Modul F2.301: Flomvoll – Prosjektering

Denne modulen forutsetter at

• du har satt deg inn i overordnet informasjon gitt i fase 2: Prosjektering av tiltak mot flom og erosjon.

• sikringstiltaket er planlagt og blir utført etter tilhørende moduler
  • modul F1.300: Mulige tiltak mot flom og oversvømmelse
  • modul F3.301: Flomvoll – Utførelse
  • modul F4.301: Flomvoll – Forvaltning, drift og vedlikehold.

En flomvoll definerer vi her som et terrenginngrep basert på primært løsmasser for å sikre objekter mot flomvannstander. Flomvoller kan konstrueres med og uten tetning. Tette flomvoller bygges for å hindre at flomvann strømmer innover lavt liggende områder. Formålet med voller uten tetning er primært å lede vann eller is langs vassdraget og dermed redusere skader fra erosjon og sedimentasjon i de flomutsatte områdene. Slike konstruksjoner hindrer altså ikke oversvømmelser og betegnes her som ledevoller. Flomvoller er en viktig del av et samlet flomverk som blant annet også kan omfatte murer, pumpestasjoner og dreneringsanlegg. Disse elementene beskrives i egne moduler.

Det finnes også helt andre metoder for flomsikring. Modul F1.300: Mulige tiltak mot flom og oversvømmelse inneholder en gjennomgang av alternative flomsikringstiltak. Valg av teknisk løsning er også beskrevet nærmere på siden fase 1: Planlegging av tiltak mot flom og erosjon.

Du trenger en rekke grunnlagsdata for å kunne finne rett teknisk løsning og detaljprosjektere tiltaket. En generell beskrivelse av disse kan finnes på siden for fase 1: Planlegging av tiltak mot flom og erosjon.

Under beskrives hvilke grunnlagsdata som er spesielt relevante ved oppføring av flomvoller og hvordan de brukes:

Geometri av terreng og elveløp: Viktig grunnlag for de hydrauliske beregningene samt for å bestemme utstrekning og plassering av flomvollen. Mer informasjon kan du finne i modul G1.001: Kartgrunnlag og terrengdata.

Flomberegning og hydraulisk beregning: Flomberegning og hydraulisk beregning bruker vi for å finne ut hvilke vannstander og vannhastigheter flomvollen skal dimensjoneres for. Vannstandene bruker vi til å bestemme høyden på flomvollen. Beregningene må også beskrive flomforhold i eventuelle lokale nedbørfelt og sidebekker. Mer informasjon om disse temaene finner du i modul F1.001: Flomberegning, modul F1.002: Hvordan lese et vassdrag? – Grunnleggende vassdragshydraulikk og modul F1.003: Hydraulisk analyse og vannlinjeberegning.

Geotekniske og hydrogeologiske data: Brukes som grunnlag for stabilitets- og setningsberegninger for vollen samt for å estimere undergrunnens permeabilitet og dermed potensiell lekkasje av vann under vollen. Resultatene brukes videre for å bestemme optimal plassering og utforming av vollen samt omfanget av dreneringssystem. Mer informasjon finner du i modul​ F2.303: Dreneringsanlegg – Prosjektering [kommer senere]. Ulike metoder for feltundersøkelser er nærmere beskrevet i Feltundersøkelser – Håndbok R211 (Statens vegvesen, 2018)

Kommunalteknisk infrastruktur: Kartlegging av alle kabler og rør i nærheten av tiltakstraseen. Dette kan være kabler og rør for strøm, fiber, vann og avløp, overvann og drenssystemer – både det private og offentlige. Slik infrastruktur kan være kritisk for plassering av flomvollen da eventuell omlegging ofte er krevende. Dreneringssystemet må tilpasses eksisterende overvannsystem i området. Du kan mer informasjon om aktuelle kartgrunnlag i modul G1.001: Kartgrunnlag og terrengdata.

Administrative- og øvrige fagdata: Informasjon om blant annet eiendomsgrenser, arealplaner, veier, kulturminner og naturmiljø brukes for tilpasning og plassering av tiltaket og tilrettelegging for avbøtende tiltak. Mer informasjon kan du finne i modul G1.001: Kartgrunnlag og terrengdata og modul Modul G1.004: Naturverdier, kulturminner, landskap og friluftsliv.

Flomvoller med tetning

Høyden på flomvollen bestemmes ved hjelp av flomberegning og hydraulisk beregning for en valgt, dimensjonerende flomstørrelse. Denne kan enten baseres på et statistisk gjentaksintervall (typisk 200 år) og/eller en konkret flomhendelse. Flomberegningen må også inneholde eventuelt påslag på grunn av forventede klimaendringer. Det er vanlig å prosjektere vollen med noe overhøyde i forhold til dimensjonerende vannstand for å ivareta usikkerhet i beregningene (sikkerhetsmargin) og konstruksjonsmessig sikkerhet (fribord). Sikkerhetsmargin bestemmes som del av de hydrologiske og hydrauliske beregningene. Fribordet skal ivareta forhold som setninger i og under vollen, bølge- og vindpåvirkning, økt vannstand på grunn av tilstopping ved bruer med videre. Fribordet for flomvoller må normalt velges noe høyere enn for konstruksjoner av betong eller stein som for eksempel flommurer. Dette fordi en flomvoll av løsmasser normalt vil være mer utsatt for setninger i konstruksjonen og mer følsom for erosjon ved eventuell overtopping eller bølgeslag. Problemstillingen beskrives mer detaljert i modul F2.005: Sikkerhetspåslag og fribord på vannstand. 

Den fysiske avgrensningen av vollens lengde bestemmes av der eksisterende terreng har tilstrekkelig høyde i forhold til dimensjonerende flomvannstand, eller der flomvollen må erstattes av andre løsninger på grunn av for dårlig plass til en flomvoll.  

Bredden på vollen, er en funksjon av høyden og skråningshelningen på vann- og luftsiden. Med en vanlig skråningshelning 1:2 på begge sider, vil en økning med 1 m i høyden eksempelvis medføre 4 m større fotbredde på vollen. Kronebredden vil være bestemt av sonene i vollen, og med full utførelse normalt minst være 1,5–2 m. For drift, vedlikehold og beredskap vil det ofte være en stor fordel å kunne kjøre på toppen av vollen. Dette gjelder spesielt når det er trangt rundt vollen og ved høyere voller. Avhengig av hvilken type kjøretøy som skal brukes bør kronebredden da være minst være 3–4 m. Dersom vollen skal kunne brukes som permanent adkomst- eller landbruksvei og dermed kunne kjøres på med tunge kjøretøy og landbruksredskap kreves normalt minst 4 m kronebredde for å unngå setninger i kantene.

Flomvollen blir et nytt landskapselement der minimumshøyden er entydig bestemt av den dimensjonerende vannstanden. Sikringstiltaket kan bli en fysisk og visuell barriere mellom bebyggelse og vassdrag og det må derfor fra begynnelsen være fokus på landskapstilpasning. Vollens geometri kan med fordel tilpasses lokal topografi kombinert med betydelige innslag av asymmetri der dette er mulig, se figur 1. En løsmassekonstruksjon kan enkelt prosjekteres og bygges med lokale variasjoner. Merk at variasjon i vollens vertikalkurvatur kan kun bestå av ekstra overhøyde. Denne variasjonen gjennomføres sjeldent i praksis.

Flomvollen bør plasseres slik at mest mulig vegetasjon bevares og kan brukes for å skjule tiltaket. Spesielt viktig er å ta vare på kantvegetasjonen mot vassdraget. Vollen bør derfor legges så langt inn mot land som mulig. Elva vil dermed få tilgang på mest mulig av det naturlige flomarealet. Dette gjør at erosjonskreftene på vollen og vollens effekt på flomvannstanden begge blir mindre.

Det eksisterende terrenget stiger vanligvis med avstanden fra elva, slik at vollhøyden kan reduseres tilsvarende. Slik kan vollen bli mindre dominerende og utsikt mot for eksempel vassdraget bevares i større grad, illustrert i figur 2. Mer info om dette temaet kan du finne i modul F0.101: Miljøtilpassing av sikring i vassdrag.

Etablering av en flomvoll krever tilgang til betydelige arealer og tilgjengelig plass er sjeldent ubegrenset. Momenter som grunneierforhold, skjerming mot naboer og barrierevirkning mot vassdraget må også vurderes. Den endelige plasseringen ender som oftest som et kompromiss mellom alle disse forholdene, og kan med fordel avklares via en detaljreguleringsplan for området og tiltaket.

Bygging av en flomvoll kan ofte lett kombineres med tilrettelegging for gang- og sykkeltrafikk, samt bedre adkomst til vassdraget. En gangvei kan kombineres med nødvendig adkomst for skjøtsel og vedlikehold av vollen. Ofte vil en gangveg plasseres på toppen av vollen, men dette kan skape konflikt med naboer til vollen på grunn av økt trafikk og innsyn. Et alternativ, er da å legge veien delvis på vannsiden eller skjerme for innsyn ved beplanting på innsiden, se figur 3. Dersom gangveien skal asfalteres, må setninger håndteres enten ved økt krav til komprimering under bygging eller avvente naturlig konsolidering av massene.

Kombinerte løsninger

Siden flomvoller er en plasskrevende konstruksjon, er det ikke alltid mulig å basere et komplett flomsikringstiltak på kun flomvoller. Ved kryssing av samferdselsårer kan det for eksempel være nødvendig med ulike typer midlertidige tiltak, se figur 4. Dette er nærmere beskrevet i modul F2.305: Alternative flomtiltak – Prosjektering.

På arealer med dårlig plass kan flomvollen kombineres med ulike typer mur konstruert av for eksempel betong eller steinblokker med tetning. Slike kombinerte løsninger beskrives i modul F2.302: Flommur – Prosjektering.

Ledevoller og flomvoller uten tetning

Hovedformålet med disse konstruksjonene er å lede flomvann i riktig retning, som oftest er på langs av vassdraget. Dermed kan skader fra erosjon og strømningskrefter på utsatt areal på innsiden reduseres. Tradisjonelt har slike voller ofte blitt bygget for å sikre landbruksarealer mot at jordsmonnet eroderes vekk i flom. Vollene konstrueres gjerne med stedegne materialer, som elvestein, for eksempel fra opprensking av elveløpet etter en flom. En slik voll hindrer altså ikke oversvømmelse, og bygges typisk lavere på delen lengst nedstrøms slik at flomvann kan strømme inn her – kontrollert og med lavere hastighet. Når vollen bygges som en drenerende og åpen konstruksjon, vil det ikke oppstå vesentlig belastning fra vanntrykk eller økt poretrykk.

Ledevollene er derfor normalt simple konstruksjoner som kan oppføres med noe enklere prosjektering, og mindre strenge spesifikke krav til materialer og undergrunn. Her er det viktig å avklare at konsekvensene ved et eventuelt brudd i en slik konstruksjon, er begrenset til ikke å overstige konsekvensene dersom vollen ikke var oppført. Med dette som utgangspunkt, er resten av denne modulen primært fokusert på flomvoller med ulike typer tetning og dermed større konsekvenser ved sammenbrudd. Mange av prinsippene kan også brukes for prosjektering av hydraulisk åpne ledevoller.

Flomvollen må fundamenteres på løsmasser uten organisk innhold, eller eventuelt direkte på fjell der dette er mulig. Organiske materialer (vist i figur 6) og telefarlige masser (primært siltfraksjonen) må fjernes. Disse massene kan ikke brukes i selve konstruksjonen, men kan i stedet anvendes som topplag/vekstjord på vollen. Flomvoller bygget av løsmasser er generelt mindre følsomme mot differensierte setninger enn for eksempel betongmurer, da de til en viss grad vil reagere plastisk. Brudd i vollens tetning kan fortsatt være kritisk, spesielt om denne er av betong eller geotekstil. Bruk av (hybride) membraner vil redusere følsomhet og konsekvens av differensierte setninger. 

Undergrunnen skal være så tett som mulig, slik at for eksempel kryssing av gamle elveløp med grove masser ofte kan være utfordrende. I slike tilfeller kan det være nødvendig å endre trasé for flomvollen i retning av tettere masser i undergrunnen, slik at behovet for annen tetning i undergrunnen reduseres.

Teknisk infrastruktur for vann og avløp (VA) som krysser under eller langs med vollen, må flyttes eller bygges om. Dette for å unngå lekkasjer til luftsiden under flom, gjennom for eksempel kloakk-/overvannsledninger eller ved konsentrert strømning i undergrunnen langs rørene. Dersom infrastrukturen ikke kan flyttes, må man i stedet bruke tilbakeslagsventiler i rørene og ekstra tetning i vollen langs overflatene av rørene. Dette vil normalt være sårbare punkter og bør derfor begrenses mest mulig.

I praksis, vil det aldri være mulig å få en løsmassevoll med tilhørende undergrunn helt tett. Den samlede konstruksjonen, må derfor bygges for å tåle en viss gjennomstrømning av undergrunnen, og eventuelt også selve flomvollen. Luftsiden og undergrunnen av vollen, må derfor være så drenerende og med tilpasset filtervirkning, at det ikke bygger seg opp vesentlig poretrykk og utvasking av finstoff. Dersom dette ikke håndteres korrekt, kan det føre til indre erosjon i vollen og "koking" på luftsiden av vollen. I verste fall kan dette føre til sammenbrudd i hele konstruksjonen (se video 1 og figur 19). Erfaringsmessig, er det oftest utilstrekkelig håndtering av ulike typer lekkasjevann som har medført brudd og kollaps av flomvoller i Norge. Dette beskrives nærmere i avsnitt Stabilitet av flomvoller i denne modulen.

Ledevoller har ingen dedikert tetningskjerne, og fundamenteringskravene med henhold til stabilitet og vanngjennomstrømning er derfor tilsvarende mindre.

Video 1:  Dambrudd i et modellforsøk. (Video: John TheTechy, YouTube)

En tradisjonell flomvoll bygges av løsmasser, enten som en homogen konstruksjon, eller helst med flere ulike soner i volltverrsnittet. Hensikten med soneinndelingen er primært å sikre kontroll med strømningen gjennom vollen og dermed redusere faren for poretrykksoppbygging og intern erosjon, se avsnitt Stabilitet av flomvoller for nærmere beskrivelse. Hovedprinsippet er at tetningen skal plasseres på vannsiden og at luftsiden (støttefyllingen) skal ha signifikant høyere hydraulisk konduktivitet, det vil si være mer drenerende.

Figur 7 viser prinsippet for hvordan lekkasjevann under og gjennom konstruksjonen kan håndteres. Dette skjer ved hjelp av drensgrøft på luftsiden samt innbygging av filter i voll og grøft som hindrer utvasking og oppbygging av poretrykk. Vollen har i tillegg en dedikert tetningskjerne som forlenger lekkasjeveien under og gjennom konstruksjonen.

Konstruksjon av flomvoller har generelt mye til felles med bygging av små fyllingsdammer. Vi kan derfor bruke mange av de samme prinsippene som er beskrevet i NVE veileder 2/2006 Små dammer. Tradisjonelt har slike konstruksjoner blitt prosjektert og bygget med tydelig soneoppdeling i tverrsnittet. Denne soneoppdelingen er også utgangspunkt for gjennomgangen under, men det finnes mange varianter av denne løsningen. Figur 8 og figur 9 viser to eksempler på enkel og tradisjonell oppbygging av flomvoll med dedikert tetning av henholdsvis leire (moreneleire) og tetningsduk/-membran. De ulike sonene er nærmere beskrevet i neste avsnitt.

Støttefylling

Støttefyllingens hovedformål er å være fundament for lagene på vannsiden og må altså tåle belastningen fra disse massene og vanntrykket under flom. Støttefyllingen må samvirke med undergrunnen for å sikre samlet bæreevne for konstruksjonen tilstrekkelig. Støttefyllingen må bestå av drenerende masser som grus, pukk eller stein, og det kan gjerne være stedegne masser som sorteres. Ved finere masser kan dedikert filterlag med gradvis grovere masser bygges inn i ytre del av støttefyllingen, som vist i figur 8. Grovere masser i støttefyllingen tillater generelt brattere skråningshelning. Skråningshelning mellom 1:1,5 og 1:2,5 er normalt brukt. Telefarlige masser som silt må unngås i hele konstruksjonen. Massene i støttefyllingen må normalkomprimeres etter kravene i NS 3458 (2004) Komprimering – Krav og utførelse.

På strekninger med spesielt dårlig plass, kan støttefyllingen eventuelt konstrueres som tørrmur, som beskrevet i modul F2.202: Tørrmur langs vassdrag – Prosjektering. Figur 10 viser et eksempel der tørrmur har blitt brukt på luftsiden av en flomvoll, der en eksisterende bolig medførte for dårlig plass for en vanlig vollkonstruksjon. Figur 13 viser et tverrsnitt for en slik løsning, her med spunt som sentral tetning.

Tetning med løsmasser

Tetningen i en tradisjonell flomvoll kan legges ut som et jevnt lag av løsmasser på vannsiden av støttefyllingen, og kan for eksempel bestå av normalkomprimert leire (moreneleire), se figur 8. Skråningshelningen bør da ikke være brattere enn 1:2. Løsmasselaget av leire som tetter kan også legges ut som en sentral, nærmest vertikal tetningskjerne med støttefyllinger på begge sider. Konstruksjonen blir slankere, men anleggsteknisk er dette normalt mer krevende da alle lag/soner må bygges samtidig. 

Lagtykkelsen bestemmes ut fra vanntrykk, flomvarighet og ikke minst, størrelsen på eventuell stein i morenen (de største steinene må sorteres ut). Det er vanlig å bruke lagtykkelser mellom 0,5 og 1 meter, målt normalt på skråningen. 

For å sikre tilstrekkelig filtervirkning ved kontakt med stor stein i erosjonssikring og støttefylling, må tetningsmassene pakkes i fiberduk. Dersom erosjonssikringen bygges av stor stein som legges direkte på fiberduken må denne være av Geosyntetguiden (2021) klasse 5 . Alternativt kan filtervirkningen også ivaretas med naturlige masser i eget filterlag, som legges rundt det finkornede tetningslaget. 

Tetning med syntetiske materialer

En annen og mye brukt tetningsmetodikk er bruk av ulike typer geosynteter. Disse er normalt enten foliebelagte geotekstiler eller gummibaserte membraner som legges på vannsiden av støttefyllingen som vist på figur 9 og figur 12. Geosyntetene må bygges inn med beskyttelseslag som vist på figurene. I tilfelle det finnes stedegne fine grus- eller sandmasser, kan disse brukes som beskyttelse og eventuelt også for å ivareta filtervirkning mot sprengstein på vannsiden og drenerende masser på innsiden.

Ved utlegging krever geosyntetet forsiktig håndtering så den ikke skades. En punktering kan være svært kritisk da den sannsynligvis først oppdages under flom og kan skape alvorlige stabilitetsproblemer i vollen på grunn av lekkasje. Foliebelagt geotekstil er generelt enklere å håndtere enn gummimembraner og kan sys sammen for raskere utlegging på høye voller. Ulempen er noe dårligere styrke mot punktering ved utlegging og mindre vanntetthet. Gummimembraner er tykkere og dermed tettere og mer hardføre. Ulempen er at de er vanskeligere å håndtere ved utlegging og ikke kan sys sammen slik at de må legges med tilstrekkelig overlapp (0,5–1 m) i begge retninger.

Geosyntetet kan i noen tilfeller utgjøre en glideflate og dermed destabilisere deler av fyllingen. Ved beregning av flomvollens stabilitet, er det derfor spesielt viktig at det oppnås tilstrekkelig stabilitet i forhold til valgt tetningsløsning. Dette gjelder også for bæreevne og differensierte setninger, da spesielt geotekstil generelt er mer følsom for slike setninger, enn tetningskjerne med komprimerte løsmasser.

Tetning med andre materialer

Leiremembraner er en hybrid løsning som i noen grad kombinerer fordelene med bruk av leire og geosynteter som tetning. Disse kombineres i matter med to eller flere lag. Det første laget består av en tett, syntetisk duk (geotekstil eller gummimembran). Det andre laget av bentonitt, som er en naturlig, vulkansk leire som sveller kraftig ved kontakt med vann. Dette medfører at dersom den syntetiske duken punkteres vil laget med bentonitt svelle mot hullet og dermed sikre at løsningen fortsatt er vanntett. Funksjonen tilsvarer de plastiske – og dermed selvreparerende – egenskapene i et tetningslag bestående av vanlig leire selv om denne ikke på samme måte er svellende. Slike hybridmembraner er mest brukt for bunntetting av deponier og bassenger, men kan med fordel også brukes for tetting i flomvoller. Mattene legges normalt ut som et skrått lag, tilsvarende tetning med duk eller løsmasser.

Alternativt kan tetningen i vollkonstruksjonen utføres som en sentral og mer loddrett løsning. Tetningen i slike konstruksjoner kan utføres i betong (plassbygd eller elementer), asfalt eller som ulike spuntløsninger. Vollen i figur 13 er bygget med forblendet spunt som tetning for å gjøre konstruksjonen på luftsiden så slank som mulig. Bruk av loddrett betongmur er et annet alternativ, men er av ulike årsaker ikke alltid ønskelig.

Disse alternativene vil normalt være mindre plasskrevende, men være tilsvarende dyrere. Prinsippet for slike konstruksjoner nærmer seg det som er beskrevet i modul F2.302: Flommur – Prosjektering, og det vises derfor til denne modulen for en nærmere beskrivelse.

Flomvoll uten dedikert tetningslag

En flomvoll kan alternativt bygges med homogene masser i hele tverrsnittet, det vil si uten soneoppdelingen som nevnt over. Det er da et fundamentalt krav at massene anbrakt i vollen faktisk er fullstendig homogene. Dette fordi at det ikke skal kunne oppstå kanaldannelse gjennom fyllingen på grunn av lokale variasjoner av hydraulisk konduktivitet. Med bruk av naturmasser er det krevende å sikre fullstendig homogene materialer gjennom hele vollen. Derfor vil en voll med soneinndeling normalt være å foretrekke. Vollkonstruksjonen vist i figur 14 har ingen tetningskjerne, men en homogen oppbygging og et indre drenerings-/filterlag som er hydraulisk forbundet med drensgrøften. Dreneringslaget skal i denne konstruksjonen lede lekkasjevann ut til drensgrøften samtidig som det skal hindre utvasking av finstoff fra den homogene kjernen til luftsiden av vollen.

Tetning av undergrunnen

For å forlenge strømningsveien under vollen, må tetningslaget i vollen føres i grøft ned under nåværende terrengoverflate. Dybden bestemmes av permeabiliteten for undergrunnen, men optimalt bør tetningen forlenges ned til et tettere lag. En større vollbredde vil også bidra til lengre dreneringsvei, men er sjeldent beste løsning for lekkasjereduksjon på grunn av plasshensyn og økt masseforbruk. Der det er behov for kjørevei på toppen og dermed større vollbredde, vil lekkasjeveien bli tilsvarende lengre.

Prinsippet med tetning i undergrunnen er vist med ulike løsninger i figur 8, 9, og 13. Dersom tetningen baseres på åpen grøft (figur 8 og 9), vil det normalt være fornuftig å grave 1-2 m under naturlig terreng. I figur 8 er tetningsgrøften med leire (moreneleire) ca. 1 m under eksisterende terrengnivå. Ved dypere grøfter vil blant annet håndtering av grunnvann og store byggegroper gradvis bli mer utfordrende. Tetningen i undergrunnen kan alternativt gjennomføres med spunting (figur 13), betongvegg, bentonitt og lignende løsninger, men disse blir i praksis ofte for dyre. En spuntløsning krever at massene i undergrunnen er såpass fine at nedramming av spunten er mulig. Alternativt må det graves opp en grøft som spuntveggen kan plasseres i.

Både spunt og betongkjerne er i praksis helt tette konstruksjoner. Ved dypere tetningstiltak eller tetning til fjell og leire, er det derfor viktig å sikre at den naturlige grunnvannstrømmen mot resipienten ikke hindres. Dette kan gjøres med små dreneringsåpninger i bunnen av spunt eller betongvegg. Størrelsen av disse må beregnes spesifikt slik at de har tilstrekkelig kapasitet for å slippe ut grunnvann samtidig som de ikke slipper unødvendig mye vann inn ved flom i vassdraget.

Kryssing av tetningen

Infrastruktur som for eksempel kabler og overvannsrør som krysser tetningen i voll og undergrunn, utgjør svært sårbare punkt for lekkasjer. Så langt det er mulig, bør slike elementer legges om, så de slett ikke krysser vollen, eller i hvert fall samles i enkeltområder dersom kryssing er nødvendig. Mange små overvann-/takvannrør bør for eksempel samles i ett større som krysser vollen, eventuelt som del av dreneringsanlegget, se modul F2.303: Dreneringsanlegg – Prosjektering. Ved kryssingen, er det viktig å sikre at tetningen i vollen har god og tett kontakt mot elementene som krysser, slik at flomvannet ikke finner vei gjennom vollen langs overflaten av kabler, rør og så videre.  Dette kan for eksempel gjøres med ulike typer tettekrager, som støpes eller limes til rør og kabler. Alle rørgjennomføringer gjennom vollen (for eksempel til dreneringsvann) må ha tilbakeslagsventiler som hindrer at flomvann strømmer til innsiden. Mer informasjon om slike konstruksjoner finnes i modul F2.304: Pumpeanlegg – Prosjektering.

Erosjonssikring

Vollen må på vannsiden sikres tilstrekkelig mot erosjon fra bølge-, is- og strømningskrefter, samt annet som kommer rekende med vannet, du kan lese mer i modul F2.003: Belastninger fra is og drivgods på sikringsanlegg. Dimensjoneringen følger vanlig praksis for erosjonssikring, les mer i modul F1.200: Mulige tiltak mot erosjon og modul F2.201: Ordna steinlag, sidesikring – Prosjektering. I noen tilfeller kan veletablert gressdekke være tilstrekkelig, i hvert fall på den øvre delen av vollen. Dersom vollen ligger nær elveskråningen, må vi vurdere om den naturlige elveskråningen har tilstrekkelig sikkerhet mot erosjon. Dersom ikke kan det være behov for å erosjonssikre hele skråningen fra dypålen i elveløpet til toppen av vollen. Figur 16 viser et utsnitt av ferdig erosjonssikret vollskråning ned i vassdraget. Foten er forblendet med elvestein over sprengsteinen. Videre opp i skråningen er sprengsteinen mettet med vekstjord som er tilsådd.

På luftsiden skal overflaten sikres primært mot overflateerosjon fra nedbør og smeltevann. Vanligvis er etablert gressdekke tilstrekkelig for å ivareta erosjonssikringen. Ved eventuelt nødoverløp i vollen, må luftsiden erosjonssikres så den tåler vannstrømmen over vollen dersom overløpet aktiveres. Formål og bruk av nødoverløp beskrives nærmere i avsnittet Nødoverløp i denne modulen.

Drenering

Vannet som passerer under og eventuelt gjennom flomvollen, må samles på innsiden av vollen og ledes ut i vassdraget igjen. Dette gjøres normalt med en langsgående drensgrøft på innsiden av vollen, se figur 15. Drensgrøften kan med fordel ha hydraulisk forbindelse til den drenerende støttefyllingen, som vist på for eksempel figur 8, 9 og 14. I grøften legges drensrør som omfylles med ensgradert (det vil si lav C_u-verdi) pukk uten finstoff, for eksempel 11/16 mm eller 16/22 mm. For å hindre utvasking av finstoff fra undergrunn og flomvoll, må det brukes filterduk rundt grøften. Geotekstil for separasjon (filterduk) med NorGeoSpec klasse 1 har høyest permeabilitet og derfor mest velegnet da enkeltpunkteringer ikke er like kritiske her som for tetningen i vollen.

Flomvollen vil også hindre eller redusere den naturlige overflateavrenningen (og eventuelt grunnvannstrømmen) fra arealene på innsiden og ut mot vassdraget. Dette vannet må derfor også infiltreres og ledes ut til resipienten via drensgrøften langs flomvollen. Dersom det under flomhendelser ikke kan renne ut ved hjelp av selvfall må det pumpes ut ved hjelp av en pumpestasjon. En nærmere beskrivelse av beregning og prosjektering av et slikt komplett dreneringsanlegg, finnes i modul F2.303: Dreneringsanlegg – Prosjektering [kommer senere] og for pumpestasjoner i modul F2.304: Pumpeanlegg – Prosjektering.

Vekstjord og vegetasjon

Hele overflaten av flomvollen kan med fordel mettes med lokale avdekningsmasser eller ekstern vekstjord. Luft- og vannsiden av vollen bør tilsåes med gress for å unngå overflateerosjon i jorden. Dette kan kombineres med etablering av naturlig, stedlig vegetasjon i de utlagte vekstmassene og eventuelt planting av busker, helst med tett rotnett. Trær er normalt ikke ønskelig på en flomvoll da røttene kan skade tetningen i vollen, uansett om denne er av geosynteter eller løsmasser.  

Da en flomvoll dimensjoneres etter en gitt flomstørrelse/vannstand, vil det alltid være en restrisiko for at vollen skal overtoppes av en enda større vannstand eller på grunn av skader i konstruksjonen. Da flomvoller normalt ikke er erosjonssikret på luftsiden med annet enn gressdekke vil en slik overtopping raskt kunne skape fullstendig kollaps av konstruksjonen. For å unngå dette, bør vollen ha et eller flere fast definerte nødoverløp som kan lede vannet kontrollert til innsiden på steder der det gjør minst skade. Arealene bak flomvollen vil da settes under vann med lav strømningshastighet. Store skader på grunn av erosjon og strømningskrefter vil da unngås når selve flomvollen litt senere overtoppes og eventuelt kollapser. Lokalt ved og rett bak overløpet, vil det fortsatt kunne oppstå betydelige skader på grunn av høy vannhastighet.

Overløpet må dimensjoneres nøye etter hvor raskt vannstanden forventes å stige før overtopping og hvor stort areal/volum som skal settes under vann på innsiden. Med rask vannstandsstigning og stort areal som skal fylles, kan det være utfordrende å få tilstrekkelig stor vannmengde inn over nødoverløpet på den korte tiden man har til rådighet.

I slike tilfeller må det faste overløpet enten være uforholdsmessig langt eller bygges som en dynamisk konstruksjon som kan åpnes for å oppnå større effektivt strømningsareal til innsiden. Slike løsninger kan være ulike typer luker eller felt som bevisst eroderes bort eller kollapser ned til et fast definert og lavere overløpspunkt, for eksempel støpt i betong. Lengden av overløpsfeltet må kontrolleres med erosjonssikring i endene. Erosjonssikringen kan for eksempel utføres som tverrstilte betongmurer eller spuntvegger. Feltene kan før aktivering under en flom, bygges inn som en naturlig del av flomvollen, forblendes med jord og tilsåes. Lokalt i vollen og ved arealene på innsiden er det viktig å håndtere den store vannhastigheten gjennom overløpsfeltet med henhold til erosjon og strømningskrefter. Bruk av energidrepere på innsiden er sentralt og kan bygges som del av flomvollen. Illustrasjon på hvordan overløpsfelt fungerer kan sees på figur 17 og 18. 

Prosjektering og håndtering av slike nødoverløp krever en detaljert og dynamisk hydraulisk modell for vassdraget og gode nedbør-/flomprognoser. Mer informasjon om dette finnes i HYDRA-rapport nr. F05 (1999) Effekter av flomsikringstiltak på flomforløpet, kapittel 4. 

Tradisjonelt analyseres stabiliteten ved hjelp av grensetilstandsmetoden som også er hovedprinsippet i eurokodene for prosjektering, samt ved prosjektering av dammer i Norge. Grensetilstandsmetoden håndterer ikke konsekvenser av grove feil og feilprosjektering. Eurokodene anvender bruksgrensetilstand (daglig bruk – SLS), bruddgrensetilstand (dimensjonerende kapasitet/stabilitet – ULS) og ulykkesgrensetilstand (ekstrem hendelse – ALS). For dimensjonering av flomvoller vurderes alle tre tilstander å være aktuelle. Grensetilstand for eventuelle utmattelsesbrudd vurderes ikke som aktuelt for flomvoller.

Kontroll av bruksgrensetilstand bør fokusere på konsekvens av oppsprekking, setninger og intern deformasjon, med risiko for primært redusert tetningsfunksjon. Tilstrekkelig kapasitet for drenasje av grunn- og overflatevann mot resipienten må også vurderes. Analyser for bruksgrensetilstand foreslås å baseres på normalvannstand i vassdraget (vannstand ved middelvannføring), dimensjonerende grunnvannstand samt vollens egenvekt og jordtrykk. 

Kontroll av ulykkesgrensetilstand bør fokusere på utfordringer knyttet til vannstand og grunnvannslekkasjer som overstiger det dimensjonerende nivå. For flomvoller kan dette defineres som ulykkeslaster, og bør kombineres med andre laster når dette er relevant. I denne forbindelse er kontroll av jordskjelvlast vurdert som ikke aktuell for flomvoller.

Kontroll av bruddgrensetilstand skal som utgangspunkt baseres på bruddgrensetilstandene angitt i Eurokode 0. Det vurderes av følgende kan være aktuelle for flomvoller:

• EQU: tap av statisk global likevekt for konstruksjonen som helhet.
• STR: internt brudd eller for store deformasjoner i konstruksjonen eller konstruksjonsdelene, inkludert fundament. Kapasiteten er primært bestemt av konstruksjonsmaterialenes egenskaper. 
• GEO: brudd eller for store deformasjoner i grunnen, bæreevne og setninger. Kapasiteten er primært bestemt av egenskaper i grunnen. 
• UPL: tap av likevekt i konstruksjonen eller i grunnen på grunn av vanntrykk (oppdrift).
• HYD: hydraulisk grunnbrudd, indre erosjon og kanaldannelse på grunn av hydrauliske gradienter.

Analyser for bruddgrensetilstand skal baseres på kombinasjoner av dimensjonerende verdier for flomvannstand, bølger, is, lekkasjer, poretrykk og lokaltilsig. Analysen utføres for enkeltlaster og relevante lastkombinasjoner. Analyse av en kombinasjon av flere samtidige bruddgrensetilstander kan også være aktuell, for eksempel STR/GEO eller STR/HYD. Erfaringsmessig er størst risiko for brudd og kollaps i en flomvoll (EQU og STR) vanligvis knyttet til enten overtopping eller ulike former for vanntransport gjennom eller under vollen, herunder også oppbygging av poretrykk i konstruksjonen. Hovedfokus bør derfor være på utfordringer knyttet til dimensjonerende vanntrykk og hydraulisk grunnbrudd på grunn av oppbygging av poretrykk og intern erosjon i undergrunnen. 

Figur 19 viser prinsippet for strømning gjennom og under konstruksjonen, tilsvarende bruddgrensetilstanden HYD. Vollen på figuren er bygget med velgradert stein som erosjonssikring på vannsiden, men ikke med dedikert tetning eller filterlag i støttefyllingen. På grunn av ulik massesammensetning i støttefyllingen vil den hydrauliske konduktiviteten variere noe. Vannet finner da gradvis vei gjennom vollen, og transporterer samtidig de fineste massene videre mot luftsiden. Avhengig av flommens varighet, altså hvor lenge vannstanden er høy/kritisk, kan situasjonen etter hvert utvikle seg som vist på figur 19. Der er både koking i undergrunnen og tilbakevirkende erosjon i konstruksjonen under full utvikling, se også film om vannlekkasje. Etter hvert som støttefylling og undergrunn mister bæreevnen vil konstruksjonen kollapse helt.

Hovedutfordringen i forbindelse med bruddgrensetilstanden HYD er kanaldannelse, på grunn av punktering av duk eller morene, lokale lommer med grove masser i grunnen under vollen samt utettheter ved gjennomføringer (drensrør med videre). Dersom luftsiden (herunder drensgrøft og støttefylling) ikke har filter- og hydraulisk kapasitet til å drenere ut denne vannmengden, kan det bygges opp et poretrykk i konstruksjonen. Dette medfører økt risiko for hydraulisk grunnbrudd, indre erosjon og kanaldannelse. I tillegg kan det oppstå brudd i konstruksjonen på grunn av løfting (oppdrift). Risikoen for disse scenarioene vil øke som funksjon av vanntrykket (hydraulisk gradient) og flomvarigheten. 

Ved analyse av de ulike relevante grensetilstandene er forutsetningene om elve- og grunnvannstand, samt poretrykk derfor svært viktige. Eurokode 7-1 kapittel 12, inneholder et kapittel om fyllinger. Det er anbefalt å også bruke denne metodikken for flomvoller. I kapitlet er det angitt en liste over grensetilstander som bør kontrolleres, hvilke påvirkninger og dimensjonerende situasjoner som (teoretisk) kan oppstå for samlebegrepet fyllinger. 

For flomvoller vil følgende tre situasjoner normalt være de mest kritiske (bruddgrensetilstand): 

1. Dimensjonerende vannstand og poretrykk: Poretrykk i undergrunnen og konstruksjonen har stabilisert seg i forhold til den dimensjonerende, stasjonære flomvannstanden i vassdraget. Dette scenario er vanligvis kritisk for luftsiden.
2. Stigende flomvannstand: Vannstanden i vassdraget stiger med tilsvarende respons i poretrykket. Økningen i poretrykk, kan være mer destabiliserende enn økt stabilitet fra vannstanden i vassdraget, og dermed være kritisk for vannsiden.
3. Synkende flomvannstand (hurtig nedtapping): Vannstanden i vassdraget er på vei ned, men poretrykket i konstruksjonen antas fortsatt å være tilsvarende stasjonær tilstand. For fyllingsdammer brukes et scenario med normal vannstand i vassdraget og samtidig poretrykk i konstruksjonen tilsvarende dimensjonerende flomvannstand. Dette er et meget konservativt – og urealistisk – scenario i et vassdrag. Det anbefales i stedet å bruke en reell grunnvannsrespons. Dette scenario er mest kritisk for vannsiden.

Dimensjoneringsanalysene utføres etter partialfaktormetoden, der kravet er at samlet dimensjonerende styrke (kapasitet, M_d) skal være like eller større enn samlet dimensjonerende last (påvirkning, F_d): M_d > F_d

Dimensjonerende last og dimensjonerende styrke bestemmes ved hjelp av partialkoeffisienter på den karakteristiske styrken og lasten. 

Styrke/materialfaktor

Materialfaktorene er partialkoeffisienter (sikkerhetsfaktor) for styrken til et gitt materiale eller produkt. Dimensjonerende verdi (M_d) blir materialets karakteristiske styrke delt med materialfaktoren M_k / γ_m.

Materialfaktorer for konstruksjoner kan finnes i eurokodene for det aktuelle materialet. Disse er mest relevante for beregning av konstruksjonens interne kapasitet (STR), for produserte materialer som betong og stål. For flomvoller som primært består av ulike typer løsmasser inneholder, Eurokode 7 partialkoeffisienter for jordparametere (analysemetode/modell). Partialkoeffisienter for påvirkninger ved kontroll av oppdrifter (UPL) og hydraulisk grunnbrudd (HYD) angis i Eurokode 0 og Eurokode 7. Partialkoeffisienter for dimensjoneringsmetode 3 (DA 3) skal brukes i Norge for flomvoller. 

Laster/lastfaktor

Ulike typer laster på konstruksjoner beregnes basert på Eurokode 1. Geotekniske laster bestemmes i samsvar med Eurokode 7. I Eurokode 0 angis tilhørende lastfaktorer og her deles lastene inn i følgende hovedgrupper:

1. Permanente påvirkninger (G): for eksempel egenvekt til konstruksjoner, svinn og ujevne setninger.
2. Variable påvirkninger (Q): for eksempel nytte-, vind- og snølaster. 
3. Ulykkespåvirknigner (A): for eksempel brann og trafikkulykker.

Som en konservativ forenkling og for vanlige lasttilfeller, bør alle laster i forbindelse med prosjektering av flomvoller kunne betraktes som permanente (stasjonære) laster, gitt den aktuelle grensetilstanden. Ett unntak for dette er i forbindelse med strømmende (grunn)vann. Der kan en transient (dynamisk) utvikling være en akseptabel og noe mindre konservativ tilnærming. Dette gjelder spesielt for flomhendelser i mindre vassdrag. Her hender det at man ikke oppnår full poretrykksoppbygging i hele tverrsnittet, gjennom og under flomvollen, før vannstanden i vassdraget igjen synker fra dimensjonerende verdi. 

Ved utelukkende bruk av permanente laster, vil kombinasjonsfaktorene (ψ) ikke anvendes for flomvoller. Den dimensjonerende lasten blir dermed produktet av karakteristisk last og lastfaktor, summert for alle samtidig virkende laster:

F_d = F_k × γ_f            

Lastfaktorer (γ_f) for permanente laster ved de ulike bruddgrensetilstandene er angitt i samletabeller i Eurokode 0. Ulike verdier er angitt for henholdsvis gunstig og ugunstig virkning av lasten. 

For bruksgrensetilstand og ulykkesgrensetilstand anbefales, i henhold til Eurokode 0, å bruke lastfaktorer på 1,0 for alle lasttyper. 

I prosjekteringsfasen er det viktig også å tenke på utførelsesfasen. Se modul F3.301: Flomvoll – Utførelse for viktige arbeidsoperasjoner du må tenke på når du prosjekterer. Modulen inneholder også konkrete forslag til risikoreduserende tiltak (til SHA-plan/risikoanalyse) og momenter for kontroll av utførelsen (til Kontrollplan for utførelsen). Begge dokumenter må opprettes som del av prosjekteringsfasen og suppleres med ytterligere informasjon under utførelsesfasen.

Disse modulene utdyper noen temaer som er relatert til denne modulen:

• Modul G0.001: Lover og forskrifter
• Modul G1.001: Kartgrunnlag og terrengdata
• Modul G1.004: Naturverdier, kulturminner, landskap og friluftsliv
• Modul F0.101: Miljøtilpassing av sikring i vassdrag
• Modul F1.001: Flomberegning
• Modul F1.002: Hvordan lese et vassdrag? – Grunnleggende vassdragshydraulikk
• Modul F1.003: Hydraulisk analyse og vannlinjeberegning
• Modul F1.200: Mulige tiltak mot erosjon
• Modul F1.300: Mulige tiltak mot flom og oversvømmelse
• Modul F2.003: Belastninger fra is og drivgods på sikringsanlegg
• Modul F2.004: Fundamentering av sidesikring i vassdrag
• Modul F2.005: Sikkerhetspåslag og fribord på vannstand 
• Modul F2.201: Ordna steinlag, sidesikring – Prosjektering
• Modul F2.202: Tørrmur langs vassdrag – Prosjektering
• Modul F2.302: Flommur – Prosjektering
• Modul F2.303: Dreneringsanlegg – Prosjektering [kommer senere]
• Modul F2.304: Pumpeanlegg – Prosjektering
• Modul F2.305: Alternative flomtiltak – Prosjektering
• Modul F3.301: Flomvoll – Utførelse
• Modul F4.301: Flomvoll – Forvaltning, drift og vedlikehold.

CIRIA (2013) The International Levee Handbook. C731, RP957. London: CIRIA.

Eurokode 0 Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner (NS-EN1990:2002+A1:2005+NA:2016). Standard Norge.

Eurokode 1 Laster på konstruksjoner (NS-EN 1991). Standard Norge. 

Eurokode 7-1 Geoteknisk prosjektering - Del 1: Allmenne regler. (NS-EN 1997-1:2004+A1:2013+NA:2016). Standard Norge.

IGS Norge (u.å.) Geosyntetguiden. Tilgjengelig fra: https://igsnorge.no/geosyntetguiden (Hentet: 12. januar 2021).

NGF (2018) Geosyntetkomiteen – IGS-Norge Årsrapport 2018. Tilgjengelig fra: http://ngf.no/?page_id=77 (Hentet: 12. januar 2021).

NorGeoSpec (2020) A Nordic system for certification and specification of geosynthetics and geosynthetic related products. Tilgjengelig fra: https://www.norgeospec.org/acms/ (Hentet: 27. mars 2020).

NS 3458 Komprimering – Krav og utførelse. (NS 3458:2004). Standard Norge.

NVE (2003) Retningslinje for laster og dimensjonering av vassdragsanlegg. Retningslinje utgave 1. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat.

NVE (2006) Små dammer – Veileder for planlegging, bygging og vedlikehold. Veileder nr. 2/2006. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat.

NVE (2012) Veileder for fyllingsdammer. Veileder nr. 4/2012. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat.

HYDRA (1999) Effekter av flomsikringstiltak på flomforløpet Flomdemping, flomvern og flomandtering. Rapport nr. F05. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat.

Statens Vegvesen (2018) Feltundersøkelser – Håndbok R211. Oslo: Vegdirektoratet.