Sikringshåndboka: Modul K2.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder

Innledning

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 sider og moduler:

Historisk sett har erosjon i vassdrag eller langs kysten vært hovedårsaken til kvikkleireskred. Siden istiden har bekker og elver erodert seg ned i marine løsmasseavsetninger og formet landskapet. I ravinene og langs dalene har grunnvannstrømning på mange steder vasket ut saltet i leira og dannet kvikkleire. De fleste av skredgropene som vises på dagens kvartærgeologiske kart ble i sin tid utløst av at erosjon i skråningene etterhvert nådde et kritisk nivå i forhold til stabilitet.

Vi har unngått mange skred ved at det har blitt utført erosjonssikringstiltak i kritiske områder langs mange vassdrag. I andre vassdrag er det etter hvert etablert en balanse mellom elvegradient og strømningsforhold slik at det ikke lenger pågår vesentlig bunnsenkning. Det kan likevel oppstå erosjon, for eksempel i store flomsituasjoner eller på grunn av inngrep som masseuttak, utretting av elveløp og lignende. Erosjonssikring hindrer en topografisk forverring av skråningsstabiliteten og er derfor generelt sett den mest effektive tiltakstypen for å forebygge kvikkleireskred. Tiltak mot erosjon inngår ofte som en del av løsningen også når andre typer tiltak er aktuelle. Se figur 1 for et eksempel på erosjonssikring.

Erosjon og jordarter

Erosjon

Erosjon skjer på steder hvor strømingskreftene klarer å erodere bort løsmassepartikler. Erosjon kan bli et problem der det blir fjernet mer løsmasse enn tilført gjennom sedimentering. Erosjon kan opptre både på overflaten (i bunn og skråninger langs bekker og elver, og langs kysten) og i undergrunnen der løsmasser vaskes ut (grunnvannserosjon). Ved for eksempel kraftig styrtregn kan overflateerosjon også oppstå uten tilknytning til vassdrag eller sjø. Figur 2 og figur 3 viser eksempler på henholdsvis erosjon langs yttersvingen i et bekkeløp og nedbørgenerert overflateerosjon i en nyetablert skråning.

Figur 2: Erosjon langs elveløp, Delerelva i Øvre Eiker kommune. (Foto: Harald Sakshaug, NVE)

Figur 3: Overflateerosjon i nyetablert skråning på grunn av intens nedbør. (Foto: Martin Jespersen, NVE)

Motstanden mot erosjon er i første rekke bestemt av kornstørrelse, romvekt, kornform og gradering (andel av ulike fraksjoner). Geotekniske egenskaper som kohesjon, friksjonsvinkel, forbelastning og lagringsfasthet har også betydning. Vegetasjonsforholdene vil også ha stor betydning for graden av erosjon. Etablert og stabil kantvegetasjon langs vassdrag, for eksempel, vil i stor grad hindre erosjon fra både flommer og is. Tilsvarende vil gressdekke med robust og dypt rotnett kunne hindre nedbørgenerert overflateerosjon. Se modul F0.101: Miljøtilpassing av sikring i vassdrag.

Jordarter

Ensgradert silt og finsand er spesielt utsatt for erosjon. Jordpartikler blir lett revet løs selv for små vannhastigheter (<1 m/s).

Leire har noe større motstandsevne og kan tåle høyere vannhastighet før erosjon oppstår. Dette skyldes at leire har mer utpregede kohesjonsegenskaper enn silt og finsand. Det vil i praksis si at leirmasser henger bedre sammen. Det er et sug i massene som kompenserer for at leire har mindre kornstørrelse.

Sand, grus og stein har lite kohesjon, men har større og tyngre korn enn silt og finsand. Motstanden mot erosjon øker med økende kornstørrelse.

Dersom løsmassene består av både store og små korn (velgraderte masser), vil de små kornene fylle hulrommene mellom de store. Slike masser pakker seg bedre og får en tettere lagring med større andel kontaktflater enn ensgraderte masser (like kornstørrelser). Velgraderte løsmasser har derfor generelt større motstand mot erosjon enn ensgraderte masser. Tilsvarende gjelder for løsmasser med høyere grad av konsolidering/komprimering.

Løsmassenes form bidrar også til motstand mot erosjon. For eksempel har grove, knuste eller sprengte steinmasser ingen kohesjon, men kan likevel ha en ekstra tiltrekningskraft da de kantede steinsidene kiler seg inn i hverandre.

Forutsetninger for prosjektering

Før du går i gang med prosjekteringen, må erosjonsforholdene kartlegges og behov for sikringstiltak vurderes – se fase 1: Planlegging av tiltak mot kvikkleireskred. Kartlegging og klassifisering av erosjonsforhold er nærmere beskrevet i NVE ekstern rappport 9/2020 Oversiktskartlegging og klassifisering av faregrad, konsekvens og risiko for kvikkleireskred og i modul F1.005: Klassifisering av erosjon i felt. For å ha tilstrekkelig kunnskap om flom-/nedbørdynamikken i området, omfatter dette arbeidet også en gjennomgang av flom-/nedbørhistorikk og registrering av eventuelle, tidligere hendelser. Deretter må du finne rett teknisk løsning og hente inn grunnlagsdata for detaljprosjekteringen - se fase 1: Planlegging av tiltak mot flom og erosjon.

Nødvendig grunnlag for prosjektering av erosjonssikring er behandlet under fase 2: Prosjektering av tiltak mot flom og erosjon samt i Vassdragshåndboka (NVE, 2010).

Sikringsmetoder og stabilitet i kvikkleireområder

Erosjonssikringstiltakene skal vurderes geoteknisk. I kvikkleireområder er det som oftest nødvendig å utføre grunnundersøkelser og stabilitetsberegninger i henhold til NVE veileder 1/2019 Sikkerhet mot kvikkleireskred og Eurokode 7 – Geoteknisk prosjektering. Det må vurderes om det er tilstrekkelig å konservere dagens stabilitetsforhold eller om stabilitetsforholdene er så dårlige at beregnet sikkerhetsfaktor må økes for å ivareta gjeldende krav, bestemt av bruksformål for området.

Merk at det er nødvendig å vurdere bæreevnen av undergrunnen og egenstabiliteten for selve tiltaket (erosjonssikringen) uavhengig av skråningen som helhet.

Erosjonssikring bidrar i hovedsak til å hindre utgraving av løsmasser, slik at terrengforholdene konserveres. Når det fylles over eksisterende elvebunn, vil erosjonssikringen også utgjøre en stabiliserende motvekt mot sideskråningene. Erosjonssikringen er da i prinsippet en motfylling, eller del av en motfylling, og den stabiliserende effekten av tiltaket avhenger av sikringstykkelsen/oppfyllingshøyden, se figur 4. Les mer om dette i modul K2.301: Motfylling og terrengavlastning – Prosjektering.

Figur 4: Erosjonssikringen utgjør nedre del av en motfylling som bidrar til å forbedre områdestabiliteten.

Sidesikring

Sidesikring må etableres langt nok ut i vassdragene til at forbygningen får tilstrekkelig støtte i skråningsfoten i vassdraget. Det gjelder å unngå at steinmassene henger i skråningene slik at den lokale stabiliteten av elvebredden forverres. Sidesikringen må være tykkere i nedre del enn i øvre del slik at vekten av masser som stabiliserer er større enn vekten av drivende masser. Helningen tilpasses slik at det sikres tilstrekkelig egenstabilitet og bæreevne for henholdsvis erosjonssikring og elvebunn, etter gjeldende krav. Minsteverdien for absolutt sikkerhetsfaktor må dokumenteres med beregninger.

For å oppnå tilstrekkelig stabilitet for erosjonssikringen, kan det også være nødvendig med andre tiltak som beskrevet under. Sidesikring kan du lese mer om i modul F2.206: Ordna steinlag, bunn- og sidesikring – Prosjektering og modul F3.206: Ordna steinlag, bunn- og sidesikring – Utførelse.

Sikringstå

Sikringståen er primært et tiltak for å øke robustheten for erosjonssikringen mot blant annet strømningsendringer og bunnsenking, se figur 2 i modul F2.201: Ordna steinlag, sidesikring – Prosjektering.

Bunnheving

Hvis det utføres fullprofilsikring ved hjelp av bunnheving, forbedres stabiliteten av erosjonssikringen ytterligere. Bunnheving gir også positiv effekt på stabiliteten av sideskråningene som helhet, og er totalt sett den sikringsmetoden som gir størst stabilitetsforbedrende virkning. Bunnheving blir ofte utført i mindre vassdrag, bekker og raviner for å sikre eksisterende bebyggelse i kvikkleireområder, se figur 5 og modul F2.206: Ordna steinlag, bunn- og sidesikring – Prosjektering.

Figur 5: Stabilitetsforholdene forbedres i alle deler av skråningen dersom det prosjekteres erosjonssikring / bunnheving (fullprofilsikring).

Kompensasjonsgraving og fotgrøft

I en del tilfeller kan ikke elvebunnen heves på grunn av, for eksempel hydrauliske forhold. Da kan det på noen steder være aktuelt med kompensasjonsgraving for å få etablert erosjonssikring av elvebunnen. Når det er snakk om sidesikring kan fotgrøft være ønskelig for å sikre god forankring av erosjonssikringen mot undergrunnen og øke robustheten mot eventuelle, fremtidige bunnendringer.

Kompensasjonsgraving og fotgrøft innebærer at det graves ut slik at toppen av erosjonssikringslaget kommer i nivå med dagens terreng/elvebunn, slik at tiltaket gir uendret strømningstverrsnitt. Stabilitetsforholdene "konserveres" slik de er i dagens situasjon. Figur 6 sammenstiller prinsippene for å etablere erosjonssikring ved sidesikring, oppfylling/bunnheving og kompensasjonsgraving.

Figur 6: Prinsippskisse som viser forskjellen på erosjonssikring etablert ved sidesikring, oppfylling/bunnheving og kompensasjonsgraving. Sikringstå og fotgrøft er alternative utførelser ved sidesikring. Oppfylling gir positiv effekt på stabilitetsforholdene både under utførelse og permanent. Stabilitet under utførelsen må vurderes nøye hvis kompensasjonsgraving skal være aktuelt.

I kvikkleireområder er kompensasjonsgraving en "nødløsning" som helst bør unngås. Årsaken er at gravingen kan svekke stabilitetsforholdene midlertidig. I gunstige tilfeller med tilstrekkelig avstand til kvikkleire og tilstrekkelig margin mot lokale utglidninger, kan det likevel være aktuelt. Omfang av grunnundersøkelser og stabilitetsberegninger må vurderes med tanke på dette. Utførelsen av sikringstiltak skal ikke medføre økt risiko for skred.

Ved kompensasjonsgraving må prinsippet om seksjonsvis graving og fortløpende tilbakefylling legges til grunn for utførelsen. Ny seksjon kan ikke påbegynnes før det er fylt tilbake med stein. Først da er vekten av bortgravde masser kompensert. Som del av den geotekniske prosjekteringen må det utarbeides føringer for blant annet seksjonstørrelser, gravedybder, massehåndtering, oppfølgning under utførelse med mer. Les mer om den praktiske gjennomføringen i modul K3.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder – Utførelse.

Egenstabilitet

Skråningshelning, sortering av steinmasser og utleggingsprosedyrer må vurderes slik at egenstabiliteten (internstabiliteten) til erosjonssikringen ivaretas, i henhold til erosjonssikringsmodulene:

Overflateforsterkning

Les mer om tiltak for å forsterke terrengoverflaten i skråninger mot erosjon i modul K0.306: Dreneringstiltak i kvikkleireområder og Statens vegvesens håndbok V221 – Grunnforstekning, fyllinger og skråninger.

Tenk utførelse når du prosjekterer

Det er viktig å tenke på utførelse når du prosjekterer. Se nærmere beskrivelse i modul K3.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder – Utførelse og oversikten i fase 3: Utførelse av tiltak mot kvikkleireskred.

Viktige punkter som en må huske på under prosjektering er:

Stabilitet og arbeidsrekkefølge
Anleggsvei og massedeponier
Kontroll og oppfølging

Relaterte moduler

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

Videre lesning og referanser

Direktoratet for byggkvalitet (2017) Byggteknisk forskrift (TEK17) med veiledning. Tilgjengelig fra: https://dibk.no/byggereglene/byggteknisk-forskrift-tek17/. (Hentet 20. oktober 2022).

Eurokode 7 Geoteknisk prosjektering – Del 1: Allmenne regler. (NS-EN 1997-1:2004+A1:2013+NA:2016+NA:2020). Standard Norge.

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 for kvikkleireskred. Ekstern rapport nr. 9/2020. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat.

Modul K2.302: Erosjonssikring i kvikkleireområder – Prosjektering