Sustained Capacity of Friction Piles in a Clay Deposit Treated by Electro-Osmosis: Observations over Five Decades

ABSTRACT: The 178 m long, three-span Pic River Bridge near Marathon, Ontario is founded on relatively short friction piles driven into an 18 m deep soft to firm varved silty clay layer underlain by over 70 m of stratified silt and silty fine sand deposits under a maximum 6 m of artesian head. Due to the artesian pressure at depth, the capacity of long friction piles driven into the silt and sand deposits was determined by load testing to be significantly less than that of short friction piles installed within the clay deposit. The original foundation design in 1959 was therefore based on 16.5 m long friction piles installed within the clay deposit. The clay properties were improved by applying electro-osmotic treatment at the two piers and east abutment. The electro-osmotic treatment doubled the ultimate pile capacity from 300 to 600 kN per pile. Subsequent load tests on selected piles conducted from 1961 to 1992 indicated that the increased pile capacities were being sustained. Rehabilitation of the bridge involving a superstructure replacement was carried out in 2015 and 2016 along with settlement monitoring of the existing foundations. Static pile load tests were conducted on selected piles in 2013 to confirm that the pile capacities have not diminished with time. The results indicate that the pile capacity improvements achieved by the electro-osmotic treatment of the clay have been sustained over a 54-year period. Static cone penetration tests and shear vane tests were also undertaken near the test piles to assess the improvement of clay properties due to the electro-osmotic treatment. Pre-rehabilitation settlement analyses predicted negligible immediate settlement and 10 to 20 mm of long-term settlement in 25 years. The monitoring data collected between 2015 and 2017 indicated generally less than 5 mm of settlement at abutments and piers.

RÉSUMÉ: Le pont de la rivière Pic à trois travées de 178 m de long, près de Marathon, en Ontario, est fondé sur des pieux de friction relativement courts enfoncés dans une couche d'argile molle à ferme de 18 m de profondeur reposant sur plus de 70 m de dépôts de limon stratifié et de sable fin limoneux sous un maximum de 6 m de tête artésienne. En raison de la pression artésienne en profondeur, la capacité des longs pieux à friction enfoncés dans les dépôts de limon et de sable a été déterminée par les tests de charge comme étant nettement inférieure à celle des pieux à friction courts installés dans le dépôt d'argile. La conception originale de la fondation en 1959 était donc basée sur des pieux de friction de 16,5 m de long installés dans le gisement d'argile. Les propriétés de l'argile ont été améliorées en appliquant un traitement électroosmotique aux deux piliers et au pilier est. Le traitement électroosmotique a doublé la capacité ultime de la pile de 300 à 600 kN par pile. Des tests de charge ultérieurs sur des pieux sélectionnés effectués de 1961 à 1992 ont indiqué que l'augmentation des capacités des pieux se maintenait. La réhabilitation du pont impliquant un remplacement de la superstructure a été réalisée en 2015 et 2016 ainsi que le suivi de la colonisation des fondations existantes. Des tests statiques de charge de pieux ont été effectués sur des pieux sélectionnés en 2013 pour confirmer que les capacités des pieux n'ont pas diminué avec le temps. Les résultats indiquent que les améliorations de la capacité du pieu obtenues par le traitement électroosmotique de l'argile se sont maintenues sur une période de 54 ans. Des tests statiques de pénétration au cône et des tests avec des aubes de cisaillement ont 2 également été effectués près des pieux pour évaluer l'amélioration des propriétés de l'argile due au traitement électroosmotique. Les analyses de peuplement avant la réhabilitation ont prédit un peuplement immédiat négligeable et 10 à 20 mm de peuplement à long terme en 25 ans. Les données de surveillance collectées entre 2015 et 2017 indiquent généralement moins de 5 mm de tassement au niveau des culées et des piles.