53
Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project No. 0064-M06-032 Virginia Department of Transportation EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT [See attached]

EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version

Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project No. 0064-M06-032 Virginia Department of Transportation

EXHIBIT 21

GEOTECHNICAL BASELINE REPORT

[See attached]

Page 2: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

  

  

Virginia Department of Transportation  

 

FINAL GEOTECHNICAL BASELINE REPORT  

 

 

I‐64 HAMPTON ROADS BRIDGE‐TUNNEL  

EXPANSION PROJECT  

 

UNDER THE 

VIRGINIA PUBLIC‐PRIVATE 

TRANSPORTATION ACT OF 1995 

(AS AMENDED)  

STATE PROJECT NO. 0064‐M06‐032  

FEDERAL PROJECT NO. [●]  

ISSUANCE OF FINAL GBR: 

NOVEMBER 28, 2018 

Page 3: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                              November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032  i  Virginia Department of Transportation  

Table of Contents 

1.0  Introduction ...................................................................................................................................... 1 

1.1  Purpose and Scope ........................................................................................................................ 1 

1.2  Project Elements Covered by GBR ................................................................................................ 1 

1.3  Sources of Geotechnical Information ........................................................................................... 2 

1.4  Stationing and Datum ................................................................................................................... 2 

2.0  Project Description ............................................................................................................................ 4 

3.0  Previous Construction Experience .................................................................................................... 5 

3.1  Hampton Roads Project ................................................................................................................ 5 

3.2  Second Hampton Roads Bridge‐Tunnel Crossing .......................................................................... 6 

3.3   Other Projects ............................................................................................................................... 6 

4.0  Ground Characterization ................................................................................................................... 7 

4.1  Island Artificial Fill (af) ................................................................................................................... 8 

4.2  Alluvial Marine Sediments ............................................................................................................ 9 

4.2.1  Alluvial Marine Sediments – Coarse‐Grained (Qc) .............................................................. 10 

4.2.2  Alluvial Marine Sediments – Fine‐Grained (Qf) .................................................................. 11 

4.2.3  Alluvial Marine Sediments – Organic/Fat Clay (Qo) ............................................................ 12 

4.3  Yorktown Formation (Tys, Tyf) .................................................................................................... 15 

4.3.1  Yorktown Formation – Coarse‐Grained (Tys) ...................................................................... 15 

4.3.2  Yorktown Formation – Predominantly Fine‐grained (Tyf) .................................................. 16 

4.4  Eastover Formation (Tye) ............................................................................................................ 17 

4.5   Groundwater ............................................................................................................................... 18 

5.0  Design and Construction Considerations ........................................................................................ 25 

5.1  Tunnel Approach Structures ....................................................................................................... 25 

5.1.1  Stratigraphy ......................................................................................................................... 25 

5.1.2  Obstructions ........................................................................................................................ 26 

5.1.2.1  Rock Containment Dikes and Scour Protection ............................................................... 26 

5.1.2.2  Temporary Works from Previous Construction ............................................................... 27 

5.1.3  Groundwater Control .......................................................................................................... 28 

5.1.4   Gas Conditions .................................................................................................................... 28 

5.1.5   Soil pH ................................................................................................................................. 29 

5.2  Bored Tunnel .............................................................................................................................. 29 

5.2.1   Stratigraphy ......................................................................................................................... 29 

Page 4: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032  ii  Virginia Department of Transportation 

5.2.2   Break‐in/out ........................................................................................................................ 30 

5.2.3  Behavior of Soft Soils .......................................................................................................... 31 

5.2.4  Obstructions ........................................................................................................................ 32 

5.2.4.1  Rock Containment Dikes and Scour Protection ............................................................... 32 

5.2.4.2  Temporary Works from Previous Construction ............................................................... 33 

5.2.4.3  Unrecovered Equipment from Geotechnical Drilling Program ........................................ 34 

5.2.4.4  Foundations for Survey Towers ....................................................................................... 35 

5.2.5  Sticky Clay Behavior ............................................................................................................ 35 

5.2.6   Cemented Sand and Shell Zones ......................................................................................... 36 

5.2.7   Soil Abrasion Behavior ........................................................................................................ 36 

5.2.8   Gas Conditions .................................................................................................................... 37 

5.2.9   Soil pH ................................................................................................................................. 37 

5.3.2  Obstructions ........................................................................................................................ 38 

6.0  Instrumentation and Monitoring .................................................................................................... 39 

7.0  Limitations ....................................................................................................................................... 40 

8.0  References ...................................................................................................................................... 41 

APPENDIX A ‐ Boring Location Plan and Baseline Subsurface Profile ......................................................... 43 

APPENDIX B – Tunnelman’s Classification System ...................................................................................... 44 

Tables     Table 4.1  Baseline Values for Soil Index Properties and Shear Strength     Table 4.2  Baseline Values for Soil Permeability and Compressibility     Table 5.1  Location of Unrecovered Equipment from Geotechnical Drilling Program     Table 5.2  Baseline Values for Soil Abrasivity Figures       Figure 4.1  Baseline Subsurface Profile     Figure 4.2  Range of Particle Size Distribution ‐ Island Artificial Fill     Figure 4.3  Range of Particle Size Distribution‐Alluvial Marine Sediments–Coarse‐Grained      Figure 4.4     Plasticity Chart for Alluvial Marine Sediments – Fine‐Grained 

    Figure 4.5  Undrained Shear Strength v. Elevation, Fine‐Grained Alluvial Marine Sediments    Figure 4.6  Plasticity Chart for Alluvial Marine Sediments – Organic/Fat Clay     Figure 4.7  Range of Particle Size Distribution ‐ Yorktown Formation – Coarse‐Grained     Figure 4.8  Plasticity Chart for Yorktown Formation – Predominantly Fine‐Grained     Figure 4.9  Range of Particle Size Distribution ‐Eastover Formation 

    Figure 5.1  Limits of Ground Improvement Required to Support TBM in Soft Soils     Figure 5.2  Location of Unrecovered Equipment from Geotechnical Drilling Program Appendices       Appendix A     Appendix B 

Boring Location Plan and Baseline Subsurface Profile Tunnelman’s Classification System 

Page 5: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 1  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

1.0  Introduction 

The  purpose  of  this  Geotechnical  Baseline  Report  (GBR)  is  to  establish  contractual  baselines 

describing  the  anticipated  ground  conditions  to  be  encountered  during  construction  of  the 

following  elements  of  the  I‐64  Hampton  Roads  Bridge‐Tunnel  Expansion  (HRBT)  project:  the 

Tunnel Improvements. 

Capitalized  terms used  in  this GBR but not otherwise defined herein shall have  the meanings 

given to such terms in the Comprehensive Agreement. 

1.1  Purpose and Scope 

The  baselines  established  in  this  report  shall  be  used  by  the  Design‐Builders  in  proposal 

preparation  and  will  also  be  used  to  evaluate  potential  Differing  Tunnel  Improvements  Site 

Conditions encountered during construction.  To evaluate design alternatives and approaches, 

construction  means  and  methods,  selecting  equipment,  and  developing  construction  plans, 

Design‐Builders are required to read and consider the GBR, the Geotechnical Data Report (GDR), 

and all other Request for Proposal (RFP) Documents in their entirety. 

 

The geotechnical baseline conditions described in this report reflect the Department’s judgment 

of  anticipated  subsurface  conditions  and  ground  behavior  based  on  construction means  and 

methods  commonly  employed  to  complete  the  work  indicated  by  the  RFP  Documents.  In 

establishing  these  baselines,  the  Department  considered  available  geologic  and  geotechnical 

data and construction experience in similar ground conditions.  Actual conditions encountered in 

the  field  are  expected  to  be within  the  range of  conditions  discussed herein  for  purposes  of 

determining whether such conditions constitute Differing Tunnel Improvements Site Conditions 

pursuant  to  Section  4.3.2  of  the  General  Conditions  of  Contract.  However,  the  geotechnical 

baseline conditions presented in this report are not a warranty that these conditions will, in fact, 

be encountered.  Ground behavior will be influenced by, among other factors, the construction 

sequence  and  methods  employed  by  the  Design‐Builder,  as  well  as  the  Design‐Builder’s 

equipment, materials  and workmanship.    The  issuance  of  the  baselines  shall  not  relieve  the 

Design‐Builder of its responsibility for the adequacy of the subsurface investigation program with 

respect to the design and alignment of the permanent works, the design and implementation of 

construction means and methods and safety precautions and programs. 

 

1.2  Project Elements Covered by GBR 

This  baseline  report  pertains  only  to  the  tunnel,  the  boat  section  and  cut‐and‐cover  tunnel 

approach structures on the portal islands, and island expansions.  This baseline report does not 

represent conditions for other project construction elements, including the Roadway and Bridge 

Improvements.    The  Department  will  not  issue  a  GBR  covering  other  project  construction 

Page 6: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 2  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

activities.  The  baseline  report  does  not  represent  environmental  baseline  conditions  such  as 

contaminated or hazardous soils or other materials. 

 

1.3  Sources of Geotechnical Information 

Geotechnical Investigations have been performed in phases for this project, and the applicable 

data  for  the  tunnel  and  tunnel  approach  structures  is  presented  in  the  following  two 

Geotechnical Data Reports, which are included as part of the Contract: 

 

“Preliminary  Geotechnical  Data  Report  –  Hampton  Roads  Bridge  Tunnel  –  North  and 

South Islands”, prepared by ECS Mid‐Atlantic LLC and dated June 15, 2018. 

“Geotechnical Data Report  – Marine”,  prepared by  Jacobs  Engineering  and dated  July 

2018. 

 

Additional geotechnical information from within and near the HRBT location can be found in the 

historic  reports,  records  and  published  references  listed  in  Section  8.0.    The  additional 

geotechnical information includes boring logs from the original HRBT tunnel construction in the 

1950s  and  the  construction  of  the  second  HRBT  crossing  in  the  1970s.  In  addition  to  the 

geotechnical information, an archaeological survey report (AECOM, 2017) includes the results of 

geophysical  investigations performed along the tunnel alignment.   These reports, records and 

published references listed in Section 8.0 are provided as Disclosed Information to the Contract. 

 

1.4  Stationing and Datum 

All stations referred to in this report are based on the stationing established for the second bridge 

tunnel crossing in the 1970s, with the end of the northernmost tube at Station 862+57, and the 

end of the southernmost tube at Station 931+54, as shown on Drawing S‐1 of the original plans 

for Contract T‐2 (Commonwealth of Virginia, 1975). 

The project datum for horizontal control is NAD83, and all elevations referred to in this report 

are based on NAVD88. 

 

1.5  Disclosed Information and Scope Validation on Portal Islands 

The Disclosed  Information  included  in  the  Comprehensive Agreement  provides  supplemental 

data on  subsurface conditions beyond  the baselines described  in  this  report,  such as but not 

limited to, the presence of utilities, building foundations, and other site improvements.  Should 

the Disclosed Information within the perimeters of the existing North and South Islands have a 

Page 7: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 3  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

material  impact  on  the  Design‐Builder’s  means  and  methods,  Article  2.2  of  Part  4,  General 

Conditions of Contract relating to scope validation and identification of scope issues shall apply.

Page 8: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 4  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

2.0  Project Description 

The  Project  consists  of  improvements  along  approximately  nine  miles  of  the  I‐64  corridor 

between Settlers Landing Road in Hampton (Exit 267) and I‐564 in Norfolk (Exit 276).  On land, 

the Project will add a third  lane to I‐64 in each direction, with a roadway section sufficient to 

accommodate a part‐time median shoulder lane.  

The  Project  will  include  a  new  bridge‐tunnel  crossing  of  the  Hampton  Roads  waterway, 

approximately 3.5 miles long and generally parallel to the existing bridge‐tunnel crossings.  The 

new crossing will provide four additional lanes of traffic for a total of eight lanes of capacity across 

the waterway.  

The bridge‐tunnel section of the project includes the following main components: 

A new approximate 3.5‐mile‐long bridge‐tunnel parallel to the existing bridge‐tunnels; 

The tunnel may be constructed as either an immersed tube tunnel (ITT) or a bored tunnel, 

designed to carry four lanes of eastbound traffic (the existing two‐lane eastbound tunnel 

will be subsequently converted to carry westbound traffic, thereby providing four lanes 

of westbound traffic); 

Widening  of  the  existing  north  and  south  portal  islands  to  the  west  as  required  to 

accommodate the new portals and approach structures for the parallel tunnel; 

New trestle bridges connecting the mainland to each of the portal islands;  

Repairs and improvements to the existing trestle bridges; and 

Support systems, services and utilities for the new tunnel  including but not  limited to: 

tunnel  ventilation  buildings;  tunnel  ventilation  systems  and  equipment;  tunnel  and 

approach lighting; power for lighting and other tunnel electrical needs; tunnel drainage; 

fire  detection  and  alarm;  communications  (phones  and  radio  system);  fire  protection 

systems;  intrusion  detection,  supervisory  control  and  data  acquisition  (SCADA)  and 

information technology systems (ITS). 

   

Page 9: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 5  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

3.0  Previous Construction Experience 

The existing bridge‐tunnel was built in two separate projects: one in the 1950s and the second in 

the 1970s.  Both projects were built using ITT method of construction.  In addition to the original 

design  and  record  drawings  for  both  projects,  several  technical  journal  articles  describe  the 

construction of the original and second crossings in some detail; these articles are included in the 

list  of  references  in  Section  8.0  of  this  report.    In  addition,  project  documents  included  as 

Supplemental  Information  to  the  contract  contain  several  hundred  photos  taken  during 

construction of each project. 

There are also several other similar transportation tunnel projects in the vicinity of the Hampton 

Roads  Bridge‐Tunnel  Expansion  with  similar  construction  methodologies  and  subsurface 

conditions.  Section 3.3 provides a list of those projects. 

3.1  Hampton Roads Project  

The original Hampton Roads Project was completed in 1957 and included construction of a two‐

lane bridge and tunnel connecting Norfolk, Virginia with Hampton, Virginia across the Hampton 

Roads waterway.  The tunnel has a length of 7,479 feet between portals and consists of 23 steel 

immersed  tube  tunnel  sections, each approximately 300  feet  long.   The  tunnel  sections were 

placed in a dredged trench between two man‐made portal  islands, while the tunnel approach 

structures on the islands were built by cut and cover methods.  Trestle bridge connections from 

the  portal  islands  to  the mainland  on  both  the  north  and  south  sides  provide  a  total  water 

crossing length of approximately 3.5 miles.   

The North Island was founded on sands and silty sands which provided a suitable foundation.  

However, at the South Island location, up to 80 feet of normally consolidated clay and organic 

layers overlying sandy soils were present, which were expected to cause settlement or stability 

issues during island construction.  To mitigate these issues, the soft layers were dredged out over 

the width of the tunnel approach structures and vent buildings on the South Island with 2H:1V 

slopes, and the excavation was then hydraulically backfilled with soils dredged from nearby areas.  

This hydraulic fill consisted of poorly graded, fine sand, which was densified by vibro‐flotation.  

The perimeter slopes of the islands are protected by rip rap and armor stone. 

The tunnel approach structures on the islands were built by cut and cover methods with steel 

sheeting  or  soldier  pile  and  lagging  with  cross‐lot  struts  used  for  temporary  support  of 

excavation.  Dewatering systems were employed to build the cut and cover structures “in‐the‐

dry.”  Ventilation buildings and other support facilities were constructed on the islands. 

 

 

Page 10: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 6  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

3.2  Second Hampton Roads Bridge‐Tunnel Crossing 

The second Hampton Roads Bridge‐Tunnel Crossing was completed in 1975, and was built parallel 

to, and 250 feet to the west of, the original tunnel.  Similar to the original tunnel, it consists of a 

6,900‐ft long two‐lane steel immersed tube tunnel between the two portal islands, which were 

enlarged  to  accommodate  the  new  tunnel  and  approach  structures.    Two  additional  trestle 

bridges connect the islands with the mainland. 

Design  and  construction  of  the  South  Island  expansion  faced  similar  issues  to  the  original 

construction.    As  opposed  to  over‐excavating  the  underlying  normally  consolidated  clay  and 

organic  layers, sand drains were  installed through the clay and organics, and a surcharge was 

placed to pre‐consolidate these layers prior to tunnel construction.   An initial contract to build 

the South Island expansion included placement of fill up to 25 feet higher than the finished island 

elevation,  as  well  as  the  installation  of  the  sand  drains  and  monitoring  systems.    The 

consolidation  of  the  clay  layers  achieved  90%  consolidation  approximately  15  months  after 

completion  of  the  surcharge  placement,  with  a  maximum  measured  settlement  under  the 

highest surcharge of approximately 13 feet. 

A second contract included the removal of the South Island surcharge, the construction of the 

North Island expansion, and the immersed tube tunnel.  The tunnel approach structures were 

again built by cut and cover methods using temporary support of excavation systems including 

sheeting and soldier pile and lagging, however this time with tiebacks instead of cross‐lot struts.  

Dewatering  systems were again employed  to build  the cut and cover  structures  “in  the dry”.  

Follow‐on contracts included construction of the ventilation buildings and other facilities.                                       

3.3   Other Projects 

Other similar tunnel projects in the vicinity of the Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion with 

similar subsurface conditions include the following: 

Midtown Tunnel; 

Downtown Tunnel; 

I‐664 Monitor‐Merrimack Memorial Bridge‐Tunnel; and 

Chesapeake  Bay  Bridge  and  Tunnel  (original  Thimble  Shoal  Channel  and 

Chesapeake  Channel  tunnels  constructed  in  the  1960s,  as  well  as  the  Parallel 

Thimble Shoal Tunnel, which is currently under construction). 

Transportation  tunnel projects completed  in  the vicinity  to date were constructed exclusively 

using the immersed tube tunneling method. The proposed Parallel Thimble Shoal Tunnel for the 

Chesapeake Bay Bridge‐Tunnel crossing, which is expected to commence tunneling operations in 

2019, will be constructed using the bored tunneling method.   

Page 11: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 7  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

4.0  Ground Characterization 

The project site is located within the Coastal Plain of Virginia where the James River meets the 

Chesapeake  Bay.      The  Coastal  Plain  comprises  a  thick  wedge  of  sediments  underlain  by 

Precambrian  to  early  Mesozoic  basement  bedrock  at  depths  greater  than  2,000  feet.    The 

majority of the sediments consist of late Jurassic and Cretaceous clays, sands and gravels which 

were transported from the Appalachian Mountains and deposited in the Atlantic Ocean basin.    

The  subsurface materials  anticipated  to  be  encountered within  the  tunnel  alignment  overlie 

these  sediments,  and comprise younger Tertiary and Quaternary  layers  that  can generally be 

classified into the following four geological strata, from youngest to oldest: 

Island Artificial Fill (af) 

Alluvial Marine Sediments (Qc, Qf, Qo) 

Yorktown Formation (Tys, Tyf) 

Eastover Formation (Tye) 

The  Yorktown  and  Eastover  formations  are  fossiliferous  marine  sands  and  clays  that  were 

deposited during interglacial highstands of the sea under similar conditions to the current site 

environment.  The Eastover is thought to be late Miocene‐aged, while the Yorktown is considered 

to  be  early  Pliocene‐aged.    The  Alluvial Marine  Sediments  are Quaternary  aged,  geologically 

unconsolidated  layers  that  were  likely  deposited  during  the  Holocene  and  late  Pleistocene 

epochs. 

 

Each stratum is discussed in the following sections of the report, and the baseline properties of 

these layers are presented in Tables 4.1 and 4.2.  A baseline subsurface profile projected along 

the alignment of  the  second  tunnel built  in  the 1970s  is  shown  in  Figure 4.1.    In  addition,  in 

Appendix A, the baseline subsurface profile is shown on full size sheets with the boring location 

plan.  This baseline profile is applicable for new tunnel alignments between the existing tunnels, 

and for alignments up to 500 feet to the west of the second 1970s tunnel alignment. Although 

the subsurface profile is drawn along the 1970s tunnel alignment, for clarity, the existing tunnel 

structure and associated backfill materials are not included in the profile.   The limits of existing 

structures, and  the associated dredging  limits and backfill  and  scour protection materials are 

shown on the record drawings (Commonwealth of Virginia, 1956, 1975).  Qualifying statements 

related  to  interpretation  of  the  subsurface  profile  for  different  elements  of  the  proposed 

construction are presented in Sections 5.1.1, 5.2.1 and 5.3.1 of this report. 

 

In  Appendix  B,  the  Tunnelman’s  Classification  System  (after Heuer,  1974)  is  presented.    This 

classification system was developed to describe soft ground behavior during tunnel excavation 

Page 12: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 8  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

and each stratum that could be encountered in the bored tunnel alignment will be classified in 

accordance  with  this  system.    Although  this  classification  system  was  created  before  the 

widespread  use  of  pressurized‐face  TBMs  and  therefore  assumes  an  open‐face  excavation 

method, it is nevertheless useful for conveying how soils are anticipated to behave if not properly 

controlled during tunneling or other excavation. 

 

4.1  Island Artificial Fill (af) 

The North Island and the South Island were constructed using hydraulically placed fill to a finished 

surface  elevation  of  approximately  Elevation  +11  feet.    The  hydraulic  fill  is  predominantly 

composed  of  clean  fine  sands  and  typically  classifies  in  the Unified  Soil  Classification  System 

(USCS) as poorly graded sand (SP), silty sand (SM) and poorly graded sand with silt (SP‐SM).   

 

Based  on  the mudline  elevation  shown  on  the  drawings  for  the  original  tunnel  construction 

contracts, at the North Island, the artificial fill thickness varies between 20 and 25 feet, with the 

base of the layer between Elevation ‐9 and ‐14 feet.  At the South Island, the artificial fill thickness 

to the west of the existing tunnels appears to vary between 33 and 48 feet below ground surface 

with  the  base  of  the  layer  encountered  between  Elevations  ‐22  and  ‐37  feet.    Although  not 

reflected by the most recent site investigations as documented in the GDRs, the fill thickness is 

greater at locations beneath the original tunnels and tunnel approach structures constructed in 

the 1950s, with the over‐excavation and replacement of the soft clay layers employed at that 

time resulting in the fill extending to the top of the Yorktown formation, up to Elevation ‐105, as 

shown in the 1950s record drawings and documented by Steuerman and Murphy (1957).  

 

Over 13 feet of settlement was measured during construction of the South Island expansion in 

the 1970s so it is reasonable that the fill thickness would be greater than for the North Island.  

Based on analysis of the N60 SPT test results, the hydraulic fill is very loose to medium dense.  

Grain size analyses were performed on several samples, and the range of particle size distribution 

observed in the test samples from the recent geotechnical investigations is shown in Figure 4.2. 

 

Baseline index and shear strength properties for this layer are provided in Table 4.1 and the range 

for  the  hydraulic  conductivity  is  included  in  Table  4.2.    When  encountered  above  the 

groundwater  level,  this  layer  when  unsupported  and  unimproved  would  classify  in  the 

Tunnelman’s  Classification  System  as  “Running”,  while  below  groundwater  would  classify  as 

“Flowing”.  

 

Armor stone, rip rap, and crushed rock filter layers were placed around the island perimeters to 

contain the hydraulic fill placement, and to provide scour protection.   When the  islands were 

expanded in the 1970s construction, it is understood that the existing scour protection placed in 

Page 13: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 9  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

the 1950s was not removed but rather was buried under the new hydraulic fill; for example, a 

note on Sheet 7 (of 127) of the record drawing set for Contract T‐2 (Commonwealth of Virginia, 

1975)  states:  ”Existing  rip  rap  and  bedding  along  the  entire west  side  of  North  Island  to  be 

removed to El +7.0.”  

         Figure 4.2    Range of Particle Size Distribution ‐ Island Artificial Fill (af) 

 

 

4.2  Alluvial Marine Sediments 

Below the island fill, and below the mudline outside of the island footprints, a layer of alluvial 

marine sediments is present, and consists of interlayered sands, inorganic and organic silts and 

clays, and peat.  Based on the properties of the materials in this layer, it can be sub‐divided into 

the following three sub‐layers: 

Alluvial Marine Sediments – Coarse‐Grained (Qc) 

Alluvial Marine Sediments – Fine‐Grained (Qf) 

Alluvial Marine Sediments – Organic/Fat Clay (Qo)  

The distribution of these three sub‐layers is quite variable, particularly below the South Island. 

The sub‐layers may be individually present or present in any combination. Furthermore, the 

relative order of appearance of the sub‐layers, vertically, is also variable.  

 

Gravel SandSilt or Clay

Coarse Fine Coarse Medium Fine

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0010.0100.1001.00010.000100.000

Percent Finer

Particle Size (mm)

Maximum25% QuartileMedian75% QuartileMinimum

Hydrometer AnalysisUS Standard Sieve NumberUS Standard Sieve Size (inches)

#200#4 #10 #40 #80 #100

Page 14: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 10  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

4.2.1  Alluvial Marine Sediments – Coarse‐Grained (Qc)  

The coarse‐grained alluvial marine sediments were encountered below the fill of both islands and 

below  the mudline over most of  the  tunnel alignment.   Below  the North  Island and north of 

Station 878+00, the fine‐grained and organic/fat clay marine sediments were not encountered, 

and  the  coarse‐grained  deposits  extend  to  the  top  of  the  Yorktown  formation,  which  was 

encountered between Elevations ‐85 and ‐32 feet.  South of Station 878+00, the coarse‐grained 

sediments vary between 5 and 30 feet thick and are typically encountered above the fine‐grained 

alluvial  marine  sediment  layers,  but  in  some  locations  granular  layers  and  lenses  are  also 

encountered within and below the cohesive alluvial deposits.  The coarse‐grained alluvial marine 

sediments are very loose to dense, and generally classify in the USCS as poorly graded sand (SP), 

silty sand (SM), and clayey sand (SC).  Grain size analyses were performed on several samples, 

and the range of particle size distribution observed in the test samples is shown in Figure 4.3.   

  Figure 4.3  Range of Particle Size Distribution‐Alluvial Marine Sediments–Coarse‐Grained (Qc) 

 

Baseline index and shear strength properties for the Qc layer are provided in Table 4.1 and the 

baseline hydraulic conductivity range is listed in Table 4.2.   If left unsupported or not modified 

with ground improvement, depending on the fines content and water pressure, this layer would 

classify as “Fast Raveling” or “Flowing” in the Tunnelman’s Classification System, as detailed in 

Appendix B. 

 

Sand

FineMediumCoarseSilt or Clay

Gravel

Coarse Fine

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0010.0100.1001.00010.000100.000

Percent Finer

Particle Size (mm)

Maximum25% QuartileMedian75% QuartileMinimum

Hydrometer AnalysisUS Standard Sieve NumberUS Standard Sieve Size (inches)

#200#4 #10 #40 #80 #100

Page 15: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 11  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

4.2.2  Alluvial Marine Sediments – Fine‐grained (Qf)  

From  approximately  Station  878+00  to  945+00,  the  fine‐grained  marine  sediments  were 

encountered below the coarse‐grained marine sediments.  The fine‐grained marine sediments 

predominantly consist of  lean clay (CL) and fat clay (CH).   A plasticity chart showing the liquid 

limit plotted versus the plasticity index for laboratory tests on this layer is shown in Figure 4.4.  

The  thickness  of  the  Qf  layer  is  quite  variable,  and  it  can  be  difficult  to  visually  distinguish 

between the underlying organic/fat clay sub‐layer (i.e. the Qo layer described below).  However, 

the distinction between the two sub‐layers is clear from laboratory test data.    

 

Below the channel between Stations 878+00 and 928+00,  the  top of  the  fine‐grained Alluvial 

Marine Sediment layer was encountered below the coarse‐grained marine sediments between 

Elevations ‐45 and ‐90 feet and varied between a few feet to over 35 feet thick.  Below the South 

Island,  between  Stations  928+00  and  945+00,  the  top  of  the  fine‐grained  Alluvial  Marine 

Sediment layer was encountered between Elevation ‐25 and ‐50 feet, and was up to 30 feet thick. 

          Figure 4.4   Plasticity Chart for Alluvial Marine Sediments – Fine‐grained (Qf) 

 

Extensive  in  situ  shear  strength  testing was  performed  during  the  geotechnical  investigation 

programs,  including  CPT  probes,  field  vane  shear  tests,  and  flat  plate  dilatometer  tests.      In 

addition, an extensive laboratory testing program was performed.  The results of these tests were 

highly variable.  Figure 4.5 shows the measured undrained shear strength from the various tests 

versus  elevation.    The  plot  has  been  split  between  the  results  from  the marine  geotechnical 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Plasticity Index

Liquid Limit

Alluvial Marine Sediments ‐ Fine grained (Qf)

CL‐ML ML or OLMH or OH

Page 16: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 12  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

program  performed  by  Jacobs  Engineering  (Figure  4.5a)  and  the  South  Island  geotechnical 

investigation by ECS Mid‐Atlantic LLC (Figure 4.5b).  The data in Figure 4.5 includes results from 

both the Qf sub‐layer and the Qo sub‐layer.  

   

On the South Island, between Stations 928+00 and 944+00, the 1970s tunnel construction placed 

a surcharge up to 26 feet over the current island elevation, which pre‐consolidated this layer and 

increased  the  shear  strength below  the  island.      The  increase  in  strength  is  apparent  from a 

comparison of the field and laboratory test results between the two GDRs.  Figure 4.5 shows the 

overall  range  of  the  test  results  from  the  marine  and  South  Island  investigations,  which 

demonstrates  the  increased  shear  strength  below  the  South  Island.    Typical  ranges  of  shear 

strength are also highlighted, which shows an  increase  in  strength with depth.   Two baseline 

ranges of undrained shear strength are provided in Table 4.1; one for locations outside the South 

Island surcharge from the 1970s construction, and the second for pre‐consolidated layers below 

the South Island surcharge. 

 

The consolidation properties of the Qf sub‐layer were investigated by performing pore pressure 

dissipation tests during the CPT probing, and by an extensive laboratory test program consisting 

of one‐dimensional consolidations tests.  In addition, the South Island pre‐consolidation works 

from the 1970s were instrumented and well‐documented (Kuesel et al, 1973), which effectively 

provides a field load test of in situ compressibility properties. 

  

Baseline index and shear strength properties for the Qf sub‐layer are provided in Table 4.1, and 

the baseline range for parameters relating to compressibility of the layer is presented in Table 

4.2.    This layer would classify as “Squeezing” in the Tunnelman’s Classification System. 

 

4.2.3  Alluvial Marine Sediments – Organic/Fat Clay (Qo)  

Below  the  channel  between  Stations  878+00  and  906+00,  the  Alluvial  Marine  Sediment‐ 

Organic/Fat Clay  layer was encountered between Elevations  ‐60 and  ‐110  feet,  and generally 

varied  between  10  and  20  feet  thick.  Between  Stations  906+00  and  928+00  the  thickness 

increased to approximately 50 feet.  Below the northern section of the South Island, between 

Stations 928+00 and 932+00, the layer is as much as 60 feet thick and between Station 932+00 

and 942+00 decreases to about 20 feet thick.   

 

The index properties and classification of this layer were quite variable; it was variously classified 

as fat clay (CH), organic clay (OL), fat organic clay (OH) and peat (PT). A plasticity chart showing 

the liquid limit plotted versus the plasticity index for laboratory tests on this layer is shown in 

Figure 4.6. 

Page 17: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 13  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

Figure 4.5a   Outside South Island Surcharge Area from 1970s Construction 

 

Figure 4.5b:  Below South Island Surcharge Area from 1970s Construction  

 

     Figure 4.5   Undrained Shear Strength v. Elevation, Fine‐Grained Alluvial Marine Sediments 

(Note: The test results shown include both Qf and Qo sub‐layers ) 

‐160

‐140

‐120

‐100

‐80

‐60

‐40

‐20

0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500Eleva

tion (ft)

Su (psf) Marine

VST

UU Test

CU Test

DM Tests Marchetti

DM Tests Schmertman

Typical Range

‐160

‐140

‐120

‐100

‐80

‐60

‐40

‐20

0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Elev

ation (ft)

Su (psf) South  Island

DM Tests Marchetti

DM Tests Schmertman

CU Tests

UU Tests

Typical Range

Page 18: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 14  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

      Figure 4.6   Plasticity Chart for Alluvial Marine Sediments – Organic/Fat Clay (Qo) 

 

Extensive in situ and laboratory shear strength testing was also performed for this layer during 

the  geotechnical  investigation  programs,  and  the measured  undrained  shear  strength  versus 

elevation from the various tests is shown in Figure 4.5.  As discussed in the previous section of 

the report, the plot has been split between the results from the marine geotechnical program 

(Figure 4.5a) and the geotechnical investigation from the South Island (Figure 4.5b). 

   

The  consolidation properties of  the Qo  sub‐layer were  also  investigated by performing pore‐

pressure dissipation tests during the CPT probing, and by an extensive laboratory test program 

consisting of  one‐dimensional  consolidations  tests.   As  discussed  in  the previous  section,  the 

South Island pre‐consolidation works from the 1970s were instrumented and well‐documented 

(Kuesel  et  al,  1973),  which  effectively  provides  a  field  load  test  of  in  situ  compressibility 

properties. 

  

Baseline index and shear strength properties for the Qo layer are provided in Table 4.1, and the 

baseline range for parameters relating to compressibility of the layer is presented in Table 4.2.  

This layer would classify as “Squeezing” in the Tunnelman’s Classification System, as detailed in 

Appendix B. 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Plasticity Index

Liquid Limit

Alluvial Marine Sediments ‐ Organic/Highly Plastic Clay (Qo)

CL‐ML ML or OLMH or OH

Page 19: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 15  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

4.3  Yorktown Formation (Tys, Tyf) 

The  Yorktown  Formation  lies  beneath  the  Alluvial  Marine  Sediments  over  the  entire  tunnel 

alignment and can generally be distinguished by the change to a green to blue gray color.   The 

top of  the  formation was encountered between Elevations  ‐32 and  ‐52  feet below  the North 

Island, between Elevations ‐60 and ‐140 feet between the islands, and between Elevations ‐40 

and ‐120 feet below the South Island.  The Yorktown formation is predominantly a granular layer, 

but throughout, there are numerous interbedded layers of fine‐grained deposits; it can therefore 

be subdivided into the following two sub‐layers: 

Yorktown Formation – Predominantly Coarse‐Grained (Tys) 

Yorktown Formation – Predominantly Fine‐Grained (Tyf) 

 

4.3.1  Yorktown Formation – Coarse‐Grained (Tys)  

The  coarse‐grained  Yorktown  formation  layer  generally  consists  of  green  to  blue‐gray,  over‐

consolidated,  silty  fine  sand with  varying  amounts  of  fine‐grained  fractions  and marine  shell 

fragments, typically classified as silty sand (SM) or clayey sand (SC), and sometimes classified as 

poorly‐graded sand (SP), well‐graded sand (SW), poorly‐graded gravel (GP) or well‐graded gravel 

(GW).  Based on analysis of the N60 SPT test results, the layer relative density varies from very 

loose to very dense.  

 

In several  zones,  the SPT  test  recorded “weight of  rod”  resistance at depths of over 100  feet 

below the mudline, which was unexpected within this over‐consolidated layer; these SPT results 

may not be  truly  representative of  the  in  situ  relative density and may have been caused by 

sample  disturbance  in  the  difficult  drilling  conditions  involving  fine  sand  layers  under  high 

hydrostatic pressures.  

 

Grain size analyses were performed on several samples, and the range of particle size distribution 

observed in the test samples is shown in Figure 4.7. 

 

Baseline index and shear strength properties for the Tys layer are provided in Table 4.1 and the 

baseline hydraulic conductivity range is listed in Table 4.2.  When unsupported and unimproved, 

and  depending  on  the  fines  content  and  water  pressure,  this  layer  would  classify  as  “Fast 

Raveling” or “Flowing” in the Tunnelman’s Classification System, as detailed in Appendix B. 

 

Page 20: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 16  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

 Figure 4.7   Range of Particle Size Distribution ‐ Yorktown Formation – Coarse‐Grained (Tys) 

 

 

4.3.2  Yorktown Formation – Predominantly Fine‐grained (Tyf)  

Fine‐grained layers comprising very stiff to hard sandy, shelly clays, were encountered at various 

elevations within the Yorktown formation.  These layers are more prevalent towards the base of 

the  formation,  between  Elevations  ‐150  and  ‐170  feet, where  a  5  to  20  feet  thick  layer was 

observed along most of the tunnel alignment.  This layer generally classifies as either fat or lean 

clay (CH or CL) with sand.  A plasticity chart showing the liquid limit plotted versus the plasticity 

index for laboratory tests on this layer is shown in Figure 4.8. 

Baseline index and shear strength properties for the Tyf layer are provided in Table 4.1.  This 

layer would classify as “Squeezing” in the Tunnelman’s Classification System, as detailed in 

Appendix B. 

Gravel SandSilt or Clay

Coarse Fine Coarse Medium Fine

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0010.0100.1001.00010.000100.000

Percent Finer

Particle Size (mm)

Maximum25% QuartileMedian75% QuartileMinimum

Hydrometer AnalysisUS Standard Sieve NumberUS Standard Sieve Size (inches)

#200#4 #10 #40 #80 #100

Page 21: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 17  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

 Figure 4.8   Plasticity Chart for Yorktown Formation – Predominantly Fine‐Grained (Tyf) 

 

4.4  Eastover Formation (Tye) 

The Eastover formation underlies the Yorktown formation along the entire tunnel alignment and 

was first encountered at elevations varying between Elevation ‐158 feet to Elevation ‐175.  The 

formation  extended  to  Elevation  ‐275  feet where  the  deeper  borings were  terminated.    The 

Eastover formation generally consists of green‐gray, over‐consolidated, fine to coarse sand with 

varying  amounts  of  fine‐grained  material  and  marine  shell  fragments.    The  formation  is 

comprised of poorly graded sand (SP), silty sand (SM), clayey sand (SC) and poorly graded sand 

with clay (SP‐SC).  A dense marker bed consisting of cemented shell fragments and coarse sand 

was encountered overlying the Eastover formation.  Based on analysis of the N60 SPT test results, 

the layer’s relative density varies from very loose to very dense. 

 

In several  zones,  the SPT  test  recorded “weight of  rod”  resistance at depths of over 100  feet 

below the mudline, which was unexpected within this over‐consolidated layer; these SPT results 

may not be  truly  representative of  the  in  situ  relative density and may have been caused by 

sample disturbance in the relatively difficult drilling conditions involving fine sand layers under 

high hydrostatic pressures.  Some SPT samples also encountered refusal within this layer which 

is considered to be representative of denser, more cemented zones. 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Plasticity In

dex

Liquid Limit

Yorktown Formation ‐ Fine grained (Tyf)

CL‐ML ML or OLMH or OH

Page 22: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report            November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 18  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation 

 Grain  size  analyses  were  performed  on  several  samples,  and  the  range  of  particle  size 

distribution observed in the test samples is shown in Figure 4.9. 

 

  Figure 4.9   Range of Particle Size Distribution ‐ Eastover Formation (Tye) 

 

Baseline index and shear strength properties for the Tye layer are provided in Table 4.1.   This 

layer  when  unsupported  and  unimproved  would  classify  as  “Flowing”  in  the  Tunnelman’s 

Classification System, as detailed in Appendix B. 

 

4.5   Groundwater 

Groundwater  levels at  the site are based on  tidal  fluctuations and are expected  to vary  from 

Elevation +4 feet at high tide to Elevation ‐1 feet at low tide.   

 

Artesian groundwater conditions were not observed during the project geotechnical 

investigation but have been reported present in the Yorktown and Eastover formations in the 

technical literature (e.g. Hamilton and Larson, 1988).  

For baseline purposes,  the Design‐Builder  shall  consider  that  the groundwater pressure  in all 

subsurface layers may vary by ±5 feet from the hydrostatic pressure due to the ambient sea level 

in the shipping channel.  

Gravel SandSilt or Clay

Coarse Fine Coarse Medium Fine

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0010.0100.1001.00010.000100.000

Percent Finer

Particle Size (mm)

Maximum25% QuartileMedian75% QuartileMinimum

Hydrometer AnalysisUS Standard Sieve NumberUS Standard Sieve Size (inches)

#200#4 #10 #40 #80 #100

Page 23: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                                                        November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Page 19     Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032      Virginia Department of Transportation 

 Notes: 

1. The baseline values shown represent the range of material properties that the Design‐Builder must consider when selecting construction equipment and materials, means and methods, and evaluating the potential impacts of construction on existing structures.  Soil properties for design of the temporary and permanent project elements shall be derived by the Design‐Builder in accordance with Section 24, Geotechnical ‐ Islands and Tunnels of the Technical Requirements of the Contract.  

2. Baselines for artificial fill consider the hydraulically placed sand only; the baselines do not consider the oversized material (i.e. containment dikes material, scour protection material, etc.). 

3. The first range of undrained shear strength is for locations outside the 1970s South Island surcharge area, while the second range is for pre‐consolidated layers below the South Island surcharge.  The extents of the South Island surcharge area shall be defined to be as shown on Drawing No S‐6 of Contract T‐2 of the 1970s construction record drawings (Commonwealth of Virginia, 1975). 

4. Cemented sand and shell layers up to 5 feet thick within the Yorktown and Eastover Formations may have unconfined compressive strength up to 1000 psi. 5. For the granular layers (af, Qc, Tys, and Tye), the baseline range of the layer’s particle size distribution shall be between the maximum and minimum limits shown on 

Figures 4.2, 4.3, 4.7 and 4.9. 6. For table entries designated as “N/A”, a baseline range is not provided. 

 Table 4.1 – Baseline Values for Soil Index Properties and Shear Strength 

Stratum / Sub‐Layer Typical USCS 

Classification 

Total Unit Weight 

Water Content 

Liquid Limit 

Plasticity Index 

Effective Friction Angle (°) 

Undrained Shear 

Strength (psf)(pcf)  (%)  (%) 

Baseline Range 

Baseline Range 

Baseline Range 

Baseline Range 

Baseline      Range 

Baseline       Range 

Island Artificial Fill (af)(2)  SP, SM, SP‐SM  105‐125  N/A Non‐Plastic 

N/A   30‐34   N/A 

Alluvial Marine Sediments – Coarse‐Grained (Qc) 

SP, SM, SC  105‐125   N/A Non‐Plastic 

 N/A  30‐40   N/A 

Alluvial Marine Sediments – Fine‐Grained (Qf)  CL, CH  100‐120  20‐60  30‐60   15‐30   N/A 225‐750(3) 525‐1400 

Alluvial Marine Sediments ‐ Organic/Fat Clay (Qo) 

OL, OH, CH, PT  90‐110  35‐75  30‐110  25‐60   N/A 125‐650 (3) 250‐1500 

Yorktown Formation – Coarse‐Grained (Tys)  SM, SC  115‐130   N/A Non‐Plastic 

 N/A  30‐42   N/A(4) 

Yorktown Formation – Fine‐Grained (Tyf)  CL, CH  110‐130  25‐40  30‐55  15‐40   N/A  750‐6000(4) 

Eastover Formation (Tye)  SP, SM, SP‐SC  120‐130   N/A Non‐Plastic 

 N/A  30‐42   N/A(4) 

Page 24: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                                                        November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Page 20     Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032      Virginia Department of Transportation 

 Notes: 1. The baseline values shown represent the range of material properties that the Design‐Builder must consider when selecting construction equipment and 

materials, means and methods, and evaluating the potential impacts of construction on existing structures.  Soil properties for design of the temporary and permanent project elements shall be derived by the Design‐Builder in accordance with Section 24, Geotechnical – Islands and Tunnels of the Technical Requirements of the Contract.  

2. The first range of OCR is for locations outside the 1970s South Island surcharge area, while the second range is for pre‐consolidated layers below the South Island surcharge area.  The extents of the South Island surcharge area shall be defined to be as shown on Drawing No S‐6 of Contract T‐2 of the 1970s construction record drawings (Commonwealth of Virginia, 1975). 

3. Horizontal and vertical coefficient of consolidation shall be considered equal.  The first range of Cv is representative for virgin compression, while the second range is for recompression. 

4. For table entries designated as “N/A”, a baseline range is not provided. 

 Table 4.2 – Baseline Values for Soil Permeability and Compressibility 

Stratum / Sub‐Layer Typical      USCS 

Classification 

Hydraulic Conductivity

 

In Situ Void Ratio 

Over Consolidation 

Ratio      (OCR) 

Compression Index  (Cc) 

 Recompress‐ ion Index 

(Cr) 

Coefficient of Secondary 

Compression (Cα) 

Coefficient of Consolidation(3) 

(Cv) 

(cm/sec)     (cm2/sec) 

Baseline Range 

Baseline Range 

Baseline Range 

Baseline Range 

Baseline Range 

Baseline Range 

Baseline  Range 

 

Island Artificial Fill (af)  SP, SM, SP‐SM  10‐3‐ 10‐1  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A 

Alluvial Marine Sediments ‐ Coarse Grained (Qc) 

SP, SM, SC  10‐3 – 10‐1  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A 

Alluvial Marine Sediments – Fine‐ Grained (Qf) 

CL, CH  10‐7 to 10‐5  0.6‐1.0 1.0 – 1.5(2) 

1.0 – 2.0  0.30‐0.50  0.02‐0.05  0.001‐0.005 0.003‐0.030(3) 0.001‐0.020 

Alluvial Marine Sediments ‐  Organic/Fat Clay (Qo) 

OL, OH, CH, PT  10‐7 to 10‐5  1.3‐2.0 1.0 – 1.5(2) 

1.0 – 2.0  0.60‐1.00  0.05‐0.16  0.001‐0.010 0.001‐0.015(3) 0.0005‐0.010 

Yorktown Formation – Coarse‐ Grained (Tys) 

SM, SC  10‐3 – 10‐1  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A 

Yorktown Formation ‐ Fine‐Grained (Tyf) 

CL, CH  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A 

Eastover Formation (Tye)  SP, SM, SP‐SC  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A  N/A 

Page 25: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                                                        November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Page 21    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032      Virginia Department of Transportation 

   

Figure 4.1 – Baseline Subsurface Profile 1/4

Page 26: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                                                        November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Page 22    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032      Virginia Department of Transportation 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 4.1 – Baseline Subsurface Profile 2/4 

Page 27: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                                                        November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Page 23    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032      Virginia Department of Transportation 

 

 

 

 

   

Figure 4.1 – Baseline Subsurface Profile 3/4

Page 28: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                                                        November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Page 24    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032      Virginia Department of Transportation 

 

 

 

Figure 4.1 – Baseline Subsurface Profile 4/4

Page 29: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 25  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

5.0  Design and Construction Considerations 

This  section will discuss design and construction considerations as well as anticipated ground 

behavior during construction of the Tunnel Improvements, including: 

 

Below‐grade tunnel approach structures  

Bored tunnel  

Island expansions  5.1  Tunnel Approach Structures  

It  is  anticipated  that  the below‐grade approach  structure  to  the bored  tunnel on both portal 

islands will be similar to the existing boat sections and cut and cover tunnels.  This will involve 

installation  of  support  of  excavation  systems,  excavation  to  the  design  subgrade  level,  and 

construction of the reinforced concrete structures. 

 5.1.1  Stratigraphy  Figure 4.1 shows the baseline stratigraphy along the tunnel approaches based on the recent and 

historic geotechnical information.  For design and construction of the tunnel approach structures, 

the interfaces between adjacent geological strata shown in the baseline profile are qualified by 

the following statements:  

 

North Island (Station 850+00 to 867+00):   

The boundary shown between the Artificial Fill  (af) and  the Alluvial Marine Sediments 

Coarse‐grained (Qc) is not baselined.  The geotechnical properties of both materials are 

similar.    Obstructions,  that may  be  encountered more  frequently  in  the  fill  layer,  are 

addressed in Section 5.1.2 of this GBR; and 

The boundary between the Alluvial Marine Sediments (Qc) and the Yorktown formation 

(Tys) is baselined and may vary by ±5 feet from the boundary shown in Figure 4.1. 

 

South Island (Station 924+00 to 945+00): 

The boundary shown between the Artificial Fill (af) and the Alluvial Marine Sediments‐

Coarse‐grained (Qc) is not baselined.  The geotechnical properties of both materials are 

similar.    Obstructions  that  may  be  encountered  more  frequently  in  the  fill  layer  are 

addressed in Section 5.1.2 of this GBR; 

Page 30: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 26  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

The boundary between the Alluvial Marine Sediments‐Coarse‐grained sub‐layer (Qc) and 

the  underlying  Alluvial Marine  Sediments‐Fine‐grained  sub‐layer  (Qf)  is  baselined  and 

may vary by ±5 feet from the boundary shown in Figure 4.1; 

The boundary between the Alluvial Marine Sediments‐Fine‐grained sub‐layer (Qf) and the 

underlying Alluvial Marine Sediments‐Organic/Fat Clay  sub‐layer  (Qo)  is baselined and 

may vary by ±5 feet from the boundary shown in Figure 4.1; and 

The boundary  between  the Alluvial Marine  Sediments  (Qc, Qf, Qo)  and  the  Yorktown 

formation is baselined and may vary by ±5 feet from the boundary shown in Figure 4.1. 

 

5.1.2  Obstructions  

There  are  numerous  potential  obstructions  that  may  affect  the  construction  of  the  tunnel 

approach structures and must be accounted for by the Design‐Builder both  in  the design and 

selection  of means  and methods  of  construction.    These  obstructions  fall  into  the  following 

categories and are discussed in the subsequent paragraphs: 

Rock Containment Dikes and Scour Protection; and 

Temporary Works from Previous Construction.  

5.1.2.1 Rock Containment Dikes and Scour Protection  As shown on the record drawings (Commonwealth of Virginia, 1956, 1975), the existing portal 

islands were constructed using a series of containment dikes, which contain armor stone with 

individual  stone  size  varying  up  to  a maximum dimension  of  5  feet.    Additionally,  the  portal 

islands,  as  well  as  the  existing  tunnels,  are  covered  with  various  layers  of  scour  protection 

including  heavy  rip  rap,  quarry  run  rock  and  gravel  sized  crushed  rock.    The  materials  that 

comprise the containment dikes and the scour protection were obtained from intact, crystalline, 

igneous or metamorphic rock sources.  They could potentially cause obstructions to installation 

of  support  of  excavations  systems,  and  cause  handling  difficulties  requiring  special  lifting 

equipment during mass excavation of the approaches.   

 

These rip rap and stone layers were installed in both the 1950s and 1970s construction, and it is 

understood that  the original  stone  layers  from the 1950s were buried when the  islands were 

expanded  in  the  1970s.    The  general  location  of  the  armor  stone  dikes  and  heavy  rip  rap 

placements  are  shown  on  the  record  drawings  (Commonwealth  of  Virginia,  1956,  1975)  and 

construction photographs included as Supplemental Information to the Contract.   

 

Page 31: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 27  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

It is also very likely that rip rap and stone layers were also placed, inadvertently or otherwise, in 

areas not shown on the record drawings.    In addition, numerous major storms have occurred 

throughout  the  construction  and  operational  history  of  the  islands which  have  damaged  the 

stone  protection  of  both  islands.    This  has  resulted  in  the  deposition  and  possible  burial  of 

random armor stone, construction materials and other miscellaneous debris within the limits of 

the proposed temporary and permanent construction. 

 

For baseline purposes, the Design‐Builder shall be prepared to encounter heavy rip rap and other 

large stone layers as follows:  

 

At  the  North  Island,  between  Stations  850+00  and  867+00,  the  Design‐Builder  may 

encounter armor stone with individual stone size up to a maximum dimension of 5 feet 

and weighing up to 10 tons anywhere above Elevation ‐25 feet.  This applies over a width 

of 500 feet to the east and 200 feet to the west of the second 1970s tunnel centerline. 

At  the  South  Island,  between  Stations  924+00  and  945+00,  the  Design‐Builder  may 

encounter armor stone with individual stone size up to a maximum dimension of 5 feet 

and weighing up to 10 tons anywhere above Elevation ‐30 feet.  This applies over a width 

of 500 feet to the east and west of the second 1970s tunnel centerline. 

The  thickness  of  the  various  stone  layers  is  shown  on  the  record  drawings 

(Commonwealth of Virginia, 1956, 1975) and for baseline purposes may be encountered 

in local areas up to twice the layer dimension shown on the drawings.   

 The Design‐Builder’s means and methods and bid price shall account for accommodating any rip 

rap or stone layers encountered within the limits outlined in the previous three bulleted items.  

Heavy rip rap or armor stone is not expected to be encountered outside of these limits.   

 

5.1.2.2 Temporary Works from Previous Construction  

Based on review of construction photographs, both the 1950s and 1970s construction employed 

a  combination  of  soldier  pile  and  lagging  and  steel  sheeting  to  support  the  tunnel  approach 

excavations.  In the 1950s, cross lot struts were placed between the two walls, whereas tiebacks 

were installed in the 1970s.  To maintain a dry excavation, dewatering wells were also installed.  

Dewatering wells were  likely  to be more numerous  in  the vicinity of where excavations were 

deepest.      Temporary  piers  supported  on  piles may  also  have  been  constructed  around  the 

perimeter of the islands for off‐loading construction materials.   

 

Page 32: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 28  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

The Design‐Builder’s means and methods and bid price for the tunnel approach structures shall 

account for encountering any of the following temporary works from previous construction:  

Steel soldier pile and lagging or steel sheeting encountered up to 10 feet behind the face 

of the current finished walls of the tunnel approaches, and up to 20 feet below the base 

of the original excavation. 

Tieback tendons encountered up to 65 feet behind the face of the finished walls, and up 

to 20 feet below the full depth of the original excavation.  Tieback tendons are baselined 

to have been de‐tensioned; 

Steel dewatering well  screens may be encountered to Elevation  ‐140 feet and may be 

present within 50 feet of the periphery of the current approach structures. Dewatering 

wells may or may not have been grouted or backfilled when abandoned. 

 

5.1.3  Groundwater Control  

The Design‐Builder shall not rely on any untreated in situ soil strata (or combination of soil strata) 

to  provide  stability  and/or  groundwater  cutoff  for  any  excavation  required  for  the  tunnel 

approach structures.   The Design‐Builder shall consider that dewatering or ground treatment, 

along with  provision  of  sufficient  penetration  below  the  base  of  excavation with  support  of 

excavation walls, will  be  required  to  provide  stability  and  limit  groundwater  inflows  into  the 

excavations.  

 5.1.4   Gas Conditions  The geotechnical investigations did not find any evidence of the presence of gas in the deposits 

that  will  be  encountered  during  construction  of  the  approach  structures.    However,  the 

occurrence of methane due to decay of organic matter is expected.  Historic records indicate that 

the organic layers present from Station 878+00 to 945+00 have previously been a source of gas.  

It is understood that during installation of the sand drains on the South Island during the 1970s 

construction, methane gas was encountered.  The escaping gas was lit which fueled a flare that 

burned for months. In addition, in a 1970s era boring for I‐64 on the Willoughby Spit, to the south 

of the South Island, methane gas was encountered in the organic layer, which led to relocation 

of a proposed bridge following an unsuccessful attempt to burn off the gas that lasted for three 

months without a significant drop in pressure.  

Therefore,  during  construction  of  the  below  grade  tunnel  approach  structures  on  the  South 

Island,  gas may  be  encountered  during  any  construction  activity  that  penetrates  layers with 

organic content. 

 

Page 33: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 29  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

5.1.5   Soil pH  Soil  pH  testing  was  conducted  on  samples  from  all  strata  that  will  be  encountered  in  the 

tunneling.  For baseline purposes, the Design‐Builder shall consider the soil pH value will range 

between a minimum of 7.0 and a maximum of 11.0.  

  5.2  Bored Tunnel 

This  section  describes  anticipated  subsurface  conditions  along  the  bored  tunnel  alignment 

including soil stratigraphy, ground improvement required to stabilize very soft layers below the 

TBM,  potential  obstructions,  and  various  geotechnical‐related  issues  that  could  arise  during 

construction of the tunnel. 

 Section  23,  Bored  Tunnel  of  the  Technical  Requirements  (TRs)  of  the  Contract  Documents 

requires tunnel excavation methods that were established based on the need to control unstable 

ground conditions.    The minimum requirements  include  the use of a pressurized  face Tunnel 

Boring Machine (TBM) that can control groundwater and stabilize the tunnel face in the various 

strata that will be encountered.  This machine must be able to apply a positive pressure to the 

tunnel face, resisting the earth and groundwater pressures to effectively control the ground and 

groundwater inflows. 

 5.2.1   Stratigraphy  Figure 4.1 shows the baseline stratigraphy along the tunnel alignment based on the recent and 

historic geotechnical information.  For design and construction of the bored tunnel by TBM, the 

boundaries between adjacent geological strata shown in the baseline profile are qualified by the 

following statements:  

 

The  boundary  shown  between  the  Artificial  Island  Fill  (af)  and  the  Alluvial  Marine 

Sediments‐Coarse‐grained  (Qc)  is  not  baselined.    The  geotechnical  properties  of  both 

materials are similar.   

The boundary shown between the Alluvial Marine Sediments‐Coarse‐grained sub‐layer 

(Qc) and the Alluvial Marine Sediments‐ Fine‐grained sub‐layer (Qf) is baselined and may 

vary by ±5 feet. 

The boundary shown between the Alluvial Marine Sediments‐Fine‐ grained sub‐layer (Qf) 

and the Alluvial Marine Sediments‐ Organic/Fat Clay sub‐layer (Qo) is not baselined.     

Page 34: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 30  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

Except for the baseline for determining ground improvement limits provided in the next 

bullet, the boundary shown between the Alluvial Marine Sediments (Qc, Qf, Qo) and the 

Yorktown formation (Tys) is baselined and may vary by ±5 feet. 

For  determining  ground  improvement  limits  required  by  the  contract,  the  boundary 

shown between the Alluvial Marine Sediments (Qc, Qf, Qo) and the Yorktown formation 

(Tys) is baselined and does not vary from the location shown in Figure 4.1. 

The  boundary  shown  between  the  two  Yorktown  formation  sub‐layers  (Tys,  Tyf),  and 

between the Yorktown and the Eastover formations is not baselined.  When tunneling in 

the Yorktown (Tys, Tyf), or the Eastover (Tye) formations, the TBM excavation will include 

very soft to hard cohesive deposits, very loose to very dense granular deposits, as well as 

cemented sands and shell layers; the Design‐Builder shall be prepared to encounter the 

full range of the materials defined in this GBR for the Yorktown and Eastover Formations 

anywhere along the tunnel alignment below the Alluvial Marine Sediments stratum (Qc, 

Qf, Qo). 

 

The  Design‐Builder  shall  anticipate  unstable  soil  conditions  (e.g.,  flowing  soil  as  defined  in 

Appendix B) at any location along the tunnel alignment and accordingly must maintain a positive 

face  pressure  at  the  heading  at  all  times;  therefore,  methods  to  excavate  the  tunnel  in  a 

controlled  manner  (i.e.,  match  the  muck  removal  rate  from  the  excavation  chamber  to  the 

advance  rate of  the TBM while maintaining  the desired pressure at  the working  face) will be 

necessary  to maintain  stability  and  control of  over‐excavation. Refer  to TR Section 23, Bored 

Tunnel for minimum TBM requirements and requirements for compressed air interventions. The 

ground conditions along the entire alignment will not support free air interventions. 

 

Although adjustments to TBM operating parameters (e.g., face pressures, type and volume of 

soil conditioning) are to be expected with the mixed soil conditions to be encountered at the face 

of  the  TBM,  these  adjustments  will  be  more  frequent  within  zones  where  soil  groups  with 

distinctly different index or engineering characteristics are encountered.  Changes in the behavior 

of  the excavated material  (e.g. stickiness, abrasivity, strength, and hydraulic conductivity) will 

also  occur  as  the  proportion  of  the  different  soil  groups  encountered  at  the  face  changes. 

Therefore, continuous monitoring and adjustments of  face pressures and conditioners will be 

necessary when tunneling throughout. 

 5.2.2   Break‐in/out  Ground improvement will be necessary to allow for a stable excavation during break‐out/break‐

in of the TBM from the tunnel approach structures at the portal islands (i.e. the soil at the break‐

Page 35: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 31  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

out/break‐in  locations  will  be  neither  stable  nor  impervious).    TR  Section  23,  Bored  Tunnel 

specifies minimum requirements for the ground improvement.    

 5.2.3  Behavior of Soft Soils  Between approximately Stations 877+50 and 945+50, and between approximately Elevations ‐50 

and  ‐130  feet,  the  Alluvial Marine  Sediments‐Fine‐grained  sub‐layer  (Qf)  and  the  underlying 

Alluvial Marine  Sediments‐Organic/Fat  Clay  sub‐layer  (Qo)  consist  of  very  soft,  inorganic  and 

organic silts and clays, and peat.  Ground improvement will be required to strengthen these layers 

to provide sufficient support to the TBM to maintain alignment and grade.   

 

TR Section 23, Bored Tunnel requires that between Stations 877+50 and 945+50, whenever any 

part of the tunnel below the springline is within the Alluvial Marine Sediments‐Fine‐grained sub‐

layer (Qf) or the Alluvial Marine Sediments‐Organic/Fat Clay sub‐layer (Qo), the Design‐Builder 

shall provide ground improvement to the in situ soils in advance of tunneling.  The horizontal and 

vertical limits of the ground improvement required by Section 23 are shown in Figure 5.1.   

 Figure 5.1 ‐ Limits of Ground Improvement Required to Support TBM in Soft Soils 

 

The Design‐Builder’s  bid price  for  the  required  ground  improvement  should be based on  the 

baseline profile shown in Figures 4.1 as modified by the qualifying statements in Section 5.2.1.  

Prior  to  performance of  this  ground  improvement,  TR  Section  24, Geotechnical  ‐  Islands  and 

Tunnels requires that a detailed geotechnical investigation be implemented to define the top and 

bottom of the Qf and Qo sub‐layers.  

Page 36: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 32  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

The ground improvement method shall be selected by the Design‐Builder to be compatible with 

their tunneling operations from the alternatives listed in TR Section 24, Geotechnical ‐  Islands 

and  Tunnels.    Other  ground  improvement  techniques  may  be  considered  as  an  Alternative 

Technical Concept (ATC).  The design and performance requirements of the ground improvement 

is the responsibility of the Design‐Builder.  The improved ground limits and characteristics shall 

be able to support the TBM to maintain the Design‐Builder’s proposed tunnel alignment within 

reasonable driving tolerances.  

5.2.4  Obstructions 

The  geologic  strata  present  along  the  tunnel  alignment  are  not  known  to  contain  naturally 

occurring  boulders  that  could  impede  the  progress  of  the  TBM,  and  the  Design‐Builder may 

consider that boulders will not be encountered outside the limits defined herein for man‐made 

obstructions.  Nevertheless, as a safeguard, and as required by TR Section 23, Bored Tunnel, the 

TBM shall be equipped to accommodate boulders.       

There are numerous “man‐made” obstructions that may impede the progress of the TBM and 

must  be  accounted  for  by  the Design‐Builder  both  in  the design  and  selection of means  and 

methods of construction.  These obstructions fall into the following categories and are discussed 

in the following paragraphs:

Rock Containment Dikes and Scour Protection; 

Temporary Works and Miscellaneous Debris from Previous Construction; 

Unrecovered Equipment from Geotechnical Drilling Program; and 

Foundations for Survey Towers.  

5.2.4.1 Rock Containment Dikes and Scour Protection  Rock containment dikes and scour protection constructed in the 1950s and 1970s were described 

in Section 5.1.2.1.    With respect to TBM tunneling, for baseline purposes, the Design‐ Builder 

shall be prepared to encounter heavy rip rap and stone layers as follows:  

At  the  North  Island,  between  Stations  850+00  and  867+00,  the  Design‐Builder  may 

encounter armor stone the same as the size and limits detailed in Section 5.1.2.1; 

At  the  South  Island,  between  Stations  924+00  and  945+00,  the  Design‐Builder  may 

encounter armor stone the same as the size and limits detailed in Section 5.1.2.1; 

Between  the  two  islands,  from  Station  867+00  to  924+00,  the  Design‐Builder  may 

encounter armor stone with a maximum dimension up to 5 feet and weighing up to 10 

tons anywhere within 10 feet below the mudline shown on Figure 4.1;  

Page 37: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 33  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

Between  the  two  islands,  from  Station  867+00  to  924+00,  the  Design‐Builder  may 

encounter scour protection, locking backfill, and other types of special fill materials within 

the  backfilled  trenches  of  the  existing  tunnels,  as  shown  on  the  record  drawings 

(Commonwealth of Virginia,  1956,1975).    For  baseline purposes,  the  backfilled  trench 

limits may vary up ±20 feet horizontally and ±5 feet vertically from the limits shown on 

the record drawings; and 

The  thickness  of  the  various  stone  layers  is  shown  on  the  record  drawings 

(Commonwealth of Virginia, 1956, 1975) and for baseline purposes may be encountered 

in local areas up to twice the layer dimension shown on the drawings.   

 The Design‐Builder’s means  and methods,  and bid price,  for  TBM  tunneling  shall  account  for 

accommodating any rip rap or stone layers encountered within the limits outlined in the previous 

four bulleted items.  However, the Design‐Builder’s bid price may consider that heavy rip rap or 

armor stone will not be encountered outside of these limits.   

 

5.2.4.2 Temporary Works from Previous Construction  Temporary works from previous construction in the 1950s and 1970s were described in Section 

5.1.2.2.    

 

The  Design‐Builder’s  means  and methods  and  bid  price  for  TBM  tunneling  shall  account  for 

encountering any of the following temporary works: 

  

Soldier pile and  lagging or  sheeting encountered up  to 10  feet behind  the  face of  the 

current finished walls of the tunnel cut and cover approach structures, and up to 20 feet 

below the base of the original excavation;   

De‐tensioned tieback tendons may be encountered up to 65 feet behind the face of the 

finished walls, and up to 20 feet below the full depth of the original excavation.   

Steel dewatering well  screens may be encountered to Elevation  ‐140 feet and may be 

present within 50 feet of the periphery of the current approach structures.  The steel well 

casings may or may not have been backfilled with grout or other material. 

Miscellaneous debris from the previous construction may be present within the footprint 

of the work.  For example, a steel cable was encountered in a Shelby tube sample in Boring 

17‐BH‐022‐OS  at  a  depth  between  15  and  20  feet  below  the  mudline.    For  baseline 

purposes, the Design‐Builder shall consider that miscellaneous construction debris may 

be encountered within ±25 feet horizontally, and ±10 feet vertically from the limits of the 

backfilled trench for the previous tunnels, as shown on the record drawings. 

Page 38: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 34  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

Timber, steel or concrete piles left‐in‐place from temporary piers may be present up to 

50 feet from the perimeter of the islands (both 1950s and 1970s perimeters) and may 

extend 10 feet below the top of the Yorktown Formation shown in Figure 4.1.  For baseline 

purposes, the Design‐Builder shall account for up to 4 such piles being encountered where 

the tunnel alignment crosses the island perimeter (or former perimeter).   

 

5.2.4.3 Unrecovered Equipment from Geotechnical Drilling Program  During performance of the marine drilling program, equipment issues and failures led to pieces 

of steel being left buried below the mudline at three test locations, as outlined below.    

 B‐018  After  completion  of  the  boring,  a  40‐foot‐long  section  of  6‐inch  casing 

became de‐coupled during removal and was left in the borehole;  

CPT‐034  After  completion  of  the  CPT  probe,  a  5‐foot‐long  section  of  NQ  casing became de‐coupled during removal and was left in the borehole; and 

 VST‐045   After completion of a vane shear test it was discovered that the connection 

between the vane and the rods sheared off  leaving the vane, a coupler, 

and an extension rod in the borehole. 

The surface coordinates and elevations of the buried equipment that could not be recovered is 

detailed  in  Table  5.1  and  shown  in  Figure  5.2.    The  coordinates  should  be  considered  to  be 

accurate within ±20 feet, and the elevation within ±30 feet. 

 

Boring  Northing  Easting Elevation (ft NAVD88) 

Description of Potential Obstruction 

B‐018  36° 59’ 36.90773”N  76° 18’ 40.92049”W ‐76.2 to ‐116.2  6” Casing 

CPT‐034  36° 59’ 30.56334”N  76° 18’ 40.06898”W ‐73.6 to ‐90.3  NQ Casing 

VST‐045  36° 59’ 12.9209”N  76° 18’ 18.2663”W ‐81.7 to ‐83.7  Shear Vane 

 Table 5.1 ‐ Location of Unrecovered Equipment from Geotechnical Drilling Program 

 

Page 39: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 35  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

  

Figure 5.2 ‐ Location of Unrecovered Equipment from Geotechnical Drilling Program  

The Design‐Builder’s means and methods, and bid price, shall account for encountering these 

potential obstructions and removing as necessary.    If encountered with the TBM, these  items 

may create obstructions to inhibit TBM advance and or damage to the TBM and require special 

effort to remove them such as through interventions. 

 

5.2.4.4 Foundations for Survey Towers  Horizontal and vertical control  for  the existing tunnels was established with the aid of survey 

towers located in the Hampton Roads waterway.  While the superstructure of the towers was 

removed,  the  piles  and  other  foundation  elements  were  abandoned  in  place.  The  general 

locations of the survey towers, which have since been removed, are  indicated on the original 

drawings (Commonwealth of Virginia, 1956, 1975).   The Design‐Builder’s means and methods, 

and bid price, shall account for encountering the piled foundations of these structures within ten 

feet  of  the  locations  indicated  on  the  original  drawings,  and  removing  as  necessary.    If 

encountered with the TBM, these items may create obstructions to inhibit TBM advance and or 

damage to the TBM and require special effort to remove them such as through interventions. 

 5.2.5  Sticky Clay Behavior  The TBM tunnel drive will encounter cohesive layers within the Alluvial Marine Sediments (Qc, 

Qf,  Qo)  and  the  Yorktown  (Tyf,  Tys)  and  Eastover  (Tye)  formations.    The  TBM  design  and 

implementation  of  soil  conditioning  shall  consider  the  potential  for  sticky  clay  behavior.   

Selection  of  the  specific  materials,  means,  and  methods  for  soil  conditioning  is  the  sole 

responsibility of the Design‐Builder. The Design‐Builder must continuously monitor and adjust 

Page 40: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 36  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

the conditioning process to ensure these materials, means, and methods are appropriate for the 

ground conditions being encountered at the face. This will require constant supervision and well‐

defined working plans and instructions for all construction personnel involved in TBM operations. 

Accordingly, baselines for soil stickiness potential are not provided herein. The Design‐Builder is 

solely responsible for determining how the soils, given the baseline soil properties as defined in 

Tables 4.1 will  respond to the means and methods selected and  implemented by the Design‐

Builder.  Sticky clay behavior will not be considered grounds for a Differing Tunnel Improvements 

Site Condition for layers encountered with properties within the baseline values included in Table 

4.1. 

 5.2.6   Cemented Sand and Shell Zones  The Yorktown (Tyf, Tys) and Eastover (Tye) formations contain cemented layers and shell beds 

that are classified as very dense or hard.  The design and operation of the TBM should consider 

the occurrence of these layers.  

 

An upper bound unconfined compressive strength for the Yorktown (Tyf, Tys)  and Eastover (Tye) 

formations  as  indicated  in  Table  4.1  shall  be  a  baseline  for  consideration  of  the  potential 

resistance that very dense granular, hard cohesive, or cemented sands or shells will present to 

excavation equipment for the TBM tools and forward thrusting of the TBM. 

 5.2.7   Soil Abrasion Behavior  The abrasion potential of the various soil strata that may be encountered by bored tunneling was 

investigated by means of soil abrasion testing using a method based on Nilsen et al (2007). The 

results of the testing are provided in the GDRs (Jacobs Engineering, 2018, ECS Mid‐Atlantic LLC, 

2018). 

 

Baseline values of soil abrasion for various soil strata (i.e., natural soil, without conditioners) are 

presented in Table 5.2. The baselines were developed based upon the soil abrasion test results 

included in the GDRs.  As per Jakobsen et al. (2013), a soil with an SAT™ less than or equal to 7 is 

classified as a “low” abrasive material, a soil with an SAT™ between 7 and 22 is classified as a 

“medium” abrasive material and a soil with an SAT™ of greater than or equal to 22 is classified 

as being a “high” abrasive material. These qualifiers notwithstanding, it is the numerical values 

of the SAT™ that are baselined.  

 

 

Page 41: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 37  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

 

Stratum  USCS Classification 

Soil Abrasion Test Value 

Baseline Range 

Island Artificial Fill (af)  SP, SM, SP‐SM  20‐40 

Alluvial Marine Sediments – Coarse‐Grained (Qc) 

SP, SM, SC  30‐55 

Alluvial Marine Sediments – Fine‐Grained (Qf) 

CL, CH  N/A 

Alluvial Marine Sediments – Organic/Fat Clay (Qo) 

OL, OH, CH, PT  N/A 

Yorktown Formation – Coarse‐Grained (Tys) SM, SC  30‐40 

Yorktown Formation – Fine‐Grained (Tyf)  CL, CH   35‐50 

Eastover Formation (Tye)  SP, SM, SP‐SC  25‐35 

Table 5.2 – Baseline Values for Soil Abrasivity   

5.2.8   Gas Conditions  Historic records indicating that the organic layers have previously been a source of methane gas 

were described in Section 5.1.4.  

 The  classification  of  the  underground  work  associated  with  the  bored  tunnel  option  in 

accordance with OSHA regulations (i.e., 29 CFR 1926.800 Subpart S) is provided in TR Section 23,   

Bored Tunnel.  

 

5.2.9   Soil pH  Soil  pH  testing  was  conducted  on  samples  from  all  strata  that  will  be  encountered  in  the 

tunneling.  For baseline purposes, the Design‐Builder shall consider the soil pH value will range 

between a minimum of 7.0 and a maximum of 11.0.  

 

 

 

Page 42: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 38  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

 

5.3 Island Expansions 

Expansions  of  the  existing  North  and  South  Islands  may  be  required  to  provide  portals  for 

horizontal  tunnel  alignments  located  to  the west of  the existing  tunnels,  and also  to provide 

sufficient cover for vertical alignments that would not allow the TBM to operate with existing 

island grades. 

5.3.1  Stratigraphy 

Figure 4.1 shows the baseline stratigraphy below the islands based on the recent and historic 

geotechnical information.  For design and construction of the island expansions, the interfaces 

between adjacent geological strata shown in the baseline profile are qualified by the statements 

included in Section 5.1.1.  

 

5.3.2  Obstructions  

There  are  numerous  potential  obstructions  that  may  affect  the  construction  of  the  island 

expansions and must be accounted for by the Design‐Builder both in the design and selection of 

means and methods of construction.   For design and construction of the island expansions the 

potential impacts from obstructions shall be as presented in Section 5.1.2. 

   

Page 43: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 39  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

 6.0  Instrumentation and Monitoring 

The  Contractor  shall  be  responsible  for  the  design,  installation,  monitoring,  and  data 

interpretation of the Instrumentation and Monitoring program in accordance with the Technical 

Requirements.   

Page 44: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 40  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

 7.0  Limitations 

The  interpretations  and  assessments  contained  in  this  report  are  based  upon  the  available 

information  from borings,  in  situ  tests and  laboratory  tests.  The geologic environment of  the 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion project  is  complex, and as  such, no amount of pre‐

construction  information  will  convey  as  detailed  an  understanding  as  will  exist  during  and 

following excavation. The range of anticipated site and construction conditions presented in this 

report is established as a baseline only to be used by all Bidders in preparing their bids, and by 

the  Department  to  evaluate  claims  relating  to  alleged  Differing  Tunnel  Improvements  Site 

Conditions.  The  range  of  anticipated  conditions  was  developed  with  the  standard  of  care 

commonly applied as the state of the practice in the profession. No warranty is included either 

expressed or implied that the actual conditions encountered will conform exactly to the baseline 

conditions described herein.   

Page 45: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 41  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

 

8.0  References 

1. AECOM,  “Hampton  Roads  Crossing  Archaeological  Survey  Hampton  And  Norfolk, 

Virginia”, July 2017 

2. Commonwealth of Virginia, Department of Highways, “Hampton Roads Project ‐ Record 

Drawings”, 1956. 

3. Commonwealth of Virginia, Department of Highways “Hampton Roads Project – Second 

Bridge‐Tunnel Crossing Contract T‐1, South Island ‐ Record Drawings”, 1975. 

4. Commonwealth of Virginia, Department of Highways “Hampton Roads Project – Second 

Bridge‐Tunnel  Crossing  Contract  T‐2,  North  Island,  Tunnel  and  Completion  of  South 

Island‐ Record Drawings”, 1975. 

5. ECS Mid‐Atlantic  LLC,  “Preliminary Geotechnical Data Report – Hampton Roads Bridge 

Tunnel – North and South Islands”, June 15, 2018. 

6. Grantz  W,  “Immersed  Tunnel  Settlements  Part  2:  Case  Histories”,  Tunneling  and 

Underground Space Technology. Vol 16, 2001 pp203‐210 

7. Hamilton P, and Larson J, “Hydrogeology and Analysis of the Ground‐water Flow System 

in  the Coastal  Plain of  Southeastern Virginia”, United  States Geological  Survey, Water 

Resource Investigation Report 87‐4240, (1988). 

8. Heuer, R.E., (1974), Important Ground Parameters in Soft Ground Tunneling: Proceedings 

of  Specialty  Conference  on  Subsurface  Exploration  for  Underground  Excavation  and 

Heavy Construction, ASCE. 

9. Kuesel  T.,  Schmidt  B.,  and  Rafaeli  D.,  “Settlements  and  Strengthening  Of  Soft  Clay 

Accelerated  By  Sand  Drains”  Highway  Research  Record  number  457,  Soil  Slopes  and 

Embankments, 1973. 

10. Jacobs Engineering, “I‐64 Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion Project, Geotechnical 

Data Report – Marine”, July 2018 

11. Jakobsen, P. D., Bruland, A., and Dahl, F., “Review and Assessment of the NTNU/SINTEF 

Soil Abrasion Test  (SAT™)  for Determination of Abrasiveness of Soil and Soft Ground”, 

Tunneling and Underground Space Technology 37, 2013, pp107‐114. 

12. Nilsen, B., Dahl, F., Holzhäuser J., Raleigh P., “New Test Methodology for Estimating the 

Abrasiveness of Soils for TBM Tunneling”, Proceedings of RETC Conference, 2007, pp104‐ 

116. 

13. Rafaeli, D., “Design of the South Island for the Second Hampton Roads Crossing”, Spec. 

Conf. on Performance of Earth and Earth‐Supported Structures, Proc. ASCE, Purdue Univ., 

Vol. 1, Part 1, 1972, pp. 361‐378. 

Page 46: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

 

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion  Page 42  Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

14. Steuerman S, and Murphy G, “Foundation of the Hampton Roads Tunnel”, Proceedings of 

the  Fourth  International  Conference  on  Soils Mechanics  and  Foundation  Engineering, 

1957. 

15. Thewes,  M.,  “Adhesion  of  Clays  During  Tunnelling  with  Slurry  Shields”,  Dissertation, 

vol.21, Berichte aus Bodenmechanik und Grundbau der Bergischen University Wuppertal, 

Department of Civil Engineering, 1999. 

16. Thewes, M. and Burger, W., “Clogging of TBM Drives in Clay – Identification and Mitigation of Risks”, Proceedings ITA‐AITES World Tunnel Congress, Istanbul, Turkey, 2005, pp. 737‐742 

   

Page 47: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

APPENDIX A ‐ Boring Location Plan and Baseline Subsurface Profile 

   

Page 48: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

17BH-101N 17BH-102N

17BH-103N 17BH-104N17BH-105N

B-113B-8B-9

B-10

B-12

B-11

B-1417-BH-012-OS17-BH-011-OS

17-BH-013-OS

17-BH-014-OS

17-BH-015-OS

ASPHFL

FL

SP

SM

SC

SM

CH

SC

SM

SM

29 13 26 22 15 17 12 1 5 4 27 36 24 44 11 9 10 4 11 7 6 14 12 11 16 10 11 5 11 7 7 17 14 8 8

10 22 33 11 11 31 41 40 33 41 36 8 3 7 9 7

11 96 14 7 8

30 6 5 5

50/3 9

15 14

ASPHFL

FL

SM

SM

SC

SM

17 15 18 17 8 5 4 4 25 27 38 22 24 21 23 21 8 10 15 6 10 6 11 28 6 20 9 8 3 10 9 11 13 17 9

FLFL

FL

SM

SM

SC

SM

SM

SP-SC

10 10 15 7 6 4 18 7 30 21 16 19 11 19 9 10 16 3 6 9 11 12 13 5 5 12 9 12 7 7 23 8 15 11 11 47 30 10 13 32 35 75 41 26 39 31 9 5 8

27 7

50/2 7 7 8 8 8 6 4 9

14 11 16 9

FL

FLFLFLSC

SC

SM

34 12 10 12 26 15 27 28 18 3 24 25 19 18 9 7 5 11 7 17 9 12 22 7 7 16 5 12 5 16 5 6 10 11

FL

FL

FL

SP

SC

SM

CL

SM

SM

CL

15 8 9 8 12 9 12 9 9 6 8 33 7 13 7 5 9 5 11 5 8 16 7 27 13 7 13 5 11 4 6 12 8 18 6 8 14 56 40 8

17 29 32 38 36 23 40 8 9 6 5 8 8

50/4 11 8 9 7 7 4 6

50/5 14 10 13

18 12 18 19 28 46 24 30 20 22 21 15 13 18 16 25 25 51

5/12"

10/12"

13/12" 38/12"

50/12" 25/12"

14/12" 12/12"

17/12"

29/12"

20/12"

12/12"

12/12"

25/12"

25/12"

14/12" 128/12"

58/12"

38/12"

63/12"

46/12"

52/12"

83/12"

38/12"

62/12" 59/12" 46/12" 19/12" 6/12"

16/12"

7/12"

15/12"

7/12"

40/12"

35/12"

41/12"

48/12" 14/12"

38/12"

42/12"

20/12"

15/12" 18/12"

26/12"

14/12"

85/12" 82/12"

111/12"

30/12"

50/12"

35/12" 150/12"

135/12"

114/12"

93/12"

85/12"

21/12"

7/12" 11/12" 9/12" 10/12"

38/12" 11/12" 10/12" 11/12" 21/12" 16/12" 27/12" 11/12" 11/12" 11/12" 18/12" 22/12" 19/12" 59/12" 38/12" 36/12" 36/12" 64/12" 44/12" 83/12" 67/12" 47/12"

66/12" 15/12" 19/12"

13 11/12" 14/12"

3/12" 5/12" 3/12"

12/12" 20/12" 2/12" 38/12" 32/12"

15/12" 10/12" 10/12" 13/12" 15/12" 10/12" 10/12" 10/12" 12/12" 12/12" 13/12"

100/11" 54/12" 16/12" 34/12" 68/12" 37/12" 60/12" 37/12" 34/12" 28/12" 35/12" 11/12" 9/12"

12/12" 19/12" 21/12" 100/8" 10/12" 14/12" 15/12" 13/12" 28/12" 24/12" 12/12" 10/12" 28/12" 20/12" 100/3" 19/12" 29/12" 20/12" 13/12" 100/7" 17/12"

21/12" 22/12"

8/12" 18/12" 27/12" 10/12" 10/12" 19/12" 32/12" 32/12" 11/12" 11/12" 13/12" 31/12" 31/12" 32/12" 39/12" 40/12" 40/12" 24/12" 56/12" 36/12" 69/12" 66/12" 42/12" 42/12" 62/12" 46/12"

25/12" 12/12" 14/12" 17/12" 27/12" 21/12" 28/12" 16/12" 14/12" 21/12" 132/12" 85/12"

23/12" 36/12" 64/12" 84/12" 61/12" 80/12" 70/12" 58/12" 71/12"

60/12"

SM

CH

SC

SM

SC

SMSC

SM

CL

SMSMSMSMSMSC

SC/GCSC/CL

SM

SC

SM

SC

SMSC

WOH WOH WOH WOH WOH 2 WOH WOH WOH WOH 5

WOH

63 11

10 43 13 13 33 21

WOR 23 15 15 15 35 20 28 6

WOR WOR

50/5" WOH WOH

WOR 79

WOR

10 50/10"

22 8

4

SP

SMSM

CL/SCSM

CH

SM

SC

SM

SC

SMSP

SC

SM

SC

CH

SC-SM

SM

SC

SM

SC

CL

SC

WOR WOR WOR WOR WOR WOH WOH 9

25 12 12

WOH WOH

11 8

WOH 12

26 22 26 11 21 16 20 25 26 39 28 18

19 11

50/3

16 12

WOH WOR

9

9 WOR

11 10

SP-SM

SCSM

SC

SMSC

SM

CHCH

SC

SC-SM

SCSM

SC

SM

WOR WOR WOR 8 8 WOR WOR WOR WOR 11

16

9 4

8 11 9

11 14 9

26

10 14 16 19 15 23 27 23

WOR

WOR WOR WOR

5 WOR

WOR WOR WOH WOR WOR

10 6 3

19 37

50/1

ML

SM

SC

SP-SM

SM

CLSC

SC-SM

SC

21 18 10 2 8 3 7 13 15 5

13 8

12

15 15 15 49 43 8

13 18 27 23 33 34 22 30

WOR

9 8

WOR 21 9

6 7 5

9

7 12 5

50/6"

SM

SC

SM

CL

SC

CL

WOR WOR 8 5 5 25 13 45

8

6 15 10 48 52 12 25 23 24 21 29 28 32 11 5

WOH

50/6"

5 29 6 6 4 5 4

3 3 7

11 9

32

17BH-101N

17BH-102N

17BH-103N 17BH-104N 17BH-105N

B-8

B-9

B-10

B-11

B-12

B-13

B-14

17-BH-007-OS

B-113

17-BH-008-OS

17-BH-009-OS

17-BH-012-OS

17-BH-010-OS

17-BH-011-OS

17-BH-013-OS

17-BH-014-OS

17-BH-015-OS

PROFILEHOR. SCALE: 1"=100'VERT. SCALE: 1"=30'

PLANSCALE: 1"=100'

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-280-280852+00 854+00 856+00 858+00 860+00 862+00 864+00 866+00 868+00 870+00 872+00 874+00 876+00850+00

Tys

Qc

af

Tyf

Tye

17BH-101N B-113

928+00 930+00 932+00 934+00 936+00 938+00 940+00 942+00 944+00

Legend

Tye - Eastover Formation; Predominantly Coarse-grained(SC, SM, SP, SC-SM, SP-SC with minor lenses of CL)

Tyf - Yorktown Formation; Predominantly Fine-grained(CH, mainly fat clay with some lenses of CL, MH and SC)

Tys - Yorktown Formation; Predominantly Coarse-grained(SM, SP-SM, SP, SW, GP, SC, SW-SM, SC-SM)

Qc - Alluvial Marine Sediments; PredominantlyCoarse-grained (SP, SC, SM, SP-SM)

Qf - Alluvial Marine Sediments; PredominantlyFine-grained (CL, CH)

Qo - Alluvial Marine Sediments; Organic/Fat Clay(OL, OH, CH, PT)

af - Coarse-grained fill material (Fill)(SP, SM, SP-SM)

Water

3. This baseline profile is applicable for new tunnel alignments between the existing tunnels, and foralignments up to 500 feet to the west of the second tunnel alignment.

4. Qualifying statements related to interpretation of the subsurface profile for different elements ofthe proposed construction are presented in Sections 5.1.1, 5.2.1 and 5.3.1 of this report.

946+00 948+00

Notes:

1. This baseline profile was developed by projecting borings on to the alignment of the second bridge-tunnel built in the1970s. For clarity, the existing tunnel structure and associated backfill materials are not included in the profile. Referto project record drawings for limits of existing structures, and the associated backfill and scour protection materials.

2. For clarity, some CPT's are not shown and some have been moved slightly from their projected location.

AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
Page 49: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

B-111B-112B-15AB-15 B-15B B-16A B-17 B-18A B-19 B-2017-BH-016-OS17-BH-017-OS

17-BH-018-OS17-BH-019-OS 17-BH-020-OS

17-BH-021-OS

11 22 68 S

35 6

WOR

S WOR WOR

1 36 75 72 37

43 67 48

7 3 7

12 5

WOR

WOR

S WOR

WOR WOR

62 87 81 72 16 24 20 57

S 10/12" 9/12" 5/12"

10/12" 11/12" 17/12" 15/12" 17/12" 82/12"

150/12" 14/12" 27/12" 24/12" 26/12" 28/12" 42/12" 32/12" 41/12" 48/12"

25/12" 12/12" 14/12" 17/12" 27/12" 21/12" 28/12" 16/12" 14/12" 21/12" 132/12" 85/12"

23/12" 36/12" 64/12" 84/12" 61/12" 80/12" 70/12" 58/12" 71/12"

60/12"

WOP/12" 18/12" 5/12"

WOP/12" 6/12" 7/12"

52/12" 100/12" 22/12" 23/12" 30/12" 39/12" 70/12" 58/12" 29/12" 50/12" 19/12"

WOP/12" 7/12" 10/12" 6/12" 1/12"

20/12"

2/12"

2/12"

5/12" 16/12" 20/12" 13/12" 15/12" 58/12"

12/12" 8/12" 6/12" 8/12" 5/12" 2/12"

1/12"

2/12"

2/12"

40/12" 47/12" 31/12" 34/12" 61/12"

40/12" 36/12"

42/12" 14/12" 21/12" 20/12"

3/3" 1/12"

1/12"

2/12"

21/12" 38/12" 28/12" 33/12" 16/12" 18/12" 11/12"

S 9/12"

35/12" 38/12" 21/12" 1/12" WOP/6" WOP/12" WOP/12"

2/12"

3/12"

7/12"

17/12" 37/12" 20/12" 14/12" 18/12"

WOP/12" 6/12"

WOP/12" 8/12" S

S

10/12" 8/12"

11/12"

10/12" 23/12" 26/12" 26/12" 31/12" 21/12"

SP

CH

CH

CH

CH

SP-SM

SM

CL

SC-SM

SM

WOR 3 2 6 2 WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR

22 23 18 17 6

14 6

51 15 7 9

10 5

13 44 25

89/6

6 9

24 50/3"

SP-SM

CLSP-SMCL

CL

SC

SPSW

SMCH

SM

SC-SM

WOR 24 7 16 14 7 WOH WOR WOH

WOR WOR WOR WOR WOR

WOR

WOR WOH

22 32

WOR 61 27 35 49 29

WOR

5 7

85

7 8 5

WOR WOR

14 42 17 13

70/3"

CL

SMCH

CH

SP-SM

SP

SW

SC

SM

SC

CL

WOR WOR WOR WOR WOR WOH WOR

WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR 13 WOR WOR WOR WOR 18 27

26 32 30

WOR WOR WOR

50/2"

7 50/5"

7 WOH

50/5"

WOR WOH WOR WOR WOR

10 WOR WOR

8

39

SP

SC

CL

CL

CLSCSM

SP-SM

CHSMSC-SM

SC

CL

WOR WOR WOR WOR WOR WOR 57 13 12 17 WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR

WOR 22 23 22 31

WOH 60/5"

50/5"

12 16 8

15 11

WOR WOR

7 12 14 8

17 18 31

9 21

SP

SC

SP-SM

SC-SM

SMSC

SM

SMCH

SC

SM

SC

CL

WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR 8 21 26

WOR 17

WOR 21 31 24 8

24 4

24 WOR WOR

48 20 86

WOR 13

WOR WOR WOR WOH

50/4" 15 11 11

WOH 14

WOR 21 27

SP

SC

CHSPCLSMSCSMCHSC

SWSMCHSCSMSC-SM

SC

SM

SC

WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR

12

4 2

34 30 28 36 6 7 4 6

50/6" 2

55 5 5

WOH 13

WOH 9

14 7

11 3

4

B-15 B-15A B-15B B-16A B-17 B-18A B-19B-20

B-111B-112

17-BH-020-OS

17-BH-016-OS

17-BH-017-OS

17-BH-018-OS

17-BH-019-OS 17-BH-021-OS

PROFILEHOR. SCALE: 1"=100'VERT. SCALE: 1"=30'

PLANSCALE: 1"=100'

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-280-280876+00 878+00 880+00 882+00 884+00 886+00 888+00 890+00 892+00 894+00 896+00 898+00 900+00 902+00

Qc

Qf

Qf

Tys

Tyf

Qo

Qc

Tye

928+00 930+00 932+00 934+00 936+00 938+00 940+00 942+00 944+00

Legend

Tye - Eastover Formation; Predominantly Coarse-grained(SC, SM, SP, SC-SM, SP-SC with minor lenses of CL)

Tyf - Yorktown Formation; Predominantly Fine-grained(CH, mainly fat clay with some lenses of CL, MH and SC)

Tys - Yorktown Formation; Predominantly Coarse-grained(SM, SP-SM, SP, SW, GP, SC, SW-SM, SC-SM)

Qc - Alluvial Marine Sediments; PredominantlyCoarse-grained (SP, SC, SM, SP-SM)

Qf - Alluvial Marine Sediments; PredominantlyFine-grained (CL, CH)

Qo - Alluvial Marine Sediments; Organic/Fat Clay(OL, OH, CH, PT)

af - Coarse-grained fill material (Fill)(SP, SM, SP-SM)

Water

3. This baseline profile is applicable for new tunnel alignments between the existing tunnels, and foralignments up to 500 feet to the west of the second tunnel alignment.

4. Qualifying statements related to interpretation of the subsurface profile for different elements ofthe proposed construction are presented in Sections 5.1.1, 5.2.1 and 5.3.1 of this report.

946+00 948+00

Notes:

1. This baseline profile was developed by projecting borings on to the alignment of the second bridge-tunnel built in the1970s. For clarity, the existing tunnel structure and associated backfill materials are not included in the profile. Referto project record drawings for limits of existing structures, and the associated backfill and scour protection materials.

2. For clarity, some CPT's are not shown and some have been moved slightly from their projected location.

AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
Page 50: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

B-110B-21 B-22 B-23 B-24 B-2517-BH-022-OS17-BH-023-OS

17-BH-024-OS17-BH-025-OS

17-BH-026-OS

17-BH-027-OS

0

WOR WOR

WOR 0

WOR

WOR

WOR

18 23 18 25 54 37 28 34

118 11 40

WOP/12" WOP/12" WOP/12"

S

S

7/12" 4/12"

5/12"

3/12" 16/12" 21/12"

21/12" 14/12" 13/12" 27/12" 38/12"

S S

S

1/12"

6/12" 20/12" 18/12" 8/12"

23/12" 20/12" 38/12" 27/12" 28/12" 37/12"

22/12"

S S

12/12" 18/12"

1/12"

29/12" 19/12" 24/12" 6/12"

5/12" 6/12"

12/12" 48/12"

127/12"

5/12"

13/12" 1/12" 1/12" 1/12"

1/12"

1/12"

1/12"

11/12" 4/12"

2/12"

2/12"

73/12" 9/12"

19/12" 6/12" 25/12" 46/12" 65/12" 76/12"

25/12" 38/12"

S

S

S

1/12"

1/12"

14/12"

8/12"

2/12"

22/12" 22/12" 39/12" 35/12" 91/12" 38/12" 60/12" 53/12" 65/12"

CL

CH

CH

SMCLSC

CL

SC-SM

SM

CH

SC

CL

CH

WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR 30 WOR

WOR WOR WOR WOR

26 18 9

19 6 3 3

WOR WOH

50/2"

WOR

WOR WOR

5 10 9 8 7 6

20

SMCL

CH

SM

CH

CHCHSCSPCH

SW

SM

CH

SC

SM

SM

SM

WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR 9 WOR WOR WOR WOR WOH WOR

WOR

WOR 20

WOR

23 6

12 16 32 24 19 6

10 2 3

86 9 3

24 WOR

WOR

50/5"

11 26

28

GW

SM

SW

CL

CH

SP

CH

SC

SW

CL

SM

CHCH

SC

SC-SM

SC

34 9 15 26 7 7 6 5 2 7 15 19 11 17

WOR WOR WOR WOR WOR 6 WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOH 26

WOR WOR WOR WOR WOR

10 20 15 11 16 12 11 15 30 33 30 9

WOR WOR

22 21 13 5

12 7

11

50/4

SMSPMLSP

GW-GMSP-SM

SC

CL

CH

OH

SC

CH

CLSP

SM

CL

SC

SM

SC

SM

16 18 21 14 12 12 17 17 25 92 10 20 30 10 12 WOH WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR

26 22 48

WOR

WOR WOR

WOR WOR

11 17 20

WOH 12 58 28 4

WOR WOR WOR

11 50/5" WOR

7 WOR WOR

15 WOR WOH

13 20

CL

OH

CL

SPSC

SM

SW-SM

CH

SC

WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOH WOH WOR WOH WOR WOH WOH 6 WOH WOH WOR WOR WOR 16 29

WOR WOR WOR WOR

36 27 19 37 16 21 21

18 15 14

WOR WOR

47 50/3"

21 17 9

13

WOR 11

SP-SM

OH

SC

CH

SC

CLCHSPSWGP

SM

CLSCCLSC

SM

WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR 6 4 24 2 WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR

12 5

17 27 10 21 41 41 35 27

WOR WOR WOR

9

47 5

15 15 7 7

13 13

15

B-21 B-22 B-23 B-24B-25

B-110

17-BH-025-OS

17-BH-022-OS

17-BH-023-OS

17-BH-024-OS

17-BH-026-OS

PROFILEHOR. SCALE: 1"=100'VERT. SCALE: 1"=30'

PLANSCALE: 1"=100'

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-280-280902+00 904+00 906+00 908+00 910+00 912+00 914+00 916+00 918+00 920+00 922+00 924+00 926+00 928+00

QfQc

Qo

QfQc

Qf

Tys

Tye

Tyf

Qc

Qf

af

928+00 930+00 932+00 934+00 936+00 938+00 940+00 942+00 944+00

Legend

Tye - Eastover Formation; Predominantly Coarse-grained(SC, SM, SP, SC-SM, SP-SC with minor lenses of CL)

Tyf - Yorktown Formation; Predominantly Fine-grained(CH, mainly fat clay with some lenses of CL, MH and SC)

Tys - Yorktown Formation; Predominantly Coarse-grained(SM, SP-SM, SP, SW, GP, SC, SW-SM, SC-SM)

Qc - Alluvial Marine Sediments; PredominantlyCoarse-grained (SP, SC, SM, SP-SM)

Qf - Alluvial Marine Sediments; PredominantlyFine-grained (CL, CH)

Qo - Alluvial Marine Sediments; Organic/Fat Clay(OL, OH, CH, PT)

af - Coarse-grained fill material (Fill)(SP, SM, SP-SM)

Water

3. This baseline profile is applicable for new tunnel alignments between the existing tunnels, and foralignments up to 500 feet to the west of the second tunnel alignment.

4. Qualifying statements related to interpretation of the subsurface profile for different elements ofthe proposed construction are presented in Sections 5.1.1, 5.2.1 and 5.3.1 of this report.

946+00 948+00

Notes:

1. This baseline profile was developed by projecting borings on to the alignment of the second bridge-tunnel built in the1970s. For clarity, the existing tunnel structure and associated backfill materials are not included in the profile. Referto project record drawings for limits of existing structures, and the associated backfill and scour protection materials.

2. For clarity, some CPT's are not shown and some have been moved slightly from their projected location.

AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
Page 51: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

B-101B-102

B-103B-104B-105

B-10617BH-101S17BH-102S

17BH-104S 17BH-105S17BH-106S 17BH-108S17BH-110S

17BH-109S 17BH-112S17BH-113S

17BH-103S 17BH-107S 17BH-111SB-26 B-29B-30 B-31B-46 B-44B-45

WOH

WOH

WOH

WOH

WOH

4

5

5

7

25

33

34

65

49

WOR

11

10

WOR

5

3

3 3

1 2

3 5

WOR

5

53 23

48 31

20

31

13

22

3

7

10

2

2 2

4

WOH

6

5

WOH

31

16

43

61

123/3"

32

10

11

7

10

0

WOR

2

WOR

8

9 16

55

62

33

22

64

51

49

16

8

8

4

3

5

6

11

8

6

20

17

20

10

8

9

28

36

72

72

19

70

32

45

32

37

11

14

31

11

2

5

5

6

20

10

19

8

21

44

28

11

6

8

7

10

49

52

28

50

72

WOR

40 50

FL

FL

SP-SM

MLSMCLCH

OH

OHOH

SMOHPTSPSM

SM

MHCH

SM

SM

14 9 12 14 15 16 21 17 13 16 17 11 4 7 2 2 6 WOH 3 3 6 5 5 3 4 3 6 6 4 7 4 8 2 4 6 7 6 10 33 19 25 9

34 15 40 9 5

20 23 13 10 20 36 22 10 6 3 6 5

50/3'' 6

50/2'' 8 3 6

11 7 5

11 10

FLFLFL

SP

SMSPOHML

CHCHSMSM

7 14 13 9 5 16 11 17 24 17 10 14 15 17 8 7 13 10 9 6 11 12 12 12 5 5 4 5 5 8 7 6 6 6 11 30 13 23 14 16 50/3"

FLFLFLFLFL

FL

SCCHSECH

OH

CHCHSMSM

13 8 8 8 11 8 10 9 6 8 6 5 2 5 WOH 4 4 4 WOH 8 5 6 6 6 6 6 5 8 10 16 22 19 8 12 14

FL

FL

FLSMMLCLSMOLSM

SM

CH

SM

SM

SP

17 13 WOH WOH

2 WOH 2 4 4 12 8 3 3 2 3 9 6 8 9 18 8 7 12 6 13 7 7 8 13 8 9 6 7

11 7

20 16 12 9

16 11 11 19 33 29 24 9

12 5 4

50/1'' 11 12 6 5 8 8 6 8

11 20

FL

CL

CHCH

OH

MLSMSM

17 7 7 9 10 10 12 8 15 2 2 5 3 5 3 3 4 6 4 5 7 6 6 5 7 4 6 3 2 5 6 5 3 6 10 6 11 13 34 25 9 12 10 20 23 13 44

FL

FL

SCCLSMCHSC

SM

4

5 4 4 6 6 7 3 5 9

10 8 8 18 9 16 9 7 17 9 25 10

FL

CH

SC-SM

CL

OH

OHSMCLPTSM

SM

CHSC-SM

SM

SM

3 13 2 8 2 2 3 WOH

WOH 3 2 3

4 3 5 3 3 4 5 4 2 4 3 3 3 7 5 5 7 6 6 13 38 27

18 11 WOH 2 WOH 2 2 2 WOH 2 2 3 WOH 2 2 3 2 2 5 6 5 2 2 2 2 2 3 2 2 2 4 3 5 5

15 30 13 15 29 12 12 35 9 13 9

13 13 18 24 34 37 27 4 9

9 9 8

50/1'' 19 7 4

11 9 5

10 12 30

FL

FL

CHSM

CL

CL

SMSP-SM

FL

FLCHSMCLSM

OH

OH

SPSM

7 14 6 8 5 2 2 WOH 2 2 3 3 8 10 7 3 4 4 4 5 5 3 4 5 6 5 3 6 7 23 21 19 11

FLFL

FL

CL

SM

SM

SP-SM

SM

CHSC

SM

10 6 9 15 2 WOH 2 2 2 4 2 3 4 20 8 6 4 4 17 15 9 9 10 10 11 10 5 11 11 12 10 17 9 12

12 8

18 17 30 32 16 12 20 15 14 31 41 40 36 10 9 4 4

50/2'' 8 50/4''

FL

SP-S

M

CLOL

OH

OHOHSP

SM

CH

SM

SM

14 12 4 6 9 8 9 6 5 9 16 6 3 2 WOH 3 3 4 5 5 5 4 4 3 6 3 4 6 5 6 4 4 10 38 39 9 9

50/3'' 23 12 8

14 15 10 19 19 31 17 5

15 4 5

10 12 14 18 20 4 9 8 5 9 9

14

FLFL

FL

MHSP-SMCL

CL

SC

OH

SCSMSM

8 4 5 3 12 6 2 3 2 2 4 2 3 3 6 5 4 5 4 7 4 4 6 4 7 4 5 8 4 6 5 6 46 23 33 8

FL

CL

OH

SP

SM

CH

SM

SM

11 6 2 9 3 3 2 3 2 2 WOH

WOH 3 4 2 2 3 3 6 4 4 5 4 3 6 6 5 5 27 32 12 13 15

14 25 25 10 9

13 11 8

19 27 41 21 8 9

5 50/2''

7 50/4''

11 10 10 11 7 6 9

16 13

S 1/12" 1/12" 1/12"

1/12" 1/12" 1/12" 2/12" 2/12" 1/12" 1/12"

1/12"

27/12" 21/12" 36/12" 36/12" 32/12"

48/12" 37/12" 75/12" 39/12" 36/12" 35/12" 72/12" 63/12"

1/12" 3/12" 1/12" 1/12" 1/12" 1/12" 1/12" 1/12" 1/12" 3/12" 3/12" 3/12" 3/12"

66/12" 32/12"

44/12" 43/12" 17/12" 14/12"

102/12" 96/12" 82/12" 27/12" 43/12" 33/12" 30/12" 12/12" 14/12" 10/12" 16/12" 6/12" S 24/12"

150/12" S

14/12" 16/12"

S 10/12"

25/12" 22/12"

S 22/12" 16/12"

S

13/12"

S

S

S S

S 2/12"

2/12"

2/12"

13/12"

15/12"

25/12"

17/12"

36/12" 96/12" 66/12"

28/12"

51/12"

33/12"

34/12" 19/12"

93/12"

S

S

S

2/12"

5/12"

5 6 5/12"

10/12"

15/12"

16/12"

43/12" 39/12"

21/12"

43/12"

38/12"

36/12"

45/12"

51/12"

31/12"

51/12"

39/12"

38/12"

41/12"

48/12"

WOH/12"

WOH/12"

WOP/12"

2/12"

5/12"

S

1/12"

1/12"

7/12"

55/12"

20/12"

S

S

S

1/12"

1/12"

1/12"

2/12"

3/12"

5 11/12"

33/12"

30/12" 18/12"

29/12"

65/12"

4/12"

S

1/12"

1/12"

1/12"

2/12"

4/12"

3/12"

4/12"

4/12"

22/12"

18/12"

22/12"

SMCL

SC

SC

SC-SM

WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR WOR 14 18 10 13 17 10 22 57 11 24 12 26 11 19

18 15 16 14 12 11

WOH WOH WOR WOR

5 WOR WOR WOR

22

17-BH-032-OS

17BH-101S

17BH-102S

17BH-103S 17BH-104S

17BH-105S

17BH-106S

17BH-107S17BH-108S

17BH-109S 17BH-110S 17BH-111S 17BH-112S

17BH-113S

B-26

B-27

B-28

B-29

B-30

B-31

B-44B-101

B-102 B-103

B-104B-105

B-106

17BH-032-OS

PROFILEHOR. SCALE: 1"=100'VERT. SCALE: 1"=30'

PLANSCALE: 1"=100'

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-280-280928+00 930+00 932+00 934+00 936+00 938+00 940+00 942+00 944+00

af

Qc

Qf

Qo

Qc

Tys

Tyf

Tye

Qf

Legend

Tye - Eastover Formation; Predominantly Coarse-grained(SC, SM, SP, SC-SM, SP-SC with minor lenses of CL)

Tyf - Yorktown Formation; Predominantly Fine-grained(CH, mainly fat clay with some lenses of CL, MH and SC)

Tys - Yorktown Formation; Predominantly Coarse-grained(SM, SP-SM, SP, SW, GP, SC, SW-SM, SC-SM)

Qc - Alluvial Marine Sediments; PredominantlyCoarse-grained (SP, SC, SM, SP-SM)

Qf - Alluvial Marine Sediments; PredominantlyFine-grained (CL, CH)

Qo - Alluvial Marine Sediments; Organic/Fat Clay(OL, OH, CH, PT)

af - Coarse-grained fill material (Fill)(SP, SM, SP-SM)

Water

3. This baseline profile is applicable for new tunnel alignments between the existing tunnels, and foralignments up to 500 feet to the west of the second tunnel alignment.

4. Qualifying statements related to interpretation of the subsurface profile for different elements ofthe proposed construction are presented in Sections 5.1.1, 5.2.1 and 5.3.1 of this report.

946+00 948+00

Notes:

1. This baseline profile was developed by projecting borings on to the alignment of the second bridge-tunnel built in the1970s. For clarity, the existing tunnel structure and associated backfill materials are not included in the profile. Referto project record drawings for limits of existing structures, and the associated backfill and scour protection materials.

2. For clarity, some CPT's are not shown and some have been moved slightly from their projected location.

AutoCAD SHX Text
Concrete Sidewalk
AutoCAD SHX Text
Asphalt
AutoCAD SHX Text
I-64 EBL
AutoCAD SHX Text
Concrete Ledge
Page 52: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

 

 

 

 

 

 

 

 

APPENDIX B – Tunnelman’s Classification System   

Page 53: EXHIBIT 21 GEOTECHNICAL BASELINE REPORT...2019/05/23  · Geotechnical Baseline Report Exhibit 21 Execution Version Hampton Roads Bridge-Tunnel Expansion Commonwealth of Virginia Project

Final Geotechnical Baseline Report                               November 28, 2018  

Hampton Roads Bridge‐Tunnel Expansion    Commonwealth of Virginia Project No. 0064‐M06‐032    Virginia Department of Transportation  

 

Tunnelman’s Classification System (After Heuer, 1974) 

Classification  Behavior  Typical Soil Type 

Firm 

Heading can be advanced without initial support, and final lining can be constructed before ground starts to 

Loess above water table; hard clay, marl, cemented sand and gravel when not highly overstressed. 

  Raveling 

Slow Raveling 

Chunks or flakes of material begin to drop out of the arch or walls sometime after the ground has been exposed, due to loosening or to overstress and “brittle” fracture (ground separates or breaks along distinct surfaces, opposed to squeezing ground). In fast raveling ground, the process starts within a few minutes, otherwise the ground is slow raveling 

Residual soils or sand with small amounts of binder may be fast raveling below the water table, slow raveling above. Stiff fissured clays may be slow or fast raveling depending upon degree of overstress. 

Fast Raveling 

Squeezing 

Ground squeezes or extrudes plastically into tunnel, without visible fracturing or loss of continuity, and without perceptible increase in water content. Ductile, plastic yield and flow due to overstress.  

Ground with low frictional strength. Rate of squeeze depends on degree of overstress. Occurs at shallow to medium depth in clay of very soft to medium consistency. Stiff to hard clay under high cover may move in combination of raveling at execution surface and squeezing at depth behind surface. 

Running 

Cohesive Running 

Granular materials without cohesion are unstable at a slope greater than their angle of repose. When exposed at steeper slopes they run like granulated sugar or dune sand until the slope flattens to the angle of repose. 

Clean dry granular materials. Apparent cohesion in moist sand, or weak cementation in any granular soil may allow the material to stand for a brief period of raveling before it breaks down and runs. Such behavior is cohesive‐ raveling 

Running 

Flowing 

A mixture of soil and water flows into the tunnel like a viscous fluid. The material can enter from the invert as well as the face, crown, and walls, and can flow for great distances, 

Below the water table in silt, sand or gravel without enough clay content to give significant cohesion and plasticity. May also occur in sensitive clay when such material is disturbed. 

Swelling 

Ground absorbs water, increases in volume, and expands slowly into the tunnel. 

Highly pre‐consolidated clay with plasticity index in excess of about 30, generally containing significant percentages of montmorillonite.