håndterer vi dette ?

Sætningerne sker i silten under spidsen af spunsvæggen så molehovedet sætter sig som et samlet hele. Check ☺

Vi gennemregner konstruktionen for situationer med varierende ankerkoter. Check ☺

Vi etablerer torsionsbetonplade under ankerniveau sådan at pladen kan sætte sig lodret uafhængigt af spunsvæggen. Check ☺

Overbygning molehoved

NB! Risiko for kraftigere korrosion på bagsiden pga. bølgeoverskyl

Dækmoler

2015-12-01


34

B101B102

B103

B104B105

2015-12-01


35

B110

B109B108B107

B106

B112

B111

Geotekniske parametre

• Kan der opstå en udrænet tilstand i silten som skal håndteres beregningsmæssigt?

• I detailprojekt udfører GEO geologisk bedømmelse samt sigteanalyser på poseprøver taget i forbindelse med forprojektet. Prøver bedømt som SILT i udbudsmateriale tolkes som SAND.

• Er finstof udvasket i forbindelse med prøvetagningen? Der udføres supplerende boringer samt dissipationsforsøg.

• Konklusion: Den trufne SILT skal regnes udrænet.

2015-12-01

36


• cu-profil ved Krydstogtkaj

• Vingeforsøg

• CPT

–�� =��

��

– Nk=10 (kalibreret ud fra vingeforsøg)

2015-12-01

37

Molehoved – Stabilitetsanalyse (islast=800kN/m)

2015-12-01

38

3

2

1

3

2

1

Molehoved – Stabilitetsanalyse (islast=800 kN/m)

2015-12-01

39

Snit 1

Snit 3

Snit 2

1100 kN/m 800 kN/m

440 kN/m


• Tolkning af geotekniske deformationsparametre ud fra CPT-data

• Konsolideringsmodul: K≈4 MPa

2015-12-01

SKAGEN HAVN ETAPE 2DGF-MØDE 19-11-2015

40

Swedish Geotechnical Institute

CPT-håndbog

Krydstogtkaj – Vandret deformation

• Uddybning til kote -12,5 m

• Krumning målt ud fra wire spændt op i lod fra havbund til havoverflade

• Parallelforskyd-ning målt i top af spuns

2015-12-01


41

-20,00

-15,00

-10,00

-5,00

0,00

5,00

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14K

ote

(m

DV

R90)

Vandret deformation (m)

Beregning

Måling

Uddybningsniveau

Moler - Sætninger

2015-12-01


42

www.skagenhavn.dk

Moler – Bølgeskærm bygget i 2007

• Bølgeskærm bygget sommeren 2007

• Fixpunkt etableret sommeren 2013

• Sætning i løbet af 6 år: 6-10 cm

• Stensætning færdig 3-6 mndr. forinden

2015-12-01


43

FixpunktSommer 2007: kote +3,307 m DVR90 ±0,02 mSommer 2013: kote +3,227 m DVR90

Moler – Sætninger

t=3 mndr.(cm)

t=6 mndr.(cm)

t=6 år(cm)

Restsætning(cm)

Målt (2007-2013) 6-10

Plaxis 6 9 25 16-19

2015-12-01


44

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 1 2 3 4 5

Ko

ns

oli

de

rin

gs

sæ

tnin

ge

r(m

)

Tid (år)

6 m vanddybde

3 mndr.

6 mndr.

Kalibrering af stivhed i silt – Pier 10

2015-12-01

45

Målt initialsætning

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

01-11-14

01-12-14

31-12-14

Lod

ret

de

form

ati

on

(cm

)

Dato

Beregnet initialsætning

K(MPa)

δδδδini

(cm)

4 14,4

5 12,3

8 7,2

10 5,2

14 4,8

Kalibrering af stivhed i silt – Kaj 10

Målte sætninger

• Ved ender: 10 cm

• I midten 20 cm

2015-12-01

46

Beregnet konsolideringssætning

K(MPa)

δδδδkons

(cm)

8 9,4

14 5,7

Kalibrering af stivhed i silt

2015-12-01

47

= � ∙ ��

8�� = � ∙ 1,2�� ⇒ � =8��

1,2��= 6,7

Kalibreret stivhed ved molehovedet:

= 6,7 ∙ 0,6�� = 4��

Vertikalt molehoved - Sætningsmålinger

2015-12-01

48

Rør 3

Rør 1

Rør 2

Rør 4


Molehoved - Sætningsmålinger

Dato Arbejde

16-04 Opfyldning kote -7,0 m

08-05 Opfyldning til kote -0,5 m

10-06 Opfyldning af ral

22-07 Færdig

2015-12-01


49

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

01-0

2-1

5

03-0

3-1

5

02-0

4-1

5

02-0

5-1

5

01-0

6-1

5

01-0

7-1

5

31-0

7-1

5

30-0

8-1

5

29-0

9-1

5

29-1

0-1

5

Sæ

tnin

g (

m)

Dato

Rør 1

Rør 2

Rør 3

Rør 4

Molehoved - Deformationsanalyse

• Totale sætninger estimeres nogenlunde

• Tidsudvikling undervurderes

• Permeabilitetskoefficient i silt konservativt valgt ud fra dissipationsforsøg– k=10-8 m/s

• Drænvej i silt svarende til énsidet dræning

2015-12-01


50

Tid(dage)

Målt(cm)

Beregnet(cm)

68 45-60 12

1825(5 år)

~60-65 83

Opsamling

• Udrænet tilstand blev kritisk for stabilitetsberegnigner

• Deformationsparametre er kalibreret ud fra deformationsmålinger–Deformationsmålinger bør registreres sammen med

optegnelse af igangværende arbejder, hvis de skal have værdi

• Vandrette deformationer ved kajer overvurderet

• Lodrette deformationer ved molehoved estimeret OK

2015-12-01

51

Tak for opmærksomheden

Skagen Havn, Etape II færdig

Skagen Havn, Etape II færdig Billeder lånt fra Skagen Havns Hjemmeside

udvidelse af skagen havn - dansk geoteknisk · pdf fileplastisk rotationsvinkel ... vandret...

Documents