Stålrörspålar används idag i be-tydande omfattning för grund-läggning av hus, broar och and-ra byggnadskonstruktioner. Under många år utgjordes mer-parten av stålpålar av begagnadjärnvägsräls. Med början kring1975 påbörjades teknikutveck-ling med syfte att ta fram slankastålrörspålar för grundförstärk-ningsändamål. Ett flertal pålty-per av likartad utformning togsfram, exempelvis Bjurströmpå-len, Stål-Plastpålen, Gustafs-bergspålen med flera. Pålarnahade rörformat tvärsnitt ochskarvanordningar som utfor-mats med syftet att pålarnaskulle kunna installeras i kortalängder, i första hand i utrym-men med begränsad takhöjd.Pålarnas diameter varierademellan cirka 60 till 120 mm,godstjocklek cirka 5 mm. Pålar-nas lastkapacitet låg i allmänhetinom intervallet 100–400 kN.Speciella maskiner togs fram föratt kunna driva pålarna i trångakällarutrymmen, vilket är dennormala miljön för grundför-stärkning. Utveckling av pålaroch maskiner skedde i förstahand av entreprenörer, med stödav myndigheter, högskolor ochStatens geotekniska institut.

Idag, cirka 25 år senare, så har markna-den för grundförstärkningsarbeten ominte försvunnit, så i vart fall minskat på-tagligt. Pålningsentreprenörer arbetar påen marknad med mycket pressade priser,som knappast medger marginaler för tek-nikutveckling. Myndigheter och högsko-lor har också fått se sina anslag för forsk-ning och teknikutveckling minska tillmycket låga nivåer. Utveckling av nya ty-per av stålrörpålar drivs sedan några åristället av påltillverkare. Dessa förefallerha tillräcklig prissättning på sina bygg-produkter för att det ska medge utveck-

lingsarbete som resulterar i nya produk-ter. Siktet är då inte inställt på det relativtbegränsade marknadssegmentet grundför-stärkning. Istället syftar utvecklingsarbe-tet till att ta fram mer generellt användba-ra påltyper, med ett större intervall dia-meter/lastkapacitet än det för ovannämndarörpålar utvecklade under 1970-talet.Man kan konstatera att de nya påltypernatill stor del bygger på de insatser somgjordes då.

Finsk teknikutveckling ger nyapåltyperTammerfors tekniska högskola har tradi-tionellt, med ledning av professor JormaHartikainen, arbetat med forskning ochutveckling avseende stålpålar. Utöver in-stitutionsfinansierad forskning av mergrundläggande karaktär har man ocksåsamverkat med finska tillverkare av stål-rörspålar vid utvecklingen av nya pålsys-tem. Under 2001 resulterade högskolansinsatser bland annat i två doktorsavhand-lingar som behandlade varsin ny påltypgrundad på rör av stål:1. CSG-pålen (Continious Shaft GroutedPile), Jouko Lehtonen.❍ RR-CSG slagna,❍ RR-CSG borrade.2. RD-pålen (Rautaruukki Drilled Pile),Sami Eronen.

Båda påltyperna utgör intressanta vida-reutvecklingar av sådana pålar som sedantidigare finns på marknaden. Genom attanvända sig av CSG- respektive RD-pålarkan man i många fall uppnå betydande

47Bygg & teknik 1/03

Stålrörspålar – nya påltyper

Artikelförfattare ärtekn dr Håkan Bre-denberg, Breden-berg Geoteknik AB,Stockholm.

Figur 2. Installation av RR-CSG-påle (Lehtonen 2001, [1]).

Figur 1: Understa pålsegmentet i en RR-CSG-påle monteras i upprymmare

(Rautaruukki 2001).

förbättringar i ekonomi och byggtid förett pålningsprojekt.

RR-CSG-pålenRR-CSG-pålen består innerst av ett stålrörsom drivs med fallhejare, vibro, pneuma-tisk snabbslående hejare eller som trycksned med domkraft. Vid den undre ändenav pålen finns en förstoring (”tallrik”),även kallad ”marköppnare”. Närmastöver denna finns i pålröret fem hål meddiametern cirka 15 mm. Under neddriv-ningen pumpas cementbruk in i pålröretgenom en stos som monteras på pålensöverände, och som också fungerar somslaghatt. I figur 1 på föregående sida visashur det understa pålsegmentet monteras iupprymmarplattan.

Spetsförstoringen medför att cement-bruk som strömmar ut genom hålen fyllerupp den upprymda volymen som bildasunder neddrivningen. Den kringgjutningav stålröret som bildas har konstateratsvara upp till cirka 20 till 40 procent störreän spetsförstoringens diameter. Vilket vär-de som uppnås varierar med jordart ochjordens lagringstäthet. Installationen av enRR-CSG-påle visas schematiskt i figur 2.

Stålröret i den färdiga pålen blir såledesfyllt med injekteringsbruk, vilket ökarlastkapaciteten. Cementbruket utanför på-len medför dels korrosionsskydd, delshög mantelbärförmåga genom att diame-tern blir stor samtidigt som ytan mot jor-den får en ruggad yta som ger hög man-telfriktion i friktionsmaterial. Stålrörenhar i utförda försök utgjorts av RR-pålar,vilket är en fördel eftersom ett färdigtsystem för skarvning, bergskor samt pål-hattar kan användas. Rördiametrar i inter-vallet 60 till 220 mm, med godstjocklek 6till 12,5 mm finns tillgängliga, vilket geren stor variation i den lastkapacitet somkan uppnås. Rören tillverkas av höghåll-fast stål, hållfasthet 440 eller 550 MPa.Stålet är D-klassat, vilket säkerställer an-vändning i konstruktioner där utmattningmåste beaktas.

I Lethonens avhandling [1] redovisasbland annat utförda laboratorieförsök,samt ett antal case-records där RR-CSG-pålar kommit till användning. Mantelfrik-tionen för medelfast lagrat friktionsmate-rial blev i de utförda försöken och provbe-lastningarna cirka 100 till 250 kPa, vilketär betydligt mer än för många jämförbarapåltyper. I figur 3 visas resultatet av en ut-förd provbelastning med en RR-CSG-påle med 76 mm rörkärna.

AnvändningsområdenVilka användningsområden finns för RR-CSG-pålen? Den höga mantelfriktionensamt att pålarna kan installeras med småmaskiner och ett flertal olika typer av heja-re är förstås en fördel. RR-CSG-pålar läm-par sig särskilt vid följande förutsättningar:❍ friktionspålar i löst lagrat friktionsma-terial,❍ stolpfundament (huvudsakligen hori-sontella laster),❍ stort djup till fast botten för stödpålar.

48 Bygg & teknik 1/03

Figur 3. Provbelastning av RR-CSG-påle. Pålrör 76 mm, t = 6,3 mm, diameterkringgjutning cirka 200 mm (Lehtonen 2001, [1]).

Figur 4. Pålspets RD-påle (Eronen 2001, [3]).

Vid pålning med RR-CSG-pålar träng-er en del av cementbruket upp till marky-tan, där åtgärder för att ta hand om dettaspill måste vidtagas.

RD-pålenMedan RR-CSG-pålen är en uttalat man-telburen påle är RD-pålen en helt och hål-let spetsburen påle. RD-pålen utgörs avett till berg nedborrat stålrör som efter in-vändig rengöring fylls med betong. I vissafall installeras även armering i form avstänger eller stålprofil. I första hand stål-röret, men i vissa fall även betongfyllningoch armering, medräknas som bärande.Pålspetsens utformning visas i figur 4.

RD-pålen liknar i många avseendenstålkärnepålen, som är en i Skandinaviensedan länge etablerad påltyp, se [3]. RD-pålen innehåller emellertid ingen stålkär-na utan utnyttjar istället det borrade for-derröret som primärt bärande del. SamiEronen har i sin avhandling redovisat ettflertal belastningsförsök där rör nedbor-rade till bärkraftigt berg provbelastats, sefigur 5. Det har visat sig att bergets bär-förmåga i allmänhet överstiger den last-kapacitet som motsvarar rörets hållfast-het.

Pålrör och bergborrhål kan i detalj in-spekteras efter utförandet. Detta medgeratt höga kvalitetskrav kan uppfyllas, vil-ket innebär hög utnyttjandegrad för ståloch betong. RD-pålen installeras genomborrning, varför hinder i marken som an-nars skulle stoppa annan pålning kan for-ceras. Detta innebär att dagens pressadetidplaner för grundläggningsarbeten medstörre säkerhet kan garanteras. Pålarnakan installeras med lätta borrmaskinersom kan bullerdämpas effektivt. Ingenjordundanträngning eller sänkning avgrundvattenytan uppkommer. Mycketsmå markvibrationer uppstår. RD-pålenfyller därför högt ställda krav på skon-samhet med avseende på omgivningspå-verkan.

Den invändiga betongfyllningen elimi-nerar risken för invändig korrosion. Ut-vändigt räknas, om inte annat påvisas,med rostmånen 1,2 till 2,0 mm under på-lens livstid. Genom att även utnyttja be-tongfyllningen så uppnås mycket storavärden för lastkapaciteten även för pålarmed måttligt stor diameter. Analys visaratt samverkan mellan betong och rör inteställer några större krav på kraftöverfö-ring mellan rör och betong, se [4]. Beräk-ning av samverkan mellan betong och stålbehandlas i detalj i EC4, se [5].

I de fall betongdelen av tvärsnittet för-utsätts ta upp axiell belastning är det gi-vetvis viktigt att kontakten mellan bergoch betongfyllning säkerställs genomnoggrann rengöring av borrhålsbottenoch kontroll av kontakten mellan betongoch berg.

RD-pålar har använts för ett flertal pro-jekt i Finland, bland annat för finska ban-verkets räkning. Även i Sverige har RD-pålen använts vid några pålgrundlägg-ningar. Den nyligen utförda grundför-stärkningen för kv Cerberus i Gamla Stani Stockholm är ett exempel. Svenska nor-mer för pålgrundläggning lägger ingahinder i vägen för RD-pålar.

För RD-pålar har produktionsanpassa-de skarvsystem tagis fram, se figur 6.Skarvsystemet bygger på att rören ärgängade med konisk hylsa och att på såsätt svetsning kan undvikas. Detta är enstor fördel i de trånga utrymmen där den-na typ av pålar används. För borrningenanvänds centrisk borrmetod när störrerörtjocklek än cirka 6 mm används.

AnvändningsområdenFör att avgöra om RD-pålar är lämpligakrävs kännedom om förhållanden ochförutsättningar som avser produktionstek-nik, geoförhållanden och övriga för pål-ningsobjektet relevanta omständigheter.Faktorer som talar för användning av RD-pålar är främst:

● Svårforcerade jordlager. ● Pålning måste utföras nära befintligabyggnader.● Pålning måste utföras ned till berg.● Stora koncentrerade laster.● Särskilt viktigt att förseningar beroen-de på pålningsarbetet undviks.● Kvalitetskontrollerat och certifieratstålmaterial krävs.● Höga noggrannhets- och kontrollkrav.● Höga krav på begränsad inverkan påomgivningen, vibrationer och buller.

Ju fler av ovannämnda förhållandensom föreligger, desto större är förutsätt-ningarna för att RD-pålar är den gynn-sammaste lösningen för pålgrundlägg-ningen. ■

Referenser[1]. Lethonen, Jouko, Shaft Bearing Micro-piles, Thesis , Tampere University 2001, sid1–132.

[2]. Eronen, Sami, Drilled Steel Pipe Pi-les in Underpinning and Bridge Founda-tions, Thesis, Tampere University 2001, sid1–147.

[3]. Bredenberg, Håkan, Stålkärnepåler,anvisningar för projektering, dimensione-ring utförande och kontroll, Pålkommissio-nen, Rapport 97, Linköping 2000, sid 1–56

[4]. Leskelä, Matti, Composite Beha-viour of a Concrete Filled Circular Tube asa Foundation Pile, University of Oulu,Engineering Mechanics Laboratory, 2002,page 1–9

[5]. prEN 1994-1-1, Eurocode 4, Designof Composite Steel and Concrete Structu-res. Part 1-1: General Rules for Buildings.Final Draft, CEN 2002.

49Bygg & teknik 1/03

Figur 5. Provbelastning av 140 mm RD-påle (Eronen 2001, [2]).

Figur 6. Skarvystem för RD-pålen,gängad muffskarv eliminerar svetsning

(Rautaruukki 2001).