Prevention of Internal Erosion by Cut-Off Walls in River Embankments on the Upper Rhine

Prévention de l’érosion interne par des murs parafouilles dans les digues du Rhin supérieur

Bundesanstalt für Wasserbau – Federal Waterways Engineering and Research Institute, Institut Fédéral Allemand d’Études et de Recherches des Voies Navigables Kussmaulstrasse 17, 76187 Karlsruhe, Germany
email : bernhard.odenwald@baw.de ; email : kerstin.ratz@baw.de

Abstract

Between 1928 and 1971, a total of 10 barrages including river embankments with a height of up to approx. 10 m were erected on the Upper Rhine between Basel and Karlsruhe. The river embankments were constructed using local building materials : the shells consists of sandy gravel, and the cores of a silty material (alluvial loam). The in-situ sandy gravels in the Upper Rhine region show a pronounced grain-size gap for coarse-grained sand and fine gravel which is why they are not resistant to suffosion. This lack of suffosion resistance affects both the ground below the river embankments and their shells. Furthermore, the filter stability of the silty soil material used in the cores is not sufficient to filter the sandy gravels of the ground below the embankments and/or their shells. Immediately after flooding of the impoundments, the exit of seepage water was observed on the downstream embankment slopes. Due to the embankment material’s lack of suffosion resistance and filter stability this caused a loss of soil in certain areas. To improve the situation, and working from the crest downwards, cut-off walls (diaphragm walls, injection walls and sheet pile walls) were subsequently driven into the river embankments over long stretches. These increase the length of the seepage path, thus reducing the hydraulic gradients in the embankment and the ground. The resulting reduction of the seepage forces reduces the risk of internal erosion. The efficiency of the cut-off walls embedded in the embankments subject to seepage depends on the overall ground situation and the groundwater flow characteristics on the one hand, and on the walls’ resistance to geohydraulic load on the other hand.

Résumé

Entre 1928 et 1971, dix barrages ont été construits dans le Rhin supérieur entre Bâle et Karlsruhe avec des digues latérales d’hauteurs allant jusqu’à 10 mètres environ. Ces digues ont été réalisées avec des matériaux du sol local : les flancs avec des graviers sableux et le cœur des digues avec des matériaux silteux (limon alluvial). Dans le Rhin supérieur, les graviers sableux en place ont une granulométrie discontinue marquée en ce qui concerne les sables grossiers et les graviers fins et ne résistent pas à la suffosion. Ce manque de résistance à la suffosion affecte aussi bien le sous-sol des digues que leurs flancs. De plus, les graviers sableux du sous-sol et/ou des flancs des digues ne garantissent pas une stabilité du filtre suffisante par rapport au sol silteux au cœur des digues. Immédiatement après la mise en eau, des sorties d’eau ont été observées sur les pentes aval des digues. Etant donné le manque de résistance à la suffosion et de stabilité de filtre du matériau des digues, ceci a entraîné des pertes de sol dans certaines zones. Pour améliorer la situation, des murs parafouilles (parois moulées, parois d’injection et murs de palplanches) ont donc été introduits dans les digues, a posteriori et depuis les crêtes, sur de larges sections. Ceux-ci prolongent le trajet d’infiltration et permettent une réduction des gradients hydrauliques dans la digue et dans le sous-sol. L’affaiblissement des forces d’écoulement qui en résulte contribue, de plus, à réduire les risques de transport de matériaux. L’efficacité des murs parafouilles placés dans les digues soumises à infiltration dépend, d’un côté, des conditions du sous-sol et de celles de l’écoulement des eaux souterraines, et de l’autre, de la stabilité des murs par rapport aux contraintes géohydrauliques.