Highway 66 Embankment on Soft Ground – Design, Construction and Long-Term Monitoring: A Case Study

ABSTRACT: Highway embankment construction in Northern Ontario often involves the placement of fill over soft ground comprised of thick cohesive deposits. The embankments must satisfy relatively stringent post-construction settlement criteria. Consequently, the understanding of soil compressibility properties is critical in the design of such embankments to ensure long-term performance. A case study of an approximately 3.5 m high embankment associated with the realignment of Highway 66 near Virginiatown, Ontario is examined herein. The realigned Highway 66 was constructed under Ministry of Transportation of Ontario (MTO) Contract 2015-5121 and was opened to motorists in the Fall of 2017. The design of the embankment involved sub-excavation of peat, installation of prefabricated geosynthetic (wick) drains through an up to about 17 m thick deposit of clayey silt to clay, and staged embankment construction with surcharging to achieve the settlement performance criterion of the highway. The settlement and pore water pressure of the cohesive deposits are being monitored and indicate that the embankment settled in excess of 2 m during construction. Cone penetration testing (CPT), in-situ field vane tests and soil sampling within/near the footprint of the embankment were also carried out near the end of construction to allow for a comparison between compression parameters (primary and secondary) estimated from standard testing of the clay during the design phase of the project and higher complexity testing completed post-construction. The data from the on-going field instrumentation monitoring program and laboratory long-term consolidation testing to assess secondary compression (creep) is also discussed as an area of further research.

RÉSUMÉ: La construction de remblais pour les routes du nord de l'Ontario implique souvent la mise en place de remblais sur un sol meuble constitué de dépôts cohérents épais. Ces remblais doivent satisfaire des critères de tassement rigoureux après la construction. Par conséquent, une compréhension des propriétés de compressibilité du sol est essentielle dans la conception de tels remblais afin d’assurer leur performance à long terme.  Une étude de cas d'un remblai d’une épaisseur d'environ 3,5 m associé au réalignement de la route 66 près de Virginiatown, en Ontario, fait l’objet du présent article. La route 66 a été réaménagée en vertu du contrat 5121 du ministère des Transports de l'Ontario (MTO) et a été ouverte aux automobilistes à l'automne 2017. La conception du remblai impliquait l’excavation de la tourbe et l'installation de drains verticaux préfabriqués géo-synthétiques (wick drains) jusqu'à une profondeur d’environ 17 m dans une couche d’argile et de silt argileux, ainsi que la mise en place par étape du remblai avec surcharge afin d’atteindre le critère de tassement de l'autoroute. Le tassement et la pression d'eau interstitielle des dépôts cohérents ont été surveillés et indiquent un tassement de plus de 2 m pendant la construction. Des essais de pénétration au cône (CPT), des essais au scissomètre de chantier, et des prélèvements de sol à l'intérieur du remblai ont également été effectués vers la fin de la construction. Ceci a permis une comparaison entre les paramètres de compression (primaire et secondaire) de l'argile utilisés pendant la phase de conception aux paramètres obtenus au moyen de tests plus complexes effectués après la construction. La collecte des données du programme de surveillance des instruments sur le terrain, ainsi que les essais de consolidation à long terme en laboratoire en cours sont également discutés pour évaluer la compression secondaire (fluage).