Begreppet "flytande väg" har idag blivit synonymt med en relativt tunn vägbank med ett stabiliserande geonät, som ofta byggs direkt på torv. Genom att hålla mäktigheten för flytande vägar så tunn som praktiskt möjligt minimeras egenvikten, vilket minskar geotekniska sättningar, och begränsar miljö- och hydrologisk påverkan.
Att anlägga vägar och ytor över torv har alltid varit en utmaning. Expansionen av landbaserade vindkraftsparker för att möta klimatförändringarna har förnyat intresset för att hitta ekonomiska och hållbara lösningar på detta problem. Vägbyggnad på torv har blivit den lösning som föredras.
I artikeln kommer vi att titta på:
- Var används flytande vägar?
- Flytande vägar jämfört med vägbankar
- Utmaningen med att bygga på torv
- Vad är torv?
- Miljöhänsyn vid byggnation på torv
- Historia och utveckling av flytande vägar
- Användning av lättfyllning i flytande vägar
- Flytande vägar jämfört med urgrävning och undanpressning
- När bör flytande vägar användas?
- Utformning av flytande vägar på torv
- Anläggning av flytande vägar på torv
Vad är egentligen en flytande väg?
En flytande väg på torv använder hållfastheten i underliggande torvlager för att bära upp vägens tyngd. Vägen flyter inte, men den är beroende av att det finns en balans mellan vägkonstruktionens vikt och hållfastheten från torven. För att uppnå detta måste vägen väga så lite som är praktiskt möjligt och ha tillräcklig styvhet för att motstå spårbildning och för att fördela belastningen över torven.
De moderna flytande vägarna byggs vanligtvis med ett lager av geonät i botten. Detta fungerar som en materialavskiljare mellan fyllnadsmassorna och torven, och kombineras med fyllnadsmassorna ovanför för att bilda ett mekaniskt stabiliserat lager. Detta stabiliserade lager ger den styrka och styvhet som krävs för att vägens totala tjocklek och vikt ska kunna minimeras.
.png)
Figur 1- Tensar-stabiliserad flytande vägkonstruktion minimerar störningarna i den miljömässigt känsliga torvmyren (Källa: SSE Renewables)
Var används flytande vägar?
Flytande vägar har visat sig vara av stort värde när det finns behov av att korsa en torvmark. Även om de flesta flytande vägar är oasfalterade, har tekniken framgångsrikt använts för asfalterade vägar med låg volym. Samma "flytande" teknik har också framgångsrikt använts för järnvägsbankar över torvmark.
Flytande vägar är inte lösningen för alla platser. Metodens användbarhet beror på flera platsspecifika faktorer, bland annat:
- Torvtyp, humifieringsgrad och tekniska egenskaper
- Torvens djup
- Underliggande jordlager
- Topografi
- Hydrologi på platsen
- Vägens funktion
- Byggtid
- Trafikbelastning, under byggnation och i drift
Flytande vägar jämfört med vägbankar
Till skillnad från flytande vägar, som byggs direkt på lösa ytor som torv, byggs vägbankar upp till nivå ovanför marknivån, vilande på fast terrass eller pelare.
-(1).jpg)
Utmaningen med att bygga på torv
Torv består oftast till största delen av vatten - vanligtvis mellan 80 och 95% vattenhalt. En viss hållfasthet uppnås genom det organiska materialets fiberkaraktär. Denna fiberstruktur är mycket genomsläpplig och mycket kompressibel. Sättningar under belastning är därför oundvikliga. I kombination med låg skjuvhållfasthet blir utmaningen att bygga något på torv uppenbar för alla.
Vad är torv?
Torv bildas med tiden av rester av växtmaterial där marken permanent är mycket våt. Bristen på syre förhindrar naturlig nedbrytning av det döda växtmaterialet. En organisk jord som bildas innehåller mer än 60 % organiskt material. Torvområden består av ett tunt ytskikt av levande vegetation (akrotelm), som överlagrar ett tjockare skikt av konsoliderad och väl förmultnad tidigare ytvegetation (katotelm). Under detta finns substrat i form av jord eller berggrund.
.png)
Figur 2 - Torvens struktur
Torvens styrka/hållfasthet
De tekniska egenskaperna hos torv domineras av den höga vattenhalten. Ju högre vattenhalt, desto lägre skjuvhållfasthet. Fiberinnehållet har också en viss effekt. Ju mer fibrös och träaktig torven är, desto högre är skjuvhållfastheten. Ju högre humifieringsgrad, desto lägre skjuvhållfasthet. Till skillnad från de flesta jordar ökar vanligtvis inte hållfastheten med djupet. Den amorfa, icke-fibrösa torven på djupet har vanligtvis en lägre skjuvhållfasthet än de övre skikten av fiberrik torv.
När torv belastas kan den bete sig på två olika sätt:
- Långsam respons – vatten pressas ut ur torvmassan vilket resulterar i en volymändring och en långsam, stadig sättning.
- Snabb respons – plötslig skjuvning av torvmassan som leder till brott.
Det faktiska beteendet beror på torvens humifieringsgrad och djup, vatteninnehållet och framför allt på belastningshastigheten.
Sättningar i torv
Torv uppvisar normalt två faser av sättning under belastning:
- Initial sättningsfas – I denna fas, den primära konsolideringsfasen, stöds den aktuella belastningen gemensamt av det fria vattnet i torven och de fiberrika torvlagren. Vattnet pressas ut i det obelastade torvlagret och överför belastningen till det fibrösa materialet. Denna fas inträffar vanligtvis under utläggningsfasen av fyllmassorna och sättningarna är stora - upp till 50% av den slutliga sättningen. Sättningarnas storlek beror på fyllmassornas vikt och torvlagrets tjocklek. När porövertrycket avklingat inleds den sekundära sättningen.
- Sekundär sättningsfas – Belastningen fortsätter att överföras från portrycket till torvstrukturen när fibrösa material glider, omorganiseras och förtätas under långvarig belastning. En process som kan ta flera decennier.
Det är uppenbart att torv bör belastas långsamt och jämnt för att den underliggande jordprofilen ska klara den ökade belastningen utan skjuvning. Sättningar kommer alltid att inträffa, men genom att minimera tilläggsbelastningen kan man minska både primära och sekundära sättningar.
Miljöhänsyn vid byggnation på torv.
- Kollagring – Torv kan betraktas som en kolsänka och har funktionen långsiktig kollagring. I Storbritannien lagrar torvmarker 3,2 miljarder ton kol, och torvprover har visat sig innehålla upp till 55 viktprocent kol. Globalt sett utgör torvmarker bara 3 % av landytan, men de innehåller 30 % av allt kol i marken. Urgrävning eller dränering av torv kan frigöra detta kol till atmosfären och bör därför undvikas.
- Unika livsmiljöer – Torvmossar är en globalt sett sällsynt livsmiljö som gynnar många olika växter, insekter och fåglar. I Storbritannien och Europa omfattas en stor del av den av skyddslagstiftning.
- Hydrologi – Hydrologin i torvområden stöder den lokala ekologin och livsmiljön. Ett typiskt torvlager har två hydrologiska zoner. Det övre fibrösa skiktet - akrotelmen, kan uppleva "snabba" vattenflöden som svar på grundvattenvariationer. Medan det permanent vattendränkta amorfa katotelmskiktet har en långsam genomträngning i riktning mot lägre nivå. Alla förändringar i hydrologin kommer att påverka den lokala ekologin och bör undvikas. Schaktning av torv, urgrävning och återfyllning med sten, eller alltför tjocka flytande vägar kan ha en mycket skadlig effekt på hydrologin i ett område genom att fungera som en barriär för grundvattnet eller genom att skapa nya dräneringsvägar. En tillfartsväg som går genom ett lutande område kan leda till vattensamlingar ovanför vägen och uttorkning nedanför, vilket i högsta grad påverkar ekologin och livsmiljön.
Historia och utveckling av flytande vägar
Torv anses vanligtvis vara olämpligt som vägterrass, men stigar över torvmark har varit nödvändiga sedan människans existens började. På senare tid har byggande över torv, när det är nödvändigt, ofta betraktats som ”svartkonst”, baserad på erfarenhet (med försök och misstag), snarare än en definierad ingenjörsmetod. Detta leder vanligtvis till att ingenjörer antar ett mycket konservativt sätt att arbeta.
De tidiga stigarna över torv har skapats genom att djur och människor har komprimerat och förtätat torvlagret. När hjulet kom under bronsåldern hade stigarna över torv förbättrats med hjälp av buntar av kvistar eller stockar som underlag - en teknik som kallas rustbädd. När virket placeras i mättad torv förmultnar det endast mycket långsamt. Stockarna läggs över hela spårbredden och bär upp ovanliggande fyllmassor, vilket fördelar belastningen över hela spårbredden. Detta var de första " flytande vägarna".
Rustbäddar har använts kontinuerligt och används än idag i många delar av världen. Även om rustbäddar lämpar sig bäst för oasfalterade vägar har konceptet även använts för att bygga asfalterade vägar. Den första större motorvägen i Kanada som gick över torv, Louheed Highway nära Maillaedville, byggdes 1954 med hjälp av rustbäddar.
En av de mest imponerande användningarna av "flytande" konstruktion måste vara korsningen av Chat Moss, för att bygga den första kommersiella järnvägen för ånglok i världen.
Flytande järnväg på torvmossen i Chat Moss
Järnvägen mellan Liverpool och Manchester öppnades i september 1830 och var världens första kommersiella järnväg för de nya ångmaskinerna. Järnvägen, som byggdes av George Stephenson, stod inför några stora utmaningar, varav den största var korsningen av Chat Moss. Denna torvmosse, som var mellan 4 och 9 meter djup, hade beskrivits av Samuel Smiles, en samtida författare, som "en enorm mosse på cirka tolv kvadratkilometer, en massa av svampig grönsaksmassa".
Stephenson valde att bygga en låg bank på en madrass av träruskor och timmer (eller korslagt timmer), vardera 2,5 x 1,2 meter. Ruskorna och stockarna sattes ihop till en flotte direkt på torvytan. Över denna byggdes banvallen och spåret. Det första tåget som använde det nya spåret var Stephensons berömda "Rocket". Den ursprungliga flytande banvallen används fortfarande idag och bär lok som är mer än 25 gånger tyngre än "Rocket". Detta är möjligen den första dokumenterade användningen av en lösning av typen geomadrass för byggnation över torv.
.png)
Figur 3 - Korsningen av Chat Moss på Liverpool och Manchester Railway 1831/1833. Konstnär Henry Pyall.
Moderna flytande vägar på geonät
Geonät uppfanns i slutet av 1970-talet s och visade snabbt sitt värde vid byggnation på lösa jordar. Intressant nog utvecklades och tillverkades de första geonäten i Blackburn, bara 5 mil från Chat Moss, där man för första gången använde geomadrass på torv. Den första dokumenterade användningen av ett geonät för byggande över torv inträffade i augusti 1982. Tensars geonät användes framgångsrikt för att bygga 9 000 m2 planer och anläggningsvägar för oljeprospektering vid Sturgeon Lake, Alberta, Kanada. Sedan dess har geonät blivit standardlösningen för byggande av flytande vägar över torv. Miljontals kvadratmeter Tensar geonät har använts för att bygga flytande vägar och planer över torv runt om i världen.
Användning av lättfyllning i flytande vägar
Behovet av att minimera egenvikten för att begränsa sättningar i torven är tydligt. Användningen av effektiva stabiliseringsnät ger en möjlighet att utforma tunnare vägar. En ytterligare metod för att minska egenvikten, som används i kombination med geonätstabilisering, är att använda lättfyllning.
Ett tidigt exempel på detta är Burnaby Freeway på den kanadensiska motorvägen Trans-Canada Highway. År 1958 användes för första gången i Kanada sågspån som lättfyllnad. Den djupa torven underlagrades av en mycket lös lera, och denna skulle avvattnas med hjälp av vertikala sanddräner. Sågspånets tjocklek varierade mellan 1 och 4 meter, vilket gav volym samtidigt som vikten minimerades. Detta täcktes sedan med ett lager av ballast. Denna flytande struktur utgjorde en stabil plattform för installation av sanddräner och belastning för att konsolidera den underliggande leran. Den förblev på plats som en del av den permanenta vägbanken. Projektet övervakades och resultaten publicerades. Författarna drog slutsatsen att den slutliga sågspånsnivån måste ligga under den permanenta grundvattennivån för att förhindra röta eller självantändning!
.jpg)
Figur 4 - Flytande vägkonstruktion med lättfyllning av sågspån (Lea & Brewer 1962))
Ett betydligt nyare exempel på lättfyllning som används för en permanent flytande väg kommer från Skottland. Som en del av Viking Windfarm-projektet lades en del av Sandwell Road, en allmän väg av klass "B" med asfaltbeläggning. Den nya konstruktionen, som färdigställdes 2023, omfattade flera sektioner över torv. Ett tillverkat lättfyllningsmaterial med mindre än 20% av vikten för konventionella fyllmassor användes i kombination med Tensars stabiliseringsnät för att minimera sättningar.
.png)
Figur 5 - Omläggning av allmänna vägsträckor över torv med Leca® lättfyllning och Tensar stabiliseringsnät (källa SSE Renewables)
Flytande vägar jämfört med urgrävning och undanpressning
Tidigare har det främsta sättet att bygga på torvmark varit att antingen undanpressning eller urgrävning. Vid undanpressning tippas fyllnadsmassorna över torven, torven går i brott och förskjuts i sidled. Fyllningen fortsätter tills en vall har bildats, varvid belastningen överförs direkt till underliggande struktur. Alternativet är att gräva ut hela torvdjupet och återfylla med tillfört material, vanligtvis sten.
Detta kan minimera riskerna, men medför höga ekonomiska och miljömässiga kostnader. Volymen inkört stenmaterial har en hög koldioxidkostnad - från stenbrytning och krossning av sten, plus transport till platsen. Materialkostnaden är också hög i kombination med indirekta kostnader för störningar och skador på lokala vägar som leder till anläggningen.
De underliggande vallarna som bildas genom undanpressnings- och urgrävningsmetoder skapar en massiv störning av den lokala hydrologin. Detta kan leda till vattensamlingar ovanför vallarna och uttorkning nedanför. Urgrävning och återfyllning kan också skapa nya dräneringsvägar som leder till uttorkning av intilliggande torv. Var och en av dessa hydrologiska störningar har en negativ inverkan på ekologin och livsmiljön över potentiellt stora områden.
Flytande vägar minimerar till sin natur det torvdjup som påverkas och all påverkan på platsens hydrologi. De använder betydligt mindre inkört fyllnadsmaterial, vilket minimerar de ekonomiska kostnaderna och koldioxidutsläppen, och begränsar påverkan på lokala vägar.
När bör flytande vägar användas?
Flytande vägar är lämpliga för torvavlagringar av alla djup, men för torvdjup på 1,0 m eller mindre kan utskiftning vara ett ekonomiskt alternativ. Detta beror på möjligheten att återanvända schaktmassorna.
Det är inte alla platser som lämpar sig för flytande vägar. En fullständig och detaljerad markundersökning av en kvalificerad geotekniker med specialistkunskaper om torv är nödvändig för att karakterisera torven och den lokala hydrologin, och för att ge råd om torvens stabilitet.
Beslutet om när flytande vägar ska användas beror av platsspecifika förhållanden.
- Torvtyp och humifieringsgrad
- Torvens egenskaper
- Torvens djup
- Jordprofilens hållfasthet och topografi
- Avstånd till bergtäkt
- Potentialen för lokal återanvändning av schaktmassor på plats
- Expertis inom byggande och övervakning
Utformning av flytande vägar på torv
För många projekt kommer anläggningsvägarna att utgöra en liten del av den totala projektkostnaden. Detta är vanligtvis fallet för vindkraftsprojekt. Men det är också sant att utformningen och byggandet av anläggningsvägar är avgörande för att det övergripande projektet ska kunna slutföras på ett effektivt sätt och att det är en avgörande komponent som påverkar dessa projekts miljöpåverkan på kort och lång sikt.
Bra design av flytande vägar på torv omfattar följande steg.
- Genomför en detaljerad markundersökning för att karakterisera torven och den lokala hydrologin.
- Identifiera lämpliga värden för torvens hållfasthet.
- Slutför vägdragningen. Kontrollera med beställaren eller transportören av byggmaterial om det finns begränsningar för lutning, spårvidd, svängradie och lastning.
- Justera transportrutterna för att minimera miljöpåverkan,
- Håll dig till planmark så mycket som möjligt för att minimera dräneringsarbeten.
- Om det inte går att undvika lutande mark, skydda naturliga hydrologiska vägar med trummor.
- Utred trafikbelastningen under anläggningsfas och permanentfas för varje vägavsnitt.
- Designa den flytande vägkroppen för varje vägsektion. Använd utspetsningar mellan flytande- och utskiftade sektioner.
- Planera anläggningsfasen för att möjliggöra primära sättningar utan risk för brott.
- Övervaka arbetet under hela byggtiden, mät och registrera rörelser och sättningar. Var beredd att justera konstruktionen baserat på observationer och övervakning.
Designmetoder
Moderna flytande vägar är vanligtvis konstruerade med ett eller flera lager av ett geonät för att stabilisera stenfyllningen. Geonätet samverkar med kornen och bildar ett mekaniskt stabiliserat skikt som har större hållfasthet och styvhet jämfört med enbart stenmaterial. Resultatet är att den totala tjockleken på vägkonstruktionen kan minskas avsevärt - vanligtvis med upp till 50%, samtidigt som den nödvändiga bärigheten bibehålls och vägens lastspridningsförmåga förbättras. Fördelen med detta är att vägens egenvikt minskar, vilket minimerar sättningar i torven, samtidigt som hållfastheten och styvheten i det stabiliserade lagret motverkar spårbildning.
Val av geonät för flytande vägar
Man kan säga att alla typer av geonät kan stabilisera stenmaterial, men alla geonät är inte lika effektiva. Det mest effektiva mekaniskt stabiliserade lagret, som möjliggör den tunnaste och lättaste vägkonstruktionen, kommer från användningen av det mest effektiva stabiliseringsnätet.
.jpg)
Figure 6 - Floating roads stabilised with Tensar geogrid were used extensively for the construction of Glenchamber Windfarm, Scotland
Geonät har flera funktioner i en flytande vägkonstruktion.
- Tillgänglighet – När geonätet läggs direkt över torvmossen ger geonätet en "snöskofördel" och fördelar lasten, detta gör det möjligt att beträda den lösa ytan. För att geonätet ska vara effektivt krävs en viss grad av böjstyvhet, ett tätt avstånd mellan ribborna, starka ribbor och starka knutpunkter som förbinder ribborna. Arbetslaget kan röra sig säkert på platsen för att installera övervakningsutrustning och märka ut linjen.
- Materialavskiljande funktion – När det första lagret av fyllnadsmassor placeras kan geonätet förhindra att enskilda stenar trycks ned i torven. Om det övre lagret av yttorv är intakt, kommer kombinationen av geonätet och den fibriga yttorven också att förhindra uppåtgående rörelse av finmaterial in mellan stenarna. Om yttorven är tunn eller saknas på grund av erosion eller borttagning, kan en geotextil behövas, vanligtvis bundet till geonätet i form av en geokomposit för att underlätta utrullningen.
- Stabilisering – Stenmaterialet griper in i geonätet och låses fast maskorna. Stenmaterialet ovanför hålls också fast genom förkilningseffekter med de fastlåsta stenpartiklarna. På detta sätt byggs ett mekaniskt stabiliserat lager upp. Ytterligare lager av geonät kan läggas till, här beräknas avvägningen mellan vertikalt avstånd och bibehållen stabiliseringseffekt. Det första lagret av stabiliserat material möjliggör en effektiv packning av de övre lagren utan att stenarna omlagras eller trycks ner i underliggande terrass.
Det mekaniskt stabiliserade lagret är betydligt styvare och starkare än icke-stabiliserat stenmaterial. Detta gör att vägens tjocklek kan minskas utan reduktion av bärighet och spårbildningsmotstånd samt den mycket viktiga minimeringen av vägens egenvikt för att minimera sättningarna.
Den dimensionerade tjockleken på den mekaniskt stabiliserade vägen är direkt relaterad till geonätets effektivitet när det gäller att kila ihop och låsa fast stenpartiklarna - stabiliseringseffekten. Det är känt att denna stabiliseringseffekt påverkas av flera egenskaper hos geonätet, inklusive polymertyp, geometri, ribbstyvhet, ribbaspektförhållande, maskviddens anpassning till kornkurvan, styrkan i knutpunkterna och andra aspekter. Tensar har kontinuerligt förbättrat konstruktionen och tillverkningen av geonät för att öka stabiliseringseffekten. Tensars senaste geonät har en komplex geometri som ger styvhet i plan och böjning, flera former av maskvidd och storlekar för maximal kompatibilitet med kornkurvan, och använder extrudering av en svart kärna och vita interaktiva friktionslager för att möjliggöra förbättrad partikellåsning. Tensar InterAx är det mest effektiva stabiliseringsnätet som någonsin tillverkats av Tensar.
Anläggning av flytande vägar på torv
Den valda byggmetoden måste alltid ta hänsyn till lokala förhållanden och begränsningar på platsen, väderförhållanden, tillgängliga maskiner och expertis. Följande allmänna riktlinjer är baserade på de mest typiska förhållandena.
- Förbereda platsen – Efter att vägsträckningen har markerats ska platsen rensas från stora föremål som träd, buskar och stenar. Torvytan och trädrötterna bör lämnas kvar på plats. Skador på torvytan måste undvikas. Lokala sänkor eller grunda raviner ska fyllas med stockar, eller annan lättfyllning.
- Installation av geonät - Geonätet levereras i rullar. Dessa kan rullas ut direkt över torven. I områden där torvytan har skadats eller eroderats bör en geokompositprodukt (kombinerat geonät och geotextil) användas. Alternativt kan en filterduk av geotextil läggas ut innan geonätet rullas ut. Utrullningsriktningen är inte kritisk, förutsatt att den nödvändiga överlappningen (rekommenderad av tillverkaren) mellan intilliggande rullar följs. Anläggningsmaskiner får inte köras direkt över geonätet.
- Utläggning av fyllnadsmaterial – Det första lagret av fyllnadsmaterial ska vara ett material med kornkurva anpassad till geonättillverkarens krav, detta säkerställer effektiv förkilning. Fyllnadsmassorna hälls ut på geonätet för att undvika att geonätet trycks ihop eller förflyttas. Det första lagret måste vara minst 150 mm. Efterföljande lager byggs upp till den angivna tjockleken. Vanligtvis krävs ett eller två lager av geonät, men det kan vara fler beroende på belastningen och torvförhållandena. Vertikalt avstånd mellan geonäten kommer att specificeras i designen.
- Packning av fyllningen – De undre fyllningslagren körs vanligtvis över med larver för att ge viss packning och förbättra förkilningseffekterna hos stenpartiklarna i geonätets maskor. Efterföljande lager av fyllning ska packas med en vibrationsfri vält. Tunga fordon måste alltid hållas borta från vägkanterna. En säker körzon ska anges och följas.
- Övervakning – Byggprocessen bör övervakas noggrant under hela processen. Mätningar av rörelser och sättningar bör utföras och granskas av någon med erfarenhet av byggnation på torv. Geoteknikern och entreprenören måste vara beredda på att ändra design- eller byggmetodiken beroende av de faktiska förhållandena på platsen.
Erfarenhet och kunskap om byggnation över torv är värdefull vid utformning och granskning av byggmetodik. Tensar kan ge råd till geotekniker och entreprenörer om lämpliga metoder för specifika projektförhållanden.
Designa med självförtroende, var som helst.
- Design & evaluate pavement and gravel sections
- Design & evaluate working platforms
- Easily compare alternative materials
- Determine initial and lifecycle cost savings, time savings, and sustainability metrics
- Create high-level summaries of the design alternatives for project stakeholders
- Share features that aid collaboration
