Vurdering av forbelastningshøyde og input-parametere til Soft Soil-modellen i PLAXIS 2D. Case: Grunnforholdene ved Blålysbygget i Fauske kommune

Abstract

Denne masteroppgaven omhandler setningsproblematikk knyttet til det nye bygget for beredskapsetatene i Fauske kommune, «Blålysbygget», lokalisert like nord for Fauske sentrum. Tilgjengelige kvartærgeologiske kart og berggrunnskart er undersøkt for å gi en vurdering av den geologiske historien i området. Lagdeling og tilhørende geotekniske parametere til Soft Soil-modellen i PLAXIS 2D er også vurdert basert på tidligere utførte grunnundersøkelser. Parametersettet til Soft Soil-modellen ble tilpasset setningsmålinger fra Blålystomten, og det ble deretter utført en vurdering av nødvendig forbelastningshøyde og konsolideringstid for å møte krav til 5 og 10 cm restsetninger i løpet av Blålysbyggets levetid.

Avsetningene under Blålysbygget er avsatt mot slutten av siste istid når isfronten stod like øst for Fauske by. Da strømmet havet inn fra begge sider av dalen der Fauskeeidet og Blålysbygget ligger, og det ble da avsatt store mengder marin silt og leire som i dag fyller store deler av denne dalen. Etter den postglasiale landhevingen har disse avsetningene kommet opp av havet, og er i dag utsatt for ytre belastning i form av utbygging. Det er forventet at disse avsetningene har deformasjonsegenskaper som vil føre til betydelige setninger ved utbygging av Blålysbygget.

Ved tolkning av tidligere utførte grunnundersøkelser og laboratoriearbeider er det kommet fram til en lagdeling bestående av tre leirlag under topplag av torv og myr. Leirlagene består av (1) siltig leire, (2) bløtere leire, og (3) siltig leire. Det er påvist sprøbruddegenskaper og/eller kvikkleire i lag 2 på dybder mellom 9 og 24 meter. Det er også påvist innslag av tynne siltlag i flere dybder. Basert på tolkede modultall, har leirlagene blitt klassifisert som middels fast til fast leire. Tilpasning av prekonsolideringsspenningen (p′c ), deformasjonsparameterne (κ∗ og λ∗), samt permeabilitetskoeffisientene (kx og ky) har blitt utført både i Soil Test i PLAXIS 2D og ved sammenlikning av modellerte og målte setninger. Resultatene fra vurdering av forbelastningshøyde og konsolideringstid viste at det var nødvendig med 1 års konsolideringstid og henholdsvis 8 og 4.5 meter forbelastningshøyde for å møte krav til 5 og 10 cm restsetninger i løpet av Blålysbyggets levetid. Kortere konsolideringstid uten ytterligere tiltak viste seg å ikke være mulig grunnet den store mektigheten av leiravsetningene under Blålystomten.

Det ble utført en sensitivitetsanalyse av parametertilpasningen til setningsmålingene utført under forbelastningen. Resultatene viste at det var stivheten i det normalkonsoliderte området (λ*), den vertikale permeabilitetskoeffisienten (ky) og overlagringstrykket (POP) i det øverste leirlaget som i størst grad påvirket de vertikale deformasjonene som oppstod under forbelastningen.

Available Quaternary geological maps and bedrock maps have been examined to provide an assessment of the geological history of the area. An assessment of the layering and associated geotechnical parameters related to the Soft Soil model in PLAXIS 2D has also been carried out based on previously ground investigations. The parameter set for the Soft Soil model has been adapted to measured settlements from the construction site. Necessary preload height and consolidation time was assessed to meet the requirements for 5 and 10 cm residual settlements during the buildings lifetime.

The geological history shows that the deposits under Blålysbygget were deposited towards the end of the last ice age, when the ice front stood just east of Fauskeeidet and Blålysbygget. At this time, the sea flowed in from both sides of the valley, and large amounts of marine silt and clay were then deposited, which today fill up large parts of this valley. After the postglacial uplift of the ground, these deposits have come up from the sea, and are today exposed to external loading in the form of development. It is expected that these deposits have deformation propertied that will lead to significant settlements during the construction of Blålysbygget.

When interpreting previously carried out ground investigations and laboratory work, a stratification consisting of three clay layers under a top layer of peat and mire has been established. The clay layers are (1) silty clay, (2) softer clay, and (3) silty clay. Propertied of brittle failure and/or quick clay have been detected in layer 2 at depths ranging from 9 to 24 meters, along with occurrences of silt layers at multiple depths. Based on the interpreted modulus values, the clay layers have been classified as moderately stiff to stiff clay. Adjustments of the preconsolidation stress (p′c), deformation parameters (κ∗ og λ∗), as well as permeability coefficients (kx and ky), have been performed using both the Soil Test feature in PLAXIS 2D and by comparing modeled and measured settlements. The results from the assessment of preloading height and consolidation time indicated that a one-year consolidation period and respective heights of 4.5 and 8 meters were necessary to meet the criteria for 5 and 10 cm residual settlements during the lifespan of Blålysbygget. A shorter consolidation time was not feasible due to the thickness of the clay deposits at the construction site.

A sensitivity analysis of the parameter calibration against settlement measurements obtained during preloading was conducted. The results showed that the stiffness in the normally consolidated range (λ∗), the vertical permeability coefficient (ky) and the overburden pressure (POP) in the uppermost clay layer had the most significant influence on the vertical deformations occurring during the preloading process.