Case Study of a 20m High MSE Wall Founded on Clearwater Formation Clays

Rod Kostaschuk, Blair Garinger, Peter Hsieh, Ed McRoberts, Robert Cameron, Osama Safaqah

In the proceedings of: GeoRegina 2014: 67th Canadian Geotechnical Conference

Session: Mining Geotechnics

ABSTRACT: A case study on the design and construction of a Mechanically Stabilized Earth Retaining Wall founded on over 30m of Clearwater Formation Clays is presented. The Reinforced Earth® steel strip retaining wall was 20m high and required to support 400-Ton Payload Haul Trucks dumping into a hopper for crushing. Previous case records indicated challenges in obtaining wall heights in this order and difficulties in selecting input parameters. Both FLAC analysis and limit equilibrium analyses were used to confirm the final design, which involved 80m long steel strips to protect against internal and global instability, along with up to a 15m deep incised shear key backfilled with both granular fill and compacted lean oil sand. Where excavation for a shear key was restricted due to the proximity of the toe of an adjacent dam, the wall was supported by a grid of reinforced concrete piles used as shear dowels through the weak planes in the Clearwater Formation. The paper discusses: the range in soil parameters considered, the practical considerations of mapping slickensided zones, the use of shear wave velocity data with considerable range, the selection of two primary movement zones based on experience, the strain-weakening material used in the model, and how this data fits within two other case records. The predicted versus measured wall movements are presented as well as additional geotechnical instrumentation data collected during construction. Back analysis of measured ground movements during construction of the wall are completed to further assess geotechnical parameters. Although case histories are not directly transferrable from site to site and geotechnical parameters for specific facies of the Clearwater will vary, the presentation of this case history is intended to share valuable geotechnical information in the spirit of facilitating safer and more efficient designs for future infrastructure development in the oil sands.

RÉSUMÉ: Une étude de cas portant sur la conception et la construction d'un mur de déchargement en terre armée construit sur plus de 30 m d™argiles de la Formation de Clearwater est présentée. Ce mur d™une hauteur de 20 m est armé de bandes métalliques et conçu pour reprendre les charges exercées par des camions déversant leur charge utile de 400 tonnes dans un concasseur. Des cas précédents ont fait état des défis associés à la construction de murs d™une telle hauteur et des difficultés rencontrées dans le choix de paramètres d™analyse appropriés. Des analyses de stabilité aux états limites et de type FLAC ont été effectuées pour la conception finale, laquelle comprend des bandes métalliques d™une longueur de 80 m pour empêcher une rupture interne ou globale par cisaillement, de même qu™une clé de stabilisation mécanique d™une profondeur de 15 m constituée de remblais compactés en enrochement ou de sable bitumineux à faible teneur en bitume. Aux endroits ne permettant pas la réalisation d™excavations pour la mise en place d™une clé de stabilisation due à la présence d™une digue à proximité, des pieux ont été utilisés pour goujonner les plans de rupture retrouvés dans la Formation Clearwater. L™article traite de la gamme de paramètres de sol considérés, de considérations pratiques quant à la cartographie des zones pré-cisaillées, l™utilisation de données d™une grande variabilité sur la vitesse des ondes de cisaillement, la sélection de deux zones préférentielles des mouvements sur la base d™expérience, la dégradation des matériaux dans la modélisation, ainsi que de la façon dont toutes ces données se comparent à deux cas antérieurs. Les déformations du mur prédites par la modélisation sont comparées à celles mesurées bien que le cas de conception de base ne s™est pas encore matérialisé, soit la saturation complète des matériaux granulaires de la clé de stabilisation. Les données issues de l™instrumentation géotechnique et récoltées pendant la construction sont présentées, de même que les résultats des analyses à rebours effectuées pour mieux caractériser les paramètres de sol. Malgré que tous les sites ne sont pas directement comparables et que des variations sont attendues dans les propriétés géotechniques des sous-couches de la Formation Clearwater, cette étude de cas est néanmoins présentée afin de partager les informations géotechnique précieuses obtenues dans le cadre de ce projet et ce, dans le but de faciliter la conception future d™ouvrages sécuritaires et efficaces dans le domaine des sables bitumineux.

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