Sikringshåndboka: Modul K2.304: Saltstabilisering

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:

Saltstabilisering kan benyttes for å sikre kvikkleireområder mot store områdeskred ved at løsne- og utløpsområdet reduseres. Metoden anbefales brukt som et alternativ i områder der konvensjonelle sikringstiltak som terrenginngrep eller kalk-/sementstabilisering ikke er mulig eller ønskelig å gjennomføre.

Områdestabiliteten forbedres ved at leira endres fra kvikk til ikke-kvikk som følge av endret porevannskjemi i det saltstabiliserte området. Dermed forhindres utviklingen av bakovergripende (retrogressive) skred, se figur 1. Muligheten for progressive skred reduseres også i leire stabilisert med kaliumklorid (KCl).

Hvilket salt skal benyttes?

I saltstabilisering benyttes kaliumklorid (KCl) og ikke natriumklorid/bordsalt (NaCl). Bruker du KCl så blir leira aldri kvikk igjen. Det blir den dersom du bruker NaCl i stedet. Hvorfor, kan du lese mer om i avsnittet Hva er saltstabilisering?, og i Quick-clay landslide mitigation using potassium chloride på side 13-17.

Saltstabilisering kan enten benyttes alene, eller i kombinasjon med andre tiltak for å redusere omfanget av for eksempel terrenginngrep. Saltstabilisering kan ikke benyttes i akutte situasjoner, men er relevant der man har tid til å vente på den stabiliserende effekten.

Relevante veiledere og håndbøker:

NVE veileder 1/2019 Sikkerhet mot kvikkleireskred
Statens vegvesen håndbok V221 – Grunnforsterkning, fyllinger og skråninger

Nyttige rapporter:

Saltstabilisering av kvikkleire (SAK) - FoU programm
Statens vegvesen rapport Nr. 223 – Stabilisering av kvikkleirer med kaliumklorid: Langtidseffekt Ulvensplitten og Dragvoll

De nyeste forskningsresultatene:

KCl-brønner anbefales ikke installert i områder med artesisk poretrykk

Det anbefales ikke å installere saltbrønner i områder med artesisk poretrykk. Dette grunnet risiko for å punktere tette lag slik at artesisk grunnvann finner veien opp langs brønnene. I verste fall kan vannet som strømmer opp erodere leira.

Tyngden av saltet i brønnene like etter installasjon vil trolig medføre at det artesiske grunnvannet forhindres fra å strømme opp gjennom brønnen. Etter hvert som saltet har spredd seg i leirvolumet, så vil brønnen tømmes for salt. Det er dermed knyttet en viss risiko til at artesisk grunnvann etter hvert vil kunne finne veien opp langs brønnene.

Hva er saltstabilisering?

Saltstabilisering utføres ved å installere kaliumklorid i borhull i kvikkleira (se figur 1b). Kaliumklorid (KCl) er et salt og benyttes i saltstabilisering for å sikre permanent forbedrede omrørte egenskaper.

Den saltstabiliserte leira vil med tiden vaskes ut, og saltinnholdet i porevannet blir dermed lavt igjen. Ved å benytte kaliumklorid vil ikke leira bli kvikk igjen selv om saltinnholdet blir lavt. Benyttes derimot natriumklorid så vil leira bli kvikk igjen ved lave saltinnhold. Derfor kan ikke natriumklorid benyttes til saltstabilisering.

Ved å installere KCl-brønner i kvikkleirer, vil KCl spre seg av seg selv som følge av molekylær diffusjon ut fra brønnen. Porevannskjemien endres gradvis i den omkringliggende leira, og leira endres fra å være kvikk til ikke-kvikk.

En skredhendelse i en skråning med kvikkleire vil danne flytende skredmasser som flyter bort, og vil gjøre videre bakovergripende skredutvikling mulig (se figur 1a). Mens et initialskred som utløses i en saltstabilisert skråning med ikke-kvikk leire vil opptre som et rotasjonsskred, og dermed bli liggende i skredgropen (se figur 1b og c). Dette medfører at den bakovergripende utviklingen (retrogresjonen) av skredet stopper opp.

Det er forsket mye på saltstabilisering ved bruk av kaliumklorid det siste tiåret, men det finnes per i dag ingen standard prosedyre for installasjon av saltbrønner. Modul K3.304: Saltstabilisering - Utførelse viser en oversikt over utprøvde installasjonsmetoder. Erfaringer og anbefalinger til installasjon, samt utdyping av designprosedyrer er beskrevet i rapport for arbeidspakke 3 i FoU-prosjektet Saltstabilisering av kvikkleire.

Figur 1: a) De omrørte skredmassene strømmer ut av skredgropen og etterlater en ustabil skredgrop der skredet kan utvikle seg bakover i terrenget. b) Installasjon av saltbrønner i skråning. c) Skredutviklingen stopper opp i den saltstabiliserte leira.

Bruksområder for saltstabilisering

Grunnforbedring som saltstabilisering kan benyttes i kvikkleireskråninger der det ikke er ønskelig eller mulig å sikre med terrenginngrep. For eksempel i områder der terrenginngrep

ødelegger/forringer rødlista landskapstyper,
ødelegger/forringer leveforholdene for dyr og fisk,
kommer i konflikt med kulturminner,
ikke kan gjennomføres på grunn av plassmangel i allerede utbygde områder (jernbane, vei og bebyggelse).
medfører redusert sikkerhet i anleggsfasen.

Saltstabilisering bidrar til å

tilgjengeliggjøre arealer for utbygging som i dag er underlagt utbyggingsrestriksjoner fordi de befinner seg i løsne- eller utløpsområder for kvikkleireskred,
sikre materielle og verneverdige verdier der terrenginngrep ikke er mulig å gjennomføre,
redusere omfanget av terrenginngrep,
forhindre miljøulemper knyttet til terrenginngrep.

Saltstabilisering er særlig aktuelt

i områder der det ikke er mulig å sikre ved hjelp av terrenginngrep eller kalk-/sementpeling,
for å sikre verdier eller områder som er av stor samfunnsmessig betydning som ellers ikke hadde blitt sikret.

Nytte/kost- og miljøvurderinger

Nytte/kost-analyser bør utføres før saltstabilisering vurderes, se modul G1.002: Nytte/kost-analyse.

Generelt er nytte/kost-faktoren for saltstabilisering lav sammenlignet med terrenginngrep og kalk-/sementpeling. Hvorvidt saltstabilisering kan forsvares til tross for lav nytte/kost-faktor, avhenger av hvor stor samfunns- og nytteverdi sikringen har.

Klimagassutslippene knyttet til produksjonen av kaliumklorid er langt lavere enn for produksjonen av kalk og sement. Saltstabilisering gir dermed et bedre klimafotavtrykk enn kalk-/sementpeling. Klimagassutslippene er likevel som oftest høyere enn ved terrenginngrep, gitt kort transport av masser. Klimagassutslipp kan inkluderes i nytte/kost-analyser.

Ikke-prissatte verdier som naturmangfold, kulturminner og lignende inkluderes ikke eller omtales kvalitativt i nytte/kost-analyser, men bør vektlegges i konsekvensutredningen. Saltstabilisering vil kunne benyttes til å sikre områder og samtidig ivareta de ikke-prissatte verdiene.

Her kan du lese mer om nytte/kost-analyser og miljøvurderinger for saltstabilisering:

Hva menes med saltstabilisert leire?

Ved å øke omrørt skjærfasthet i kvikkleire til over 1 kPa, forhindres utviklingen av store retrogressive skred. Dette oppnås ved å øke mengden kalium (K), magnesium (Mg) og kalsium (Ca) i porevannet i kvikkleira slik at KMgCa-forholdet i ligning 1 er over 20 %. Saltstabilisering fører til permanent økning av den omrørte skjærfastheten til over 1 kPa. Videre økes flytegrensen til over naturlig vanninnhold, og plastisitetsindeksen til over 10 %.

Ligning 1 (alle konsentrasjoner i meq/L):

MathJax example

\[{KMgCa-forhold} = {K⁺+Mg²⁺+Ca²⁺ \over Na⁺+K⁺+Mg²⁺+Ca²⁺}\]

Udrenert skjærfasthet øker ikke i saltstabilisert leire, men den hurtige reduksjonen av fasthet etter brudd som ses for kvikkleirer reduseres (se figur 2). Saltstabilisering fører derfor ikke til økt beregningsmessig sikkerhet, men risikoen for progressive kvikkleireskred reduseres (Helle, 2019).

Figur 2: Skjærfastheten i treaksialforsøk på saltstabilisert leire øker sammenlignet med i kvikkleire. NB! Omrørt skjærfasthet har ingen direkte sammenheng med reststyrken i leira etter brudd.

Effekt av KCl på de geotekniske egenskapene til kvikkleire:

forbedrer de omrørte egenskapene (c_ur, w_L og w_P)
forbedrer IKKE udrenert skjærfasthet
økt kohesjon i drenert oppførsel
forbedrer reststyrken i leira etter brudd
reduserer deformasjonene ved pålastning utover tilsynelatende forkonsolideringsspenning

Her kan du lese mer om effekten av KCl på de geotekniske egenskapene:

Statens vegvesen rapport nr. 223 – Stabilisering av kvikkleirer med kaliumklorid - Langtidseffekt Ulvensplitten og Dragvoll.
Quick-clay landslide mitigation using potassium chloride (Helle, 2017)

Nødvendige undersøkelser

Hydrogeologiske forhold og sesongvariasjoner av disse må kartlegges. Omfanget av grunnundersøkelser og bestemmelse av parametere til stabilitetsberegninger utføres i henhold til Eurokode 7-1 og NVE veileder 1/2019 Sikkerhet mot kvikkleireskred.

Eventuelle kulturminner må kartlegges for å unngå skade/ødeleggelse under og etter installasjon.

Hvor lang tid det vil ta å stabilisere leirvolumet avhenger av leiras egenskaper, hydrogeologiske forhold, mengde installert salt og senteravstand mellom brønnene (se figur 3). Typisk vil stabiliseringstiden være i størrelsesorden 2-3 år avhengig av senteravstanden mellom brønnene. For å bestemme senteravstand mellom saltbrønnene i området som skal stabiliseres, bør følgende parametere bestemmes fra geotekniske, geologiske og geokjemiske undersøkelser:

porøsitet
omrørt skjærfasthet
porevannskjemi
kationebyttekapasitet
bulk- og leirmineralogi

Figur 3: Tiden det tar å stabilisere kvikkleira avhenger av leiras egenskaper, hydrogeologiske forhold, hvor mye salt som installeres og hvor tett saltbrønnene installeres.

Anbefalt omfang av grunnundersøkelser for oppfølging

Grunnundersøkelser utføres før, og i tiden etter installasjon av saltbrønner.

Følgende grunnundersøkelser anbefales utført før saltstabilisering for å kunne overvåke hvor fort kvikkleira stabiliseres og for å unngå stabilitetsproblemer under installasjon:

Prøvetaking av høykvalitets prøver for
- rutineundersøkelser og flyte- og utrullingsgrense,
- effekt på reststyrken i leira etter brudd (treaksialprøver),
- utsentrifugering av porevann.
Trykksonderinger med poretrykks- og resistivitetsmålinger (RCPTU) for å måle endringer over tid etter installasjon i
- konduktivitet,
- poretrykksforhold (B_q),
- normalisert spissmotstand (N_m).
Grunnvannstands- og poretrykksmålere (se figur 4) med kontinuerlig logging
- sesongvariasjoner i poretrykket i ulike dybder på toppen og bunnen av skråningen,
- poretrykk under installasjon.
Filter for grunnvannsprøver
- kontroll av hvor fort porevannskjemien endrer seg.

Leireprøver

Saltstabilisert leire blir veldig seig. Det kan derfor være vanskelig å få opp prøver av god kvalitet, spesielt prøver med stor diameter.

Det anbefales å ta opp høykvalitets stålsylinderprøver for umiddelbar utskyvning og testing på laboratorium.

Det utarbeides grenseverdier for maksimalt tillatt poretrykksøkning i forkant av installasjon av saltbrønnene. Poretrykksmålere med fjernavlesning og minne installeres langs det mest kritiske profilet i skråningen. Poretrykksmålerne plasseres mellom saltbrønnene som installeres, og med maksimalt 1 meter avstand fra saltbrønnene. Målerne overvåkes kontinuerlig under installasjon og de første seks timene etter installasjon, eller til poretrykket viser nedadgående trend.

Poretrykksmålerne installeres i stasjoner med målere i minimum tre dybder, hvorav den ene installeres nærmest mulig grunnvannstandsnivået i hver stasjon. Stasjonene plasseres i toppen, midt i, og i foten av skråningen (se figur 4). En måler i hver stasjon bør plasseres i nivå med eller like under beregnet glidesirkel.

Poretrykket må overvåkes

Grenseverdier for maksimalt tillatt poretrykksøkning utarbeides.
Poretrykksmålere med fjernavlesning og minne installeres i kritisk profil.
Sesongvariasjoner i poretrykket kartlegges.
Poretrykket overvåkes kontinuerlig under installasjon.

Figur 4: Plassering av grunnvannstandsmålere (GVS) og poretrykksmålere/piezometer (PZ) langs kritisk profil i skråningen. En poretrykksmåler i hver stasjon bør plasseres i nivå med beregnet glidesirkel.

Analyser av porevannskjemi

Endringen fra kvikk til ikke-kvikk leire skyldes endret porevannskjemi (se ligning 1). For å kartlegge hvor langt saltstabiliseringen er kommet og for å dokumentere oppnådd effekt, må porevannskjemien analyseres. Kationebyttekapasiteten må bestemmes for å bestemme senteravstanden mellom saltbrønnene. Geokjemiske analyser gjennomføres for bestemmelse av:

komposisjonen av anion i porevannet
- Brom (Br^-), Klorid (Cl^-), Fluor (F^-), Bikarbonat (HCO₃^-), Nitrat (NO₃^-), Fosfat (PO₄^3-), Sulfat (SO₄^2-)
komposisjonen av kation i porevannet
- Natrium (Na⁺), Kalium (K⁺), Magnesium (Mg²⁺), CKalsium (Ca²⁺)
Kationebyttekomposisjonen (CEC) i meq/100 g tørr jord

Håndtering under prøvetaking, og under analyse, påvirker kvaliteten av porevannsprøvene (Appelo og Postma 2005). Elektrisk ladningsbalanse (EB) beregnes for å finne ut om prøvene er av god kvalitet eller ikke:

Veldig god kvalitet: EB < 5%
God kvalitet: EB < 10%
Dårlig kvalitet: EB > 10%

Elektrisk ladningsbalanse beregnes helst med hjelp av programvare, men kan estimeres med ligning 2.

Ligning 2 (alle konsentrasjoner i meq/L og med samme fortegn som ladningen):

\[EB(\%)={(\Sigma \ Kation+\Sigma \ Anion) \over (\Sigma \ Kation-\Sigma \ Anion)}· 100\]

Σ kation = Na⁺ + K⁺ + Mg²⁺ + Ca²⁺
Σ anion = Cl^- + HCO₃^- + NO₃^- + SO₄^2-

Kationebyttekapasitet

Bestemmelse av CEC kan være vanskelig dersom leira inneholder oppløselige forbindelser som for eksempel karbonater. Oppløselige forbindelser kan føre til for høye verdier av CEC. For å unngå at for eksempel karbonatinnhold påvirker resultatene, så anbefales det å bestemme CEC etter prosedyren beskrevet i Polemio og Rhoades (1977), og Wang et al. (2005).

Utstrekning av saltstabilisert område

For å sikre at et eventuelt initialskred forhindres i å utvikle seg bakover i skredgropen, må et tilstrekkelig stort område stabiliseres med salt. Totalkostnaden blir lavere jo mindre areal som stabiliseres.

Installasjon av saltbrønner kan utføres enten ved å:

stabilisere selve skråningen, se figur 5a,

eller

stabilisere området/platået bak skråningen, se figur 5b.

For detaljert beskrivelse, se rapport arbeidspakke 3 Evaluering og anbefalinger.

Figur 5: a) Saltbrønner installeres i selve skråningen og b) på platået bak skråningen.

Bestemmelse av senteravstand mellom KCL-brønner

Senteravstanden mellom saltbrønnene kan bestemmes basert på to ulike prinsipper:

A: hele leirvolumet mellom saltbrønnene stabiliseres etter en viss tid, se figur 6a
B: en viss andel (dekningsgrad) av leirvolumet stabiliseres etter en viss tid, se figur 6b.

Større senteravstand gir reduserte kostnader, men stabiliseringen av hele leirvolumet tar lengre tid.

Figur 6: a) Hele leirvolumet mellom saltbrønnene stabiliseres etter tid t. b) Senteravstanden (c/c) kan økes dersom det tillates at en viss andel (dekningsgrad) av leirvolumet stabiliseres etter tid t.

Alternativ hvor hele leirvolumet stabiliseres

Senteravstanden kan bestemmes fra

korrelasjonskurver for norske leirer (figurene 8, 9 og 10),
geokjemiske simuleringer hvor man finner hvor langt ut fra brønnen er KMgCa-forhold > 20 % etter en forhåndsbestemt tid.

Alternativ hvor deler av leirvolumet stabiliseres (dekningsgrad)

Saltet vil spre seg i leira så lenge det er ulike konsentrasjoner av salt i porevannet i leirvolumet. Ved å akseptere at det brukes en viss tid på å stabilisere en andel av leirvolumet, kan man stabilisere et større volum med færre brønner. Ved å øke senteravstanden, reduseres nødvendig antall saltbrønner og kostnader knyttet til installasjon. Dermed øker nytte-/kostfaktoren. Hele leirvolumet mellom brønnene vil likevel med tiden stabiliseres.

Det benyttes samme prinsipp som for beregning av dekningsgrad for kalk-/sementpeler (NGF, 2012; Statens vegvesens håndbok V221). I stedet for å beregne en gjennomsnittlig skjærfasthet for stabiliserte masser, settes det krav til en gjennomsnittlig omrørt skjærfasthet i leirmassene på 1 kPa slik at store retrogressive skred forhindres.

Senteravstanden bestemmes via to trinn som er utdypet i de kommende to avsnittene:

Trinn 1: bestem nødvendig dekningsgrad
Trinn 2: bestem maksimal tillatt senteravstand

Bakgrunn for dimensjoneringsprinsipper for saltbrønner:

Både bakgrunn og fremgangsmåte er vist i rapport for arbeidspakke 3 i FoU-prosjektet Saltstabilisering av kvikkleire.

Trinn 1: Bestem nødvendig dekningsgrad

Nødvendig dekningsgrad bestemmes med ligning 3 (løses for a). Den karakteristiske omrørte skjærfastheten for det totale jordvolumet (c_ur;m) settes lik 1 kPa. Den omrørte skjærfasheten er størst i leirvolumet nærmest brønnen og minker i avstand fra brønnen. På Dragvoll ble det etter 3,2 år observert en c_u,r > 3,5 kPa i en avstand 0,5 m fra saltbrønnene (se figur 15 i rapport for Arbeidspakke 3 i Saltstabilisering av kvikkleire). Det benyttes derfor en konservativ gjennomsnittlig omrørt skjærfasthet i KCl-stabilisert materiale (c_ur;KCl) lik 2,5 kPa (se figur 7). I kvikkleiren benyttes den laveste omrørte skjærfasthet (c_ur;kvikk) funnet i området som skal stabiliseres. Om dette ikke er kvantifisert, settes c_ur;kvikk lik 0,1 kPa.

Figur 7: Saltet sprer seg fra brønnen og ut i leirvolumet ved diffusjon. Det dannes en glidende overgang mellom saltstabilisert leire og omkringliggende kvikkleire. Omrørt skjærfasthet er størst i leirvolumet nærmest brønnen, og synker i avstand fra brønnen. En gjennomsnittlig omrørt skjærfasthet i saltstabilisert leire settes lik 2,5 kPa.

Ligning 3:

\[{c_{ur;m} }={a · c_{ur;KCl}+(1-a)· c_{ur;kvikk}} \]

Eventuelt:

\[{a} = {(c_{ur;m}-c_{ur;kvikk}) \over (c_{ur;KCl}-c_{ur;kvikk})}\]

Ligning 3 bruker følgende variabler:

c_ur;m: gjennomsnittlig omrørt skjærfasthet i det totale leirvolumet = 1 kPa
c_ur;KCl: gjennomsnittlig omrørt skjærfasthet i KCl-stabilisert materiale = 2,5 kPa
c_ur;kvikk: omrørt skjærfasthet for kvikkleire = 0,1-0,5 kPa
a: dekningsandel (andel av overflaten med c_ur > 1 kPa)

Trinn 2: Bestem maksimalt tillatt senteravstand

Maksimalt tillatt senteravstand bestemmes fra ligning 4:

Bestem hvor fort leira skal stabiliseres (tid t).
Finn radius med c_ur > 1kPa ved tid t fra korrelasjonskurvene (se figur 8, 9 og 10) eller geokjemiske simuleringer (KMgCa > 20%).
Regn ut areal med c_ur > 1kPa (A i figur 6b). Radius er lik summen av radius for brønn og stabilisert radius.
Finn maksimal senteravstand ved å benytte ligning 4.

Ligning 4:

\[a={2·A \over \sqrt3·c² }\] \[C=\sqrt{2·A \over \sqrt3·a }\]

Ligning 4 bruker følgende variabler:

c_ur;m: gjennomsnittlig omrørt skjærfasthet i det totale leirvolumet = 1 kPa
c_ur;KCl: gjennomsnittlig omrørt skjærfasthet i KCl-stabilisert materiale = 2,5 kPa
c_ur;kvikk: omrørt skjærfasthet for kvikkleire = 0,1-0,5 kPa
a: dekningsandel (andel av overflaten med c_ur > 1 kPa)
A: tverrsnittsareal av stabilisert leire med c_ur > 1 kPa ved tid t
C: senteravstandavstand mellom KCl-brønnene

Korrelasjonskurver

Figur 8, 9 og 10 viser korrelasjonskurver for stabilisert radius (KMgCa-forhold > 20%) over tid for norske kvikkleirer med:

KMgCa-forhold: 9,0%
porøsitet: 40%, 50% og 60%
kationebyttekapasitet (CEC): 6,0, 11,5 og 17,0 meq/100 g tørr jord

Mengde salt installert i brønn påvirker også tiden det tar å stabilisere leirvolumet. Korrelasjonskurvene viser stabilisert radius over tid for saltbrønner:

fylt med 5, 10 og 15 kg KCl/m
med konstant mettet KCl-løsning over tid (benyttes dersom brønnene etterfylles med salt)

Figur 8: Tid det tar å stabilisere kvikkleire med porøsitet 40% ved å installere a) 5 kg KCl/m brønn, b) 10 kg KCl/m brønn, c) 15 kg KCl/m brønn, og d) ved å holde konsentrasjonen i brønnen konstant lik 4 mol KCl/kgw.

Figur 9: Tid det tar å stabilisere kvikkleire med porøsitet 50% ved å installere a) 5 kg KCl/m brønn, b) 10 kg KCl/m brønn, c) 15 kg KCl/m brønn, og d) ved å holde konsentrasjonen i brønnen konstant lik 4 mol KCl/kgw.

Figur 10: Tid det tar å stabilisere kvikkleire med porøsitet 60% ved å installere a) 5 kg KCl/m brønn, b) 10 kg KCl/m brønn, c) 15 kg KCl/m brønn, og d) ved å holde konsentrasjonen i brønnen konstant lik 4 mol KCl/kgw.

Estimat av nødvendig saltmengde

Det anbefales å installere mest mulig salt per løpemeter brønn. Brønnene installeres med relativt liten senteravstand. For å unngå å forstyrre for store deler av leirvolumet, bør brønnene ha minst mulig diameter. Det anbefales derfor å installere sammenpressede saltstaver med 5-10 kg KCl/m.

Figur 11 kan benyttes for å estimere mengde KCl per m³ stabilisert leire for ulike senteravstander for å vurdere kostnader før videre prosjektering. Kurvene viser hvor mange kg KCl som tilsettes per m³ leire for brønner med henholdsvis 5 og 10 kg KCl/m brønn. Dess større senteravstand, dess færre brønner, og dess mindre mengde KCl tilsettes leirvolumet. Det understrekes at det vil ta lenger tid å stabilisere hele leirvolumet mellom saltbrønner med en senteravstand på 3 m enn på 2 m.

Figur 11: Nødvendig mengde KCl/m3 stabilisert leire ved ulike senteravstander.

Bestandighet

Omrørt skjærfasthet øker med økende saltinnhold i leiras porevann. Saltinnholdet i kvikkleirer er som oftest lavere enn 2 g/L (Rosenqvist 1977; Torrance 1979). Basert på data fra Ulvensplitten og Dragvoll, så er den saltstabiliserte leira ikke et sprøbruddmateriale (c_u,r> 2 kPa) så lenge saltinnholdet i leira mellom saltbrønnene er større enn cirka 3 g/L (Helle et al. 2017).

Etter hvert tømmes saltbrønnene for salt, og den saltstabiliserte leira utsettes for utvasking. Selv om saltinnholdet minker til under 2 g/L i den utvaskede saltstabiliserte leira, så forblir den omrørte skjærfastheten høyere enn 1 kPa på grunn av varig endret porevannskjemi. Geokjemiske simuleringer der saltstabilisert leire ble utsatt for utvasking over en tidsperiode på 100 år viste at porevannet hadde et KMgCa-forhold på cirka 80 % og et saltinnhold på 20-30 g/L etter endt utvasking (Helle et al. 2021). Saltstabilisert leire fra Dragvoll og Ulvensplitten med tilsvarende porevannskjemi hadde c_u,r> 4 kPa. Det er imidlertid usikkert hvor lang tid det tar før den saltstabiliserte leira får en omrørt skjærfasthet under 2 kPa (grense for klassifisering som sprøbruddmateriale etter NVE 1/2019). Med mindre annet kan dokumenteres, så må saltstabilisert leire derfor betraktes som et sprøbruddmateriale.

Den omrørte skjærfastheten får en varig økning til minimum 1 kPa. Saltstabilisering betraktes som permanent sikring mot utviklingen av store retrogressive (bakovergripende) skred.

Miljøulemper

Salt skader vegetasjonen. Det må derfor påses at utslipp av KCl på terrengoverflaten unngås under installasjon, se figur 12. Dersom det benyttes KCl-slurry, så må boreslammet samles opp i egne tanker.

Slam fra forboringen må forhindres fra å renne ut i vassdrag.

KCl-brønner skal ikke installeres i nærheten av grunnvannsreservoar eller drikkevannskilder. Grenseverdi for klorid i drikkevann er 250 g/L (drikkevannsforskriften, 2016). Mattilsynet anbefaler en øvre grense på 200 mg/L for å unngå dårlig smak på vannet. Saltet vil med tiden spre seg også utenfor det saltstabiliserte området. Utlekking fra det saltstabiliserte området bør simuleres for å finne nødvendig avstand fra drikkevannskilder.

Dersom saltet lekker ut i elver og bekker, så vil saltet transporteres bort fra området. Installasjon av saltbrønner i områder der saltet kan akkumulere i innsjøer eller grunnvannsreservoar bør unngås. Simulering av utlekking vil kunne avdekke risikoen for forurensning av drikkevannskilder.

Klorid vil over tid nå fram til terrengoverflaten i skråningen. Dette vil være små mengder over tid som vil bli vasket vekk av nedbør. Det antas derfor at salt installert i ferdige brønner ikke vil medføre skade på vegetasjonen. Risikoen for at større mengder salt lekker ut av det saltstabiliserte området øker dersom det er permeable vannførende lag i leiravsetningen.

Installasjonsarbeidene skal ikke komme til skade for kulturminner (kulturminneloven, 2018). Kulturminner må kartlegges for å bestemme plassering av saltbrønnene.

Figur 12: Ved bruk av saltslurry må boreslammet samles opp for å unngå forurensning på terrengoverflaten. (Foto: Tonje Eide Helle, Statens vegvesen)

Relevante moduler

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

Videre lesning og referanser

Drikkevannsforskriften. Forskrift 22. desember 2016 nr. 1868 om Forskrift om vannforsyning og drikkevann.

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

Hamel B., Strand S.A., Kjøsnes A.J., Kvennås M. og Bache B.K.F. (2019) Saltstabilisering av kvikkleire – Arbeidspakke 2: Kost-nytte og miljø. Oslo: Vegdirektoratet. Tilgjengelig fra: Brage - Statens vegvesen: Saltstabiliering av kvikkleire, SAK - Arbeidspakke 2: Kost-/nytte og miljø (unit.no) (Hentet: 26. oktober 2022)

Helle, T.E. (2017) Quick-clay landslide mitigation using potassium chloride. Doktoravhandling. Trondheim: Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet.

Helle, T.E., Aagaard, P. og Nordal, S. (2017) In-situ improvement of highly sensitive clays by potassium chloride migration. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ASCE, volum 143 (10). Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering ASCE, volume 143 (10), doi: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001774

Helle T.E. (2019) Stabilisering av kvikkleirer med kaliumklorid - Langtidseffekt Ulvensplitten og Dragvoll. Statens vegvesen rapport nr. 223. Oslo: Vegdirektoratet. Tilgjengelig fra: https://vegvesen.brage.unit.no/vegvesen-xmlui/handle/11250/2725174 (Hentet 26. oktober 2022)

Helle T.E., Kirkevollen O.V., Bache B.K.F. og Le T.M.H. (2019) Saltstabilisering av kvikkleire – Arbeidspakke 1: Installasjonsmetoder. Oslo: Vegdirektoratet. Tilgjengelig fra: https://vegvesen.brage.unit.no/vegvesen-xmlui/handle/11250/2725161 (Hentet fra: 26. oktober 2022)

Helle T.E. (2021) Saltstabilisering av kvikkleire – Arbeidspakke 3: Evaluering og anbefalinger. Oslo: Vegdirektoratet. Tilgjengelig fra: https://vegvesen.brage.unit.no/vegvesen-xmlui/handle/11250/2725174 (Hentet: 26. oktober 2022)

Kulturminneloven. Lov 9. juni 1978 nr. 50 om kulturminner.

Norsk Geoteknisk Forening (NGF) (2012) Veiledning for grunnforsterkning med kalksementpeler. Oslo: Norsk Geoteknisk Forening.

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

Polemio, M. og Rhoades, J.D. (1977) Determining cation exchange capacity: A new procedure for calcareous and gypsiferous soils. Soil Science Society of America Journal 41(3): 524–527. doi: 10.2136/sssaj1977.03615995004100030018x.

Rosenqvist, I.T. (1946) Om leirers kvikkaktighet. Meddelelsen fra Vegdirektøren nr. 3. Oslo: Statens vegvesen.

Rosenqvist, I.T. (1977) A general theory for quick clay properties, i Rosenqvist, I.T. (red.). Proceedings of the 3rd European Clay Conference. Oslo: Nordic Society for Clay Research, s. 215-228.

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

Torrance, J.K. (1979) Post-depositional changes in the pore water chemistry of the sensitive marine clays of the Ottawa area, eastern Canada. Engineering Geology 114(2-3), 135-147. Doi: 10.1016/0013-7952(79)90081-4

Wang, Q., Li, Y. og Klassen, W. (2005) Determination of Cation Exchange Capacity on Low to Highly Calcareous Soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis 36(11-12): 1479-1498. doi: 10.1081/CSS-200058493

Videre lesning

Eggestad, A. og Sem, H. (1976) Stability of excavations improved by salt diffusion from deep wells. Proceedings of the 6th European conference on soil mechanics and foundation engineering, Vienna, Austria. Austria: ISSMFE Austrian National Committee, s. 211-216.

Folkehelseinstituttet (u.å.) Kjemiske og fysiske stoffer i drikkevann. Tilgjengelig fra: https://www.fhi.no/nettpub/stoffer-i-drikkevann/kjemiske-og-fysiske-stoffer-i-drikkevann/kjemiske-og-fysiske-stoffer-i-drikkevann/ (Hentet: 08.09.2019).

Helle, T.E., Nordal, S, Aagaard, P. og Lied, O.K. (2016) Long-term effect of potassium chloride treatment on improving the soil behavior of highly sensitive clay — Ulvensplitten, Norway. Canadian Geotechnical Journal 53(3), 410-422. doi: 10.1139/cgj-2015-0077

Moum, J., Løken, T. og Torrance, J.K. (1971) A geochemical investigation of the sensitivity of a normally consolidated clay from Drammen, Norway. Géotechnique 21(4), 329-340. doi: 10.1680/geot.1971.21.4.329.

Moum, J., Sopp, O.I. og Løken, T. (1968) Stabilization of undisturbed quick clay by salt wells. Väg- och vattenbyggaren no. 8. Tilgjengelig i NGI-publikasjon nr. 81. Oslo: Norges Geotekniske Institutt.

Modul K2.304: Saltstabilisering – Prosjektering