Highway 400 and Highway 89 Underpass Bridge Replacement - Evaluation of Pile Load Tests: A Case Study

ABSTRACT: As part of the widening of Highway 400 through Innisfil, Ontario, the existing bridge carrying Highway 89 over Highway 400 was replaced with a new, longer bridge under Ministry of Transportation, Ontario (MTO) contract 2018-2024. The abutments and pier were designed to be supported by steel HP 310x110 piles driven to a competent stratum. Unlike the new bridge, the existing bridge was founded on shallow foundations and did not offer any insight on the geotechnical resistance or performance of deep foundations at this site. Given the lack of site-specific information on deep foundations in this area and the predicted relatively low axial geotechnical resistance for driven steel piles based on empirical methods, a full-scale static pile load test was carried out on a pre-production test pile, Dynamic testing using the Pile Driving Analyzer (PDA) was carried out during the pile installation. The pile load test revealed that the test pile driven to the original design pile tip elevation did not achieve the design pile capacity. The test pile was therefore driven deeper into "100 blow" glacial till deposit and re-tested. This paper provides a summary of the static pile load test, together with the results from the Pile Driving Analyzer (PDA) carried out during the test pile installation, and a comparison to the geotechnical resistances estimated using several design methods. The paper also includes a discussion on additional subsurface investigation and testing undertaken following completion of the static pile load test to gain a better understanding of the subsurface conditions at the test pile location and correlate these data with the results of the static pile load test. This additional investigation included an SPT-sampled borehole, sonic drilling, and piezocone (CPT) testing. Excess porewater pressure measurements (including peak values and rates of dissipation) were also measured adjacent to the test pile.

RÉSUMÉ: Dans le cadre de l'agrandissement de l'autoroute 400 à Innisfil, en Ontario, le pont existant reliant l'autoroute 89 au-dessus l'autoroute 400 a été remplacé par un nouveau pont plus long, en vertu d'un contrat du ministère des Transports de l'Ontario (MTO). Les culées et les piliers du pont ont été conçus pour être supportés par des pieux en acier HP 310x110, battus jusqu’à un substratum compétent. Contrairement au nouveau pont, le pont existant repose sur des fondations superficielles, et ne donne pas d’appréciation de la résistance ou de la performance géotechnique des fondations profondes à ce site. Compte tenu du manque d'informations sur la performance des fondations profondes spécifiques au site, et d’une résistance géotechnique axiale relativement faible selon les prédictions avec méthode empiriques pour les pieux en acier battus, un essai de chargement statique à pleine échelle a été effectué sur un pieu d'essai préproduction qui avait été assujetti à un essai dynamique lors de l’installation. L'essai de chargement statique a révélé que le pieu d'essai battu jusqu’à l'élévation de la pointe prévue lors de la conception initiale n'avait pas atteint la capacité de conception, même après la « mise en place » du pieu après plusieurs jours. Ainsi, le pieu d'essai a été battu plus profondément dans le dépôt de till dit des «100 coups » et testé de nouveau, afin d’appuyer une conception révisée pour les pieux de production. Cet article présente un résumé de l'essai de chargement statique et dynamique (PDA) des pieux et de l’utilisation de la formule de battage des pieux de Hiley effectués lors de l'installation des pieux, ainsi qu'une comparaison entre les résistances géotechniques estimées à l'aide de différentes méthodes de conception. L'article comprend également une discussion sur les investigations et les tests supplémentaires entrepris après l’essai de chargement statique. Ces tests supplémentaires ont été effectués afin d’avoir une meilleure compréhension des conditions souterraines à l'emplacement du pieu d'essai, et corréler les données récoltées avec les résultats du chargement statique. Cette investigation supplémentaire comprenait des essais de pénétration standard (SPT), du forage sonique et des essais de pénétration au piézocône (CPT). Les mesures d’excès de pression interstitielle, incluant les valeurs maximales et les taux de dissipation, enregistrées à l’aide des piézomètres à corde vibrante installée à côté du pieu d'essai seront présenté et feront aussi parti des discussions de cet article.