Översiktlig Geoteknisk undersökning för planerad skyddsvall DP Siggboområdet, Tierps kommun

Transkript

1 Tierps kommun Översiktlig Geoteknisk undersökning för planerad skyddsvall DP Siggboområdet, Tierps kommun Falun

2 Översiktlig geoteknisk undersökning för planerad skyddsvall DP Siggboområdet, Tierps kommun Datum Uppdragsnummer Utgåva/Status Oskar Skoglund Uppdragsledare Carl-Olof Modin Granskare i

3 Innehållsförteckning 1. Objekt och syfte Underlag Planområdets geotekniska förhållanden Topografi, ytbeskaffenhet och befintliga anläggningar Planerad Skyddsvall Planerad överförningsled Jordlagerförhållanden Geohydrologiska förhållanden Beräkningar Antagande om beräkningsförutsättningar skyddsvall Förutsättningar stabilitetsberäkningar Förutsättningar sättningsberäkningar Resultat Stabilitet Sättningar Rekommendationer Ytterligare undersökningar och fortsatt arbete Bilagor Bilaga 1 Stabilitetsberäkningar Bilaga 2 Sättningsberäkningar ii

4 Översiktlig geoteknisk undersökning för planerad skyddsvall DP Siggboområdet, Tierps kommun 1. Objekt och syfte Ramböll Sverige AB har på uppdrag av Tierps kommun utfört en kompletterande översiktlig geoteknisk undersökning för att ge ett utökat resonemang kring de geotekniska förutsättningarna för att etablera av en planerad skyddsvall inom Siggboområdet mot väg Underlag Följande underlag har använts vid planering och utförande av undersökningen: Markteknisk undersökningsrapport (MUR) Geoteknik, Översiktlig geoteknisk undersökning DP Siggboområdet Tierp daterad (Rev A ), Ramböll Sverige AB Teknisk PM Geoteknik, Översiktlig geoteknisk undersökning DP Siggboområdet Tierp daterad , Ramböll Sverige AB PM Översiktlig Erosionsutredning och stabilitetsutredning Siggbobäcken, Tierps kommun, daterad , Ramböll Sverige AB Riskanalys för området Siggbo avseende transporter av farligt gods på väg 292, daterad , Ramböll Sverige AB Skisser och planritningar över området, framtaget av Ramböll Sverige AB Jorddjup och jordartskartan, hämtat från SGU.se 3. Planområdets geotekniska förhållanden 3.1 Topografi, ytbeskaffenhet och befintliga anläggningar Området kännetecknas av förhållandevis plan terräng som i huvudsak används som jordbruksmark. Ett antal diken är anlagda inom området. Marknivåerna varierar från ca +33 i norra delen av området till ca +29,5 i de södra delarna. Igenom området passerar Siggebobäcken i sydostlig riktning, vilket avgränsar området från befintlig bebyggelse öst om Siggebobäcken. Mot väg 292 är terrängen plan med ett dike (0,2-0,3 m djup) som är anlagd längs med vägen. Ett antal djupare diken (ca 0,3-0,5 m djupare) kopplas samman med diket anlagt intill väg 292 och avbördar österut mot Siggbobäcken. 1 av 13

5 3.2 Planerad Skyddsvall En riskanalys har tidigare utförts för att bedöma eventuella risker gällande farliga transporter på väg 292 som avgränsar planområdet i väster(riskanalys avseende farligt godstransporter - området Siggbo i Tierps Kommun, ). Enligt den genomförda riskanalysen rekommenderas det att någon typ av riskreducerandeåtgärd genomförs mot väg 292 för att förhindra avåkningar av framförallt transporter med farlig gods. Som åtgärd rekommenderas det att en skyddsvall utförs, vars syfte är att agera som hinder för eventuella avåkningar. Vallens överkant rekommenderas utföras till minst 3 m över vägkroppen (ca 4 m över befintlig markyta) och skall placeras så nära väg 292 som möjligt. Om en skyddsvall ej kan genomföras rekommenderas det att exempelvis gabioner eller betongstöd utförs till minst 3 m över vägkroppen. Ett förslag med kombinerad vall och skyddsplank har också presenterats, som skulle minska lasten på terrassen. Nedan presenteras två förslagskisser på hur vallen skulle kunna utföras med vall och kombinerat plank (Figur 1) eller vall med kombinerad gabionmur (Figur 2). Lutningen på skyddsvallens slänter har ej fastställts men antas i denna handling vara 1:2 till 1:3. Utbredningen på skyddsvallen har heller ej fastställts i detta läge men antas vara mellan m. Figur 1. Förslagsskiss för utformning av skydd med kombinerad vall och plank. 2 av 13

6 Figur 2. Förslagsskiss för utformning av skydd med kombinerad vall och gabionmur. 3.3 Planerad överföringsledning Parallellt med denna utredning projekteras en överföringsledning som planeras att anläggas i den södra delen av planområdet. Exakt läge var i detta skede ej fastställt men enligt arbetsmaterialet är överföringsledningen planerad att förläggas i närhet av skyddsvallen och väg Jordlagerförhållanden Jorden i undersökta punkter består under matjordslagret av 3-10m finsediment (skiktad silt, sand och lera) följt av grövre friktionsjord på berg. Finsedimentens övre del har torrskorpekaraktär. Finsedimentens fasthet och dess mäktighet ökar mot söder. Inom områdets södra delar påträffas större mäktigheter av lera som uppgår som mest till 6-7 m. Detta område bedöms som särskilt känsligt vid ökad belastning då leran är både sättningskänslig och dess skjuvhållfasthet är låg, vilket ökar risken för skred vid hög belastning. Generellt förbättras de geotekniska förutsättningarna 3 av 13

7 i norr men i ett parti mitt på området förekommer ett ca 4 m mäktigt silt/leralager med lös karaktär som också är sättningskänslig och stabilitetsosäker vid hög belastning. Stopp har erhållits med hejarsondering på nivåer varierande mellan ca +20, ,3, vilket motsvarar djup ca 5 13 m under markytan. Inga jord-bergsonderingar har utförts för fastställande av djup till berg. 3.5 Geohydrologiska förhållanden Grundvattenbilden inom området varierar något från norr till söder. I de norra och centrala delarna varierar grundvattennivån mellan ca +28,5 och +31,4, vilket motsvarar ca 1,6 2,2 m djup under markytan. I de södra delarna av området varierar grundvattennivån mellan ca +27,4 och +29,8, vilket motsvarar ca 2,4-3,1 m djup under markytan. Ingen långtidsmätning av grundvattennivåerna inom området har utförts, därav kan grundvattennivåerna variera under året beroende på årstid, nederbördsläge och andra hydrologiska faktorer såsom snösmältning. 4. Beräkningar 4.1 Antagande om beräkningsförutsättningar skyddsvall Sättnings - och stabilitetsberäkningar har genomförts för sonderingar i områden med större mäktigheter av lös lera och silt (sektion R-T) med följande antaganden om skyddsvallen: Tunghet fyllning (skyddsvallen) 20 kn/m 3 Max uppfyllnad 4 m över markytan Släntlutning på skyddsvall 1:2 till 1:3 Utspridd långsträckt last (bredd ca m) Maxlast från skyddsvall 80 kpa (20 kpa/m fyllning) Antagen lastspridning 2:1 Grundvattenyta Sektion R ca +29,7 (ca 2,5 m under markytan) Grundvattenyta Sektion T ca +28 (ca 2,5 m under markytan) 4 av 13

8 Figur 3. Röda linjer = Sektioner (R-T) för genomförda stabilitets - och sättningsberäkningar 4.2 Förutsättningar stabilitetsberäkningar Översiktliga stabilitetsberäkningar har genomförts enligt totalsäkerhetsanalysmetoden för sektion R och T där mäktigt lager av lös silt/lera påträffats (Figur 3). Beräkningar har genomförts med ledning av skredkommissionens rapport 3:95 Anvisningar för släntstabilitetsutredningar och TK GEO 13 Trafikverkets tekniska krav för Geokonstruktioner. För godkänd säkerhetsfaktor skall F C > 1,5 vid odränerad analys samt F Komb > 1,3 vid kombinerad analys. Vid kombinerad analys kan kohesionsjords dränerande egenskaper uppskattas enligt nedanstående samband. φ = 30 C 0,1 C Terrängen för beräkningarna har baserats på inmätning av sonderingspunkter samt interpolering med laserdata över området. Beräkningar har genomförts med olika lastförutsättningar motsvarande 3-4 m uppfyllnad. Lutningen på den planerade skyddsvall är i detta skede ej känt men antas vara 1:2 eller 1:3. Stabilitetsberäkningar har baserats på försiktigt valda materialparametrar från intilliggande CPT-sonderingar och kolvprovtagningar med rutinanalys på utvalda nivåer för sektion R (Tabell 1 och Figur 4) och sektion T (Tabell 2 och Figur 5). Grundvattennivån antas variera mellan ca (ca 2,5 mumy). 5 av 13

9 Tabell 1. Materialparametrar vid släntstabilitetsberäkningar för sektion R. Material Nivå * (uk) Tunghet [kn/m 3 ] Skjuvhållfasthet [kpa]** Friktionsvinkel, [ ] γ C C *** φ Fyllning Vall 32, **** Fyllning Väg 32, Torrskorpa +31, Lera ,7-8 - Silt +22, Friktionsjord * Ungefärlig nivå för underkant av jordlager från marknivån i läge för slänten ** För Skjuvhållfasthets-profil (C-profil) se Figur 4 *** Vid kombinerad analys **** Kan variera beroende på typ av fyllningsmassor ,0 32,0 31,0 30,0 16R025 CPT SV03 CPT Nivå (m) 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24, Skjuvhållfasthet (kpa) Figur 4. Utvärderad Skjuvhållfasthet (reducerad) baserat på intilliggande sonderingar och provtagningar (Sektion R). Lila streckad linje = Tolkad skjuvhållfasthet (C-profil). SV03 Kolv (Rutin) 6 av 13

10 Tabell 2. Materialparametrar vid släntstabilitetsberäkningar för sektion T. Material Nivå * (uk) Tunghet [kn/m 3 ] Skjuvhållfasthet [kpa]** Friktionsvinkel, [ ] γ C C *** φ Fyllning Vall 32, **** Fyllning Väg 32, Torrskorpa +31, Lera ,7-8 - Silt +22, Friktionsjord * Ungefärlig nivå för underkant av jordlager från marknivån i läge för slänten ** För Skjuvhållfasthets-profi (C-profil) se Figur 5 *** Vid kombinerad analys **** Kan variera beroende på typ av fyllningsmassor ,0 31,0 30,0 29,0 Nivå (m) 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 20, Skjuvhållfasthet (kpa) Figur 5. Utvärderad Skjuvhållfasthet (reducerad) baserat på intilliggande sonderingar och provtagningar (Sektion T). Lila streckad linje = Tolkad skjuvhållfasthet (C-profil). 17R004 CPT 17R006 CPT SV06 CPT SV08 CPT 7 av 13

11 4.3 Förutsättningar sättningsberäkningar Sättningsberäkningar har genomförts med GS Settlement (beräkningsmodell Chalmers without creep, Log Based ) baserat på försiktigt valda materialparametrar från intilliggande CPT-sonderingar och kolvprovtagningar med rutinanalys och CRS-försök på utvalda nivåer för sektion R (Tabell 3) och sektion T (Tabell 4). Grundvattennivån antas vara vid ca 2,5 m djup under markytan. Sättningsanalysen har genomförts under planerad skyddsvall, ytterkant av planerad skyddsvall, ytterkant av väg och i vägmitt för att bilda en uppfattning om sättningarna som uppstår pga lastspridning från skyddsvallen. Lasten har antagits variera mellan kpa (motsvarande ca 3-4 m hög skyddvall). Skyddsvallens läge föreslås enligt riskanalysen genomföras så nära vägen som möjligt. Då sättningsberäkningarna är baserade på vissa antagande kan variationer förekomma. Beräknade sättningar skall tolkas som ungefärliga. Enligt TK Geo 13 är största tillåtna tvärfallsavvikelsen 1,1%, till följd av sättningar, vilket motsvarar 0,1 m sättning vid vägbredd på 9 m. Då vägens vertikal radie saknas är största totalsättningen svåruppskattad. Vägen är plan men då vertikalradien saknas antas den vara ca 2000 m. Totalsättningen uppskattas maximalt till 0,2 m för en väg med 70 km/h. Sättningsdifferensen tillåts på en sträcka av max 50 m. Tabell 3. Antagna materialparametrar vid sättningsberäkningar för sektion R Material Djup* γ [kn/m 3 ] M0** [MPa] ML [MPa] M [-] σc [kpa] σl [kpa] ki [m/år] Β [-] Torrskorpa Lera ,5 3,305 7, , Lera ,25 1,331 13, ,0473 3,3 Silt Friktionsjord * Ungefärligt djup från befintlig markyta ** Om M0 saknas, uppskattas M0 till 250*C (skjuvhållfasthet) Tabell 4. Antagna materialparametrar vid sättningsberäkningar för sektion T Material Djup* γ [kn/m 3 ] M0** [MPa] ML [MPa] M [-] σc [kpa] σl [kpa] ki [m/år] Torrskorpa Lera , ,0693 3,3 Lera ,5 1,061 13, ,0300 4,0 Lera ,25 1,251 18, ,0280 5,1 Silt Friktionsjord * Ungefärligt djup från befintlig markyta ** Om M0 saknas, uppskattas M0 till 250*C (skjuvhållfasthet) β [-] 8 av 13

12 5. Resultat 5.1 Stabilitet Sektion R Enligt genomförda stabilitetsberäkningar för sektion R (norra delen av planområdet) är säkerhetsfaktorerna godkända enligt säkerhetsklass 2 (F>1,5, F komb>1,3) för samtliga beräkningsfall, förutsatt att vallens fyllningsmassor uppfyller de tekniska egenskaper som krävs för planerad släntlutning. Tabell 5. Erhållna säkerhetsfaktorer, sektion R. Förutsättningar F F komb Vänster Höger Vänster Höger Lutning 1:3, 4 m fyll 2,51 2,40 1,91 1,73 Lutning 1:2, 4 m fyll 2,52 2,23 1,90 1,59 Sektion T Enligt genomförda stabilitetsberäkningar för sektion T (södra delen av planområdet) är säkerhetsfaktorerna godkända enligt säkerhetsklass 2 (F>1,5, F komb>1,3) om vallen skulle utföras till en höjd på max 3 m över markytan, förutsatt att vallens fyllningsmassor uppfyller de tekniska egenskaper som krävs för planerad släntlutning. Vallen har ej godkänd stabilitet vid en höjd på 4 m över markytan om inga förstärkningsåtgärder genomförs. Tabell 6. Erhållna säkerhetsfaktorer, sektion T. Förutsättningar F F komb Vänster Höger Vänster Höger Lutning 1:3, 4 m fyll 1,24 1,21 1,13 1,03 Lutning 1:2, 4 m fyll 1,38 1,26 1,14 1,02 Lutning 1:3, 3 m fyll 1,87 1,65 1,40 1,33 Lutning 1:2, 3 m fyll 1,93 1,79 1,36 1, Sättningar Sektion R Enligt genomförda sättningsberäkningar uppgår sättningarna till ca 0,1-0,2 m under skyddsvallens mitt (P1, Vallens mitt) vid en last på 80 kpa (4 m fyllning) oberoende av släntlutningen och ca 0,08 m vid en last på 60 kpa under skyddsvallens mitt. Storleken på sättningarna uppskattas minska mot vallens ytterkanter (ca 0,05 m, P2 I Vallen, ytterkant). Merparten av sättningarna utvecklas under de första 5 åren. I vägens ytterkant uppgår sättningarna till fåtal cm till följd av lastspridningen från skyddsvallen. Mot vägmitt uppgår sättningarna till max ca 0,5 cm till följd av lastspridningen från skyddsvallen. Merparten av sättningarna beräknas ske under de första 5 åren. Beräknade sättningar skall tolkas som ungefärliga. 9 av 13

13 Tabell 7. Uppskattad totalsättning efter 50 år (utan krypsättningar), sektion R. Förutsättningar P1 (I Vallen, mitt) P2 (I Vallen, ytterkant) P3 (I Väg, ytterkant) P4 (I Vägen, Mitt) Totalsättning [m] Totalsättning [m] Totalsättning [m] Totalsättning [m] Lutning 1:3, Last (80 kpa), 4 m fyll Lutning 1:2, Last (80 kpa), 4 m fyll Lutning 1:3, Last (60 kpa), 3 m fyll 0,12 0,050 0,01 0,003 0,11 0,050 0,012 0,004 0,080 0,040 0,007 0,002 Sektion T Enligt genomförda sättningsberäkningar uppgår sättningarna till ca 0,3-0,4 m under skyddsvallens mitt (P1, Vallens mitt) vid en last på 80 kpa (4 m fyllning) beroende på släntlutningen och ca 0,25 m vid en last på 60 kpa under skyddsvallens mitt. Storleken på sättningarna minskar mot vallens ytterkanter beroende på släntlutning och last (ca 0,1-0,15 m, P2 I Vallen, ytterkant). Merparten av sättningarna beräknas ske under de första 10 åren med en ökad sättningshastighet de första 5 åren. Sättningarna beräknas pågå i ca 20 år. I vägens ytterkant uppgår sättningarna till ca 2,5 cm till följd av lastspridningen från skyddsvallen. Mot vägmitt uppgår sättningarna till max ca 0,5 cm till följd av lastspridningen från skyddsvallen. Merparten av sättningarna utvecklas under de första 5. Sättningarna beräknas pågå i ca 20 år. Beräknade sättningar skall tolkas som ungefärliga. Tabell 8. Uppskattad totalsättning efter 50 år (utan krypsättningar), sektion T. Förutsättningar P1 (I Vallen, mitt) P2 (I Vallen, ytterkant) P3 (I Väg, ytterkant) P4 (I Vägen, Mitt) Totalsättning [m] Totalsättning [m] Totalsättning [m] Totalsättning [m] Lutning 1:3, Last (80 kpa), 4 m fyll Lutning 1:2, Last (80 kpa), 4 m fyll Lutning 1:3, Last (60 kpa), 3 m fyll Lutning 1:3, Last (40 kpa), 2 m fyll 0,35 0,14 0,015 0,004 0,30 0,12 0,024 0,009 0,24 0,095 0,011 0,003 0,14 0,060 0,07 0, av 13

14 6. Rekommendationer Norra delen av planområdet (sektion R) Figur 6. Skiss över planområdet. Rött inringat område = ungefärligt läge för mer omfattande lösa sättningskänsliga sediment. Förutsättningarna för etablering av en skyddsvall inom de norra delarna av planområdet är relativt goda under förutsättning att ojämna sättningar är acceptabla. Vallens fyllningsmassor måste uppfylla de tekniska egenskaper som krävs för planerad släntlutning. Sättningarna kommer särskilt att utvecklas i närhet av sonderingspunkt SV03, som mest 0,1-0,2 m, (röd markerat område Figur 6) och är som mest omfattande i vallens mitt. Sättningar inom övriga delar kommer att variera men generellt vara mindre, då marken är mindre sättningskänslig. Inga beräkningar har genomförts för de övriga delarna av det norra området. Då de geotekniska förutsättningarna varierar från norr till söder kommer ojämna sättningar i vallen uppkomma, särskilt vid gränser mellan fastmark och lösmarks områden kommer sättningsdifferansen vara som störst. Sättningarna som uppkommer i väg 292:s läge till följd av lastspridning från skyddsvallen kommer att vara begränsade och bedöms som acceptabla. Om ojämna sättningar i vallen inte är acceptabla krävs det sannolikt att förstärkningsåtgärder erfordras i området kring sonderingspunkt SV03. Exempel på förstärkningsåtgärder kan vara KC-pelarförstärkning alternativt bankpålning. Då förstärkningsåtgärder är mycket dyra i sammanhanget bör lättare konstruktioner, som typ räcken, ses över som alternativ till skyddsvall om sättningar av någon anledning inte är acceptabla. 11 av 13

15 Södra delen av planområdet (sektion T) Figur 7. Skiss över planområdet. Rött inringat område = ungefärligt läge för mer omfattande lösa sättnings och stabilitetskänsliga sediment. Enligt genomförda sättnings och stabilitetsberäkningar kan en skyddsvall inom de södra delarna av planområdet uppföras till max 3 m över markytan utan risk för stabilitetsbrott förutsatt att ojämna sättningar är acceptabla (röd markerat område Figur 7). Vallens fyllningsmassor måste uppfylla de tekniska egenskaper som krävs för planerad släntlutning. Omfattande sättningar kommer att utvecklas, omkring ca 0,3-0,4 m i framförallt vallens mitt. Då förutsättningarna i söder också varierar kommer ojämna sättningar att bildas. Sättningarna som uppkommer i väg 292:s läge till följd av lastspridning från skyddsvallen kommer att vara begränsade och bedöms som acceptabla. Då det finns stor risk för att omfattande ojämna sättningar bildas kommer en konstruktion på vallen, exempelvis skyddsplank, eventuellt genomgå sättningsskador. Om sättningsskador inte är acceptabla eller om andra omfattande sättningar inte är acceptabla av annan anledning i krävs förstärkningsåtgärder som typ KC-pelarförstärkning eller bankpålning. Då förstärkningsåtgärder är mycket dyra i sammanhanget bör lättare konstruktioner, som typ räcken, ses över som alternativ till skyddsvall om sättningar av någon anledning inte är acceptabla. 12 av 13

16 Planerad överföringsledning i södra delen av planområdet Då den planerade överföringsledningen eventuell skall anläggas i närhet av skyddsvallen i söder finns det risk för att ledningen kommer att utsättas för sättningar. Särskilt i området kring sonderingspunkt SV08, där omfattande lerlager finns. Som mest kan 0,3-0,4 m sättningar uppkomma under vallens mitt. Då förutsättningarna varierar kommer det uppkomma ojämna sättningar i detta område, vilket också bör beaktas vid projekteringsarbetets fortsättning. Enligt genomförda beräkningar bör ledningen genomföras utanför vallens läge, både ur sättningssynpunkt men också pga framtida drift - och underhållsmässiga arbeten på ledningen, då stora schakter i så fall skulle krävas för blottläggande av ledningen. Sannolikt skulle även stabilitetshöjande åtgärder, som spontning, krävas för att upprätta god stabilitet då lasten från skyddsvallen är en risk för släntstabiliteten vid schaktning. 7. Fortsatt arbete I nästa skede när vallens utformning projekterats och när valet av vilken typ av massor som planeras att användas i vallen bör ytterligare en bärighets och stabilitetsanalys genomföras. Beräkningar och eventuella undersökningar bör fokuseras på särskilt intressanta områden. Då vallen kommer genomgå större sättningar och att det finns vissa begränsningar på vallens höjd, särskilt i söder, bör en bedömning om vallens funktion påverkas av detta. Om sättningar i vallen inte accepteras krävs förstärkningsåtgärder alternativt en annan lättare konstruktion. Risken för sättningar från skyddsvallen måste också beaktas vid fortsatt projektering av överföringsledningen. Även ur stabilitetssynpunkt måste vallen beaktas, då schakter intill skyddsvallen kan kräva stabilitetshöjande åtgärder, så som spontning. 13 av 13