Ground Improvement - County Rd 2/34 and Hwy 401 Underpass

ABSTRACT: The design and construction of the approach embankments related to a bridge replacement at the County Rd 2/34 and Highway 401 underpass located in Lancaster, Ontario will be presented in this paper and is demonstrative of the Ministry of Transportation's (MTO) commitment to assess new technologies and applications that support ministry initiatives and operational needs. The existing structure, built in 1963, has been replaced with a four lane, two-span structure with a shift in the alignment immediately to west of the existing alignment with the new embankments overlapping the existing east embankment slopes. The new embankments are about 8 m in height. The new bridge abutments and pier are supported on H-Pile foundations driven to bedrock. The subsurface conditions consist of a surficial layer of fill and/or topsoil (with some localized peat) underlain by a 9 to 10 m thick compressible and sensitive clay deposit underlain by relatively thin deposits of glacial till and/or sand and gravel over limestone bedrock. The historical embankment loading has led to settlement of the embankments in the order of 1.5 m since the original construction. This paper describes the engineering process that culminated with the need for a ground modification alternative to mitigate settlement and embankment stability concerns and the preparation of the contract package that included a performance-based Ground Improvement Special Provision with the requirements for the design, construction and monitoring by a specialty Contractor as a design-build package. The Contractor's design included Controlled Modulus Columns (CMC) and wick drains complemented with a monitoring program consisting of multi point borehole extensometers, settlement plates, vibrating wire piezometers and shape accelerometer arrays.

RÉSUMÉ: La conception et la construction des remblais d'approche relatifs au remplacement d'un pont au passage inférieur à l’intersection de la route de comté 2/34 et de l'autoroute 401 situés à Lancaster, en Ontario, démontrent l'engagement du ministère des Transports (MTO) à évaluer les nouvelles technologies et applications qui appuient ses initiatives et ses besoins opérationnels. La structure existante, construite en 1963, sera remplacée par une structure à quatre voies et à deux travées avec un décalage de l'alignement vers l'ouest de la structure existante (immédiatement adjacent à l'alignement existant) avec les nouveaux remblais chevauchant la pente du remblai est existant. Le nouveau remblai élargi à une hauteur d'environ 8 m et une largeur variante de 15 à 20 m à la crête pour accommoder ce décalage. Les nouvelles culées et piliers du pont sont soutenus par des pieux battus de type ‘H’. Les conditions souterraines à l'emplacement de l'alignement proposé du passage inférieur de la route de comté 2/34 consistent en une couche superficielle de remblai et/ou de terre végétale (avec tourbe à certains endroits), reposant sur un épais dépôt d'argile compressible et sensible. L'argile repose sur des dépôts relativement minces de till et/ou de sable et gravier sur un socle rocheux constitué de calcaire. La charge induite par le remblai d’approche existant sur le dépôt d'argile sensible et compressible profond a engendré de très grands tassements depuis la construction originale du remblai. Ces tassements ont mené à un inclinement des culées de l'ouvrage existant vers les remblais d'approche. Pour la composante conception-construction du contrat 2018-4018, l'entrepreneur a sélectionné une combinaison de plusieurs méthodes. Afin de satisfaire aux exigences de performance strictes en matière de tassement et de stabilité globale (statique et sismique) dans le contrat de construction, les colonnes à module contrôlé (CMC) et les drains verticaux ont été utilisés sous les nouveaux remblais d'approche nord et sud. Cet article décrit le processus d'ingénierie qui a conduit à la nécessité d'une alternative d’amélioration des sols et à la préparation d’un contrat incluant une disposition spéciale d'amélioration du sol basée sur la performance avec les exigences pour la conception, la construction, ainsi que la surveillance et les études avant et après la construction. Le programme de surveillance de l'entrepreneur comprenait des extensomètres de forage sur plusieurs points, des plaques de tassement, des piézomètres à corde vibrante et des réseaux d'accéléromètres de forme. En outre des sujets énumérés ci-haut, cet article traite également de la construction et de la supervision effectuées pendant la construction pour le projet.