Skråningsstabilitet Sluppen
Abstract
Hovedfokuset for denne masteroppgaven har vært å undersøke skråningsstabiliteten gjennom de ulikefasene av prosjektet VA Sluppenvegen. Trondheim kommune skal installere ny spillvannsledning ogovervannsledning under Sluppenvegen, E6, Tempevegen og ut mot Nidelva. Det skal utføres enrørpressing av et VA-rør med en ytre diameter på 2,5 m fra en pressgrop ved Tempevegen gjennom enskråning utmot Nidelva. Skråningen har en gjennomsnittlig helning på 1:2 og er utfordrende med tankepå stabilitet. I tillegg er området et kvikkleireområde og rørpressingen skal utføres gjennomkvikke/sensitive masser. Dette skaper en fare for progressive skred og det er derfor kritisk at skråningenikke går til brudd.
Stabiliteten har blitt undersøkt for den naturlige skråningen, topografiske stabiliseringstiltak og etalternativt stabiliseringstiltakmed kalksementpeler (KS-peler). I tillegg er lokalstabiliten vurdert forfrigraving av VA-røret i skråningen. Stabilitetsanalyser er gjennomførtmed elementmetodeprogrammetPLAXIS både for drenert og udrenert analyse for alle fasene av prosjektet. For drenert analyse er detbenyttetMohr Coulomb som materialmodell, mens NGI-ADP er benyttet for udrenert analyse forleirmaterialene.
Utførte beregninger viser at den naturlige skråningen har en sikkerhetmot brudd på 1,02 ved drenertanalyse. Skråningen på Sluppen er bratt og kraftig erodert, det er derfor naturlig at den har en lavsikkerhet. NVE (2014) stiller dermed krav om en “forbedring” på ca. 10% før rørpressingen kan starte.Beregningene viser at topografiske stabiliseringstiltak som avlastning og motfylling gjør at skråningenoppnår en sikkerhetsfaktor mot brudd på 1,15. Dette gir en forbedring på 12% og kravet til sikkerhet erdermed tilfredsstilt.
En viktig del av oppgaven har vært å vurdere betydningen av resultatene. Beregningene viser at dennaturlige skråningen har en lavere sikkerhet med drenert analyse enn med udrenert analyse. Grunnen tildette er muligens fordi skjærstyrken definert av NGI-ADP totalspenningsparameterene en høyere ennskjærstyrken definert avMohr Coulomb effektivspenningsparametere. Det kan være riktig at tolkede suverdier er høyere enn styrken fra effektivspenningsparameterene når en leire er overkonsolidert. Høytoverkonsolidert materiale er ofte dilatant og oppnår typisk en maksimal styrke somer høyere enn detsom forklares av effektivspenningsparametere.
Et alternativ til topografiske stabiliseringtiltak som har vært undersøkt er grunnforsterkning ved hjelp av KS-stabilisering. Beregningene viser at avhengig av hvor KS-pelene plasseres blir den kritiske glideflatenpresset lenger og lenger ned i skråningen. En plassering i toppen av skråningen ga ingen forbedrendeeffekt på stabiliteten av skråningen og denne plasseringen er derfor ikke hensiktsmessig. DersomKS-stabiliseringen plasseres lenger ned i skråningen, rundt området der VA-røret skal frigraves, vil denkritiske glideflaten ha en sikkerhetsfaktor på 1,38. Resultatene viser at det er mulig å tilfredsstille kravenefra Eurokoden og oppnå en sikkerhet mot brudd F>1, 4. Det vil si at i ferdig tilstand vil KS-stabiliseringvære en alternativ løsning tilmotfylling. Det anbefales for videre arbeid å se nærmere på effektene avinstallasjonen av KS-peler ettersom de er sett bort i fra i denne oppgaven.
Frigravingen av VA-røret ga en kritisk glideflate som gikk langs toppen av røret. Ettersom røret kun haren bredde på 2,5 m er det ikke trolig at bruddet vil følge toppen,men heller gå på sidene av røret. Fordidet kun er utført 2D analyse har ikke glideflaten mulighet til å gå på sidene av røret. Resultatene frafrigravingen er derfor trolig ikke representative verdier, og det er ikkemulig å vurdere denne situasjonenved å modellere slik somer valgt i denne masteroppgaven. Derfor anbefales det for videre arbeid å se pådenne situasjonen i 3D. The main scope of this thesis has been to assess how the slope stability is affected through the differentphases of the project VA Sluppenvegen. Trondheim kommune is installing a new waste water pipelineand overwater pipeline under Sluppenvegen, E6, Tempevegen and out towards Nidelva. The overwaterpipe with an outer diameter of 2,5 m is being installed by pipe jacking from a jacking pit at Tempevegenthrough a slope towards Nidelva. The slope has an average inclination of 1:2 and is challenging forstability. In addition, the area is a quick clay area and the pipe jacking must be carried out throughquick/sensitive masses. This creates a danger of progressive landslides and it is therefore critical that theslope does not fail.
Stability has been investigated for the natural slope, topographical stabilization measures and analternative stabilization action with lime cement piles (KS piles). In addition, the local stability isconsidered for the excavation of the water pipe in the slope. Stability analyzes have been carried outwith the finite elementmethod program PLAXIS for both drained and undrained analysis for all phasesof the project. For drained analysis,Mohr Coulomb has been used as a materialmodel, while forundrained analysis, NGI-ADP has been used as a material model for the clay materials.
Performed calculations show that the natural slope has a factor of safety of 1,02 by drained analysis. Theslope at Sluppen is steep and heavily eroded, so it is natural that it has a low factor of safety. NVE (2014)demands a “improvement” of ca. 10% before the pipe jacking can start. The calculations show thattopographical stabilization measures such as unloading and fill at the bottommake the slope achieve afactor of safety of 1,15. This gives an improvement of 12% and the safety requirement is satisfied.An important part of the thesis has been to assess the significance of the results. The calculations showthat the natural slope has a lower safety by drained analysis than by undrained analysis. The reason forthis is possibly because the shear strength defined by NGI-ADP total stress parameters is higher than theshear strength defined byMohr Coulomb’s effective stress parameters. It may be true that interpreted suvalues are higher than the strength from the effective stress parameters when a clay is over consolidated.Highly overconsolidated material is often dilatant and typically achieves a maximumstrength higherthan what is explained by effective stress parameters.
As an alternative to topographical stabilization ground reinforcement by lime cement stabilization hasbeen investigated. Calculations show that, depending on where the piles are placed, the critical slip surface is pressed further and further down the slope. A position at the top of the slope did not have anyeffect on the stability of the slope and therefore this location has no purpose. If the KS stabilization isplaced further down the slope, around the area where the water pipe is to be excavated, the critical slipsurface achieves a factor of safety of 1,38. The results show that it is possible to satisfy the demands fromthe Eurocode and achieve a factor of safety F > 1, 4. Therefore KS stabilization is a possible alternativewhen looking at the finished state. It is recommended for further work to investigate the effects of theinstallation of KS piles as they are disregarded in this thesis.
The excavation of the water pipe gave a critical slip surface that followed the top of the pipe. Since thepipe only has a width of 2,5 m, it is not likely that the failure will follow the top, but rather go down thesides of the pipe. Because only 2D analysis has been performed, the slip surface does not have the abilityto go on the sides of the pipe. The results fromthe excavation are therefore probably not representativevalues, and it is not possible to assess this situation by modeling the way it has been in this master’sthesis.