Grunnvannsmodellering som et verktøy for å estimere setninger i nedbørsfeltet til byggegroper
Helene Stav
15/10/2020
Formål
Formålet med oppgaven er å vurdere verdien av grunnvannsmodellering som et verktøy i planleggingsfasen basert på erfaringsdata fra Skøyen-Asker prosjektet.
- Hovedmålet er å etablere en forenklet numerisk grunnvannsmodell, bygd opp på informasjon fra tidligere grunnundersøkelser og vurdere hvor relevant modellens beregninger vil være i forhold til virkeligheten.
- Ved å sammenligne de innsamlede dataene og erfaringer fra byggeprosjektet på Jong med resultatene fra den numeriske grunnvannsmodellen vil usikkerhetene rund forenklingene og antagelsene i modellen bli vurdert.
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 1
Bakgrunn – «Begrens skade»
Illustrasjoner fra Baardvik et al., 2016
Byggegropen på Jong
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 3
• 700 meter lang byggegrop: Fase 1 (400 meter), fase 2 (300 meter)
• Byggegropen ble sikret med spuntvegger med bakforankrede stag i inntil fire nivåer
• 1400 stag og 600 borede stålkjernepeler for fundamentering av kulverten
• tatt bort 60 000 m3 leire og 20 000m3 fjell for å danne byggegropen
• I byggegropen på Jong oppsto det betydelig lekkasje mellom foringsrørene for stag og spunten, samt
foringsrørene til stålkjernepeler
• Førte til store poretrykksreduksjoner og setninger i opp til en påvirkningsradius på 400 meter.
Bilder tatt av Jernbaneverket
Geologisk analyse av Jong
Analysen baseres på egne tolkninger av totalsonderinger, som er utført av NGI
Avsetningene består i hovedsak av leire / marin leire og morene.
Dette resulterer i at det er en lukket akvifer lokalisert rett over berggrunnen
Sandvikselva
Illustrasjoner laget i Leapfrog Work
Hydrogeologi - grunnvannsstrømningen i morenelaget
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 5
Før utbyggingen Under utbyggingen, men før igangsetting av infiltrasjon
Konseptualisering
- Modellen baserer seg på et utsnitt av området på Jong
- Dette snittet går tilnærmet parallelt med grunnvannsstrømningen som oppstår under utbyggingen
- I snittet ligger det et morenelag over grunnfjellet fra Åssletta og hele veien inn til byggegropen
Stasjonær simulering => Transient simulering
• Venstre grensebetingelse er byttet ut med nødvendig vanntilførsel for å opprettholde den hydrauliske trykkhøyden.
• Høyre grensebetingelse vil illustrere forholdene ved byggegropen.
Hydraulisk trykkhøyde senkes fra kote 27 til 16.
• Initiell hydraulisk trykkhøyde er definert med resultatene fra stasjonær simulering med tvungen hydraulisk trykkhøyde ved høyre og venstre grensebetingelse. Kote 31 til kote 27.
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 7
Modelloppsett og diskretisering
LAGDELING LEIRE SANDIG LEIRE SANDIG LEIRE MORENE
TYKKELSE (M) 20 6 2 2
KS (KXOG KY) (M/S)
1E-10 1E-9 1E-9 1.8E-7
KS (KZ) (M/S) 1E-10 1E-10 1E-10 1.8E-7
SY 0.03 0.03 0.03 0*
SS 1E-3 1E-3 1E-3 1E-5
Modelleringsresultat, transient analyse
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 9
10 15 20 25 30 35
0 10 20 30 40
Hydraulisk trykkhøyde (moh)
Tid (måned)
400 300 200 100 0
30.5 30.55 30.6 30.65 30.7 30.75 30.8 30.85 30.9 30.95 31 31.05
0 10 20 30 40
Hydraulisk trykkhøyde (moh)
Tid (måned)
5 15 23 27 29
Grafen viser utviklingen i hydraulisk trykkhøyde i morenelaget ved forskjellige distanser til byggegropen (X-retning).
Grafen viser utviklingen i hydraulisk trykkhøyde ved forskjellige dybder (Z-retning) ved en distanse på 400 meter.
Vannbudsjett til morenelaget
Sammenligning med verdier fra situasjonene på Jong
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 11
(Modifisert etter Baardvik et al. (2016)).
Setningsberegninger
• Observasjoner fra geologisk modell og observasjoner fra Jong viser at de største setningene oppsto der morenelaget var tykkest.
• Beregnet setninger viser lavere størrelsesorden, noe som vil være forventet ettersom reduksjonen i
hydraulisk trykkhøyde også er lavere. 0
20 40 60 80 100 120 140 160
0 100 200 300 400
Setning (mm)
Distanse til byggegropen (m)
Beregnet observert
Observerte setninger er hentet fra Braaten et al. (2004)).
Sensitivitetstudie
• Magasinkoeffisient i leirelaget
• Hydraulisk konduktivitet i morenelaget
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 13
• Morenetykkelse
Modellusikkerheter og modelltekniske utfordringer
• Høyre grensebetingelse:
grunnvannssenkningen i byggegropen
• Venstre grensebetingelse:
vanntilførsel fra nedbøren
Kleven, A. (2007) - Teknisk notat
Konklusjon
• En enkel 2D grunnvannsmodellering vil være et godt verktøy for å skape en generell forståelse av systemets respons, tidsforløp og potensielt påvirkningsområde ved en drenering.
• En parameter som gir høy usikkerhet i modellen er hydraulisk konduktivitet. Denne parameteren førte til at senkningen ved Åssletta varierte mellom 0 til 7 meter i samme punkt for ulike mulige konduktivitetsverdier..
• Modellen er mindre sensitiv for endringer i spesifikk lagring og det er trolig tilstrekkelig å bruke en erfaringsverdi. Dette vil si at det er viktig å definere hvilken type akvifer det er i området og hvilket materiale som ligger over.
• Morenetykkelsens vil ha en påvirkning på hvor fort morenelaget dreneres ettersom lekkasjen ut i
byggegropen blir definert i hele tverrsnittet av morenelaget. Grensebetingelsene som definerer forholdene ved byggegropen med en tvungen hydraulisk trykkhøyde i hele morenelaget vil kunne overpredikere morenelagets respons. Sammen med en usikkerhet i lagtykkelsen kan det gi en større feilkilde.
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 15
Referanser
• Baardvik, G., Engen, A., Kalsnes, B., Karlsrud, K., Lande, E. J., Langford, J.,
Simonsen, A., Tvedt, G. & Veslegard, G. (2016). Begrensning av skader som følge av grunnarbeider - Sluttrapport. Oslo: Begrens Skade,.
• Braaten, A., Baardvik, G., Vik, A. & Brendbekken, G. (2004). Observerte effekter på poretrykk på grunn av omfattende fundamenterings-arbeider i dyp utgraving i leire.
• Kleven, A. (2007). Åssletta, Jong - prøveavstegning av infiltrasjonsbrønn x2 og vurdering av behov for vanninfiltrasjon. Oslo NGI. Upublisert manuskript.
