E6 Helgeland nord Korgen-Bolna

Transkript

1 E6 Helgeland nord Korgen-Bolna Byggeplan Hæhre prosj.nr: Prosj.nr: Dok.nr: Tittel: TEKNISK NOTAT Utarbeidet av: Parsell 6 Meisingslett Raufjellforsen Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer. Reguleringsplan Dato: Fra: Til: Knut Boge Arve Krogseth Rev. Dato Beskrivelse Utført: Kontrollert: utgave KBO Sluppenvegen 17 b, Trondheim, I samarbeid med: ViaNova Trondheim AS, Selberg Arkitekter AS, GeoVita AS, NGI, ECT AS, Brekke og Strand AS

2 2 Innhold 1 Innledning Stabilitetsberegninger Beregningsmetode Jordskjelvvurderinger Resultater Skjæringsgeometri Grunnlag for sikringsomfang Uttak av skjæringer og sikring Konklusjon Referanser O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

3 3 1 Innledning I forbindelse med omregulering av E6 fra dimensjonerende hastighet på 80 km/t til 90 km/t vil ny E6 få høye bergskjæringer på opp til ca. 19 m høyde på parsell 6 Meisingslett Raufjellforsen. Bergskjæringer med høyde over 10 m kategoriseres i prosjektklasse 3 iht. NA-rundskriv 2009/11 fra Vegdirektoratet og krever i den forbindelse ingeniørgeologisk prosjektering for uttak og sikring. Dette notatet omfatter ingeniørgeologisk vurdering av uttak og sikring av bergskjæringer på strekningen. Det er foretatt en stabilitetsvurdering av skjæring med høyde mellom 10 og 19 meter. Skjæringene er planlagt utført med helning 10:1, pallhøyde opp til 12 meter og 5,0 m bred hylle mellom pallene. 2 Stabilitetsberegninger Det er tatt utgangspunkt i ett profil ved hvor ny trase har skjæring på begge sider. Prosjektert bergskjæring i høyre side (sett med stigende profilnr.) har en maks høyde på 19 meter, mens venstre side har en maks høyde på 12 meter. Skjæringen for ny E6 er orientert N 60 o i dette området. Hovedsprekkeretningene er orientert N35 o Ø med fall 40 o mot NØ og N85 o med fall o mot syd. Det første sprekkesettet har en liten vinkel til ny skjæring og med fall ut av skjæring i høyre side. Det andre sprekkesettet har liten vinkel til ny skjæring og med fall ut av skjæring i venstre side. Det vi derfor være fare for utglidning langs begge disse planene. I tillegg opptrer det flere sprekkesett med varierende orientering og fall, se fig 1. sprekkerose. O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

4 4 Fig.1. Sprekkerose. Rød strek angir orientering av bergskjæringen. Feltkartlegging er utført i eksisterende skjæring og det er derfor ikke mulig å si noe detaljert om hvordan bergmassens oppsprekking er lengere inn i bergmassen. For beregninger i dette notatet har vi derfor valgt å se på geometrisk verst tenkelig modell med plan utglidning langs et sprekkesett parallelt skjæringen i høyre side med fall ut av skjæringen med helning 40 o. I tillegg er det beregnet utglidning langs et sprekkesett parallelt skjæringen i venstre side med fall ut av skjæringen med helning 55 o. Glideflatene er lagt med helning i henhold til fallvinkel på disse sprekkesettene. Typisk utseende på eksisterende skjæring er vist på bilde 1. Bilde 1. Typisk utseende eksisterende skjæring langs E6. Det er antatt hydrostatisk vanntrykk i skjæringene der maks. vanntrykk opptrer ved halve høyden, hvor høyden er definert som vertikalavstanden fra skjæringsfot til utgående sprekkeplan i topp skråning. Det antas at utgående sprekker er drenert. 3 Beregningsmetode For beregning av stabilitet er grenselikevektsberegninger utført for seksjonsvis uttak av 2 paller med inntil 12 meters høyde. Det er benyttet Mohr-Coulombs bruddkriterium for å beregne skjærmotstand langs sprekkeplan: τ = c+ σ n tan ϕ hvor τ er skjærmotstand c er kohesjon σ n er normalspenning ϕ er friksjonsvinkel Inngangsdata er geometri, kohesjon og friksjonsvinkel på sprekkeplan. Det antas for dette formålet at friksjonsvinkelen ligger mellom o, noe som tilsvarer innfyllingsmateriale av type leire blandet med bergartsfragmenter. Kohesjon er satt lik 0. O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

5 5 4 Jordskjelvvurderinger Jordskjelvsfaktor er vurdert i henhold til Eurokode 8 fra: A gs=g 1(0,8 a g40hz) S Hvor g 1 er seismisk faktor, hentet fra tabell NA.4(901) og tabell NA.4(902). a g40hz er spissverdi for berggrunnens akselerasjon, hentet fra figur NA.3(902) For en veg i seismisk klasse II plassert i Rana kommune gir dette seismisk faktor på 1,4 og en spissverdi for berggrunnens akselerasjon på 0,55. Dette gir en a gs på 0,44 m/s 2 eller 0,044g. I henhold til NS-EN 1998 kreves det ikke påvisning av tilstrekkelig sikkerhet ved dette nivået. 5 Resultater Beregningene er utført med RocPlane, som er et program for beregning av stabilitet av plane utglidninger og dimensjonering av sikringstiltak. For dimensjonering av nødvendig sikringsomfang er kamstålbolter Ø 25 mm lagt til grunn for skjæringer opp til 12 meter. Den valgte kamstålbolten har kapasitet ved flytespenning på 220 kn. Ved høyere skjæringer og ved behov for lengre bolter kan selvborende stag benyttes. Dette vil i første rekke være behov for lengre bolter i øvre del av skjæringen hvor avstand fra dimensjonerende glideplan og overflate skjæring er størst. Som eksempel kan stag av typen Ischebeck Titan 73/45 benyttes. Dette staget har en kapasitet ved flytespenning på kn. Et konkret eksempel på sikring av skjæring med en kombinasjon av bolter og stag er vist på figur 4. Et eksempel fra beregningene for en 12 m høy skjæring med lav og høy friksjonsvinkel er vist i figur 2 a og b. I beregningene er bolter satt horisontalt. Boltegeometri kan imidlertid optimaliseres. Sikringsbolter som monteres må ha tilstrekkelig lengde slik at de forankres innenfor potensielt glideplan. O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

6 6 Fig 2a.Resultat av stabilitetsberegning for 12 m skjæring med lav friksjonsvinkel ϕ=25 o Fig.2b. Resultat av stabilitetsberegning for 12 m skjæring med høy friksjonsvinkel ϕ=35 o O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

7 7 Tabell 1 viser sikringsbehov for en 12 m høy skjæring i form av boltekraft pr. løpemeter skjæring og antall bolter pr. meter dersom en antar geometri som representerer «worst case» scenario og en minimum forankringslengde på 3 meter innenfor potensielt glideplan. Sikkerhetsfaktor for permanent skjæring er satt til 1,4. Alternativ Nødvendig boltekraft pr. m (kn/m) Antall bolter pr. m (stk.) Skjæring 12 m, ϕ= 25 o Skjæring 12 m, ϕ= 35 o Tabell 1. Boltesikring av skjæring, pr. løpemeter Et eksempel fra beregning for en 19 meter høy skjæring med lav og høy friksjonsvinkel er vist i figur 3 a og b. I beregningene er bolter satt horisontalt. Boltegeometri kan imidlertid optimaliseres. Sikringsbolter som monteres må ha tilstrekkelig lengde slik at de forankres innenfor potensielt glideplan. Et konkret eksempel på sikring av skjæring med en kombinasjon av bolter og stag er vist på figur 4. Fig. 3a.Resultat av en 19 m høy skjæring med lav friksjonsvinkel ϕ=25 o O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

8 8 Fig. 3b. Resultat av en 19 m høy skjæring med høy friksjonsvinkel ϕ=35 o Tabell 2 viser sikringsbehov for en 19 m høy skjæring i form av boltekraft pr. løpemeter skjæring og antall bolter pr. meter dersom en antar geometri som representerer «worst case» og en minimum forankringslengde på 3 meter innenfor potensielt glideplan. Et konkret eksempel på sikring av skjæring med en kombinasjon av bolter og stag er vist på figur 4. Sikkerhetsfaktor mot brudd for uttak av pall 1 er satt til 1,25. Sikkerhetsfaktor for permanent skjæring er satt til 1,4. Alternativ Uttak Nødvendig boltekraft pr. m (kn/m) Skjæring 19 m, ϕ= 25 o Pall 1, 12 m Pall 2, 7 m Antall bolter pr. m (stk.) 6 6 Skjæring 19 m, ϕ= 35 o Pall 1, 12 m Pall 2, 7 m Tabell 2. Boltesikring av skjæring, pr. løpemeter O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

9 9 Fig.4. Eksempel på sikring av skjæring med en kombinasjon av bolt og stag. 6 Skjæringsgeometri Området med skjæringer høyere enn 10 meter omfatter en strekning på til sammen 350 m fordelt på 5 strekninger, hvorav en av strekningene har tosidig skjæring på over 10 meter. Skjæringshøyden varierer betydelig over korte strekninger. 7 Grunnlag for sikringsomfang På grunnlag av stabilitetsberegningene kan sikringsomfanget estimeres. Ved en antatt gjennomsnittlig skjæringshøyde på 15 m og total skjæringslengde på 500 m, vil nødvendig sikringsomfang for friksjonsvinkel ϕ=25 o og 35 o bli som vist i tabell 3. Alternativ Antall bolter pr.lm skjæring Antall bolter totalt for skjæring, stk. Gjennomsnittlig høyde 15 m 8, ϕ= 25 o Gjennomsnittlig høyde 15 m ϕ= 35 o Tabell 3.Sikring med bolter av skjæring med gjennomsnittlig høyde 15 m ved lav og høy friksjonsvinkel. Sikring med Ø 25 mm bolter. 8 Uttak av skjæringer og sikring Det anbefales at det utføres kontursprengning inn mot endelig skjæring for å oppnå en jevn skjæringsvegg. Ved uttak av skjæringer hvor bergmassekvaliteten er så dårlig at den gir stabilitetsmessige problemer, bør sømboring benyttes, ev. ved bruk av presplitt. O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

10 10 Det anbefales seksjonsvis uttak av skjæringene hvor hver pall sikres før uttak av neste pall. Maks høyde på pall skal være 12 meter. Det kan bli nødvendig med vertikal forbolting dersom sprekkegeometrien er ugunstig. Omfanget av forbolting må vurderes på stedet. Det benyttes fullt innstøpte Ø32 mm bolter med lengde 6 8 m som forbolter. Omfanget av systematisk sikring for å hindre utglidning av bergmasse må vurderes etter hvert som skjæringene tas ut. Valg av sikringsmiddel og nødvendig lengde på sikringsmidlene må tilpasses forholdene. Det bemerkes spesielt at sikringsmidlene skal ha en forankringslengde på minimum 3 m innenfor potensielt glideplan. Dette medfører bruk av lange stag i øvre del av de høye skjæringene. I tillegg til den systematiske sikringen, må det påregnes spredt bolting for å sikre enkeltblokker. Sikring med steinsprangnett vil også være aktuelt i områder med småfallent berg. Ved større vanntilsig i skjæringene, vil det også være nødvendig med nett for å armere is for å hindre nedfall. Ved skjæringstopp skal bergoverflaten renskes min. 2 meter innenfor utført skjæring. Dersom det er behov for mur for å sikre løsmasser over skjæring, bør det renskes min. 5 meter innenfor skjæring. Mellom profil skjærer ny trase inn i eksisterende skjæring for Nordlandsbanen. Her vil ny skjæring få et utgående sprekkesett med fall på ca. 40 o, se foto 2. Foto 2. Eksisterende skjæring langs Nordlandsbanen. Ved uttak av ny skjæring vil utglidning på dette sprekkeplanet medføre fare for at fundament for Nordlandsbanen kan gli ut. Før uttak av ny skjæring for E6 må derfor berget sikres med vertikale bolter. Prinsipp for sikring av berg er vist på fig. 5. O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

11 11 Fig.5 Prinsipp for sikring av berg mot Nordlandsbanen. Blå streker viser vertikale bolter satt fra dagens terreng. Det benyttes Ø32 mm bolter som settes min. 2 meter under utgående sprekkeplan med helning på 40 o ut av skjæring for ny E6. Antall bolter og avstand parallelt/normalt på ny skjæring bestemmes før uttak av skjæring. Flere steder i denne parsellen er det tosidig bergskjæring for ny trase. I enkelte tilfelle faller berget av bak prosjektert skjæring, se figur 6. Fig. 6. Bergskjæring i profil Ved å utvide tverrsnittet med noen få meter, vil permanent skjæring bli lavere og sikringsomfanget reduseres. Samtidig vil tilgangen på sprengstein på parsellen øke. 9 Konklusjon På parsell 6 Meisingslett Raufjellforsen er det til sammen ca. 500 m med bergskjæringer på mellom 10 og 19 meter. Disse skjæringene krever ingeniørgeologisk prosjektering. Stabilitetsberegningene viser at den minst gunstige geometrien med et sprekkesett som faller 40 o ut mot vegen medfører at skjæringen i snitt må sikres med 9/12 bolter pr. meter avhengig av høy/lav friksjonsvinkel på potensielt glideplan. Endelig sikringsomfang må imidlertid bestemmes på stedet etter hvert som skjæringene tas ut. O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.

12 12 10 Referanser NBG (2000): Engineering geology and rock engineering. Handbok no.2. Norwegian Group for Rock Mechanics. Norsk Standard (2014): NS-EN : A1: NA:2014: Eurokode 8 Prosjektering av konstruksjoner for seismisk påvirkning, del1; Allmenne regler, seismiske laster og regler for bygging. Statens vegvesen (2015): Håndbok N200 Vegbygging, juni Wyllie, D.C &Math, C.W (2004): Rock slope engineering. Civil and Mining. Spoon Press. O:\Data\Arkiv\2096 E6 Helgeland\Tekst\Notat Meisingslett - Raufjellsforsen. Ingeniørgeologiske vurderinger av skjæringer.