5.1. Undergrundsjordar och topografi
5.1.1. Allmänt – Varför klassificering av undergrundsjord och topografi är nödvändigt
Information om typ av undergrundsjord och omgivande topografi, inklusive djupet ner till berggrunden, behövs initialt för att möjliggöra för projektören att bestämma den mest passande lösningen av avvattningen och att välja den mest passande överbyggnaden för rehabilitering. Undergrundsjorden kan påverka permanent deformation på följande sätt:
Tillsammans med dålig dränering kan vissa jordarter påverka den permanenta deformationen som ger spårbildning Typ 2 och pumpning. Detta är ett problem speciellt i Skandinavien där inhomogena jordar, tillsammans med dålig dränering, kan orsaka problem med ojämna tjällyftningar i vägen.
Jordartstypen kan orsaka stabilitetsproblem i vägbankar.
Jordartstypen bestämmer de typer av speciella material som kan användas i rehabiliteringsprocessen. Till exempel bör en geotextil användas i en materialutskiftning där undergrunden är silt eller siltig morän.
Klassificeringen av topografin har utformats för att vara till hjälp vid valet av speciella strukturella lösningar mot permanent deformation. I de här områdena kan lösningar och överbyggnader av standardtyp vara ineffektiva. Typiska klasser för typografin är: 1) platt och jämn yta, 2) sidlutande mark 3) kulle, 4) våt och lågt liggande dalgång och 5) berg.
5.1.2. Klass: Platt och jämn yta
Beskrivning
Det största problemet med en väg som går över en “platt och jämn” yta är att det vanligen är ett betydande avstånd till det närmaste naturliga avvattningssystemet och därmed är det svårt att bli av med vattnet. Detta problem är mest uppenbart under tjällossningen på våren när marken fortfarande är frusen och det finns ett överflöd av vatten från smältande snö och regn. Undergrunden kan också ha problem med att dränera bort ytvatten under perioder av ihållande regn. Storleken på problemet är beroende av mängden vatten och permeabiliteten hos undergrundsjorden.
Lösningar
De rekommenderade strukturella lösningarna för platta och jämna ytor baseras vanligen på kvaliteten hos undergrundens tillstånd. Dessa är:
Undergrund av morän
- Höj profillinjen för körbanan
- Skifta ut tjälfarliga vägmaterial mot material som inte är känsliga för vatten eller tjäle
- Testa om infiltrationsbrunnar eller diken kan användas
- Designa långa diken (långa utloppsdiken) eller djupdränering
Undergrund av lera, silt eller torv
- Höj profillinjen för körbanan. Försiktighet bör iakttas med detta eftersom denna lösning kan öka belastningen på undergrunden och öka sättningen, speciellt på undergrunder av torv. Att höja profillinjen är också till hjälp för vinterdriften eftersom det ger större plats för ackumulering och lagring av snö på sidan av vägen. Det kan dock uppstå problem där utrymmet för vägen är begränsat och detta kan medföra att innerslänterna blir för branta.
- Använd stålnätsarmering. Det kan reducera problemen med pumpning.
- Designa långa utloppsdiken (öppna diken eller täckdiken) till ett acceptabelt naturligt avvattningssystem
- Överväg stabilisering om det inte finns problem med ojämn tjällyftning
- Överväg användning av nya tillsatsmedel om inte avvattningen kan förbättras eller profillinjen inte kan höjas.
5.1.3. Klass: Sidlutande mark
Beskrivning
Det är mycket vanligt i den Norra Periferin att vägar byggs på sidlutande mark, där den ena halvan av vägen ligger i en skärning och den andra halvan ligger på en bank. Vägar på sidlutande mark är vanliga i områden med tjäle och vattenkänsliga moräner (glaciär jord) och sand/silt material (med undergrunder av lera eller torv, är terrängen vanligen platt).
I vägar som byggs på sidlutande mark kommer grundvattennivån att ligga närmare vägytan (och hjullasten) på skärningssidan. Ett skäl till detta är att materialet från ytterslänten naturligt rinner ner till botten av diket och det höjer vattennivån i diket. Fukthalten i ett jordmaterial är en funktion av avståndet till grundvattnet och därmed är spårdeformationen vanligen större på körfältet mot ”bergssidan” för vägar byggda på sidlutande mark. Konsekvensen av detta är att spårbildningen på skärningssidan vanligen påkallar ett behov av rehabilitering många år tidigare än den väldränerade banksidan. Förhållandet mellan livslängderna (dränerat körfält/odränerat körfält) kan nå nivåer högre än 2.
På sidlutande mark kommer grundvattnet att rinna under vägen. Om det finns berg eller impermeabla material nära vägen kan dessa hinder blockera eller koncentrera grundvattnet och därigenom öka potentialen för att den närliggande vägen drabbas av tjällyftningar, uppmjukning vid tjällossning och reducerad bärighet p g a hög vattenhalt.
Lösningar
Vid design av strukturella lösningar bör huvudfokus ligga på att säkerställa att det föreslagna avvattningssystemet kommer att fungera effektivt under överbyggnadens livslängd – och inte bara under några år. När väl avvattningen har ordnats till kan den strukturella lösningen designas, och ofta kan detta visa sig vara svårt beroende på vägens begränsade bredd. Några möjliga alternativ är:
- Rensa diket på skärningssidan och gör ett stöd eller en dränerande åtgärd för ytterslänten.
- Använd en dräneringsledning för att sänka grundvattenytan på vägens skärningssida
- Designa extra trummor på platser där vattnet har blivit blockerat
- Designa djupdränering (speciellt i områden utan tjäle)
- Öka överbyggnadens tjocklek (genom utskiftning) på vägens skärningssida, eller höj profillinjen för körbanan
- Ta bort berg/täta material som blockerar grundvattnets flöde
- Lägg in frostisolering för att ge vattnet möjlighet att rinna under vägen (dyrt)
5.1.4.Klass: Kulle
Vägar som går över, eller skär igenom, moränkullar har ofta speciella deformationsproblem, särskilt i områden med tjäle.
Skador på sådana kullar är vanligen lokaliserade till toppen av kullen eller i övergångszonen där vägen lämnar banken och överbyggnadens lager blir tunnare.
Till skillnad från vid sidlutande terräng blir vägytan på en kulle uppmjukad över hela tvärsektionen.
Bulor p g a ojämn tjällyftning uppkommer också ofta i övergångszonerna under vintern.
Materialutskiftning är den bästa lösningen på dessa platser eftersom profillinjen då inte behöver höjas. Om vägen ligger i skärning på överdelen av en kulle samlar den vanligtvis snö (och vatten)
och dikena blir lätt fyllda. Av dessa skäl bör särskild uppmärksamhet riktas mot sådana sträckor vid utformning av underhållsåtgärder för avvattningen.
5.1.5 Klass: Våt och låglänt dalgång
Beskrivning
En våt och låglänt dalgång är ett speciellt fall och en plats där problemet med permanent deformation ofta bara är ett av många problem att ta hänsyn till. Andra problem som kan uppkomma inkluderar sättningar, ojämna tjällyftninger (speciellt vid trummor) och problem med vinterdrift. Dessutom har intervjuer av trafikanter i ROADEX-projektet också påvisat att förarna av tunga fordon känner att dessa platser har potential för att ge upphov till större trafiksäkerhetsrisker. Se vidare i rapporten: “User Perspective to ROADEX II Test Areas’ Road Network Service Level”
Lösningar
En våt och låglänt dalgång, eller en sänka, skiljer sig från en “platt och jämn” yta på så sätt att den vanliga och rekommenderade rehabiliteringslösningen (med ett fåtal undantag) är att höja profillinjen genom att bygga en ny överbyggnad ovanpå den gamla vägen.
En högre profillinje ger ett flertal fördelar och nyttor. En tjockare överbyggnad ovanför grundvattennivån kommer att öka bärigheten på vägen, även om avvattningen i dalgången inte kan förbättras. En tjockare överbyggnad ger också en bättre resistens mot tjällyftning och minskar risken för att få tjälgupp vid trummor som kan orsaka problem för den tunga trafiken.
En högre profillinje kan också underlätta vinterdriften. Lågt liggande dalgångar har ofta problem med snödrev och en högre profillinje kan ge mer plats för magasinering av snö.
Slutligen kommer en förbättring av den vertikala geometrin såväl att förbättra trafiksäkerheten, speciellt för den tunga trafiken vid hala väglag på vintern, som att minska deras bränsleförbrukning.
Kvaliteten hos undergrundsjorden måste dock bedömas innan ett beslut om höjning av profillinjen kan tas. Om undergrundsjorden är torv, kompressiv lera eller gyttja, måste risken för ojämna sättningar bedömas, se rapporten “Dealing with Bearing Capacity Problems on Low Volume Roads Constructed on Peat ”. Ett annat problem, som vanligen uppkommer, är att en förbättring av den vertikala linjeföringen i en dalgång kräver större bredd för vägen och detta kan kräva ytterligare mark från närliggande markägare. Detta behov kan på vissa platser reduceras genom användning av skyddsräcken, men dessa kan i sin tur ge andra problem.
5.1.6. Klass: Berggrund
Beskrivning
Lågtrafikerade vägar byggda i bergsskärning eller där berggrunden är nära vägytan, är alltid specialfall i design eftersom de ger speciella problem. Rehabiliteringar av denna typ av vägsträckor kan bli mycket kostsamma.
Berggrund hindrar vattnet från att dränera från vägöverbyggnaden och detta kan leda till reducerad bärighet hos vägen. Under tjälsäsongen kan islinser bildas på toppen av berggrunden och ge upphov till att ojämna gupp bildas i vägytan. Alla fördjupningar i berggrundens yta kommer att samla vatten och om det finns tjälfarliga material i överbyggnaden, kommer separat isbildning att uppstå.
Berg kan också blockera vattnets flöde under vägen och/eller orsaka att vatten tränger in i vägöverbyggnaden från vägkanten. Berg och block kan dämma upp vattnets flöde över långa sträckor och detta kan ge upphov till ojämn tjällyftning.
Berggrund som överlagts med tunna obundna lager (< 30-40 cm) kan också verka som en “sandwich överbyggnad”. När dessa lager är genomdränkta med vatten, kan den tunga trafiken ge höga hydrauliska tryck som kan bryta sönder beläggningen. Detta kan inträffa speciellt under våren när snön smälter.
Lösningar
Det finns flera lösningar av problem relaterade till grundläggning på berg och den slutliga lösningen är normalt baserad på vägklassen och de tillgängliga resurserna. Några av de vanligaste lösningarna är:
- Build a new structure on top of the old and make sure that the layer thickness over the bedrock section is at least 40 cm. In the case of a paved road, the old bituminous pavement layers should be milled out first so as not to make a sandwich structure.
- Bygg en ny överbyggnad ovanpå den gamla och säkerställ att lagertjockleken ovanpå berggrunden är minst 40 cm. Om det är en belagd väg bär beläggningslagren först fräsas bort för att undvika att göra en sandwich konstruktion.
- Spräng berget ner till ett djup av 1-2 m under vägens grundläggning. Detta kommer att ge sprickor i berget, genom vilka vattnet kan dränera ur överbyggnaden
- Spräng diken eller gör en djupdränering längs vägens sidor för att hindra vatten från att komma in i vägkroppen.
- Använd frostisolering för att få vattnet att rinna under vägen
- Installera dräneringsrör på skogsbilvägar på varje plats där vatten samlas
Gör en materialutskiftning ner till berggrundens yta och ersätt det gamla materialet med ett grovkornigt material som inte är tjälfarligt, och glöm inte att göra utspetsningskilar vid förändringar i överbyggnaden.
5.2 Avvattning
Avvattning/dränering är sannolikt den mest betydande faktorn för att påverka utvecklingen av permanent deformation, men dålig avvattning kan också skapa trafiksäkerhetsrisker. Permanent deformation uppkommer nästan aldrig om inte överskottsvatten finns närvarande i vägöverbyggnader och undergrundsjordar. Resultat från tidiga ROADEX-projekt visar tydligt att den mest lönsamma underhållsåtgärden på lågtrafikerade vägar är att hålla avvattningssystemet i god kondition. Och för den processen är ett effektivt övarvakningssystem av avvattningen nödvändig. Detta blir genomgånget tillsammans med detaljerade beskrivningar av klassificeringar, analyser och diagnoser i ROADEX e-Learning paket “Avvattning”.
