Preliminary Design For Seepage Remediation at a Small, Remote Dam – Case Study of Lac La Ronge Dam in Northern Saskatchewan

Ryan Kozun, Allen Kelly, Imteaz Bhuiyan, Jasyn Henry

In the proceedings of: GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Dams and Embankments

ABSTRACT: The geotechnical challenges associated with aging infrastructure are forefront to an owner of 69 dams. The dam in this case study, Lac La Ronge Dam, was constructed in 1966 with a core constructed of locally sourced silty soils and a rock-fill shell. During annual inspections in the spring of 2017, Water Security Agency (WSA) staff identified three significant depressions in the crest of the dam. A subsequent geotechnical investigation confirmed evidence of piping which triggered an emergency response. Temporary measures were deployed to slow seepage while a permanent remediation could be designed and implemented. Clifton Associates Ltd. was retained to complete the remedial design work including: (a) preliminary design; (b) field investigation, (c) final design, and; (d) construction supervision. Five remedial options were considered: (i) grout curtain, (ii) vibro-compaction, (iii) geomembrane installation downstream of the dam core, (iv) slurry wall, and (v) soil mixing. After assessing these options, the recommended approach was to implement a seepage cutoff using proven technologies for the known site conditions. Conceptual designs were developed for two options: (1) downstream geomembrane cutoff and (2) sheet pile and grout curtain cutoff. A detailed field investigation program consisting of geophysical surveys, drilling, instrumentation installation, packer testing and tracer dye testing was completed to characterize the site. The objectives of the investigation were to obtain soil samples to characterize the subsurface, delineate the seepage area, define the groundwater conditions, and refine the geotechnical design parameters. Remediation work is scheduled for summer, 2019. This paper will discuss the case study of the Lac La Ronge Dam, from construction of the dam to the chosen remedial design.

RÉSUMÉ: Les défis géotechniques associés au vieillissement des infrastructures sont au premier plan pour un propriétaire de 69 barrages. Le barrage dans cette étude de cas, le barrage du lac La Ronge, a été construit en 1966 avec un noyau constitué de sols limoneux d'origine locale et d'une coquille d'enrochement. Lors des inspections annuelles tenues au printemps 2017, le personnel de la Water Security Agency (WSA) a identifié trois dépressions importantes dans la crête du barrage. Une enquête géotechnique ultérieure a confirmé la présence de tuyauterie qui a déclenché une intervention d'urgence. Des mesures temporaires ont été déployées pour ralentir les infiltrations, tandis que des mesures correctives permanentes conception corrective, notamment: (a) la conception préliminaire; (b) enquête sur le terrain, (c) conception finale, et; d) supervision de la construction. Cinq solutions ont été envisagées: (i) un rideau de coulis, (ii) un compactage vibrant, (iii) une installation de géomembrane en aval du noyau du barrage, (iv) un mur de suspension, et (v) un mélange de sol. Après technologies éprouvées pour les conditions de site connues. Des concepts ont été développés pour deux options: (1) coupure de géomembrane en aval et (2) coupure de rideau de palplanches et de coulis. Un programme d'investigation sur le terrain détaillé comprenant des levés géophysiques, des forages, l'installation d'instruments, des tests d'emballeurs et de colorants traceurs a été achevé pour caractériser le site. Les objectifs de l'enquête étaient d'obtenir des échantillons de sol pour caractériser le sous-sol, délimiter la zone d'infiltration, définir les conditions des eaux souterraines et affiner les paramètres de conception géotechnique. Les travaux d'assainissement sont prévus pour l'été 2019. Cet article abordera l'étude de cas du barrage du lac La Ronge, depuis la construction du barrage jusqu'à la conception d'assainissement choisie.

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