Pile Driveability Analysis (rambarhedsanalyse)

Analyse af pælenes rambarhed er typisk en vurdering af, om det er muligt at slå en pælekonstruktion eller anden rammet konstruktion, med en given pælehammer gennem et specifikt jordprofil med mere eller mindre specificerede egenskaber.


Pile Driveability Analysis (rambarhedsanalyse) giver oplysninger om:

  • Hvorvidt et givet pæleramningsscenarie med en bestemt kombination af pælehammer, pælesammensætning og jordbundsegenskaber er muligt med hensyn til f.eks. slagantal (eller penetrationshastighed), pælematerialespændinger og det samlede antal slag (eller installationstid).
  • Konsekvenserne af en ændring af hammerkapacitet eller -type.
  • Konsekvenserne af at ændre pælekonstruktionen, f.eks. pælemateriale, tværsnit, åben vs. lukket ende.
  • Potentielle årsager til problemer med pæleramning vedrørende f.eks. pælehammerens kapacitet i forhold til den observerede rammemodstand, genstart af ramning efter opsætning af pæl og spændinger i pælens materiale/samlinger under ramning.
  • Størrelsen af fatique (materialeudmattelse) fra pæleramning ved anvendelse af de beregnede spændingsintervaller for pælematerialet og antallet af slag til installation på fatique design parametre og formler.


Principper for analysemodellen

Pile driveability analyser kan udføres med forskellige dynamiske analyseværktøjer, men det er en forudsætning, at de skal kunne modellere spændingernes bølgeudbredelse (inklusive refleksioner) i hele pælen.

To førende udbydere af software til analyse af pæle og rambarhed er:

  • GRLWEAP, hvis udvikling oprindeligt blev støttet af de amerikanske motorvejsmyndigheder og senere konverteret til kommerciel software af GRL/PDI, og
  • Allwave (og lignende tidligere software) som er blevet drevet af udviklingen af de hollandske offshore felter.  

Begge typer software er vidt udbredt og anerkendt inden for ingeniørbranchen samt inden for pæle test og pæleramning og faciliterer både prognoser for rambarhed og effektiv udledning af spændingsintervaller og -cyklusdata til fatique-analyser.

En analyse af pælens driveability/rambarhed er baseret på en dynamisk model af hammeren, pælen og jordprofilet.

  • Hammeren og pælen repræsenteres af deres masser og fjederkonstanter. Specifikke hammerdata tages typisk fra softwaredatabaser og bør så vidt muligt afstemmes med udstyrsleverandørens specifikationer.
  • Pæledata tages typisk fra specifik projektdokumentation og tildeles det relevante pælemateriales elasticitetsmodul, specifikke vægt, længde, tværsnitsdata- og konstanter.
  • Jordprofilet repræsenteres af kraft (modstand), der virker langs pælen og ved pælespidsen. For hvert jordlag skal følgende parametre, som sjældent er angivet i geotekniske rapporter, specificeres ud fra litteraturen eller erfaring:
    • Ultimativ forskydnings- og spidsmodstand,
    • Den nødvendige aksiale bevægelse af pælen i forhold til den omkringliggende jord, hvor den (ideelle) lineære elastiske adfærd ændres til en (ideel) plastisk adfærd for henholdsvis overflade- og spidsmodstand. I sammenhæng med rambarshedsanalyser betegnes denne værdi som “quake”,
    • En passende dæmpningsfaktor for henholdsvis overflade- og spidsmodstand,
    • En omvendt ”soil setup factor” til at kunne tage højde for effekter af omrøring af jorden under pæleramning for at bestemme overflademodstanden.



Typisk udføres der tre typer analyser, som tjener forskellige formål:

  1. Analyse af driveability/rambarhed, hvor antallet af slag og materialespændinger i pælen beregnes for et simuleret pæleramningsscenarie ud fra niveauet for nedsynkning fra pælens og hammerens egenvægt til den ønskede eller beregnede spidskote, med tildelte forudsætninger for hammerenergi for at efterligne et realistisk pæleramningsscenarie, hvor hammerenergien er tilpasset den faktiske rammemodstand. Denne metode er anvendelig, hvis der foreligger detaljerede jordprofiler, og hvis hammer- og pælespecifikationerne er kendte.
  2. Hvis rammemodstanden kun kan estimeres med nogen usikkerhed, eller for at vurdere følsomhed/sensitivity af rambarhedsanalysen, kan der udføres en forenklet analyse, hvor de tilsvarende antal slag beregnes for et foruddefineret interval af rammemodstand, der spænder fra (nedre grænse) under den mest sandsynlige værdi til (øvre grænse) over den mest sandsynlige værdi.
  3. Når rambarhedsmodellen er blevet kalibreret i forhold til projektspecifikke (eller områdespecifikke) pæletests, kan der udarbejdes en anden analysevariant til hjælp for vurdering af pæleramning ved hjælp af et rammekriterium. For den krævede rammemodstand ved afslutning af nedramningen og et foruddefineret interval af hammerenergi kan de tilsvarende antal slag beregnes, hvilket giver en effektiv verifikation af, om nedramningskriteriet er opfyldt eller ej.


Analyse og rapportering

Som anført ovenfor kan analyserme af pæle rambarhed tilpasses til det enkelte projekt ud fra de tilgængelige data om stedet og de faktiske behov.

Typisk vil et analyseforløb omfatte en vurdering af de tilgængelige data fra projektområdet og på dette grundlag definere en række relevante analysescenarier til vurdering af rambarhed for det pågældende projekt. Under gennemgangen af scenarierne kan foreløbige resultater medføre at nogle af de planlagte scenarier bliver irrelevante og kræve, at der i samarbejde med de involverede parter i projektet fastlægges alternative scenarier.

Kravet til rapportering varierer typisk i forhold til den pågældende analyseopgave og spænder fra en simpel e-mailerklæring om hvorvidt ramningen kan forventes gennemført eller ej for beslutningstagning i forbindelse med f.eks. en udbudsproces til omfattende rapportering til brug for tredjepartsverifikation af store energi- eller trafikinfrastrukturprojekter.

Det bør altid betragtes som god praksis at vurdere følsomheden af resultaterne af rambarhedsanalysen, især hvad angår antagelserne om rammemodstand, da disse er behæftet med usikkerhed, selv når der foreligger detaljerede data fra jordbundsundersøgelser. I sidste ende, er rambarhedsanalysen en prognose og ikke en måling der udføres under en pæleramningstest – men den kan forbedres betydeligt ved at inddrage område- eller projektspecifikke testresultater eller erfaringer i udarbejdelsen og verifikationen af modellen.


Referencer

Standarder:

DS/EN 1997-1:2007 Eurocode 7: Geoteknisk design – Del 1: Generelle regler.

https://webshop.ds.dk/en/standard?Search=DS/EN%201997-1

DS/EN 12699:2015 Execution of special geotechnical works – Displacement piles.

https://webshop.ds.dk/en/standard/M272400/ds-en-12699-2015

Videnskabelige tidsskriftspublikationer bag Energy Pile-analysemetoden:

Middendorp, P., & Verbeek, G. E. (2006). 30 Years of experience with the wave equation solution based on the method of characteristics. GeoCongress, ASCE. https://www.researchgate.net/profile/Peter-Middendorp/publication/237788481_30_Years_of_Experience_with_the_Wave_Equation_Solution_Based_on_the_Method_of_Characteristics/links/555b10f408ae6943a87811fa/30-Years-of-Experience-with-the-Wave-Equation-Solution-Based-on-the-Method-of-Characteristics.pdf

Rausche, F., Liang, L., Allin, R., & Rancman, D. (2004). Applications and correlations of the wave equation analysis program GRLWEAP. In Proceedings, VII Conference on the Application of Stress Wave Theory to Piles (pp. 107-123). https://www.pile.com/wp-content/uploads/2017/03/SW2004_SP03.pdf