Kvikkleire En nasjonal satsing på sikkerhet i kvikkleireområder

Transkript

1 Kvikkleire En nasjonal satsing på sikkerhet i kvikkleireområder Delprosjektleder: Vikas Thakur Sjefingeniør, Statens vegvesen Vegdirektoratet november 2013

2 NATURFARE, infrastruktur, flom og skred ( ) Prosjektbudsjett = 42 MNOK Kvikkleire = 10MNOK Samarbeidsprosjekt mellom Jernbaneverket Norges Vassdrags- og energidirektorat Statens vegvesen

3 Delprosjekt 6 Kvikkleire Aktivitet Navn Effektmål Delaktivitet 6.1 Definisjon og avgrensing av Omforente definisjoner og avgrensninger innarbeidet i etatenes retningslinjer områdestabilitet Delaktivitet 6.2 Skredfare og grunnlagsdata Utvikle en web-basert løsning ( der alle tiltakshavere og myndigheter til en hver tid har oppdatert informasjon om grunnforhold og kvikkleiresoner med utredninger og farevurderinger Delaktivitet 6.3 Løsmasseskred i strandsonen Tilgjengeliggjøre oppdatert skredrelatert informasjon til alle tiltakshavere, prosjekterende, offentlig myndigheter og kommuner Delaktivitet 6.4 Grunnundersøkelsesmetoder for kartlegging av kvikkleire Omforente tolkningsmodeller for detektering av sprøbruddmateriale fra de anvendte undersøkelsesmetodene Delaktivitet 6.5 Beregningsmodeller Beskrive hvordan beregningsmodeller skal håndtere og ta hensyn til de faktiske bruddforløp i kvikkleire og sprøbruddmaterialer Delaktivitet 6.6 Sikkerhetsfilosofi og regelverk Samordne etatenes regelverk og sikkerhetsfilosofi innenfor tema som områdestabilitet og lokal sikkerhet for tiltak i terreng med forekomst av kvikkleire eller sprøbruddmateriale Delaktivitet 6.7 Skredutbredelse og utløpsområder Videreutvikle empirisk verktøy for modellering av mulig skredutbredelse og utløpsdistanser Delaktivitet 6.8 Stabilisering av kvikkleire Videreutvikle metode for stabilisering av kvikkleire der tradisjonelle arbeidsmetoder kan medføre reduksjon av stabilitet i anleggsfasen og i områder der det ikke kan eller ønskes å utføre topografiske endringer.

4 Delprosjekt 6 Kvikkleire (status per ) Blokkprøvedatabase Anisotropiforhold Strandsoneskred RCPTU Vingeborforsøk Progressivbruddmodellering Samarbeidsavtale Grunnundersøkelsesdatabase Lokal og områdeskred Utløpsdistansemodellering Prosentvisforbedring Saltinfiltrasjon i kvikkleire Sprøbruddmateriale Effekt av lagringstid i prøvekvalitet Kartleggingsgrunnlaget for kvikkleirekartlegging i strandsonen Detektering av kvikkleire fra sonderingsmetoder ERT Skjærkryp Stabiliseringsmetoder Omrøringsenergi i sensitive leirer Blokkprøvetaking

5 6.1 Definisjon og avgrensing av områdestabilitet

6 Utbygging i kvikkleireområder Eksempel på ekstra kostnader for stabiliseringstiltak pga. kvikkleire: E6 Harran (+30 %) 210 mill.kr. totalt, + 66 mill. kr til masseflytting, grunnerverv, planlegging og undersøkelser Fv. 760 Viesbakkene i Grong. Ombygging av vegen var kostnadsberegna til 16 mill. Resultat fra grunnundersøkelsene ga et behov for m 3 i masseflytting og en økning i kostnad på 14 mill. kr, dvs 87% For en GS-veg ved E6 på Skatval gir tiltak for å bedre stabiliteten en økning på 300 % E6 Trondheim Stjørdal mill. kr ekstra for 70 m veg. Kalksementstabilisering mellom spuntvegger dagsone vest 2010 på Møllenberg. Foreløpig norsk rekord! I følge den nye NTP, blir det en god del økning på utbyggingsaktiviteter i Norge!

7 6.1 Definisjon og avgrensing av områdestabilitet Effektmål: Omforente definisjoner og avgrensninger innarbeidet i etatenes retningslinjer Resultatmål: Fremlegge etatenes omforente definisjoner og avgrensninger, og innarbeide disse i etatenes retningslinjer, veiledere og håndbøker. Aktiviteten er til nytte for alle prosjekterende og tiltakshavere, og danner grunnlag for mulig revisjon av Eurocode 7 for tydeliggjøring av dette tema i standarden. Delaktiviteter: Utarbeide forslag til definisjon med tydeliggjøring av forskjellen mellom lokal- og områdestabilitet. Utarbeide eksempler på områdeavgrensning som må ligge til grunn for planlegging/utførelse av grunnundersøkelser og stabilitetsanalyser. Involvere inviterte fagfolk for innspill, workshop. Konklusjon og innarbeiding i retningslinjer

8 Områdestabilitet Definisjon er ikke entydig ut fra prosjekteringsstandarden (Eurokode 7), men vi bruker det for å beskrive vurderinger av stabilitet i områder utenfor det som blir direkte påkjent av anleggstiltaket.

9 Definisjon og avgrensing av områdestabilitet Områdestabilitet er betegnelsen på en stabilitetstilstand der et lokalt brudd kan initiere en omfattende progressiv fram- eller bakovergripende bruddutvikling/skredbevegelse i sprøbruddmaterialer; typisk kvikkleire. NIFS rapport 80/2012

10 Definisjon og avgrensing av områdestabilitet Det lokale (initielle) bruddet kan utløses i både seig- og sprøbruddmaterialer. I begge tilfeller vil det lokale bruddets influensområde påvirke og igangsette et progressivt brudd i tilstøtende sprøbruddmateriale.

11 Definisjon og avgrensing av områdestabilitet Hvis sprøbruddmaterialet har større utstrekning og mektighet utenfor det lokale influensområdet, kan større områder komme i skredbevegelse.

12 Definisjon og avgrensing av områdestabilitet Sikkerhet mot områdemessige stabilitetsbrudd ( kvikkleireskred ) skal utredes der tiltaket er lokalisert i eller nedenfor områder med sprøbruddmaterialer (Faresoner). Krav til sikkerhet for tiltaket skal minimum møte krav i TEK10, nærmere spesifisert i NVEs retningslinjer R2/2011.

13 6.2: Skredstatistikk og grunnlagsdata Effektmål: Utvikle en web-basert løsning som gir alle tiltakshavere og myndigheter til en hver tid oppdatert informasjon om grunnforhold, kvikkleiresoner med utredninger og farevurderinger. Resultatmål: Oppdatert informasjon om fareområder og grunnforhold vil være tilgjengelig for alle tiltakshavere og prosjekterende, samt for alle etater i beredskapssituasjoner. Delaktiviteter: Utvikle en effektiv utvekslingsplattform for eldre analoge og nyere digitale data. Utvikle utvekslingsplattform for deling av informasjon om grunnundersøkelser. I første rekke skal det utvikles en løsning for innsyn i grunnundersøkelser utført av eller på vegne av etatene, men med tanke på en mulig senere utvidelse til å inkludere undersøkelser utført av private tiltakshavere.

14 6.2: Skredstatistikk og grunnlagsdata NADAG Utvikling av en Nasjonal database for grunnundersøkelse er i gang hos NGU i et samarbeid med Statens vegvesen, NVE og Jernbaneverket. Rapportweb NVE er i gang med å utvikle en database hvor alle geotekniske rapporter kan være tilgjengelig Nasjonal blokkprøvedatabase: NGI har brukt blokkprøvetaker fra 1992 og etablert en database med nøkkelresultater fra forsøk utført på blokkprøver. Resultatene fra blokkprøvedatabasen er av stor interesse for fagog forskningsmiljø Foto: SVV, R-sør

15 6.3: Løsmasseskred i strandsonen Finneidfjord (1996) Sokkelvik (1959) Lyngseidet (2010) Trondheim(1888) Kattmarka (2009) Jevika (1997) Ref. presentasjon Jean-Sbastien L Hueruex (2013)

16 6.3: Løsmasseskred i strandsonen Effektmål: Oppdatert og tilgjengelig skredrelatert informasjon til alle tiltakshavere og prosjekterende, samt offentlige myndigheter og kommuner. Resultatmål: Effektivisere og forbedre kartlegging av kvikkleire spesielt i strandsonen. Prosjektets mål er å komme fram til anbefalte metoder for kartlegging av kvikkleire i strandsonen, samt å tilgjengeliggjøre informasjon om sjøbunnenes topografi for å muliggjøre bedre og mer helhetlige stabilitetsvurderinger i strandsonen. Delaktiviteter: Tilgang til topografiske kart under vannlinjen, vurdere kvalitet og tilgang til eksisterende informasjon mot metoder for å skaffe ny (nytte/kost). Beskrive metode for kartlegging av fareområder i strandsonen. Workshop.

17 6.3: Løsmasseskred i strandsonen Kartleggingsmetoder: NGU har gjennomført et oppdrag i 2012 hvor de har oppsummert deres erfaringer og anbefalinger knyttet til kartlegging mot skred langs strandsonen i Norge NIFS rapport nr. 22/2013 Kilde: NIFS rapport nr. 22/2013

18 6.3: Løsmasseskred i strandsonen Vurdering av kartlegginskriterier og Faregradsoner (pågående arbeid ) Eksempel: Kun land data : middels faregrad Land og sjø data : høyfaregrad I 2012 gjennomførte NGI et FoU oppdrag knyttet til kartleggingsgrunnlaget til stransonen. Oppdraget ga en oversikt over skredproblematikken i strandsonen og foreslått en definisjon av strandsonen i skredkartleggingssammenheng. Aktuelle metoder for sjøbunns-kartlegging var presentert med et fokus på å synliggjøre eksisterende data. Resultater ble presentert som en NIFS rapport (26/2013) som er tilgjengelig på NIFS rapport nr. 26/2013 Kilde: NIFS rapport nr. 26/2013

19 6.4: Grunnundersøkelsesmetoder for kartlegging av kvikkleire Effektmål: Omforente tolkningsmodeller for detektering av sprøbruddmateriale fra de anvendte undersøkelsesmetodene. Resultatmål: Aktiviteten tar sikte på å lage en veiledning for hvilke grunnundersøkelser og nødvendig omfang som skal benyttes for kartlegging av sprøbruddmateriale. Delaktiviteter: Vingeboring / Tolkningsmetodikk CPTU og RCPTU for detektering av sprøbruddmateriale Geofysiske metoder / Bestemmelse av prøvekvalitet i felt og på laboratoriet Bestemmelse av skjærfasthet Prosentvis reduksjon av peak-verdier fra blokkprøver Tidseffekter fra prøvetaking til labforsøk Tolkningsmodeller for CPTU og RCPTU

20 6.4: Grunnundersøkelsesmetoder for kartlegging av kvikkleire Detektering av kvikkleire fra sonderingsmetoder ink. CPTU-R Anisotropiforhold Blokkprøve: state-of-the-art Effekt av lagringstid i prøvekvalitet Vingeborforsøk PostDoc Dr. Anders Gylland

21 Detektering av sprøbruddmateriale fra ulike sonderingsmetoder Påvist kvikk-/sensitiv leire lab Eksempel fra Holte-Minsås, Verdal (Multiconsult) Rolf Sandven, 2013 NIFS rapport nr Antatt kvikk-/sensitiv leire

22 Detektering av sprøbruddmateriale fra ulike sonderingsmetoder Ikke-kvikk leire med artesisk poretrykk Poretrykk Eksempel fra Spillumsstranda, Namsos (Multiconsult) Antatt kvikk-/sensitiv leire Ikke-sensitiv, siltig, sandig leire Rolf Sandven, 2013 NIFS rapport nr

23

24 6.5: Beregningsmodeller ece ece

25 6.5: Beregningsmodeller Effektmål: Beskrive hvordan beregningsmodeller skal håndtere og ta hensyn til de faktiske bruddforløp i kvikkleire og sprøbruddmateriale. Resultatmål: Finne avanserte regnemodeller som beskriver de faktiske bruddforløpene i sprøbruddmaterialer. Tilpasse regnemodeller for praktiske prosjekteringsverktøy (eks GeoSuite) slik at disse blir kompatible med de mer avanserte beregningsmodellene. Delaktiviteter: Pågående arbeid ved NGI (prosjekt ) og NTNU om utvikling av nye beregningsmodeller Implementering i praktiske prosjekteringsverktøy

26 6.5: Beregningsmodeller Progressivbruddmodellering: Beskrive hvordan beregningsmodeller skal håndtere og ta hensyn til de faktiske bruddforløp i kvikkleire og sprøbruddmateriale. Lokal og områdeskred: SINTEF Multiconsult gruppen jobber med å finne en metode å definere lokal og områdeskred basert på spenningsendringsteori eller geotemetriskedimensjoner avanserte beregningsmodellene. NGI rapport, 2012 Tveit, 2011

27 Skjærfasthetsanisotropien i norske leirer Skjærfasthetsanisotropien er et vel kjent tema siden Bjerrum (1973); C Athanasiu (1973, 1999). Utviklingen over tid har vært slik at det benyttes erfaringsbaserte verdier for anisotropiforhold i mange tilfeller.

28 Erfaringsbaserte verdier for anisotropiforhold Status i bransjen Hb016 (når stedspesifikke data ikke er kjent) S up /S u A = 0,33 S u DSS /S u A = 0,67 Karlsrud et.al (2005) S up /S u A = 0,3 S u DSS /S u A = 0,6 når I p < 10% Ikke (eller lite) sensitive leirer S up /S u A = 0,4 S u DSS /S u A = 0,7 Su er udrenert skjærfasthet ; A står for aktiv; DSS står for direkteskjær; P står for passiv I p er plastisitetsindeks

29 Skjærfasthetsanisotropien i norske leirer ADP-forholdene er brukt ofte med mangelfulle referanser til empiriske korrelasjoner 0,32/0,66 0,35/0,67 0,31/0,65 0,3/0,6 0,33/0,65 0,33/0,63

30 Gjennom naturfareprosjektet er det uttrykt et behov for å etablere føringer for en bedre og mer dokumentert praksis.

31 Arbeidsgruppe- ADP forhold 1. Frode Oset, Statens vegvesen Vegdirektoratet 2. Margareta Viklund, Jernbaneverket 3. Odd-Arne Fauskerud, Multiconsult As 4. Stein-Are Strand, NVE 5. Stein Christensen, SINTEF 6. Vidar Gjelsvik, NGI 7. Vikas Thakur, Statens vegvesen Vegdirektoratet (leder)

32 Arbeidsgruppe- ADP forhold Mandat En omforent anbefaling for bruk av anisotropifaktorer i prosjektering i sensitive leirer En ny NIFS rapport om omforent anbefaling kommer snart!

33 Grunnlagsdata og basis NGIs blokkprøvedatabase (data fra 23 steder) NIFS rapport nr «Bruk av anisotropiforhold i sprøbruddmaterialer» (utarbeidet av SINTEF og Multiconsult) Utgangspunktet: Su A profil er basert på «forsiktig anslått middelverdi»

34 NGIs blokkprøvedatabase Data med kun prøvekvalitet 1 eller 2 var tatt i bruk Rapporten er basert på Kjell Karlsruds Bjerrum-foredrag

35 Skjærfasthetsanisotropi ble korrelert mot Leirinnhold OCR Sensitivitet Vanninnhold Plastisitetsindeks (viser den beste korrelasjon, foreløpig)

36 Anbefaling I p Su DSS /Su A Su P /Su A I p 10 % 0,63 0,35 I p > 10 % 0,63+0,00425.(I p -10) 0,35+0, (I p -10) Ip er i % DSS skjærfasthetsanisotropi Passiv skjærfasthetsanisotropi Kurvene med anbefaling legger nær trendlinjene i diagrammet. Valg av «forsiktig anslått middelverdi» er kontrollert mot formuleringene i Eurokode 7, og NGF-kurs om Eurokode 7 på Hell i 2010.

37 Betydning av ADP-faktorer i stabilitetsberegning når I p er mindre enn 10 % Stabilitetsberegning - flere eksempler med ulike geometri og jordegenskaper og ADP forhold. s u DSS /s u A = 0,65 0,6 s up /s u A = 0,35 0,3 For de fleste praktiske formål vil variasjonsområdet for beregnet partialfaktor med ADP-faktorer ligge vesentlig mindre enn 10% Su A = 20 kpa + 2 kpa/m. Dybde 150 m 15 m Sirkulær sammensatte

38 Anbefaling fra arbeidsgruppen Su P /Su A og Su DSS /Su A velges med konstante verdier (0,35 og 0,63) for lite plastisk leirer. (Når I p er mellom 0 til 10 %) Su P /Su A og Su DSS /Su A økes med I p i middels- og høyplastiske leirer (Når I p er mer enn 10 %) Ved vesentlig variasjon av I p med dybden bør det vurderes om flere lag bør legges inn ved stabilitetsberegninger.

39 Anbefaling fra arbeidsgruppen Anbefalingene er uavhengig av sensitivitet og gjelder for både kvikk og ikke-kvikkleirer Det anbefales lokal prøvetaking for etablering av Su A profil og evt. bestemmelse av ADP. Plastisitetsgrenseforsøket bør gjennomføres i så mange prøver som mulig.

40 6.6: Sikkerhetsfilosofi og regelverk Damage consequences Failure mechanism Dilatant Perfectly plastic Brittle and contractant Less serious Serious Very serious Damage consequences Failure mechanism Dilatant Perfectly plastic Brittle and contractant Less serious Serious Very serious Damage consequences Failure mechanism Dilatant Perfectly plastic Brittle and contractant Less serious 1.2/1.4* 1.3/1.4* 1.4 Serious 1.3/1.4* Very serious

41 6.6: Sikkerhetsfilosofi og regelverk Effektmål: Samordning av etatenes regelverk og sikkerhetsfilosofi innenfor tema som områdestabilitet og lokal sikkerhet for tiltak i terreng med forekomst av kvikkleire eller sprøbruddmateriale. Resultatmål: En omforent sikkerhetsfilosofi og klar definisjon av virke- og ansvarsområdet for de ulike etaters retningslinjer. Delaktiviteter: Variasjon av partialfaktor ved fare for progressiv bruddutvikling Forutsetninger og nivå ved bruk av prosentvis forbedring Beskrivelse av roller og ansvar ved utførelse av tredjepartskontroll Prinsipper for vurdering av sikkerhetsnivå vedrørende stabilitet for eksisterende bebyggelse og infrastruktur.

42 6.6: Sikkerhetsfilosofi og regelverk Pågående arbeid:

43 6.7: Skredutbredelse og utløpsområder Bynesetskredet,

44 6.7: Skredutbredelse og utløpsområder Effektmål: Videreutvikle empirisk verktøy for modellering av mulig skredutbredelse og utløpsdistanser Resultatmål: Utarbeide kriterier for utredning av potensiell skredutbredelse i områder med sprøbruddmateriale og overføre kriteriene til en veileder for kartleggingsmetoder for avgrensning av potensielle fareområder. Delaktiviteter: Utarbeide en definisjon av sprøbruddmateriale Samle dokumentasjon fra skred og fra mindre utglidninger (initialbrudd som ikke har ført til større skred) Utvikle korrelasjon mellom topografi, geotekniske og geologiske egenskaper med skredutbredelse Empirisk Eksperimentell Numerisk

45 6.7: Skredutbredelse og utløpsområder Utløpsdistansemodellering: Sprøbruddmateriale:

46 6.8: Stabilisering av kvikkleire Effektmål: Videreutvikle metode for stabilisering av kvikkleire der tradisjonelle metoder kan medføre reduksjon av stabilitet i anleggsfasen Resultatmål: Øke uomrørt og omrørt skjærfasthet ved bruk av saltdiffusjon i områder der det er anleggsteknisk vanskelig/umulig å utføre sikringstiltak eller bygge i kvikkleireområder. Utvikle stabiliseringsmetoder som medføre reduksjon av stabilitet i anleggsfasen på minst mulig grad, for eksempel -Kalk-sement stabiliseringsmetoden ved bruk av slurry Delaktiviteter: Doktorgrad om Saltinfiltrasjon I kvikkleire Tonje E Helle v/statens vegvesen, Studere kalk-sement stabiliseringsmetoden ved bruk av slurry Andre innovative ideer er velkommen!

47 6.8: Stabilisering av kvikkleire Doktorarbeid: Tonje E Helle v/ntnu Kilde: Tonje E Helle 2013

48 Takk for meg!