Skråningsstabilitet Sluppen

Abstract

Hovedfokuset for denne masteroppgaven har vært å undersøke skråningsstabiliteten gjennom de ulike fasene av prosjektet VA Sluppenvegen. Trondheim kommune skal installere ny spillvannsledning og overvannsledning under Sluppenvegen, E6, Tempevegen og ut mot Nidelva. Det skal utføres en rørpressing av et VA-rør med en ytre diameter på 2,5 m fra en pressgrop ved Tempevegen gjennom en skråning utmot Nidelva. Skråningen har en gjennomsnittlig helning på 1:2 og er utfordrende med tanke på stabilitet. I tillegg er området et kvikkleireområde og rørpressingen skal utføres gjennom kvikke/sensitive masser. Dette skaper en fare for progressive skred og det er derfor kritisk at skråningen ikke går til brudd.

Stabiliteten har blitt undersøkt for den naturlige skråningen, topografiske stabiliseringstiltak og et alternativt stabiliseringstiltakmed kalksementpeler (KS-peler). I tillegg er lokalstabiliten vurdert for frigraving av VA-røret i skråningen. Stabilitetsanalyser er gjennomførtmed elementmetodeprogrammet PLAXIS både for drenert og udrenert analyse for alle fasene av prosjektet. For drenert analyse er det benyttetMohr Coulomb som materialmodell, mens NGI-ADP er benyttet for udrenert analyse for leirmaterialene.

Utførte beregninger viser at den naturlige skråningen har en sikkerhetmot brudd på 1,02 ved drenert analyse. Skråningen på Sluppen er bratt og kraftig erodert, det er derfor naturlig at den har en lav sikkerhet. 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 skråningen oppnår en sikkerhetsfaktor mot brudd på 1,15. Dette gir en forbedring på 12% og kravet til sikkerhet er dermed tilfredsstilt.

En viktig del av oppgaven har vært å vurdere betydningen av resultatene. Beregningene viser at den naturlige skråningen har en lavere sikkerhet med drenert analyse enn med udrenert analyse. Grunnen til dette er muligens fordi skjærstyrken definert av NGI-ADP totalspenningsparameterene en høyere enn skjærstyrken definert avMohr Coulomb effektivspenningsparametere. Det kan være riktig at tolkede su verdier er høyere enn styrken fra effektivspenningsparameterene når en leire er overkonsolidert. Høyt overkonsolidert materiale er ofte dilatant og oppnår typisk en maksimal styrke somer høyere enn det som 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 glideflaten presset lenger og lenger ned i skråningen. En plassering i toppen av skråningen ga ingen forbedrende effekt på stabiliteten av skråningen og denne plasseringen er derfor ikke hensiktsmessig. Dersom KS-stabiliseringen plasseres lenger ned i skråningen, rundt området der VA-røret skal frigraves, vil den kritiske glideflaten ha en sikkerhetsfaktor på 1,38. Resultatene viser at det er mulig å tilfredsstille kravene fra Eurokoden og oppnå en sikkerhet mot brudd F>1, 4. Det vil si at i ferdig tilstand vil KS-stabilisering være en alternativ løsning tilmotfylling. Det anbefales for videre arbeid å se nærmere på effektene av installasjonen 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 har en bredde på 2,5 m er det ikke trolig at bruddet vil følge toppen,men heller gå på sidene av røret. Fordi det kun er utført 2D analyse har ikke glideflaten mulighet til å gå på sidene av røret. Resultatene fra frigravingen er derfor trolig ikke representative verdier, og det er ikkemulig å vurdere denne situasjonen ved å modellere slik somer valgt i denne masteroppgaven. Derfor anbefales det for videre arbeid å se på denne situasjonen i 3D.

The main scope of this thesis has been to assess how the slope stability is affected through the different phases of the project VA Sluppenvegen. Trondheim kommune is installing a new waste water pipeline and overwater pipeline under Sluppenvegen, E6, Tempevegen and out towards Nidelva. The overwater pipe with an outer diameter of 2,5 m is being installed by pipe jacking from a jacking pit at Tempevegen through a slope towards Nidelva. The slope has an average inclination of 1:2 and is challenging for stability. In addition, the area is a quick clay area and the pipe jacking must be carried out through quick/sensitive masses. This creates a danger of progressive landslides and it is therefore critical that the slope does not fail.

Stability has been investigated for the natural slope, topographical stabilization measures and an alternative stabilization action with lime cement piles (KS piles). In addition, the local stability is considered for the excavation of the water pipe in the slope. Stability analyzes have been carried out with the finite elementmethod program PLAXIS for both drained and undrained analysis for all phases of the project. For drained analysis,Mohr Coulomb has been used as a materialmodel, while for undrained 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. The slope 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 that topographical stabilization measures such as unloading and fill at the bottommake the slope achieve a factor 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 show that the natural slope has a lower safety by drained analysis than by undrained analysis. The reason for this is possibly because the shear strength defined by NGI-ADP total stress parameters is higher than the shear strength defined byMohr Coulomb’s effective stress parameters. It may be true that interpreted su values 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 higher than what is explained by effective stress parameters.

As an alternative to topographical stabilization ground reinforcement by lime cement stabilization has been 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 any effect on the stability of the slope and therefore this location has no purpose. If the KS stabilization is placed further down the slope, around the area where the water pipe is to be excavated, the critical slip surface achieves a factor of safety of 1,38. The results show that it is possible to satisfy the demands from the Eurocode and achieve a factor of safety F > 1, 4. Therefore KS stabilization is a possible alternative when looking at the finished state. It is recommended for further work to investigate the effects of the installation 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 the pipe only has a width of 2,5 m, it is not likely that the failure will follow the top, but rather go down the sides of the pipe. Because only 2D analysis has been performed, the slip surface does not have the ability to go on the sides of the pipe. The results fromthe excavation are therefore probably not representative values, and it is not possible to assess this situation by modeling the way it has been in this master’s thesis.