Väg 161 Delen Bäcken - Rotviksbro

VÄGPLAN Väg 161 Delen Bäcken - Rotviksbro Jämförelse av förstärkningsåtgärder öster om ravinen, km 2/670 2/800 Uddevalla kommun, Västra Götalands län, Geoteknik Objektnummer: 102225, Geoteknik

2 (16) INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 BAKGRUND...3 1.1 Orientering...3 1.2 Syfte och avgränsningar...5 2 GEOTEKNISKA FÖRHÅLLANDEN...5 2.1 Jordlager...5 2.2 Geohydrologiska förhållanden...6 3 DIMENSIONERANDE PARAMETRAR...6 4 STABILITETSANALYS...8 4.1 Befintliga förhållanden...8 4.2 Åtgärdsalternativ 1 avlastningsschakt och lättfyllning... 10 4.2.1 Permanentanläggningen... 10 4.2.2 Byggskedet... 11 4.3 Åtgärdsalternativ 2 KC-pelare bredvid vägen... 11 4.3.1 Permanentanläggningen... 11 4.3.2 Byggskedet... 13 5 KOSTNADER... 15 6 JÄMFÖRELSE OCH SAMMANFATTNING... 15 6.1 Jämförelse... 15 6.2 Sammanfattning... 16 BILAGEFÖRTECKNING Bilaga GEOTEKNISKA UNDERSÖKNINGAR PLAN, PROFIL OCH SEKTION... 2.1 ODRÄNERAD SKJUVHÅLLFASTHET, SAMMANSTÄLLNING... 3.1 STABILITETSBERÄKNINGAR, BEFINTLIGA FÖRHÅLLANDEN... 4.1 STABILITETSBERÄKNINGAR, ÅTGÄRDSALTERNATIV 1... 4.2 STABILITETSBERÄKNINGAR, ÅTGÄRDSALTERNATIV 2... 4.3

3 (16) 1 BAKGRUND 1.1 Orientering Projektering för väg 161 delen Bäcken Rotviksbro pågår under våren 2014. Planerad väg går i ny sträckning söder om befintlig väg 161. Sträckan domineras av lerfyllda dalgångar med odlingsmark. Lerlagren är siltiga och förekommande vattendrag har lokalt eroderat djupt ner i jordlagren vilket ställvis har skapat mycket branta ravinslänter. Den största ravinbildningen längs sträckan ligger i anslutning till Rotviksbäckens biflöde från söder ca 600 700 m väster om Rotviksbro. Se markerat område i figur 1.1-1. Figur 1.1-1 Översikt. Väg 161 korsar ravinen på en upptill ca 6 m hög bank. Vägen ansluter till befintliga marknivåer kring +18 direkt öster om ravinen i km 2/700. Ravinens sträckning går österut fram till ca km 2/690 där den viker av mot norr en kort sträcka för att sedan vika av mot nordost och gå parallellt vägen med ravinkrönet mellan 20 och 40 m norr om vägmitt. Se plan i figur 1.1-2 samt profil i figur 1.1-3.

4 (16) Figur 1.1-2 Aktuellt område. Figur 1.1-3 Profil längs aktuell delsträcka.

5 (16) Ravinens slänter står i lutning 1:2 till 1:1,5 och säkerheten mot stabilitetsbrott är mycket låg lokalt invid ravinens krön längs hela delsträckan. Förstärkningsåtgärder krävs vid utbyggnad av väg 161. De åtgärder som kontrollerats inledningsvis vid utredning för vägplan är: Avlastningsschakt av ravinkrön kombinerat med lättfyllning i vägbanken Kalkcementpelarförstärkning under vägbank Kalkcementpelarförstärkning mellan ravinkrön och vägbank En avlastningsschakt av ravinkrön skulle innebära ett relativt stort intrång i ravinbildningen samtidigt som erforderlig säkerhetsfaktor mot skred kommer att uppnås i hela området. Installation av kalkcementpelare innebär inget direkt intrång i ravinen. Dock kan installationsarbetena nära ravinkrönet påverka växtligheten vid krönet. Vid projekteringsmöte 2014-02-24 togs beslut att gå vidare med en jämförande studie mellan alternativen med avlastningsschakt och lättfyllning respektive kalkcementpelarinstallation mellan ravinkrönet och vägen. 1.2 Syfte och avgränsningar Denna PM har upprättats för att utgöra underlag för beslut om vilken åtgärd som ska gälla för fortsatt projektering av vägplan. Den är baserad på de undersökningar som var utförda, samt den väglinje och vägprofil som gällde, vid projekteringsmöte 2014-02-24. Denna PM är inte avsedd att utgöra underlag för slutligt val av vägområde, mängder, upprättande av bygghandlingar eller arbetsberedningar i byggskede. 2 GEOTEKNISKA FÖRHÅLLANDEN 2.1 Jordlager Geotekniska undersökningar är utförda inom ramen för val av lokalisering under mars 2013 samt inom ramen för upprättande av vägplan under dec 2013 februari 2014. Jordlagren i området består av naturligt lagrad jord. Jordlagren utgörs huvudsakligen av ett mellan 5 och 12 m mäktigt lerlager som underlagras av friktionsjord med obestämd mäktighet. Fast botten lutar svagt norrut mot Rotviksbäcken. I början av delsträckan utgörs lerlagrets översta 1-1,5 m av en siltig torrskorpelera med skikt av silt och sand vilken överlagras av ca 0,5 m lerig silt och mulljord. Mot slutet är ingen torrskorpelera utvecklad och leran överlagras av ca 2 m siltig sand eller sandig silt. Den siltiga leran innehåller tunna skikt av sand och silt samt några enstaka grövre lager med friktionsjord om ca 0,5 1 m. Lerans uppmätta densitet varierar mellan 1,65 och 2,0 t/m 3. Leran har en uppmätt korrigerad skjuvhållfasthet på mellan ca 12 och 78 kpa. I sammanställning av

6 (16) skjuvhållfastheten framgår en relativt liten spridning av uppmätta värden och enligt både vingförsök, konförsök samt resultat från Conradutvärdering av CPT-sondering ökar skjuvhållfastheten mot djupet. Lerans vattenkvot varierar huvudsakligen mellan 20 % och 45 % och varierar kraftigt sannolikt på grund av närheten till sand- och siltskikten. Lerans konflytgräns varierar mellan 25 och 60 % och leran är i huvudsak mellanplastisk. Leran är mellansensitiv. Leran är svagt överkonsoliderad med en överkonsolideringsgrad på ca 4 i lerlagrets överkant som avtar mot djupet till ca 1,5 2 vid fast botten. Se utförda geotekniska undersökningar redovisade i plan, profil och tvärsektioner i bilaga 2.1-1 till 2.1-8. 2.2 Geohydrologiska förhållanden Grund- och/eller porvattentrycket har uppmätts i fyra punkter i aktuellt område. Mätningarna har utförts under perioden december 2013 till april 2014. En mätpunkt (2718) är placerad i anslutning till planerad vägsträckning vid ca km 2/780 och där har vattentrycket i bottenfriktionen uppmätts till motsvarande en fri grundvattenyta ca 0,3 0,5 m under markytan. Övriga tre mätpunkter ligger invid ravinkrönet. Samtliga mätresultat från dessa punkter visar på ett grundvattentryck i bottenfriktionen motsvarande en fri grundvattenyta belägen 5 m under markytan eller lägre. Uppmätt portryck i lerlagret vid ravinkanten motsvarar en fri grundvattenyta ca 2 4,5 m under markytan. 3 DIMENSIONERANDE PARAMETRAR Karakteristisk odränerad skjuvhållfasthet för lera har valts utifrån grafisk sammanställning av härledda värden från utförda undersökningar i enlighet med TK Geo 11 kap. 5.2.4. Ravinbildningen är skapad genom erosion av en lermark med en från början horisontell markyta varför skjuvhållfastheten borde jämföras utifrån en nivårelaterad sammanställning. Den djuprelaterade sammanställningen stämmer dock betydligt bättre. Orsaken är sannolikt lerlagrets ringa mäktighet och den rikliga skiktförekomsten. C uk har valts till 23 kpa ned till 5 m djup under markytan. På större djup sker en tillväxt om 1,5 kpa/m mot djupet. Se grafisk sammanställning samt valt värde i bilaga 3.1. Den dränerade skjuvhållfastheten för kohesionsjord har valts enligt praxis (Skredkommissionens riktlinjer) med hjälp av en inre friktionsvinkel φ k = 30, samt ett kohesionsintercept som är 10 % av den utvärderade odränerade skjuvhållfastheten (c k = 0,1 c uk ). För friktions- och fyllningsjord har materialegenskaperna (hållfasthet och densitet) valts enligt praxis (TK Geo 11).

7 (16) Lerans densitet är vald till 1,9 t/m 3. För korrigering av odränerad skjuvhållfasthet, i de borrpunkter mätning av konflytgränsen saknas, har w L =40 % valts. Trafiklast medräknas i odränerad analys och är 13 kpa i samtliga fall. Grundvattenytan är i beräkningarna antagen att ligga 1 m under markytan utmed den plana betesmarken med en hydrostatisk tillväxt mot djupet. Närmare ravinens krön sjunker grundvattenytan till ca 2 m under markytan. I ravinen är grund- och porvattentryckets fördelning mot djupet modellerad så att grundvattenytan ligger i nivå med slänterna och bäckbottnen med en vertikal gradient så att trycket i bottenfriktionen motsvarar en fri grundvattenyta belägen 5 m under nivån för ravinkrönet. Se figur 3-1. Figur 3-1 Profil längs aktuell delsträcka.

8 (16) 4 STABILITETSANALYS 4.1 Befintliga förhållanden Säkerhetsfaktor mot stabilitetsbrott för befintliga förhållanden har beräknats i sju sektioner, tvärsektion km 2/700, 2/730, 2/760 och 2/820 samt sektioner D-F. Se figur 4.1-1 för sektionernas läge i plan. Figur 4.1-1 Planläge beräkningssektioner.

9 (16) Beräknad säkerhetsfaktor är generellt mycket låg i ravinslänterna samt ca 10 20 m in på anslutande åkermark, beräknad säkerhetsfaktor ligger i intervallet 0,8 < F < 0,9. För större glidytor som sträcker sig fram till planerad väg är beräknad säkerhetsfaktor något högre, men huvudsakligen underskrids SK2 (F > 1) för vägområdet. Se figur 4.1-1 för framräknad säkerhetsfaktor i området samt bedömd gräns för SK2. Figur 4.1-1 Indelning av områden utifrån beräknad säkerhetsfaktor. Utförda beräkningar, med enbart den lägst beräknade säkerhetsfaktorn i respektive zon, framgår av bilaga 4.1.

10 (16) 4.2 Åtgärdsalternativ 1 avlastningsschakt och lättfyllning Alternativet innebär att avlastningsschakt utförs mellan planerad vägbank och ravinen samt att vägbankens tyngd helt eller delvis kompenseras med lättfyllning. I praktiken innebär det att befintlig jord under planerad väg behöver skiftas ur med uppemot 1-2 m. 4.2.1 Permanentanläggningen Beräkningskontroll har utförts i tvärsektion km 2/700, 2/730 och 2/760. Först har avlastningsschakten dimensionerats så att F > 1 uppnås för lokala glidytor. Därefter har erforderlig omfattning skumglas i vägbanken bestämts. Se figur 4.2.1-1. I km 2/700 blir det dock enbart skumglas eftersom vägkanten där ansluter till ravinkrönet. Figur 4.2.1-1 Dimensionering av permanent åtgärd, km 2/760. Utförda beräkningar redovisas i bilaga 4.2. I figur 4.2.1-2 framgår utbredning av dimensionerad åtgärd.

11 (16) Figur 4.2.1-2 Utbredning av avlastningsschakt samt skumglasfyllning. 4.2.2 Byggskedet Eftersom båda delarna av åtgärden innebär schakt och därmed minskad last inom den pådrivande sidan avseende stabilitet finns mycket goda möjligheter att utföra byggskedet i SK2 eller högre. En noggrann arbetsberedning samt ett kontrollprogram avseende släntrörelser kring ravinkrönet kommer dock erfordras. 4.3 Åtgärdsalternativ 2 KC-pelare bredvid vägen Alternativet innebär att kalkcementpelare installeras i åkermarken mellan ravinkrönet och den norra vägkanten. Det innebär att inget direkt intrång i ravinen, utöver ravinområde som berörs av planerad vägbank, sker samtidigt som den lokalt mycket låga säkerheten mot skred i ravinslänten kvarstår. 4.3.1 Permanentanläggningen Beräkningskontroll har utförts i tvärsektion km 2/700, 2/730 och 2/760. Se figur 4.3.1-1. I km 2/700 har kc-pelarna placerats direkt under vägen eftersom ravinkrönet går direkt invid vägkanten.

12 (16) Figur 4.3.1-1 Dimensionering av permanent åtgärd, km 2/760. Utförda beräkningar redovisas i bilaga 4.3. I figur 4.3.1-2 framgår utbredning av dimensionerad åtgärd.

13 (16) Figur 4.3.1-1 Utbredning av kalkcementpelarförstärkning Kalkcementpelarförstärkningen är dimensionerad av stabilitetsskäl. Eftersom bankhöjden ökar snabbt i ravinen strax innan km 2/700 och grundläggning sker på lera kommer dock kalkcementpelare erfordras av sättningsskäl redan från ca km 2/680. Eventuellt kan dessa utföras som singulära. 4.3.2 Byggskedet Installation av kc-pelare i skivor utmed ravinkrönet kommer temporärt orsaka mycket låg säkerhet mot skred vid utförandet. Dels beror det på den relativt låga säkerheten för befintliga förhållanden och dels på att installationsarbetena orsakar temporärt höga portryck samt störning av leran. För att kunna utföra installationsarbetena kommer temporära åtgärder erfordras. De åtgärder som kan öka säkerhetsfaktorn i byggskede utan att orsaka intrång i ravinen är att inledningsvis

14 (16) utföra schakt ned till terrass för planerad väg samt att utföra en temporär avlastningsschakt i installationsområdet utmed ravinslänten. Mellan km 2/680-2/700 där kalkcementpelare ska installeras av sättningsskäl och intrång i ravinen ändå kommer ske i form av vägbyggnad kan temporär tryckbank utläggas i ravinen. Se figur 4.3.2-1 Figur 4.3.2-1 Erforderliga åtgärder i byggskedet inför kc-installation. Förutom redovisade temporära åtgärder kommer rigorös arbetsberedning samt kontroll av släntrörelser samt portryck erfordras i byggskedet.

15 (16) 5 KOSTNADER En översiktlig kostnadsuppskattning av de båda alternativen har gjorts. Den har begränsats till att omfatta de geotekniska delarna. Åtgärdsalternativ 1: Delmoment Mängd Enhet À-pris Kostnad Avlastningsschakt 2500 m 3 50 kr 125000 kr Schakt för skumglas 3000 m 3 50 kr 150 000 kr Skumglas 3650 m 3 600 kr 2 190 000 kr Kontroll i byggskede - - - 100 000 kr Summa 2 565 000 Åtgärdsalternativ 2: Delmoment Mängd Enhet À-pris Kostnad Temporär avlastningsschakt inkl återställning Temporär tryckbank inkl bortschaktning 1000 m 3 100 kr 100 000 kr 1200 m 3 100 kr 120 000 kr Arbetsbädd KC 1500 m 2 100 kr 150 000 kr Antal pelare 3400 st 100 kr 340 000 kr Pelarlängd 40000 m 100 kr 4 000 000 kr Kontroll i byggskede - - - 400 000 kr Summa 5 110 000 kr 6 JÄMFÖRELSE OCH SAMMANFATTNING 6.1 Jämförelse Förutom kostnader bör följande faktorer beaktas vid val av förstärkningsåtgärder: Byggtid Alternativ 1: Innebär relativt enkla schakt- och fyllningsarbeten som kan bedrivas i normal takt. Bedömd tid för åtgärden är 1-2 månader. Alternativ 2: Innebär relativt komplicerad installation av kalkcementpelare, eventuellt måste inledningsvis varannan eller var tredje skiva installeras, vilken måste föregås av temporär avlastningsschakt samt tryckbank. Vidare föreligger risk för avbrott av installationsarbetena på grund av förhöjda portryck samt släntrörelser.

16 (16) Efter installationen krävs ca 1-2 månader för tillväxt av skjuvhållfasthet i pelarna ovanför släntkrön samt 4-6 månaders tid för utveckling av sättningar i pelarna i ravinen innan vägen kan färdigställas. Bedömd tid för åtgärden är 9-12 månader. Arbetsmiljörisker Alternativ 1: Schakt- och fyllningsarbetena kan utföras i SK2 om korrekt arbetsberedning upprättas. Alternativ 2: Innebär till stor del arbetsmoment under SK1. Kräver rigorös arbetsberedning samt omfattande kontrollåtgärder. Beständighet Alternativ 1: Marken anpassas så att erforderlig säkerhet uppnås även för lokala skred i ravinslänten. Dock kvarstår risken för att ravinslänterna fortsätter erodera i framtiden då inget erosionsskydd utläggs i ravinen. Framtida erosionsförlopp och dess hastighet är svårbedömd och det kan inte helt uteslutas att säkerhetsfaktorn för vägen underskrids inom teknisk livslängd. Kan erfordra driftkostnader i form av återkommande kontroll och besiktning. Alternativ 2: Den mycket låga säkerheten mot lokala skred invid ravinslänten samt erosionsförloppet kvarstår. Eventuella lokala skred i framtiden kan dock inte påverka vägen på grund av kalkcementpelarförstärkningen. Intrång i ravinen Alternativ 1: Geomorfologin i området förstörs. Alternativ 2: Geomorfologin i området bevaras. 6.2 Sammanfattning Alternativ 1 är bäst avseende kostnader, byggtid och säkerhet i byggskedet. Fördjupad analys av erosionsförhållandena i området krävs. Alternativ 2 är bäst avseende beständighet och minimerar intrånget i ravinen. Fördjupad analys av genomförandet av kalkcementpelarinstallation krävs.