Utfylling i sjø ved hjelp av cellespunt og vertikale dren

Abstract

Formålet med denne oppgaven er å undersøke muligheten for å innvinne nytt industriareal på et område ved Eitrheim, i Ullensvang kommune, ved en utfylling i fjorden. Det aktuelle området befinner seg like ved Boliden AS sitt anlegg like utenfor Odda. Industriareal er en mangelvare i området. Boliden Odda AS sprenger ut fjellhaller for lagring av avfall fra sinkproduksjon og har på grunn av dette store mengder sprengstein tilgjengelig. Muligheten for å lage en steinfylling på dette området ble først undersøkt i 1975. Grunnundersøkelsene som ble gjort den gang viste utfordrende grunnforhold, noe som førte til at Norsk Teknisk Byggekontroll AS da frarådet å bygge en tradisjonell steinfylling på området. Rundt årsskiftet 2019/2020 ble det utført nye grunnundersøkelser av Norconsult AS, med håp om at moderne metoder ville gi et bedre grunnlag for vurdering av grunnforholdene. De nye undersøkelsene ga et bedre datagrunnlag og bekreftet resultatene fra 1975 med utfordrende grunnforhold og bløte masser.

En løsning der en cellespuntkonstruksjon og prefabrikkerte vertikale dren benyttes er evaluert for å se om en utfylling er mulig. Dersom en utfylling i fjorden kan gjennomføres oppnås både samfunnsnyttig utnyttelse av tilgjengelige steinmasser og opparbeiding av nytt industriareal.Det er satt en målsetning for prosjektet på 50 mål opparbeidet industriareal. For å oppnå dette må ytterkanten av cellespunten plasseres ved rundt 17meters dyp. På det meste har det bløte laget en mektighet på rundt 18 meter, dette medfører en maksimal lengde for spuntnålene på nærmere 40 meter.

Beregninger er gjort for å evaluere løsningen. En rekke ulike bruddformer er undersøkt ved håndberegning og både stabilitet, deformasjoner og konsolideringstid er undersøkt ved hjelp av Plaxis. Basert på beregningene og analysene som er gjort ser det ut til at tilfredsstillende stabilitet og en akseptabel konsolideringstid er oppnåelig. Både håndberegningene og elementmetodeanalysene baserer seg på en 2-dimensjonal forenkling av problemet. Beregningsmetodene brukt ved håndberegning baserer seg i stor grad på veletablerte metoder og teori. Disse beregningsmetodene stammer fra artikkelen "Stability and Stiffness of Cellular Cofferdams" (Terzaghi, 1945), men er også videreutviklet frem til 1990-årene. Det er i stor grad de samme metodene som benyttes ved dimensjonering av cellespuntkonstruksjoner i dag. Cellespuntkonstruksjoner ser ikke ut til å ha blitt studert i særlig grad i nyere tid.

Selv om det ser ut til at konstruksjonen er beregningsmessig gjennomførbar er det likevel knyttet stor usikkerhet til selve utførelsen av konstruksjonen. Den store dybden kan bli en utfordring med tanke på hva som trengs av utstyr og kan også potensielt kreve skjøting av spuntnåler. Den store dybden til fastere masser fører også til at dimensjonen på konstruksjonen blir større enn det man har erfaring med fra tidligere. På grunn av dette burde entreprenør inkluderes tidlig i en eventuell detaljplanleggingsfase.

Som et forslag til videre arbeid er det særlig foreslått å fokusere på økonomien i prosjektet for å vurdere om det kan forsvares basert på forholdetmellom kostnad og nytteverdi.

The purpose of this thesis is to explore the opportunity of creating new land areas for industrial use in an area close to Eitrheim, in Ullensvangmunicipality, by a fill in the fjord. The area in question is located close to Boliden AS’s plant outside Odda. Land for industrial use is in short supply in the area. Boliden Odda AS is blasting underground caverns for storage of industrial waste from their sink production. Because of this, large amounts of blasted rock materials are available. The possibility of creating a rock fill in this area was first evaluated in 1975. The ground investigations performed at this time showed challenging ground conditions, which led Norsk Teknisk Byggekontroll AS to advice against creating a traditional rock fill in this area. In the end of 2019 and beginning of 2020 new ground investigations were carried out by Norconsult AS with hope that modern surveying methods would give a better basis for evaluating the ground conditions. The new investigations resulted in an improved data basis and confirmed the results from 1975 with challenging conditions and soft materials.

A solution where a cellular cofferdam and prefabricated vertical drains are used is evaluated to investigate if a fill in the fjord is possible. If a fill can be constructed, both a societally useful use of available rock materials and creation af new land for industrial use will be achieved. 50000m2 of new land is set as a goal for the project. To achieve this, the outer edge of the cellular cofferdam must be placed at a depth of approximately 17 meters. The soft layer has a maximum thickness of about 18 meters, which leads to a maximum length of the sheet piles of close to 40 meters.

Calculations are conducted to evaluate the solution. Several different failure modes are examined by hand calculation and stability, deformations and consolidation time are examined by use of Plaxis. Based on the performed calculations and analysis it appears that satisfactory stability is possible and acceptable consolidation time is achievable. Both hand calculations and the finite element analysis are based on a 2-dimensional simplification of the problem. The calculation methods are to a large degree based on well established methods and theory. The methods stem from the article Stability and Stiffness of Cellular Cofferdams (Terzaghi, 1945), but have also been further developed up to the 1990s. They are to a large extent still used for the design of cellular cofferdams today. The subject of cellular cofferdams does not seem to have been studied extensively in recent years.

Even though the structure seems to be stable based on calculations, a challenge which still faces great uncertainty is the construction of the structure itself. The large depth can be challenging regarding the required equipment and might also lead to splicing of the piles being necessary. The large depth of firm ground conditions leads to a structure of a greater scale than what is known from previous experience. For this reason, contractors should be included early in a detailed planning phase.

As a suggestion for further work it is suggested to focus on the project’s economy to evaluate whether the project is practical based on the ratio of cost and benefit.