Bridge Embankment Stabilization in Deep Soft Lacustrine Clays Under High Artesian Pressures

Jon Friesen, Dami Adedapo, R.M. Kenyon, Ruth J. Eden

In the proceedings of: GeoManitoba 2012: 65th Canadian Geotechnical Conference

Session: T2B - Slope Stability

ABSTRACT: This paper details the modeling, design, and implementation of stabilization measures of the west embankment of the Manitoba Infrastructure and Transportation (MIT) Letellier Bridge crossing of the Red River in southern Manitoba. Those measures included an array of closely spaced large diameter pipe piles, slope re-grading, and the use of cellular concrete lightweight fill. Stratigraphic conditions were dominated by forty-three (43) metre thick residual strength high plasticity glacio-lacustrine clays in a section of the Lake Agassiz basin that is also dominated by very high artesian pressures in the underlying limestone bedrock aquifer. The pipe pile array, driven through the clay and anchored 5 m into till, are considered a passive support system and are only engaged when soil movement occurs and lateral loads are imposed on the piles. Therefore the stress strain behaviour of the reinforced bank and consequent movements of the embankment governed versus a conventional limit equilibrium design. As well, the skin friction between the pile wall and clay was known to be low such that the spacing of the piles had to ensure bridging was occurring. Design of the slope stability measures were completed using a fully coupled finite element based seepage/effective-stress/stability model. A comprehensive construction stability monitoring program using piezometric monitoring data as input into the slope stability model was carried out during construction. The results of the fully coupled design model and the construction stability monitoring model are compared.

RÉSUMÉ: culée ouest du pont de Letellier appartenant à Infrastructure et Transports Manitoba (MIT) traversant la rivière Rouge dans le sud du Manitoba. Ces mesures ont comprit d'une série de piliers tubulaires de grand diamètre peu espacé, des ajustements à l'inclinaison de la pente, et l'utilisation de béton mousse léger comme matière de remblayage. Les conditions stratigraphiques ont été dominées par quarante trois (43) mètre d'épaisseur d'argiles glacio-lacustres à résistance résiduelles et haute plasticité dans une section du bassin du lac Agassiz qui est également dominé par de très hautes pressions artésiennes dans l'aquifère calcaire sous-jacent. Les piliers qui ont été conduit à travers l'argile et ancré à 5 m de prefondeur dans le till, sont considérés comme un système de soutien passif et ne sont engagées qu'au moment ou un mouvement du sol se produit et les forces latérales sont imposées sur les piliers. Par conséquent, le comportement contrainte-déformation des mouvements de la pente et les movements conséquent de la butée ont dérigés la conception et non l'équilibre limite conventionnelle. Et aussi, la friction entre les parois des piliers et de l'argile était connu comme étant faible, telle que l'espacement des piliers devaient assurer qu'un pontage existait. La conception des mesures de stabilité des pentes a été achevés en utilisant un modèle d'infiltration/contrainte-effictif/stabilité basé sur une méthode d'analyse par élément finis entièrement couplé. Un programme comprehensif de surveillance de la stabilité, utilisant les données piézométriques comme entrée dans le modèle la stabilité des pentes, a été réalisée lors de la construction. Les résultats du modèle de conception entièrement couplé et les résultats du programme de surveillance de la stabilité durant la construction sont comparés.

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