Modul K2.301: Motfylling og terrengavlastning – Prosjektering

Denne modulen forutsetter at

• du har satt deg inn i overordnet informasjon gitt i fase 2: Prosjektering av tiltak mot kvikkleireskred.
• sikringstiltaket er planlagt og blir utført etter tilhørende faser og moduler
  • Fase 1: Planlegging av tiltak mot kvikkleireskred
  • Modul K3.301: Motfylling og terrengavlasting – Utførelse
  • Fase 4: Forvaltning, drift og vedlikehold av tiltak mot kvikkleireskred.

Motfylling og terrengavlasting er topografiske tiltak som i praksis innebærer at skråningshøyden og helningen reduseres (skråningen slakes ut). Løsmasser fjernes fra øvre del av skråningen (avlasting) og/eller fylles opp ved foten av skråningen (motfylling). Likevektsforholdene i skråningen blir da bedre, og faren for skred reduseres. Figur 1 viser hovedprinsippene for gjennomføring av slike sikringstiltak i en kvikkleireskråning.

Terrengavlasting og motfylling kan utføres uavhengig (Figur 1 – A og B) eller i kombinasjon (Figur 1 – C og D). Det er ofte gunstig å bruke avlastningsmasser fra toppen av en skråning til motfylling i foten av skråningen (C og D). Vekten av massene gir da effekt både på toppen og i foten av skråningen. Som vist på figur 1 gir terrengavlasting i kombinasjon med motfylling (C og D) vesentlig større effekt enn hvis bare ett av tiltakene utføres (A og B).

Hvis tilstrekkelig forbedring av stabilitetsforholdene kan oppnås med massebalanse (C og D), vil det ikke være behov for deponi eller tilførsel av masser utenfra annet enn til eventuell erosjonssikring og drens-/filterlag. Behovet for massetransport blir mindre enn om massene skulle transporteres ut av/inn til anleggsområdet. Dette bidrar også til relativt sett lave kostnader og lite påvirkning på miljøet for prinsipp C og D. Når forholdene tillater det, er nedplanering ved å skyve masser fra topp til bunn av skråningen (prinsipp D) den enkleste og raskeste metoden for gjennomføring av topografiske tiltak. Av geotekniske og anleggstekniske hensyn vil det ofte være en rekke restriksjoner på bruk av denne metoden.

Motfyllinger som krever store inngrep i vassdrag eller andre naturområder kan være problematiske å gjennomføre på grunn av blant annet hydrauliske og miljømessige konsekvenser. I slike tilfeller kan det være aktuelt å avlaste mer masse enn det legges ut i motfylling. Masseoverskuddet må da fjernes fra anlegget. Tilsvarende gjelder når avlastningsmassene ikke er egnede til utlegging i et vassdrag.  

Foruten motfylling og terrengavlastning er det ofte nødvendig å sikre mot erosjon og utvasking med stein- og grusmasser av bedre kvalitet enn de stedlige massene som vanligvis benyttes i motfyllinger. Se prinsippskisse i figur 2. Erosjonssikring og dreneringstiltak sørger for at motfyllingene ikke eroderes bort med tiden. Tiltakene får langvarig virkning. I modul K2.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder – Prosjektering, modul K3.302 Erosjonssikring i kvikkleireområder – Utførelse og modul K0.306: Dreneringstiltak i kvikkleireområder finnes mer informasjon om erosjonssikring og dreneringstiltak.

Terrengavlastning kan oppnås ved å masseutskifte stedlige masser med lette masser, se modul K0.305: Masseutskiftning med lette masser i kvikkleireområder. Dette er særlig aktuelt rundt bebyggelse der terrengnivået ikke kan senkes. Lette masser brukes ofte for å kompensere for last av bygninger og veier når det er krav om at et tiltak ikke kan forverre stabilitetsforholdene. Bruk av lette masser sidestilles med topografiske tiltak, og prinsippet om prosentvis forbedring av beregnet sikkerhetsfaktor kan derfor anvendes, dette prinsippet er beskrevet i NVE veileder 1/2019 Sikkerhet mot kvikkeleireskred.

Det utføres stabilitetsberegninger for å finne ut hvor mye masse som må avlastes og legges ut i motfylling. Hvor massene graves ut og plasseres i motfylling har også stor betydning. Vekten av massene må balanseres riktig, det vil si at gravedybden og fyllingstykkelsen tilpasses i de ulike delene av skråningen, for å optimalisere virkningen av tiltakene. Prosedyrer for beregninger og krav til sikkerhetsnivå er beskrevet i NVE veileder 1/2019 Sikkerhet mot kvikkleireskred.

I tilfeller der det er aktuelt å bare utføre terrengavlasting, må erosjonsfare i foten av skråningen vurderes spesielt. Kvikkleireskred er slik av natur, at en liten utglidning (et initialskred) på grunn av erosjon i foten av en skråning, vil kunne utvikle seg til et stort skred, slik som vist i figur 3. Dette vil kunne skje til tross for at det er utført terrengavlasting i øvre del av skråningen. Kriterier for vurdering av erosjonsforhold er gitt i NVE veileder 9/2020 Oversiktskartlegging og klassifisering av faregrad, konsekvens og risiko for kvikkleireskred. 

Sikringstiltak, som kun omfatter terrengavlasting, kan likevel være aktuelt for å forbedre stabilitetsforholdene når det ikke er fare for erosjon som kan føre til et retrogressivt skred i foten av skråningen, for eksempel når det ikke er erosjon eller kvikkleire i foten av skråningen.

Tilsvarende vil tiltak, som kun innebærer motfylling ved skråningsfoten, virke positivt på stabilitetsforholdene. Størst effekt oppnås lokalt i nedre del av skråningen, men skråningen som helhet får også nytte av motvekten i foten. Det må kontrolleres at det også er tilstrekkelig sikkerhet mot utglidninger i skråningen ovenfor motfyllingen.

I skråninger med en mer kompleks geometri enn vist på figur 1 og figur 2, kan det være mer krevende å oppnå tilstrekkelig stabilitet i alle deler av skråningen. I slike tilfeller er det spesielt viktig å passe på at motfyllingen strekker seg langt nok ned i foten av skråningen. Vekten av motfyllingen må ikke bli drivende for deler av skråningen. Tykkelsen av motfyllingen må derfor i prinsippet være størst lengst nede. I tillegg er det viktig å sikre at det er tilstrekkelig bæreevne for grunnen under og på utsiden av foten av motfyllingen. Når det prosjekteres sikringstiltak ut mot vassdrag eller sjøen, er det viktig å tenke på at skråningen ikke slutter ved vannkanten. Vurderingene av stabilitet og tiltak må også omfatte skråningen under vann.

Før du går i gang med prosjekteringen, må du finne rett teknisk løsning og hente inn grunnlagsdata for detaljprosjekteringen – se fase 1: Planlegging av tiltak mot kvikkleireskred. Det skal være utarbeidet en geoteknisk rapport som dokumenterer grunn- og stabilitetsforhold og som gir føringer for prosjektering av sikringstiltakene. Aktuelle lover og forskrifter som det må tas hensyn til er beskrevet i modul G0.001: Lover og forskrifter.

Motfylling og terrengavlastning skal prosjekteres med skråningshelninger og høydeforskjeller som gir tilfredsstillende stabilitetsforhold, se fase 2: Prosjektering av tiltak mot kvikkleireskred. I og med at kvikkleireskred kan få stor utbredelse, blir nødvendig omfang av sikringstiltak i kvikkleireområder ofte mye større enn i områder med andre jordarter.

I prosjekteringen er det viktig å tenke på utførelsesfasen. Se modul K3.301: Motfylling og avlastning – Utførelse. Det er vanligvis i første fase av anleggsarbeidet at faren for utglidninger og skred er størst.

Som hovedregel skal det ikke graves i kvikkleire. Det er nødvendig å unngå kontakt med kvikkleire både av praktiske hensyn og med tanke på sikkerheten. På toppen av skråningene ligger kvikkleirelaget ofte tilstrekkelig dypt til at tiltak kan prosjekteres uten nedskjæring i kvikkleire. I foten av kvikkleireskråninger skal det i utgangspunktet ikke graves på grunn av fare for å utløse skred.

Videoen viser utgraving av sensitive leirmasser i forbindelse med sikringstiltak i Klæbu.

I områder med bratte og høye skråninger kan mulighetene for praktisk gjennomføring av sikringstiltakene, tilkomst med anleggsmaskiner med mer, være avgjørende for hvordan avlastings- og motfyllingsområdene må prosjekteres. I anleggsfasen kan det være behov for stabiliserende tiltak lokalt som ikke er nødvendig i ferdig tilstand, se figur 4.

Generelt må arbeidet legges opp slik at det oppnås en gradvis forbedring av skråningsstabiliteten gjennom hele anleggstiden. Før det kan tillates å utføre arbeidsoperasjoner som kan tenkes å gi en liten negativ påvirkning på stabiliteten, må det som hovedregel først utføres kompenserende tiltak slik at netto effekt går i positiv retning.

Med følgende tiltaksrekkefølge vil forutsetningen over oppfylles:

1. Skogrydding og avtaking av vegetasjonsdekket. Etablere anleggsveger som beskrevet i modul K0.001: Anleggsvei og riggområde i kvikkleireområder.
2. Erosjonssikre mot eventuelle vassdrag i foten av skråningen (sikringslaget av stein blir foten eller ytterste del av motfyllingen).
3. Utlegging av eventuelt filter-/drenslag mot undergrunnen og mot erosjonssikringsmassene i motfyllingsområdet. Eventuelt andre tiltak for å opprettholde naturlig drenasje av grunn-/overflatevann fra skråningen (pukkstrenger, dypdreneringer, forlenge stikkrenner eller overvannsrør og lignende).
4. Avlaste skråningstopp. Utgraving av masser starter lengst bak og fortsetter framover mot skråningskanten. Hvis det skal avlastes dypt, kan det være nødvendig å ta ut massene i floer (skiver/lag).
5. Transport av massene langs anleggsveg ned til motfyllingen.
6. Lagvis utlegging av masser i motfyllingsområdet. Oppfyllingen starter fra foten av skråningen, der motfyllingen er tykkest, og trappes gradvis av oppover.
7. Fortløpende avlasting og utlegging av masser i motfylling, som regel uten mellomlagring. 
8. Eventuell direkte nedplanering med bulldoser når dette anses forsvarlig og hensiktsmessig (med tanke på høydeforskjell, helning, avstander og grunn- og værforhold).
9. Etablere drensgrøfter, skråningsdren, plastringer, duk eller lignende for å unngå overflateerosjon i tiltaksområdet.
10. Legge tilbake vekstlag og så til for å få tilbake vegetasjonen.

Anleggsarbeidene må utføres på den mest hensiktsmessige måte i hvert tilfelle (ingen anlegg er helt like), men i tråd med prinsippene over. Rekkefølge og begrensninger for de aktuelle arbeidsoperasjonene må være definert før anleggsoppstart og bør beskrives i et eget notat/skjema (geoteknisk kontrollplan/rekkefølgebestemmelser).

Mellomlagring av masser må skje på et trygt sted slik at det ikke utløses skred, se modul K0.003: Deponering og mellomlagring av masser. I geoteknisk rapport skal det være gitt føringer og forutsetninger som må legges til grunn for prosjekteringen.

Ettersom tiltakene utføres i områder der det er dårlig stabilitet i utgangspunktet, blir det ofte forutsatt at masser ikke skal mellomlagres. I andre tilfeller blir det gitt restriksjoner for plassering og volum, maksimal fyllingshøyde med mer. Tilgrensende områder med berg i dagen, gunstige terrengforhold eller gode grunnforhold kan være aktuelle steder for mellomlagring av masser.

Masser til motfylling

I utgangspunktet kan det være aktuelt å benytte alle typer jordarter (stein, grus, sand, silt og leire) i en stabiliserende motfylling. Friksjonsjordarter (stein, grus og sand) er godt egnet. Slike masser påtreffes ofte i øvre del av elveskråninger som kan være aktuelle områder for terrengavlastning. Slike masser vil normalt være lettere å håndtere enn mellomjordarter (middels silt – fin sand) og leire. Sistnevnte massetyper kan være vanskelige å legge ut i motfylling og trafikkere med anleggsmaskiner. Spesielt gjelder dette silt- og leirmasser med høyt vanninnhold og høy sensitivitet. Leire med lavt vanninnhold og lav sensitivitet (for eksempel tørrskorpeleire) er bedre.

For den stabiliserende virkningen av motfyllinger har imidlertid egenvekten (motvekten) ofte større betydning enn fastheten (massekvaliteten). Om egenstabiliteten av motfyllingene kan ivaretas med tiltak som for eksempel voll av stein/fangdammer (sjetéer), kan silt og leirmasser gi stor forbedring av stabiliteten og sikkerheten mot dyperegående skred.

Bløte, sensitive silt- og leirmasser vil i noen tilfeller ikke være egnet til å benyttes i en motfylling. Massene blir lett omrørt, og vil ikke ligge stabilt i motfyllingen, men renne vekk. Terrengformasjoner og dreneringsforhold i motfyllingsområdet avgjør hva som er mulig/hensiktsmessig. Bunnen av en trang dal med lite avrenning og slakt fall utover, er et gunstig sted for å få slike "dårlige" masser til å ligge stabilt. Disse stedene kan gjøre tjeneste både som motfylling og deponi for dårlige overskuddsmasser. Egenstabiliteten av slike fyllinger må kontrolleres, og det må sørges for tilstrekkelig drenering i bunnen og på overflaten. For større fyllinger kan beregninger av stabilitet og konsolidering, samt poretrykksovervåkning være nødvendig, se ellers modul K0.003: Deponering og mellomlagring av masser. 

Dersom motfyllinger skal bebygges i ettertid, må det settes krav om kvalitet til massene, lagtykkelser, drenerende lag, komprimering og kontroll. Statens vegvesens håndbok V221 –  Grunnforsterkning, skråninger og fyllinger gir en mer detaljert beskrivelse av dette. Det har ikke vært vanlig å stille like strenge krav for motfyllinger som for veifyllinger. Massene blir som regel lagt ut lagvis og komprimert med anleggsmaskiner. Det handler om å ha kontroll med prosjekteringsforutsetningene for stabilitetsberegningene. Hvis det for eksempel er tvil om hvilken tyngdetetthet/motfyllingsvekt som oppnås i praksis, kan det være aktuelt å øke tykkelsen av motfyllingen noe. For veiledende verdier av tyngdetetthet og omregningfaktorer for fast, løs og anbrakt tilstand, se modul G2.001: Omregning av volum av masser.

Drens-/ filterlag

Når det benyttes ensgraderte pukk- eller steinmasser i motfyllinger, er det som regel behov for et filterlag som separasjon mot finere jordarter i undergrunnen. Filterlaget dekker spranget mellom kornstørrelsene i steinfyllingen og undergrunnen. Filterlaget motvirker at finstoff fra undergrunnen vaskes ut og sedimenterer i hulrommene i steinfyllingen. Bruk av tilstrekkelig filterlag medfører at steinfyllingen da ikke mister sin drenerende virkning og fasthet. Det kan også være behov for separasjon mellom grove og finstoffholdige masser i selve motfyllingen hvis den består av ulike løsmassetyper.

Når silt- eller leirholdige masser benyttes i motfyllinger, er det ofte behov for et drenslag under fyllingen for å opprettholde den naturlige grunnvannsstrømmen ut av skråningen. Dette skyldes at leirmasser i fylling ofte er mindre permeable enn naturlig avsatt leire, som har sin opprinnelige struktur og lagdeling intakt. Uten drenslag kan fyllmassene bli en barriere som blokkerer for den naturlige grunnvannsstrømmen. Det kan oppstå et vanntrykk i eller mot fyllingen som er ugunstig for stabiliteten. Drenslaget er mer permeabelt enn fyllmassene og leder grunnvannstrømmen under motfyllingen og ut i terrenget uten at det oppstår økt vanntrykk.

Det kan også være aktuelt å legge inn drenerende lag i motfyllingen. Overflatevann fra terrenget ovenfor fyllingen skal i størst mulig grad avledes på terrengoverflaten uten at det infiltreres i grunnen, se modul K0.306: Dreneringstiltak i kvikkleireområder. Det kan være behov for å etablere erosjonssikring av drensstrenger og terrengoverflater for å sikre trygg avledning.

Det kan være aktuelt å benytte naturlig grus og sand, eventuelt velgradert sprengstein som kombinert filtermasse og drensmasse. Disse massene skal på den ene siden være åpne nok til å opprettholde grunnvannstrømmen. På den andre siden skal massene helst ikke være for åpne slik at finstoff vaskes ut. Det gjelder å finne en gradering som tilfredsstiller begge deler. Filterkriterier kan for eksempel vurderes etter Statens vegvesens håndbok N200 – Vegbygging. Masser av velgradert sprengstein har som regel tilstrekkelig dreneringsevne til bruk i motfyllinger, men er ofte litt for åpne til å holde tilbake de minste partiklene fra undergrunnen. Erfaringer viser imidlertid at det som oftest utvikler seg et naturlig filter etter noe tid. Når undergrunnen består av ensgradert silt- og finsand er det spesielt viktig å være oppmerksom. Med slike masser i undergrunnen vil det ikke så lett utvikles et naturlig filter.

Velgraderte masser av skifrige bergarter har dårligere drenerende egenskaper på grunn av nedknusing og høyt innhold av finstoff. Dette gjelder også for tunnelstein.

Geotekstil (fiberduk) blir også benyttet en del som filterlag (separasjonsduk). Geotekstiler produseres normalt i fem ulike bruksklasser med standardiserte krav til blant annet strekkstyrke og vanngjennomstrømning. Se NorGeoSpec (2012) og anbefalinger i Statens vegvesens håndbok N200 – Vegbygging. Der det drenerer mye vann, er det viktig å sørge for at geotekstilene har god nok hydraulisk kapasitet og at spalteåpningene har riktig størrelse i forhold til kornstørrelsene i undergrunnen. Med riktige spesifikasjoner reduseres faren for at partikler setter seg fast i åpningene slik at duken gradvis blir tett. Se modul K0.306: Dreneringstiltak i kvikkleireområder for mer informasjon om dreneringstiltak. 

Hvilken skråningshelning kan benyttes?

Leire og silt kan ofte ikke ligge brattere enn 1:2,5 – 1:3. Stein, grus og sand kan ligge noe brattere. Grunnvanns- og dreneringsforholdene er avgjørende. Om det skal være en permanent eller midlertidig skråning har også stor betydning. Geoteknisk rapport skal inneholde føringer for prosjektering av riktige skråningshelninger.

Eventuelle dreneringstiltak, jordarmering og overflateforsterkning og lignende har også betydning for hvilken skråningshelning som kan tillates.

Motfyllinger og avlastningsområder må sikres mot flom og erosjon, se modul K2.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder – Prosjektering, modul K3.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder – Utførelse, sikringshåndboka tema flom og erosjon, samt Vassdragshåndboka. Uten slike tiltak vil erosjon og massetransport gradvis kunne redusere den stabiliserende virkningen av tiltakene.

Det må også utføres tiltak for å sikre tilstrekkelig drenering av overflate- og grunnvann, se modul K0.306: Dreneringstiltak i kvikkleireområder.

Vertikaldrenering reduserer konsolideringstiden

I spesielle tilfeller kan det være aktuelt å kombinere motfylling med vertikaldrenering. Tiltaket er mest aktuelt på steder hvor det er veldig bløte masser og hvor grunnen ikke har tilstrekkelig bæreevne for motfyllingen. En aktuell situasjon er når det har gått et skred og det skal legges ut en stabiliserende motfylling i skredgropa. Ellers er tiltaket mest brukt for å redusere setninger og øke konsolideringshastigheten. Vertikaldrenering kan være aktuelt i en kombinert løsning som både bidrar til å sikre skråningsstabilitet og bæreevne for byggetiltak.

Vertikale dren består av plastremser med filter som presses ned i bakken av en spesialrigg før fyllingen legges ut. Vekten av fyllmassene gjør at grunnen setter seg og grunnvann presses opp til bakkenivå gjennom kanaler i drenene. Dersom det er artesisk overtrykk renner vannet av seg selv før motfyllingen legges ut. Vannet ledes bort til nærmeste vassdrag eller grøft gjennom et filterlag med tilstrekkelig helning i ønsket retning.

Fastheten og bæreevnen i undergrunnen øker etter hvert som det fylles opp og vann presses ut av grunnen. Når løsmassene blir fastere blir totalstabiliteten til skråningen bedre. Hovedfunksjonen er imidlertid å sikre tilstrekkelig bæreevne for motfyllingen.

Dersom grunnen er geologisk forbelastet (overkonsolidert), vil ikke undergrunnen sette seg nok til at grunnvann presses ut i noen særlig grad. Tiltaket har da begrenset eller ingen virkning. Dette er en veldig vanlig situasjon i foten av naturlige skråninger, og som gjør vertikaldrenering mindre aktuelt i "normaltilfellet". Sammenlignet med masseforflytning er metoden dessuten kostbar.

Prosjektering av vertikaldrenering er nærmere beskrevet i Statens vegvesens håndbok V221 – Grunnforsterkning, skråninger og fyllinger. Da vertikaldrenering ikke er et topografisk tiltak, kan ikke prosentvis forbedring av beregnet sikkerhetsfaktor legges til grunn for prosjekteringen, i samsvar med NVE veileder 1/2019 Sikkerhet mot kvikkleireskred. 

Du kan lese mer om utførelse av vertikaldrenering i modul K3.301: Motfylling og terrengavlasting – Utførelse.

Massestabilsering

Det kan også være aktuelt å kombinere motfylling/terrengavlastning med andre tiltak, se for eksempel modul K2.303: Kalk-/sementstabilisering – Prosjektering, modul K3.303: Kalk-/sementstabilisering – Utførelse, modul K2.304 Saltstabilisering – Prosjektering eller modul K3.304 Saltstabilisering – Utførelse.

Det er først og fremst i vanskelige tilfeller at slike tiltak er aktuelle. Kalk-/sementpeling kan være aktuelt i en kombinert løsning som både bidrar til å sikre skråningsstabilitet og bæreevne for byggetiltak. Ved prosjektering av slike grunnforsterkningstiltak må det tas spesielt hensyn til fare for poretrykksoppbygging. Merk også at prinsippet om prosentvis forbedring av beregnet sikkerhetsfaktor ikke kan legges til grunn, se NVE veileder 1/2019 Sikkerhet mot kvikkleireskred.

Sikringstiltakene må kontrolleres og følges opp i anleggsfasen, se fase 2: Prosjektering av tiltak mot kvikkleireskred.

Disse modulene utdyper noen temaer som er relevante for modulen over:

• Modul G2.001: Omregning volum av masser
• Modul K0.001: Anleggsvei og riggområde i kvikkleireområder 
• Modul K0.002: Fylling i vann
• Modul K0.003: Deponering og mellomlagring av masser
• Modul K0.305: Masseutskiftning med lette masser i kvikkleireområder 
• Modul K0.306: Dreneringstiltak i kvikkleireområder
• Modul K2.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder – Prosjektering
• Modul K2.303: Kalk-/sementstabilisering – Prosjektering
• Modul K2.304: Saltstabilisering – Prosjektering
• Modul K3.301: Motfylling og terrengavlasting – Utførelse
• Modul K3.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder – Utførelse
• Modul K3.303: Kalk-/sementstabilisering – Utførelse
• Modul K3.304: Saltstabilisering – Utførelse

NVE (2010) Vassdragshåndboka – Håndbok i vassdragsteknikk. red. Fergus, T, Hoseth, K. A, Sæterbø, E. Trondheim: Tapir Akademisk Forlag.

NVE (2019) Sikkerhet mot kvikkleireskred. Veileder nr. 1/2019. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat.

NVE (2020) Oversiktskartlegging og klassifisering av faregrad, konsekvens og risiko kvikkleireskred. Ekstern rapport nr. 9/2020. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat

Statens vegvesen (2014) Grunnforsterkning, fyllinger og skråninger – Håndbok V221. Oslo: Vegdirektoratet.

Statens vegvesen (2021) Vegbygging – Håndbok N200. Oslo: Vegdirektoratet