Valdemarsviks kommun. PM Stabilitetsutredning. Sanering av norra slänten, Bruksområdet Gusum. Grontmij AB Linköping

Transkript

1 Valdemarsviks kommun PM Stabilitetsutredning Sanering av norra slänten, Bruksområdet Gusum Grontmij AB Linköping

2 PM Vår referens Linköping Namnteckning Märta Lidén Granskad av Axel Hallin Godkänd av Lars Malmros Innehållsförteckning 1 Objekt Syfte Underlag för utredningen Markförhållanden Ytbeskaffenhet och topografi Geotekniska förhållanden Hydrogeologiska förhållanden Stabilitetsförhållanden Tidigare utredningar Beräkningsmetodik Indata Materialparametrar Laster Resultat stabilitetsberäkningar Befintlig släntgeometri Schaktetapper Sammanställning säkerhetsfaktorer Slutsats och rekommendationer Bilaga Geoteknisk sektionsritning G Grontmij AB Besök Norra Oskarsgatan 27C E-post Lars.Malmros@grontmij.com Org nr Direktnr Linköping Styrelsens säte Stockholm Fax

3 1 Objekt 2 Syfte Sanering ska utföras inom före detta bruksområdet i Gusum, Valdemarsviks kommun. I samband med saneringsutredningen har Grontmij som underkonsult till Hifab utfört kompletterande stabilitetsutredning. Denna utredning behandlar slänten i norra delen av saneringsområdet, på väster sida av Gusumsån, där säkerheten mot skred är beräkningsmässigt lägst. Syftet med denna utredning är att genomföra detaljerade stabilitetsberäkningar för den kritiska norra slänten, för att undersöka hur utförandet av schaktsaneringen i detta område kan ske på ett stabilitetssäkert sätt. Tanken är att större delen av fyllningen kan bortschaktas av grävmaskin med förlängd bom och sticka, för att undvika belastning av maskin i den avschaktade slänten. Frågeställningen är hur djupt schakten behöver utföras på detta sätt innan stabiliteten är tillfredsställande, även med belastning av maskin för att slå sponten vid släntfoten. 3 Underlag för utredningen Underlag för utredningen har varit: Översiktlig geoteknisk stabilitets/erosionskartering vid Gusumsån. Utförd av Statens Geotekniska Institut (SGI), daterad Geoteknisk PM: Stabilitetsförhållanden samt rekommendationer till åtgärder, Gusums f d bruk. Utförd av SGI, daterad PM Stabilitetsutredning fd Gusums bruk. Utförd av Golder Associates AB, daterad Kompletterande stabilitetsberäkning, fd Gusums bruk. Utförd av Golder Associates AB, daterad Stabilitetsbedömning av industriområde vid Gusumsån. Utförd av Stadspartner AB, daterad Kompletterande geoteknisk undersökning, utförd av Grontmij AB under perioden oktober december 12. Redovisad i Markteknisk undersökningsrapport (MUR), daterad Markförhållanden 4.1 Ytbeskaffenhet och topografi Den aktuella slänten är belägen i nordligaste delen av saneringsområdet, på västra sidan av Gusumsån. Intill släntkrönet går Bruksgatan, varefter slänten sluttar brant ner mot ån med en total höjdskillnad på ca 5 6 m. Markytans nivå är vid släntkrön +39,2, respektive +33,4 vid strandkanten. Slänten är i dagsläget bevuxen av framför allt björk, gräs och buskar. 4.2 Geotekniska förhållanden Grontmij har utfört geotekniska sonderingar i två punkter i slänten. Vikt- och slagsondering utförts vid släntkrön och släntfot. Vid släntfot har även skruvprovtagning samt vingförsök Grontmij AB 3 (12)

4 utförts. Sonderingarna visar ett ca 5 m mäktigt fyllningslager av varierande fasthet som avtar till ca 1,8 m mäktighet vid släntfoten. Fyllningen består vid släntfot av högförmultnad torv med sand- och grusinslag. Under fyllningen följer vid släntkrönet mycket lös till lös friktionsjord, troligtvis silt, med mäktighet ca 4 m innan fastare friktionsjord tar vid, troligtvis morän. Vid släntfot följer under fyllningen ca 3,2 m lera av varierande fasthet, med inslag av siltskikt. Under leran följer ca 2,3 m lerig silt följt av fastare friktionsjord, troligtvis morän. I tidigare utförd utredning av Golder Associates AB visar skruvprovtagning högre upp i slänten, mellan Grontmijs sonderingspunkter, att fyllningen överst består av sand och grus, följt av ett lager sågspån, kol och tegelrester. Under fyllningen återfanns något siltig, fast lera. Stopp med slagsondering mot berg eller block har erhållits på nivå +24,7 vid släntfot respektive +29,5 vid släntkrön. Det är oklart hur bergnivån ligger under Bruksgatan, men med hänsyn till berg i dagen och tecken på bergschakt på vägens västra sida, sluttar den troligtvis brant uppåt under vägen. Troligtvis är Bruksgatan delvis grundlagd direkt på avsprängt berg. 4.3 Hydrogeologiska förhållanden Grundvattennivån i slänten bedöms vid släntfot ligga i nivån med vattennivån i Gusumsån, vilken har uppmätts till ca +33,3. Grundvattennivån bedöms sedan slutta uppåt i slänten till nivå ca +, motsvarande ca 4 m under markytenivå vid Bruksgatan. 5 Stabilitetsförhållanden 5.1 Tidigare utredningar En översiktlig stabilitetskartering i bruksområdet har utförts av SGI, daterad , och består av en okulär besiktning av området. Angående det aktuella området norr om de nu rivna industribyggnaderna klargörs att slänten är mycket brant intill byggnaderna, men flackar sedan ut längre mot norr. Det noteras att björkar som växer i slänten är något böjda, medan vägräcket ovanför slänten tycks opåverkat och rakt. Inga synbara sättningar noterades i vägbanan. I samband med en markmiljöteknisk undersökning inom bruksområdet har SGI upprättat ett utlåtande kring stabiliteten längs västra sidan av Gusumsån, daterat I detta utlåtande bedöms totalstabiliteten i bruksområdet vara tillfredsställande, med lokala undantag främst i norra delen av området. Angående den branta norra slänten rekommenderas åtgärder i samband med rivning och sanering, i form av utflackning av slänten till samma släntlutning som vägslänten längre norrut har, samt att förbättra erosionsskyddet vid släntfot genom utskiftning till grövre jordmaterial. En stabilitetsutredning utfördes av Golder Associates AB, daterad , inför rivningen av industribyggnaderna inom området. I den norra slänten har på västra sidan ån trycksondering samt skruvsondering utförts i en punkt, vilka visade ca 1,2-1,7 m fyllning av sand och grus på ett fyllnadslager av sågspån och kol, som troligtvis varierar i både plan och djup längs slänten. Under fyllningen återfanns ca 3,5 m halvfast lera ovanpå friktionsjord. Stabilitetsberäkningar enligt totalsäkerhetsfilosofi visar en säkerhetsfaktor 1,24 då vattennivån i ån är +33,2, och säkerhetsfaktor 0,96 om ån töms på vatten. Slutsatsen dras att stabiliteten i slänten inte är tillfredställande och starkt beroende av vattennivån i ån och därmed ej får belastas av upplag eller maskiner under rivningens utförande. 5.2 Beräkningsmetodik Stabilitetsberäkningar har utförts enligt gällande Eurokod EN , med ledning av tillämpningsdokument IEG Rapport 6:08. Beräkningar för släntstabilitet utförs med Grontmij AB 4 (12)

5 dimensionerande värden enligt DA3 med fasta partialkoefficienter på laster och materialparametrar. För beräkningar i stabilitetsprogram ska, för säkerhetsklass 2, en säkerhetsfaktor på F EN = 1,0 uppnås. Beräkningar har utförts i stabilitetsprogrammet GeoStudio 12 (SLOPE/W), med analysmetod Morgenstern Price. Ändyteeffekter får tillgodoräknas enligt beräkningsmetodik i Skredkommissionens rapport 3:95, enligt ekvationer (1) och (2) nedan. Endast den del av brottytan som sker i kohesionsjord kan beräknas med dessa ekvationer. 2 (1) 3 2 0, (2) Där: = säkerhetsfaktor inkl. ändyteeffekter från plana ändytor = mothållande moment = pådrivande moment = släntens utbredning i längdriktning = ändytans area = avstånd mellan glidytans tyngdpunkt och centrumpunkt = säkerhetsfaktor från tvådimensionella beräkningar (SLOPE) = säkerhetsfaktor inkl. ändyteeffekter, anpassade till krökta ändytor 5.3 Indata Materialparametrar En representativ jordprofil har uppskattats från geotekniska undersökningar, se punkt 4.2 i denna utredning samt ritningsbilaga G Dimensionerande värden för jordlagren redovisas i Tabell 1 nedan. Kohesionsjordens dränerade parametrar vid kombinerad analys kan enligt IEG Rapport 6:08 samt Skredkommissionens rapport 3:95 ansättas enligt följande empiriska samband: = = 0,03 Där kan utvärderas med avseende på flytgränsen enligt Hansbos relation:, 0, Djup [m] Jordart Tunghet, Skjuvhållfasthet, / Friktionsvinkel, Släntkrön Släntfot [kn/m 3 ] [kpa] [ ] 0 0, ,2 samt 4 5,2 0-1,8 18-2, ,8 3 samt 4 5,1 17 / 3, / 1,6 24 5,2 9 5,1 7, ,8 7,3 8,7-31 Tabell 1. Dimensionerande värden för bedömd jordprofil. Grontmij AB 5 (12)

6 Vattennivån i Gusumsån har stor inverkan på stabiliteten hos slänten. Det mest ogynnsamma fallet är om ån är helt torrlagd och därmed inte bidrar med någon mothållande tyngd. Detta lastfall kommer dock inte att inträffa, då vattennivån i ån ska bibehållas för att undvika vattendom. I stället slås en spont vid släntfot för bortschaktning av den förorenade fyllningen som är under åns vattennivå. Vattennivån i ån har därför i satts till den uppmätta nivån +33,3 i följande stabilitetsberäkningar Laster En trafiklast appliceras på Bruksgatan, med ett körfält avstängt. Enligt TK Geo väljs karaktäristisk trafiklast till 15 kn/m 2, vilket motsvarar ett dimensionerande värde av 19 kn/m 2. Dimensionerande last från grävmaskin sätts till 10 kn/m Resultat stabilitetsberäkningar Enligt gällande Eurokod ska erforderlig säkerhetsfaktor uppnås för en kombinerad analys, där det lägsta värdet av jordens odränerade eller dränerade egenskaper används. Den här utredningen behandlar inte dimensionering av slänten, utan en kontroll att schaktsaneringen i byggskedet kan utföras med tillfredsställande säkerhet mot skred. I ett kortsiktigt perspektiv är ett odränerat brott mer realistiskt, vilket ger högre beräknade säkerhetsfaktorer än kombinerade analyser. De beräkningar som redovisas nedan är dock kombinerade analyser och därmed på säkra sidan. Följande beräkningar är utförda med parametrar enligt tabell 1. En sammanställning av säkerhetsfaktorer från samtliga beräkningar nedan, även beaktande 3-dimensionella effekter, samt jämförande beräkningar med odränerade förhållanden samt med en troligt högre skjuvhållfasthet i det lösare lagret redovisas i Tabell 2 under punkt 5.5 nedan Befintlig släntgeometri Med framtagna dimensionerande värden för jordprofilen enligt Tabell 1, fås en säkerhetsfaktor för den befintliga slänten F=0,84, se Figur 1. Eftersom slänten i dagsläget står, utan synliga tecken på rörelser, är materialparametrarna troligtvis konservativt antagna. Den befintliga slänten bör i verkligheten ha en säkerhet F > 1,0. 0,8 F of S: 0, Figur 1. Befintlig släntgeometri med dimensionerande värden enligt Tabell 1. Den avgörande parametern är skjuvhållfastheten i det lösare lerlagret. Då detta lager inte återfunnits i tidigare undersökningar, utan endast fastare lera, finns anledning att tro att hållfastheten kan vara högre än vad som uppmätts vid vingförsöket. Ett dimensionerande Grontmij AB 6 (12)

7 värde på ca 16 kpa ger en säkerhetsfaktor 0,97 för den befintliga slänten, se Figur 2. De mest kritiska glidytorna är då lokala ras i fyllningen. För att vara på säkra sidan används dock i fortsättningen de uppmätta dimensionerande värdena. Denna brantaste del av slänten är begränsad till ca - m i riktning längs Bruksgatan, vilket innebär att ändyteeffekter också kan vara en bidragande faktor till att slänten är mer stabil i sin befintliga geometri än vad beräkningarna visar. F of S: 0,970 0, Figur 2. Befintlig släntgeometri med skjuvhållfasthet 16 kpa i Schaktetapper Utflackning Schaktningen ska utföras i etapper om ca 1 1,5 m höga pallar. Inledningsvis kan grävmaskin etableras på Bruksgatan. Användning av maskin med förlängd bom och sticka ger en räckvidd på ca 15 m, vilket innebär att en utflackning av slänten kan ske inledningsvis, för att höja säkerheten mot skred, se Figur 3. 0,969 F of S: 0,969 Räckvidd grävmaskin Figur 3. Inledande utflackning av slänt. Grontmij AB 7 (12)

8 Etapp 1 Med etablering på Bruksgatan schaktas en första etapp med lutning 1:2 till djup ca 1,5 m under markytans nivå vid släntkrönet, se Figur 4. Säkerheten mot skred är 1,0 och därmed tillfredsställande. 0,992 F of S: 0,992 1,5 m Räckvidd grävmaskin Figur 4. Schaktetapp 1: ca 1,5 m under ursprunglig marknivå. Även med belastning av grävmaskin på första etappen erhålls erfordrad säkerhet 1,0, se Figur 5. Med placering 2 m från släntkrön har grävmaskinen nu räckvidd ungefär till vattenbrynet. 0,981 F of S: 0,981 1,5 m 10 kn/m³ Räckvidd grävmaskin Figur 5. Schaktetapp 1 med belastning av grävmaskin 2 m från släntkrön. Grontmij AB 8 (12)

9 Etapp 2 En andra etapp schaktas till ett djup ca 3 m under ursprunglig marknivå vid Bruksgatan, med säkerhetsfaktor 1,1, se Figur 6. Belastning från grävmaskin är placerad 2 m från släntkrön. Vid denna etapp är de mest kritiska glidytorna ytliga ras i fyllningen ner mot ån, dock med säkerhetsfaktor överstigande 1,0. F of S: 1,119 3 m 10 kn/m³ 1,119 Räckvidd g rävmaskin Figur 6. Schaktetapp 2: ca 3 m under ursprunglig marknivå. Etapp 3 Tredje etappen når ca 4,5 m under ursprunglig marknivå vid bruksgatan, med grävmaskin placerad 2 m från släntkrön. De kritiska glidytorna är i slänten mot Bruksgatan. Dessa är dock mycket ytliga ras, se Figur 7. Säkerheten för en större glidyta genom leran är beräknad till 1,5, se Figur 8. 0,992 F of S: 0,992 4,5 m 10 kn/m³ Räckvidd grävmaskin Figur 7. Schaktetapp 3: ca 4,5 m under ursprunglig marknivå. Ytliga ras i slänt mot Bruksgatan. Grontmij AB 9 (12)

10 1,536 F of S: 1,536 4,5 m 10 kn/m³ Räckvidd grävmaskin Figur 8. Schaktetapp 3: ca 4,5 m under ursprunglig marknivå. Hög säkerhet mot skred genom lerlagret. Etapp 4 Vid detta djup kan sponten drivas, ca 5 m från vattenbrynet. Vattennivån bakom sponten kan nu sänkas till lerans överkant, medan vattennivån i ån framför sponten kan hållas i befintlig nivå. Resterande förorenad fyllning kan bortschaktas ner till naturlig jord. De mest kritiska glidytorna uppstår som ytliga ras i fyllningen. Säkerhetsfaktorn mot ett större skred är beräknad till 1,5, se Figur 9. 1,480 F of S: 1, kn/m³ Spont Räckvidd grävmaskin Figur 9. Schaktetapp 4: Drivning av spont sam bortschaktning av resterande fyllning. Grontmij AB 10 (12)

11 5.5 Sammanställning säkerhetsfaktorer En sammanställning av beräknade säkerhetsfaktorer för varje schaktetapp redovisas i Tabell 2 nedan. Även säkerhetsfaktorer med beaktande av 3D-effekter redovisas, beräknade enligt ekvationer (1) och (2) ovan, för den del av glidytan bestående av kohesionsjord. I utförda beräkningar har den delen konservativt bedömts vara ca 1/3 av glidytans area. Ändyteeffekter utvecklas även i friktionsjord, men kan inte beräknas enligt samma teori. Jämförande beräkningar har även utförts med en högre skjuvhållfasthet i det lösare lerskiktet. Säkerhetsfaktorerna för dessa beräkningar redovisas också i Tabell 2 och visar då tillfredsställande stabilitet redan hos den befintliga slänten. Säkerhetsfaktorer erhållna i odränerade analyser redovisas också, då det bedöms vara mer realistiskt än dränerade förhållanden. Kombinerad analys Odränerad analys Etapp Beskrivning F EN F EN+3D F 16 kpa i lera 2 F EN F EN+3D Befintlig slänt Utflackning Utflackning av befintlig slänt 0,84 0,87 0,97 0,87 0,90 0,97 1,00 1,13 1,03 1,06 Etapp 1 Schakt till djup 1,5 m 0,99 1,03 1,16 1,05 1,08 Etapp 1 Etapp 2 Etapp 3 Etapp 5 Schakt till djup 1,5 m + maskin 0,98 1,01 1,15 1,04 1,07 Schakt till djup 3 m + maskin 1,12 1,15 1,36 1, 1,23 Schakt till djup 4,5 m + maskin 1,54 1,56 1,66 1,67 1,75 Schakt till naturlig jord + maskin + spont 1,48 1,49 1,48 1,50 1,51 Tabell 2. Sammanställning av beräknade säkerhetsfaktorer. Grontmij AB 11 (12)

12 6 Slutsats och rekommendationer Den undersökta slänten har i befintligt skick inte tillfredsställande beräknad säkerhetsfaktor mot skred ur dimensioneringssynpunkt, med de av oss valda materialparametrarna. Dock vet vi att slänten i dag inte har några synliga tecken på pågående rörelser. Den slutsats som kan dras av detta, då cirkulärcylindriska glidytor går genom kohesionsmaterial, är att säkerhetsfaktorn i verkligheten är högre än 1. Schaktetapper och placering har således valts på ett sätt som inte försämrar den beräkningsmässiga säkerheten för den ursprungliga släntgeometrin, som är beräknad till ca 0,9. Sättet att utföra schakten anser vi inte kommer minska inverkan av de randeffekter som sannolikt påverkar släntens verkliga stabilitet. För att inledningsvis höja stabiliteten hos slänten påbörjas schaktarbetet med att flacka ut slänten, så långt grävmaskinen har räckvidd med etablering på Bruksgatan. Därefter bedöms schaktning kunna ske med tillfredsställande stabilitet i etapper om 1 1,5 m med släntlutning ca 1:2 mot Bruksgatan. Redan vid första etappen ca 1,5 m under marknivån vid Bruksgatan beräknas schakten kunna beträdas med grävmaskin med erfordrad säkerhet mot skred. Ytterligare schakt av förorenad fyllning i slänten mot Bruksgatan utförs successivt i slitsar med brantare släntlutning mot vägen. Slitsarna återfylls kontinuerligt för ökad säkerhet genom randeffekter. Deformationer kontrolleras vid varje schaktetapp genom att upprätta en siktlinje med stakkäppar längs släntkrönet vid Bruksgatan. Siktlinjen kontrolleras vid början och slut av varje arbetsdag, för att i god tid upptäcka eventuella rörelser i slänten. Grontmij AB 12 (12)