Deelcommissie Zwel Sophia Spoortunnel Postdicties - nadere analyse grondonderzoek

Transcriptie

1

2 Deelcommissie Zwel Sophia Spoortunnel Postdicties - nadere analyse grondonderzoek CO april 2001 N :\projecten.gd\390000\392260\fow\rapport\ Opgesteld in opdracht van: COB POSTBUS AK GOUDA AFDELING FUNDERINGSTECHNIEK ONDERGRONDSE WERKEN Projectleider : ir. M. Korff Projectbegeleider: ir. P. Meijets EN GeoDelft Stieltiesweg 2, 2628 CK DELFT Postbus 69, 2600 AB DELFT Telefoon (015) Telefax (015) Postbank Bank Meesl'ierson NV Rek.nr,

3 rapportnr: datum rapport: CO april 2001 titel en subtitel: Ibehandelende afdeling: Deelcommissie Zwel Sophia Spoortunnel Funderingstechniek En Ondergrondse Werken Postdicties nadere analyse grondonderzoek projectnaam: projectleider(s): projectbegeleiderf s): ir. M. Korff ir, P. Meijers naam en adres opdrachtgever: referentie opdrachtgever: COB Postbus AK GOUDA verzenden in: -voud samenvatting rapport: type rapport: concept GeoDelft heeft in het kader van de postdicties de volgende aspecten onderzocht: - ontlastconsolidatiecoëfficiënt bij een samendrukkingsproef op Kedichemklei Voor de dichtsbijgelegen boring (Boring 04) is voor de samendrukkingsproef op monster 46 (Kedichemklei) de ontlastconsolidatiecoëfficiënt bepaald op m 2 s en m 2 s. De verhouding tussen de ontlastwaarden en de belastwaarden van de consolidatiecoëfficiënt is circa 2,8 tot 13 en gemiddeld 7. De ontlastcoëfficiënt voor de laag van Kedichem uit de in situ metingen is 3, tot 4, m 2 Is.. triaxiaalproeven: inventarisatie van de spanningspaden en de waterspanning afhankelijk van de belasting en het rekniveau, alsmede de engedraineerde stijfheid bij 2 % axiale rek. Triaxiaalontlastproeven (TA-CU-O) op Kedichemklei voor de Sophiaspoortunnel, voor de HSL en enkele proeven op Eemklei voor de NZlijn zijn beschouwd. Het spanningspad dat uit PLAXISsommen van de postdicties is afte leiden heeft dezelfde richting als de spanningspaden uit de CU-O proeven. Als functie van de rek blijkt een zeer gevarieerd verloop van de waterspanningsverandering op te treden. Enkele proeven geven een verhoging van de waterspanning aan bij een ontlasting van het monster. De A-waarde van Skempton varieert voor Kedichemklei tussen 0,3 en 0,5 voor rekken tot 1 %. De stijfheid bij 2 % rek blijkt zowel voor de ontlastproeven als voor enkele beschikbare belast (Cl.I-C) proeven te voldoen aan de verwachting dat de stijfheid toeneefdt met de beginspanning. De ontlaststijfheid bij 1 % rek is circa 2,5 maal groter dan de ontlaststijfheid bij 2 % rek. - variatie van de conusweerstand per grondlaag. Doel is hierbij om in de evaluatie een verband te leggen tussen de eigenschappen die volgen uit de postdicties en de gevonden conusweerstand. De zandlagen en de Kedichemklei hebben een geringe spreiding in conusweerstand en laagdikte. De veenlaag van Kedichem en de tussenlaag tussen het veen en de klei van Kedichern hebben een grote spreiding in de conusweerstand en laagdikte door grote variatie van afzetting opmerkingen: trefwoorden: verspreiding: opgeslagen op: aantal blz.: onder titel: N:\projecten.gd\390000\392260\fow\Rapport\ april 200 Ldoc 28 versie: datum: opgesteld door: paraaf: gecontroleerd door: Iparaaf: 1 april 2001 ir. M. Korft' ir, P. Meijers 112?- i--. \}L GeoDelft

4 CO concept april 2001 INHOUDSOPGAVE 1 Inleiding 1 2 Aanpak nadere analyse grondeigenschappen 3 3 Ontlastconsolidatiecoëfficiënt samendrukkingsproef Kedichemklei 5 4 Triaxiaalproeven Kedichemklei 4.1 Spanningspaden 4.2 Waterspanningsreactie 4.3 Ontlaststijfheid Vergelijking Conusweerstanden 9 6 Conclusies 11 Bijlagen: Samendrukkinaproef B IB Ontlaststap I (stap 6) van proef B04-46 IC Ontlaststap 2 (stap 7) van proef B A Spanningsspaden traxiaalproeven (st-t) 2B Waterspanningsreactie als functie van axiale rek 2C Factor van Skempton als functie van axiale rek 3A Ongedraineerde stijfheid CU-C belastproeven 3B Ongedraineerde stijfheid CU-O ontlastproeven IA IB IC 2A 2B 2C 3A 3B

5 .-;.,.. "'Ceo el Co concept april Inleiding In het kader van het COB-project "Proefproject Sophiaspoortunnel" F200 doet de subcommissie F210 sinds 1999 onderzoek naar het verschijnsel zwel in de Startschacht van de Sophia spoortunnel te Oud- Alblas. In een eerdere fase van het onderzoek zijn metingen uitgevoerd en theoretische beschouwingen van de fenomenen die optreden tijdens het maken van de bouwput gemaakt in het kader van de inventarisatie van de predicties en de napredicties. In de fase van de postdicties worden de resultaten van de metingen en de theoretische beschouwingen gecombineerd tot een theorie waarmee de metingen zo goed mogelijk verklaard kunnen worden. Om deze postdicties beter te kunnen beschouwen en in een latere fase een rekenregel voor de bepaling van de zwel op te stellen, heeft de deelcommissie Zwel besloten om de in het terrein en laboratorium gevonden grondeigenschappen en de relatie hiervan met de metingen en de postdicties met PLAXIS en Terzaghi nader te beschouwen. GeoDelft heeft met de tijdens de napredicties opgedane kennis het beschikbare grondonderzoek nogmaals bestudeerd. Doel is hierbij om in de evaluatief ase een uitspraak te kunnen doen over de waarde en mogelijkheden van specifiek laboratoriumonderzoek. Daarnaast wordt een realistische bandbreedte opgesteld voor enkele belangrijke grondparameters. 1

6 CO concept april Aanpak nadere analyse grondeigenschappen GeoDelft heeft in het kader van de postdicties de volgende aspecten onderzocht: nadere bestudering van het beschikbare laboratoriumonderzoek om te bepalen wat de ontlastconsolidatiecoëfficiënt is bij een samendrukkingsproef op Kedichemklei nadere analyse van de beschikbare triaxiaalproeven met als doel een inventarisatie te maken van het verloop van de spanningspaden en de waterspanning afhankelijk van de belasting en het rekniveau voor alle beschikbare triaxiaalproeven. Deze inventarisatie wordt vergeleken met de gevonden spanningspaden uit de PLAXIS -en de Terzaghi-berekeningen. Hieruit worden conclusies getrokken betreffende de relatie tussen de metingen, de (standaard)laboratoriumproeven en de berekeningen, zodat deze beter op elkaar afgestemd kunnen worden bepaling van de variatie van de conusweerstand per grondlaag, die optreedt rondom de startschacht als maat voor de variatie van de stijfheid in die lagen. Doel is hierbij om in de evaluatie een verband te leggen tussen de eigenschappen die volgen uit de postdicties en de gevonden conusweerstand. De variatie in de conusweerstand speelt een rol bij de keuze van de parameters tijdens de evaluatie. Als basis voor deze bestudering dienen de resultaten van het grond- en laboratoriumonderzoek, zoals dit is opgenomen in commissierapport "Inventarisatie Predicties" van april In de volgende hoofdstukken worden deze aspecten uitgewerkt. 3

7 "eo :3Cj el CO concept april Ontlastconsolidatiecoëfficiënt samendrukkingsproef Kediehemklei Voor de diehtsbijgelegen boring (Boring 04) is de samendrukkingsproef op monster 46 (Kedichemklei, NAP - 26,15 m) nader geanalyseerd. In Bijlage IA is het verloop van de zakking van het monster in de tijd gegeven. Hierin zijn de belast-, ontlast- en herbelaststappen te herkennen. Voor de ontlaststappen is een gedetailleerde weergaven van het zakkingsgedrag in de tijd gegeven in Bijlage l B en IC. Met behulp van de log-t methode is de consolidatiecoëfficiënt bepaald, via: h 2 Cv = % Waarin: Cv is de consolidatiecoëfficiënt bij ontlasten h is de halve hoogte van het monster in verband met 2-zijdige afstroming tso% is de tijd die nodig is om 50 % van de zakking op te laten treden. Voor de twee stappen zijn de volgende waarden gevonden: h (rri) 0,01 0,01 Tabel 3.1 Consolidatiecoëffciënt uit samendrukkingsproef êv(m 2 s) De gevonden waarden voor de,stappen variëren van 2, m 2 s voor stap 4;. 1, m 2 s voor stap 5 tot 1,910-7 m 2 s voor stap 10. De verhouding tussen de ontlastwaarden en de ':'''''+7,,' belastwaarden is hiermee circa 2,8 tot 13 en gemiddeld 7. ",z xo:;;. ' De ontlastcoëfficiënt volgende gegevens: voor de laag van Kedichem uit de in situ metingen kan afgeleid worden uit de dikte van de laag 6,7 m 2-zijdige afstroming hydrodynamische periode T geschat uit de waterspanningsmetingen 2 tot 3 weken. Met Cv = h 2 2T volgt hieruit een Cv van 0, tot 1, m 2 s. De verhouding tussen de i[t. tnlleschatte en de in de sarnendrukkingsproefgemeten waarde is 4 tot 17 met een gemiddelde v;; 7. ( ) ". "w...".,. 5

8 CO concept aprit Triaxiaalproeven Kediehemklei Voor een nadere analyse van het ontlastgedrag van de Kedichemklei zijn de triaxiaalontlastproeven (TA-CU-O) op deze klei opnieuw beschouwd. Daarnaast is een ontlastproef op Kedichemklei voor de HSL en zijn enkele proeven op Eemklei voor de NZlijn beschouwd. ProjectgrondSoort Sophia startschacht Oost Kedichem HSL Kedichem Betuweroute NZIijn Eemklei BofÎng!moristernummer Diepte Pfoefsoott - B04-46A NAP-26,15 m TA-CU-O B04-46C NAP-26,15 m TA-CU-O B5-38 stuk 32 NAP - 31,3 m TA-CU-C B5-42 stuk 85 NAP 29,1 m TA-CU-C 427 NAP-31,2 m TA-CU-C 430 A NAP-34,2 m TA-CU-O 431 NAP-35,4 m TA-CU-C 432 NAP-J6,6 m TA-CD-dev 435 NAP-39,0 m TA-CU-C stuk 29 NAP- 6,0 m 24 (A ) NAP-32,0 m TA-CU.; 29 (A ) NAP-44,2 m TA-CU-O JO (A ) NAP-44,3 m TA-CU-O 31 (A ) NAP 44,4 m TA-CU-O 81 (A29451l160295) NAP 30,8 m TA-CU-O 84 (A29271l160297) NAP-J8,6 m TA-CU-O Tabel 4.1 Beschouwde triaxiaalproeven Doel van deze analyse is een inschatting te maken van de te verwachten spanningspaden in een Cl.l-O proef en de waterspanningsreactie bij deze proef te bepalen. Daarnaast is het voor de evaluatie zinvol geacht een bandbreedte op te stellen van ontlastwaarden voor de stijfheid. 4.1 Spaanlagspaden Voor alle Cl.l-O proeven is het spanningspad (s'- t) bepaald en opgenomen in Bijlage 2A. De richting van de spanningspaden is over het algemeen gelijk. Bij grotere rekken ontstaan afwijkingen van de paden. Omdat de Kedichemklei bij de Sophiaspoortunnel ook slechts een kleine rek ondergaat, is met name het gebied van 0 tot 2 % rek beschouwd. Afwijkend ten opzichte van de overige spanningspaden, wat richting betreft, is het pad van de HSL proef 430A. Omdat dit de enige CU-O proef uit de HSL-serie was, is de oorzaak hiervoor niet te achterhalen. Het spanningspad dat uit PLAXIS-sommen van de postdicties is af te leiden heeft dezelfde richting als de spanningspaden uit de CU-O proeven. Het analytisch afgeleide spanningspad heeft een afwijkende richting. 7

9 CO concept april Wate"'panningsreactie De waterspatu1ingsreactie als functie van de rek is.voor.. proeven uitgezet in Bijlage 2B. Hieruitblijit In zeer gevarieerd verloop van dewaterspanningsveranderingop te treden. Enkele proeven gevell. een verhoging 'lande waterspanningaanhijeenootlastingvanhet monster. Om de waterfulningsreactie ten opzichte. van de verticalespanningsverandering te hepalenisvoor deproove1l9pedjehemkiei de factor A van Skem.ptonalsfnnctie van de rek bepaald. De AVal) Skempton isirbij: Deze wamxtîjnweergegeveninbijlage 2C. Voor twee monsters(b04-46a vlak bij. destartschacht en 430AV8.TIt1HSI1)isde AtnssenO,3en 0,5. Voor de overige twee monsters (B04-46C bij de starts(;l:\ç!1l vandej3etuweroute) neemt de A af van circa 0,5 tot respectievelijk --0,05 en 0,15). Waarden gelden tot 2%axiale rek. 4.3()tlil$tijlheid OmtenbÎ"evandeevalnatievandepostdictieseenjnschattigte kunnen maken van de bandbreee win.de ontlaststijfheid van.de Kedichemklei.ch lqln bevinden zijn de triaxiaaiptqêveîl opnieuw.beschouwd; Norm gspt()k.wotdt.voor.de stijtheid.de.eu;(> als.maa.t genomen.. Omdat.uit.het eerdere onderzoek v9brde deeicommissiereeds bekend is datdestijtheidvan de klei in situ vrij hoog is en de rekken juistlqn zijn, is in dit geval de. stijfheid bij 2 % rek bepaald. De rekken.in situ kunnen ook nog kleiner zijn; inde verwerkingvadetriaxiaalproefkan de rek bypercentages kleiner dan 2 % echter moeilijk nauwkeurig vastgesteld worden. De stijfheid bij 2 % rek is zowel voor de ontlasroeven als voor enkele beschikbare belast (CU-C) proeven beschouwd. In Bijlage 3A is de ongedraineerde belaststijfheid bij 2 % axiale rek gegeven voor de CU-e proeven. De stijfheid is uitgezet als functie van de beginspanning s'. Deze waarden zijn voor de multieproeven verbonden door een lijn. De HSL proeven en de Betuwerouteproeven... :: ":7?7: :;; : :':::: : :'r>.. --.:-:.: ', -.:' < : -. -.: _ - -: -.-:.-.: _ '.' : blijken verscbiuend, maar afzonderlijk te voldoen aan de verwachting dat de stijfheid toeneemt met de beginspanning. In 9ijlage 3 Zijn.de. ontlastwaarden van.de.ollgedraineetde. stijfheid. bij. Z % axiale. rek.<cu-o proeven) wrgegeven Deze proeven.zijn m.. en.d11s.als.pu11ten weergegeven -:Ook bier blijkt een ongeveetjineaire relatie tussen de beginspanning en de ontiaststijtheid. Van enkele proeven is. in plaats van de2% de 1 % ontlastwaarde gegeven, omdat. de triaxiaalproef bij kleine rekken is uitgevoerd.i)zestijfheden.zijn circa Z,S maal groter dan de 2 % wden. 8

10 CO oo35 concept april Vergelijking Conusweerstanden Voor de volgende sonderingen zijn de gemiddelde conusweerstanden in de verschillende lagen van de ondergrond gemiddeld en vergeleken: sondering 5-30,5-31,5-35 en 5-14 in of zeer nabij de Startschacht Oost 5-10 tm 5-15 op iets grotere afstand van de Startschacht Oost. In onderstaande tabel zijn de gemiddelde conusweerstanden per laag in MPa weergegeven: sonderinggrondlaag ; gemiddeld standaard.. variatie'- lt afwiikiils Coëfflci&D.1 laag 32 Ondiep zand 15,4 14,9 13,9 14,0 14,6 0,6 0,04 laag 38 D veen 4 1,9 1,9 8 4,0 2,5 0,63 laag 38 A zandklei Kedichem 9,9 5,8 5,0 5,0 6,4 2,0 0,32 laag 38 B klei Kedichem 3,3 3,3 4,5 4,0 3,8 0,5 0,13 laag 38 C Diep zand 19,3 18,0 19,5 g.g. 18,9 0,7 0,04 Tabel 5.1 Conusweerstand sonderingen 5..30, 5-31, 5-35 en 5-14 I sondering 5-10tJiTl. 5é..l 5....standaatd.; variatiegroijdlaag. gemiddeld afwiji{mg coëfficiënt laag 32 Ondiep zand laag 38 D veen laag 38 A zandklei Kedichem laag 38 B klei Kedichem laag 38 C Diep zand 13,7 1,3 0,1 3,6 0,6 0,2-7,6 2,9 0,4 6,7 2,5 0,4 g.g Tabel 5.2 Conusweerstand sonderingen 5-10 tm g.g De zandlagen hebben een geringe spreiding in conusweerstand. De veenlaag van Kediehem heeft een grote spreiding. Dit wordt verklaard door de geringe dikte van de laag en de grote teruggang in conusweerstand vanaf de bovengelegen en ondergelegen lagen. 9

11 CO concept april 2001 Hierdoor treedt een relatief grote verstoring op. Hoe dikker de laag, hoe lager de conusweerstand blijkt uit de sonderingen. De tussenlaag tussen het veen en de echte klei van Kedichem (laag 38 A, bestaand uit zand en klei) heeft ook eengrote spreiding in de conusweerstand door de overgang van lagen. De spreiding in de laag 38B is bij de sonderingen in de startschacht gering. Behalve de spreiding in conusweerstand is ook de spreiding in laagdiktes van belang voor het vergelijken van processen op verschillende plaatsen in de (omgeving van de) startschacht. In onderstaande tabel zijn de diktes van de onderzochte lagen in meters weergegeven: Înglgrondlitag 530 laag 32 Ondiep zand 7,2 6,3 6,3 5,0 laag38 D veen 1,1 1,0 0,2 0,5 laag 38 A zandlklei Kedichem 1,7 3,1 3,0 4,5 8 B Kedichem 5,8 5,7 8,1 7,0 i lj5;"38 \ gcm; sia v 5,6 6,7 6,2 0,7 0,1 1 1,2 0,2 0,7 0,4 0,58 gg 2,2 2,9 0,9 0,33 gg 6,4 6,6 0,9 0,13 Tabel 5.3 Laagdiktes sonderingen en boringen Hieruit blijkt de dikte van het zandpakket vanaf onderkant bouwput (NAP - 20 m) tot aan de cohesieve lagen een kleine spreiding te hebben, evenals de laag van Kedichemklei. De tussengelegen lagen veen en zandlklei van Kediehem zijn wisselend van dikte en voorkomen. De spreiding in dikte van deze lagen is beduidend groter. Als deze lagen samen worden genomen neemt deze spreiding af, zodat de laag van Kedichem steeds ongeveer op dezelfde diepte wordt aangetroffen (circa NAP - 29 m). 10

12 CO concept april Conclusies In het kader van het COB-project "Proefproject Sophiaspoortunnel"F200 doet de subcommissie F21 0 sinds 1999 onderzoek naar het verschijnsel zwel in de Startschacht van de Sophia spoortunnel te Oud- Alblas, GeoDelft heeft in het kader van de postdicties de volgende aspecten onderzocht: ontlastconsolidatiecoëfficiënt bij een samendrukkingsproef op Kedichemklei Voor de diehtsbijgelegen boring (Boring 04) is voor de samendrukkingsproef op monster 46 (Kedichemklei) de ontlastconsolidatiecoëfficiënt bepaald op m 2 Is en m 2 Is. De verhouding tussen de ontlastwaarden en de belastwaarden van de consolidatiecoëfficiënt is circa 2,8 tot 13 en gemiddeld 7. De ontlastcoëfficiënt voor de laag van Kedichem uit de in situ metingen is 3,2 10-6tot 4,6 10-6m 2 Is. De verhouding tussen de in situ geschatte en de in de samendrukkingsproef gemeten waarde waarde is 1,5 tot 6,5 met een gemiddelde van 3. triaxiaalproeven: inventarisatie van de spanningspaden en de waterspanning afhankelijk van de belasting en het rekniveau, alsmede de ongedraineerde stijfheid bij 2 % axiale rek. Triaxiaalontlastproeven (TA-CU-O) op Kedichemklei voor de Sophiaspoortunnel, voor de HSL en enkele proeven op Eemklei voor de NZlijn zijn beschouwd. Het spanningspad dat uit PLAXIS-sommen van de postdicties is af te leiden heeft dezelfde richting als de spanningspaden uit de Cl.I-O proeven. Als functie van de rek blijkt een zeer gevarieerd verloop van de waterspanningsverandering op te treden. Enkele proeven geven een verhoging van de waterspanning aan bij een ontlasting van het monster. De A-waarde van Skempton varieert voor Kedichemklei tussen 0,3 en 0,5 voor rekken tot 1 %. De stijfheid bij 2 % rek blijkt zowel voor de ontlastproeven als voor enkele beschikbare belast (CU-C) proeven te voldoen aan de verwachting dat de stijfheid toeneemt met de beginspanning. De ontlaststijfheid bij 1 % rek is circa 2,5 maal groter dan de ontlaststijfheid bij 2 % rek. variatie van de conusweerstand leggen tussen de eigenschappen per grondlaag. Doel is hierbij om in de evaluatie een verband te die volgen uit de postdicties en de gevonden conusweerstand. De zandlagen en de Kedichemklei hebben een geringe spreiding in conusweerstand en laagdikte. De veenlaag van Kedichem en de tussenlaag tussen het veen en de klei van Kedichem hebben een grote spreiding in de conusweerstand en laagdikte door grote variatie van afzetting. 11

13 BIJLAGEN

14 CO a35 Bijlage: 1A

15 Samendrukkingsproef B ,5 Ei! 1,5 Ei!...,. == J) == :a 2,0 1,0 ".,.- r-l r r: 0,5 0,0,,,, O,OOE+OO 2,OOE+05 4,OOE+05 6,OOE+05 8,OOE+05 1,OOE+06 1,20E+06 1,40E+06 tijd (sec) 1

16 CO Bijlage: 1B

17 SamendrukkingsproefB e ontlaststap -Zo :.... m 1.65.S Lso IN L LV) E-Ol 1.00E+OO 1.00E+Ol 1.00E E E E+05 tijd (sec)

18 eo Bijlage: 1e

19 1.60 Zo SamendrukkingsproefB e ontlaststap '" <;>; '" 4... '" '" '" "'i. ",,1- ooi 1. "'" ol.s eo l=l Z(.) N ,,, E-Ol 1.00E E+Ol 1.00E E E+04 tijd (sec) 1.00E+05 1

20 CO Bijlage: 2A

21 cu-a, Ko-l :::s -40.s :g -60-3,5 '"",, -NZ29 -NZ81 NZ31 -NZ30 ""-NZ84 -NZ24 ---HSL430A - BT nr 29 «=-=B04-46A -80 «-B04-46C axiale rek %

22 CO Bijlage: 28

23 o o 00 cs I q..-4i C'i..-4I.51 'a \Q,) i I I oq. I.-4 I: 0.-4 cs cs I

24 CO Bijlage: :ze

25 <,.,"'..,..,.,.,-"'. cu-o, Ko-1I2 '-. """'''''NZ24 ---NZ29 -"--NZ81 '2...-' ; -.. ' -'...-:'..' ='==NZ30 --NZ31 '"..,, NZ HSL430A - BT nr 29. _."B04-46A --B04-46C ANAL YfISCH PLAXIS s' (kpa)

26 CO Bijlage: 3A

27 stijfheid CU-C proeven Eu tov s' b 5-38 stuk j y.> b 5-42 stuk 85 I I E -* :_J o o s' (kpa)

28 CO Bijlage: 38.:.

29 stijfheid CU-O proeven Eu tov s' ";',.., )K, 10 5 o -" r.- " X 0 -" - "",. -" + 1II....A, I o s' (kpa), B A + NZ81 o NZ29 NZ31 11II NZ30 X NZ24 (1%) )K NZ84 (1%) ---2%