Sist revidert: 25.09.2020. Vi tar gjerne imot dine tilbakemeldinger.

En kulvert er et lukket vanngjennomløp som blant annet brukes til å lede elver eller bekker forbi bebygde arealer eller kryssing av infrastruktur (for eksempel vei eller jernbane). Kulverter kan også brukes som flomavledningstiltak, med formål å avlaste flomvannføringen eller senke flomvannstanden. Her finner du informasjon om hva du må ta hensyn til ved prosjektering av kulverter til flomavledning.

Innhold: Sjekkliste for prosjekteringen | Grunnlagsdata | Plassering og trasé | Kapasitetsberegning | Selvrensing | Materiale og form | Innløp | Utløp | Fiskevandring i kulverter | Lange kulverter og flomtunneler | Teknisk utførelse | Videre lesning

Denne modulen forutsetter at

Begrepene rør, stikkrenner og rørledninger, er andre begreper som brukes i forbindelse med lukkede vannveier. I denne modulen bruker vi begrepet kulverter om alle typer lukkede vanngjennomløp, uansett størrelse og formål.

Lukking av en vannvei kan ha flere formål – for eksempel bekkelukking, kryssing av infrastruktur eller gjenfylling av stabilitetsmessige årsaker. Denne modulen dreier seg først og fremst om bruk av kulverter til å avlede deler av vannføringen eller senke vannstanden i flomutsatte områder (lukket flomavledning), men prinsippene for dimensjonering og prosjektering av kulverter er generelle, og kan også brukes til andre formål. Se eksempel på lukket flomavledning på figur 1. 

På generelt grunnlag anbefaler NVE at alle vassdrag bør gå i åpne løp der det er mulig. Lukkede vannveier har en kapasitetsgrense som kan overskrides, og innebærer risiko for at løpet tettes i flomsituasjoner. Prosjekteringen bør i alle tilfeller ivareta alternative og sikre flomveier og planer for tilsyn, drift og vedlikehold (se modul F4.306: Kulvert – Forvaltning, drift og vedlikehold).

Figur 1: Flomavledning i Skytjeåa, Ørsta kommune. For å avlaste vassdraget i flomsituasjoner er det bygd en avlastingskanal i betong på 320 m, som leder vannet fra Skytjeåa til Rossåa. Kulvertinnløpet ligger høyere enn naturlig elvebunn, slik at det kun er flomvannet som finner veien inn i kanalen. Vannføringen nedstrøms i elva kontrolleres av et profil med begrenset bredde. Bildet viser innløpet til kulverten og etablering av massebasseng nedstrøms. (Foto: Bjørn Lytskjold, NVE).

Figur 1: Flomavledning i Skytjeåa, Ørsta kommune. For å avlaste vassdraget i flomsituasjoner er det bygd en avlastingskanal i betong på 320 m, som leder vannet fra Skytjeåa til Rossåa. Kulvertinnløpet ligger høyere enn naturlig elvebunn, slik at det kun er flomvannet som finner veien inn i kanalen. Vannføringen nedstrøms i elva kontrolleres av et profil med begrenset bredde. Bildet viser innløpet til kulverten og etablering av massebasseng nedstrøms. (Foto: Bjørn Lytskjold, NVE).

Hva er en kulvert?

Definisjonen på en kulvert kan variere mellom ulike kilder.

Fra Statens vegvesen Håndbok N200 (2018):
"En kulvert er et vanngjennomløp med overliggende fylling og åpent inn- og utløp." Betegnelsen er avhengig av lysåpningen:

  • < 1 m – stikkrenne
  • 1–2,5 m – kulvert
  • > 2,5 m – bru

I denne modulen bruker vi begrepet kulverter om alle typer lukkede vanngjennomløp.

Video om kulverter. (Video: Practical Engineering, YouTube)

Sjekkliste for prosjekteringen

Lukking av eksisterende vannveier er et stort inngrep i naturen som vil påvirke den naturlige avrenningen i nedbørfeltet. Behovet for og konsekvensene av å lukke en vannvei må vurderes nøye, og utformingen må tilpasses hvert enkelt vassdrag og området rundt.

Ved prosjektering av kulverten må følgende vurderes:

  • Kulverten må ha tilstrekkelig kapasitet for avledning av dimensjonerende vannføring/flom.
  • Vannstanden foran innløpet må ikke være så høy at det fører til erosjonsskader eller at vann kommer på avveie.
  • Kulverten bør være selvrensende for å hindre avleiring av sedimenter som reduserer kulvertens kapasitet og levetid.
  • Innløpet og utløpet må sikres mot ulykker som involverer mennesker og dyr.
  • Massetransport, drivgods og isforhold i vassdraget må analyseres, og vurderes med hensyn på fare for gjentetting av gjennomløpet eller kulvertinnløpet. Strukturelle løsninger vurderes.
  • Adkomst for reparasjoner, inspeksjoner og vedlikehold i driftsfasen.
  • Erosjonssikring og eventuelt energidreper ved høy utløpshastighet.
  • Materiale må vurderes og velges med tanke på kapasitet og belastninger gjennom kulvertens levetid.
  • I vassdrag med fisk må en unngå at kulverten virker som en vandringsbarriere, og legge til rette for fiskens gang.
  • Analyse av kritiske punkt og kartlegging av hvor vannet går i tilfelle brudd eller gjentetting av kulverten.

Dimensjoneringen bør omfatte vurderinger av forholdene både oppstrøms og nedstrøms kulverten, siden dette kan påvirke strømningsforholdene i kulverten. I motsatt fall vil også kulverten påvirke avrenningen i vassdraget som helhet. Konsekvensene av den valgte løsningen må utredes og vurderes.

Grunnlagsdata

En generell beskrivelse av grunnlagsdata du trenger for å detaljprosjektere tiltaket finner du på siden fase 1: Planlegging av tiltak mot flom og erosjon. For prosjektering av kulverter er det spesielt viktig å undersøke:

Topografi, arealbruk og grunnforhold: Dette bruker du til å finne en egnet plassering av tiltaket. Viktig grunnlag for valg av trasé er å få klarlagt hvilke grunnmasser som er på stedet og dybde til fjell, gjennom geologiske og geotekniske grunnundersøkelser. Hvordan dette gjennomføres finner du mer informasjon om i Feltundersøkelser – Håndbok R211 (Statens vegvesen, 2018). Det er også viktig å få oversikt over kommunalteknisk infrastruktur i nærheten av tiltaket. Kontakt kommunen for mer informasjon. Du kan finne mer om dette temaet i modul G1.001: Kartgrunnlag og terrengdata.

Dimensjonerende flom: Dette brukes til å finne kulvertens dimensjonerende flomvannføring og beregne kapasitet. Les mer i Modul F1.001: Flomberegning

Grensebetingelser: Oppstrøms/nedstrøms vannstand og hastighet ved ulike vannføringer. Les mer om dette i Modul F1.002: Hvordan lese et vassdrag? – Grunnleggende vassdragshydraulikk.

Potensiale for massetransport, isgang og drivgods: Dette er viktig for å kartlegge belastning og potensiale for gjentetting og skader. Les mer om temaet i modul F2.003: Belastninger fra is og drivgods på sikringsanlegg.

Forholdet til eksisterende arealplaner/reguleringsplaner og relevante lovverk: kan du lese mer om i Modul G0.001: Lover og forskrifter.

Plassering og trasé

Plassering av kulverttrasé, innløp og utløp velges ut fra en vurdering av blant annet:

  • Tilgjengelighet for reparasjon og vedlikehold
  • Byggverk og infrastruktur, inkludert eksisterende ledninger og rør i grunnen
  • Risiko for skader ved gjentetting eller overskridelse av dimensjonerende kapasitet, og risiko for erosjonsskader og høy vannhastighet i utløpsområdet

Traseen bør ha minst mulig retningsendringer mellom innløp og utløp for å redusere energitap. Kortest mulig trasé mellom innløp og utløp gir størst fall, og derved størst kapasitet og økt sannsynlighet for selvrensing.

Lukking av vannveier innebærer som regel økt risiko for vann på avveie og flomskader når kapasiteten overskrides, eller kulverten går tett. Du bør alltid kartlegge hvor vannet går i slike tilfeller, og legge til rette for alternative sikre flomveier hvis skadepotensialet er stort. Kulverttraseen kan for eksempel legges i et lavpunkt i terrenget, i et område uten store verdier. Dermed vil vannet renne via lavpunktet og tilbake til vassdraget uten å forårsake skader av betydning.

Kapasitetsberegning

Dimensjonering av kulverter må ses i sammenheng med kapasitetsberegningen: Utformingen av de ulike delene kan ha innvirkning på strømningstypen som oppstår, og dermed kontrollformen. Se modul F2.002: Kulvert – kapasitetsberegning for mer informasjon om strømningstyper, og fremgangsmåter for kapasitetsberegning.

Kulvertens hoveddeler må utformes i detalj slik at kapasiteten ved dimensjonerende flom er tilstrekkelig. Hva som skal til for å øke kapasiteten avhenger av den kontrollerende strømningstypen:

Ved innløpskontroll er følgende elementer spesielt viktige for kapasiteten:

  • innløpets utforming
  • rørdiameter
  • vannstand og strømningsforhold ved og oppstrøms innløpet

Ved utløpskontroll er følgende elementer viktige for kapasiteten:

  • innløpets utforming
  • rørdiameter
  • lengde
  • fall
  • friksjonsforhold/materiale
  • oppstrøms vannstand
  • nedstrøms vannstand
  • overganger, innsnevringer, utvidelser og retningsendringer, som medfører energitap

For å beregne kapasitet må du kontrollere om kulverten har innløpskontroll eller utløpskontroll. Dette kan gjøres gjennom manuelle beregninger, nomogrammer og/eller bruk av hydraulisk programvare. Kontroller at kulverten har tilstrekkelig kapasitet for dimensjonerende vannføring og ikke fører til vann på avveie ved innløpet og eventuelle kummer. Kontroller også vannhastigheten ved utløpet i forhold til potensialet for erosjonsskader.

Avhengig av verdiene som beskyttes bør kapasitetsberegningen også gjøres for vannføringer som overgår dimensjonerende. Kapasitetsdiagrammer som viser oppstrøms energihøyde som funksjon av vannføring kan være nyttig for å visualisere strømningsforholdene og kontrollformen i kulverten ved ulike vannføringer. Kulvertberegningen bør også kontrolleres for tilfeller som kan føre til ugunstige strømningsforhold, som for eksempel delvis gjentetting av innløpsrista, eller økt ruhet som følge av avsetninger i gjennomløpet.

For kompliserte og lange kulverter i tettbebygde strøk med retningsendringer, endringer i tverrsnitt og fallforhold, anbefales bruk av hydraulisk programvare og/eller fysiske modellforsøk.

Anbefaling

Kulverten bør utformes med innløpskontroll ved dimensjonerende vannføring. Dette sikrer overkritisk strømning og høy hastighet gjennom kulverten, gir god kapasitet, og er gunstig med tanke på selvrensing.

Obs! Utløpshastigheten kan være høy. Husk erosjonssikring i bunn og sider og eventuelt energidreper.

Kulverten bør dimensjoneres slik at innløpet ikke dykkes ved dimensjonerende vannføring. Dette reduserer sannsynligheten for erosjonsskader på innløpsfyllingen eller vann på avveie, og hindrer opphoping av drivende gjenstander. Dessuten gir det kulverten en viss reservekapasitet hvis vannføringen stiger ytterligere.

Selvrensing

Helningen til kulverten bør være stor nok til at en sikrer at kapasiteten ikke begrenses av avlagrede sedimenter. Selvrensing vil i praksis skje ved skjærspenning mot kulvertens vegger høyere enn 3–4 N/m2. Som en tommelfingerregel kan man anta at kulverten er selvrensende når hastigheten på vannet er > 1 m/s.

Selvrensing bør oppnås ved en vannføring som er 10–20 % av dimensjonerende kapasitet. Ved lave vannføringer vil det skje en viss avleiring, men disse vil som oftest spyles gjennom når vannføringen øker.

Av hensyn til den anleggstekniske utførelsen, bør minimumsfallet for selvrensing ha et toleransetillegg på 2 ‰, se ellers Vassdragshåndboka, tabell 10.2.

Beregning av skjærspenning i rørledninger

Se VA/Miljø-blad nr. 79/2007 Dimensjonering av avløpsledninger. Selvrensing.

Materiale og form

Materialer og bestandighet

Kostnader, kapasitet (ruhet), styrke, varighet og motstand mot ytre belastninger er bare noen av faktorene du må vurdere når du velger materiale. De vanligste rørmaterialene for kulverter er betong, plast (PVC, PE eller PP) eller stål. Kulverter kan også fores innvendig for å hindre korrosjon og slitasje eller redusere friksjon, for eksempel med epoxy- eller asfaltbelegg, eller betong. Levetiden for kulverten er avhengig av de belastningene den utsettes for. Spesielt må kulverten vurderes med hensyn til fare for mekanisk slitasje og korrosjon.

Tabell 1 oppsummerer de viktigste parameterne for de aktuelle rørmaterialene (NB! Fungerer bare i PC-visning – ikke nettbrett eller mobil). Se ellers spesifikasjoner fra rørprodusenten.

Tverrsnitt

De vanligste gjennomløpene har sirkulære eller rektangulære tverrsnitt (figur 2). Hvelvkulverter med åpen, naturlig bunn kan være et hensiktsmessig alternativ der det er ønskelig med fiskeoppgang, eller ved fare for sedimenttransport som kan skade rørbunnen.

Der det er fare for gjentetting eller iskjøving av gjennomløpet, kan en ekstra kulvert legges på et høyere nivå, se figur 3. Denne er normalt tørr ved lav vannføring og fungerer som sikkerhet dersom hovedkulverten ikke greier å ta unna vannet. Ekstra gjennomløp er særlig aktuelt i kulverter der skader på røret eller overtopping kan medføre betydelige konsekvenser for bebyggelse nedstrøms. Behovet vurderes på bakgrunn av stedlige forhold og nytte/kost.

Figur 2: Kulvert med kvadratisk gjennomløp, Ristelva, Trondheim kommune. Kulverten sikrer stort gjennomstrømningsareal når vannstanden er lav – og kan være et hensiktsmessig alternativ til sirkulære tverrsnitt. (Foto: Asbjørn Osnes, NVE)

Figur 2: Kulvert med kvadratisk gjennomløp, Ristelva, Trondheim kommune. Kulverten sikrer stort gjennomstrømningsareal når vannstanden er lav – og kan være et hensiktsmessig alternativ til sirkulære tverrsnitt. (Foto: Asbjørn Osnes, NVE)

Figur 3: Kulvert med ekstra gjennomløp for å hindre skader ved gjentetting, Amundsbekken, Trondheim kommune. (Foto: Asbjørn Osnes, NVE)

Figur 3: Kulvert med ekstra gjennomløp for å hindre skader ved gjentetting, Amundsbekken, Trondheim kommune. (Foto: Asbjørn Osnes, NVE)

Valg av rørmateriale

Se VA/Miljø-blad nr. 30/2010 Valg av rørmateriell.

Innløp

Hydraulisk kapasitet, landskapstilpasning, miljø og sikkerhet er noen elementer som må vurderes ved valg av innløpstype. Figur 4 viser eksempler på noen mulige innløpsutforminger.

Tilløpet og innløpsutformingen kan ha stor betydning for kulvertens kapasitet. Elva oppstrøms er ofte mye bredere enn kulvertløpet, og innsnevringen kan føre til betydelig turbulens og energitap. En gradvis overgang i strømningsforholdene ved innløpet vil dermed vanligvis forbedre kulvertkapasiteten. Hydraulisk optimalisering av innløpet er særlig viktig når kulverten har innløpskontroll.

Figur 4: Ulike innløpsutforminger for kulverter. ki er tapskoeffisienter for innløpet.

Figur 4: Ulike innløpsutforminger for kulverter. ki er tapskoeffisienter for innløpet.

Funksjonskrav til innløp

  • Sikre tilstrekkelig kapasitet
  • Hindre gjentetting på grunn av massetransport eller iskjøving
  • Hindre erosjon, og sikre at vannet ikke går inn i fyllingen eller kommer på avveie
  • Sikre mot ulykker som involverer mennesker og dyr
  • Ikke være vandringshinder for fisk der det er relevant

Tilløp

Det vanligste er å dimensjonere tilløpet for underkritisk strømning. Dette gir stabile strømningsforhold med liten sannsynlighet for at vannstandssprang og turbulens reduserer kapasiteten i kulverten. Hvis strømningen i tilløpet er overkritisk, er det viktig å sørge for at strømningen forblir overkritisk helt fram mot utløpet, og at det ikke oppstår vannstandssprang som kan begrense kapasiteten. Erosjonsfaren må vurderes. Se NIFS-rapport 28/2016 Overvannshåndtering og drenering for veg og jernbane for krav og anbefalinger til ulike tilløpsutforminger.

Innløpet bør anlegges slik at det sammenfaller med vannets strømningsretning oppstrøms. Retningsendringer i tilløpet kan gi betydelige energitap og bør unngås.

Kapasitetsøkning ved innløpet

Har kulverten innløpskontroll, kan optimalisering av innløpskonstruksjonen gi en betydelig kapasitetsøkning. De vanligste konstruksjonene som vil gi en viss kapasitetsøkning er:

  • innløp med avfasede kanter
  • vingemurer
  • traktformede innløp – enten med konstant fall og/eller forsenket innløp, eller med økt fall

Innløp med avfasede kanter og traktformede innløp med konstant fall, sørger for gradvis innsnevring av strømningstverrsnittet og har liten tapskoeffisient. 

Vingemurer er mest effektive for rektangulære innløp, og bør utformes med en vinkel på 30–75 grader mellom strømningsretningen og muren.

I et traktformet innløp med økt fall, vil vannhastigheten øke, og kapasiteten i gjennomløpet øker betydelig, se figur 5. Dermed kan dimensjonen på gjennomløpet reduseres. Merk at slike løsninger ofte er betraktelig dyrere i produksjon enn konvensjonelle utforminger. De vil dermed først og fremst være lønnsomme for innløpskontrollerte kulverter av en viss lengde, mens for kortere kulverter vil det som regel være mer lønnsomt å øke rørdimensjonen. Valg av løsning baseres på vurdering av nytte/kost og stedige forhold.

Har kulverten utløpskontroll gir forbedring av innløpet bare en marginal forbedring av kapasiteten, gjennom redusert energitap. Det vil her som regel være mer effektivt å øke dimensjonen eller fallet i gjennomløpet, eller forbedre strømningsforholdene ved utløpet.

Figur 5: Kulvert med traktformet innløp, vingemur og bratt akselerasjonssone i Vigda, Meldal. Innløpet bidrar til å øke vannhastigheten slik at gjennomløpet kan utnyttes bedre. (Foto: Joar Skauge, NVE)

Figur 5: Kulvert med traktformet innløp, vingemur og bratt akselerasjonssone i Vigda, Meldal. Innløpet bidrar til å øke vannhastigheten slik at gjennomløpet kan utnyttes bedre. (Foto: Joar Skauge, NVE)

Tapskoeffisienter for innløp

Hydraulic Design of Highway Culverts (FHWA, 2012), Appendix C – Tabell C2 for tapskoeffisienter for ulike typer innløp. Tapskoeffisienter for noen vanlige innløpstyper er også vist på figur 6.

Kulverter og tunneler som brukes til flomavledning utformes ofte slik at de ikke tar inn vann før vannstanden når et bestemt nivå. Innløpet reguleres da med overløpsterskler eller luker, som sørger for at løsningen har god kapasitet fra første stund, og ikke gir høyere vannstandsstigning enn det som er akseptabelt, med hensyn til flom og erosjonsskader. Jevnlig tilsyn og vedlikehold er viktig, slik at en sikrer at kapasiteten er tilstrekkelig når flommen inntreffer. Se eksempel på figur 1.

Sikring av innløpet

Fyllingen rundt innløpet bør sikres mot vanninntrenging og erosjon, for eksempel ved bruk av frontmur/vingemur av betong eller tørrmur. Dette gjelder særlig hvis det er sannsynlig at innløpet dykkes. Ved fare for utvasking av massene bak muren benyttes fiberduk eller grusfilter på 0,3–0,4 m tykkelse.

I vassdrag med mye materialtransport må tiltak vurderes for å unngå tilstopping. Innløpsrister er en enkel og effektiv måte å sikre at større sedimenter, drivgods og løv ikke kommer inn i kulverten. I tillegg til sikkerhet mot gjentetting, bidrar det til å hindre at mennesker og større dyr kommer inn i kulverten.

Ulempen med innløpsrister er at det transporterte materialet over tid vil samles opp, og kan bidra til å tette innløpet, se figur 6. I tillegg til økt sannsynlighet for flomskader, vil kapasiteten reduseres. Det er derfor viktig at innløpsristene utformes på en måte som gir god kapasitet, selv med betydelig grad av gjentetting.

Ristene må kunne renses jevnlig, særlig under/etter flomepisoder. Det må derfor være mulig å komme fram til innløpet i driftsfasen. Større kulverter trenger adkomst for maskinell rens, og rista bør være løs slik at den kan trekkes opp under flom.

Ved delvis gjentetting, vil rista fungere som en overløpsterskel, som gir oppstuving oppstrøms. Elva i tilløpet bør utformes slik at vannstandsstigningen ikke fører til vann på avveie. Vanndybden ved innløpet bør beregnes med antatt gjentetting opptil 2/3 av høyden på rista, se NIFS-rapport 28/2016 Overvannshåndtering og drenering for veg og jernbane, kap. 5.5.3.1. Hvis overløpet medfører at innløpet dykkes, bør overbygningen erosjonssikres.

Andre tiltak mot massetransport bør også vurderes:

  • sedimenteringsbasseng, fangdammer, terskelkonstruksjoner eller andre spesielle konstruksjoner oppstrøms kulvertinnløpet.
  • fangrist et stykke oppstrøms for innløpet, for eksempel ved stolper av profilstål eller trykkimpregnert tre ned i elvebunnen (Ristene dimensjoneres med antatt gjentetting opp til 2/3 av høyden. Dette må ikke føre til vann på avveie).
  • ekstra kulvertgjennomløp på et høyere nivå.
  • selvrensende kulvertinnløp – se NVE Faktaark Sikring mot tiltetting av renner (2014).
  • dimensjoner og helning på kulverten som sikrer høy hastighet og gjennomspyling av mindre sedimenter, eventuelt akselerasjonsrenne i tilløpet – unngå hindre i vannveien der vannstandssprang kan oppstå.
  • reduksjon av tilgjengelig materiale – skjøtsel av vegetasjon og masseutskiftning.

For å sikre mot ulykker kan innløpet gjerdes inn. Gjerdet må i tilfelle være lett å fjerne for å sikre enkel adkomst for drift og vedlikehold.

Figur 6: Delvis gjentettet kulvertinnløp i Korsådalsbekken, Verdal. (Foto: Roar M. Gartland, NVE)

Figur 6: Delvis gjentettet kulvertinnløp i Korsådalsbekken, Verdal. (Foto: Roar M. Gartland, NVE)

Sikkerhet mot ulykker

Sikring av innløpet må vurderes når:

  • vanndybden ved innløpet eller utløpet medfører drukningsfare
  • L ≥ 50 m
  • D ≥ 500 mm
  • bratt helning gir så høy strømningshastighet at det medfører fare for mennesker og dyr
  • det er farlige forhold i eller nedstrøms den lukkede delen
  • kulverten ligger i et område der mennesker ofte oppholder seg, f.eks. i tettbygde strøk eller nær skole/barnehage

Krav til innløpsrister

  • Samlet åpent ristareal (utenom stavene) bør være 1,5–3 ganger innløpsarealet.
  • Rista bør utformes slik at de gir overløpsstrømning ved Qdim og delvis gjentetting. Dimensjonerende situasjon er delvis gjentetting opp til 2/3 av høyden.
  • Oppstuvingshøyden bak rista må ikke lede vann ut av vannhøyden.
  • Spalteåpningen må være så stor at mindre materiale (og ev. fisk) transporteres gjennom.
  • Det må legges til rette for adkomst med maskinell rens.
  • Risten bør enkelt kunne heves eller fjernes ved behov.
  • Spalteåpningene bør være min. 100 mm, og det bør være fri åpning 100–200 mm mellom kanalbunn og rist.
  • Risten bør ha minimalt med tverrgående staver.

Her kan du lese mer om innløp

NIFS-rapport 28/2016 Overvannshåndtering og drenering for veg og jernbane.

  • Tilløpsutforminger: kap. 5.5.2.
  • Innløpsrister: kap. 5.5.3.
  • Innløpsutforminger: kap. 5.5.4.

SINTEF NHL-rapport (1992) Flomberegning og kulvertdimensjonering, kap. 4 og 5.

Utløp

Plassering av utløpet må vurderes med hensyn til vedlikehold, og fare for oversvømmelser og erosjonsskader ved stor vannhastighet og/eller vannstand. For kulverter med utløpskontroll kan du også oppnå en kapasitetsøkning ved å forbedre avrenningsforholdene slik at vannstanden ved utløpet minker.

For å minimere energitapet, bør utløpet legges slik at retningen på vannstrømmen fra kulverten sammenfaller med retningen nedstrøms. Enden av kulverten bør skråskjæres etter helningen på terrenget. 

Erosjonssikring eller energidreper ved utløpet

Vannhastigheten er ofte mye høyere gjennom kulverter enn i naturlige kanaler, og medfører erosjonsfare ved utløpet. Dette gjelder særlig når strømningen gjennom kulverten er overkritisk. Hvilket tiltak som anbefales, er avhengig av utløpshastigheten, se anbefalinger til høyre.

For innløpskontroll kan du anta normalstrømning, og bruke Mannings formel (se modul F1.003: Hydraulisk analyse og vannlinjeberegning) til å beregne utløpshastigheten. Dette stemmer godt for lengre kulverter, og vil gi en noe konservativ verdi for kortere kulverter. Alternativt kan programvare benyttes. For utløpskontroll må hastigheten beregnes i en vannlinjeberegning. Hastigheten ved utløpskontroll vil vanligvis være lavere på grunn av underkritisk strømning i gjennomløpet.

Ved fare for erosjon må strekningen nedstrøms utløpet erosjonssikres, for eksempel ved steinsetting/plastring eller sikring med betong. For svært høye hastigheter langt nedstrøms kulverten, kan det være praktisk å anlegge energidrepere et stykke nedstrøms - for eksempel av steiner, terskler eller betong, se figur 7. Dette fører som regel til kraftig turbulens, og kanalen rundt må også erosjonssikres. Se Hydraulic Design of Energy Dissipators for Culverts and Channels (FHWA, 2006) for dimensjonering.

Figur 7: Energidreper med betongklosser nedstrøms kulvertutløp i Storelva, Malvik, Trøndelag. (Foto: Asbjørn Osnes, NVE)

Figur 7: Energidreper med betongklosser nedstrøms kulvertutløp i Storelva, Malvik, Trøndelag. (Foto: Asbjørn Osnes, NVE)

Sikring av utløpet

Veiledende anbefalt sikringsmetode basert på utløpshastighet, etter Berg et al. (1992):

  • < 2 m/s Vanligvis ingen tiltak nødvendig. Ev. lettere plastring, erosjonsbeskyttelse, avhengig av forholdene.
  • 23 m/s Normal plastring/steinsetting.
  • 34 m/s Tyngre steinsetting.
  • > 4 m/s Spesielle energidrepere og sikring med betong eller stein.

 

Mer om erosjonssikring og energidreper

Fiskevandring i kulverter

Kulverter kan skape problemer for fiskevandring, som følge av for høy vannhastighet og/eller for lav vannstand i kulverten, eller uheldig plassering og utforming. For stor avstand mellom vannspeilet i kulverten og elva ved utløpet er en vanlig vandringsbarriere. Dette skyldes ofte at elvebunnen ved utløpet senkes over tid, som følge av erosjon. Rister er ofte delvis gjentettet og kan gi stor terskelhøyde som hindrer fiskens gang. Disse bør ikke brukes der det er ønskelig at fisken skal kunne passere, uten kompenserende tiltak.

Det finnes flere muligheter for å sikre at fisken kan passere gjennom kulverter. Dersom avstanden mellom vannspeilet i elva og kulvertutløpet er for stort, er det vanlig å bygge terskler med en nedsenket renne mellom kulvertutløpet og elva, slik at fisken kan passere. Tersklene kan bygges av stein, eller støpte betongkummer. Terskler bidrar også til å heve vannspeilet ved utløpet, slik at avstanden opp til kulverten ikke blir like stor. Tersklene bør ikke være høyere enn ca. 0,4–0,5 m uten fiskerenne. I bratte elveløp er det vanlig å bygge flere terskler i serie, eller en såkalt «fisketrapp», se figur 8.

Du kan også etablere terskler inni kulverten for å heve vannspeilet, styre strømmen og bremse hastigheten, se figur 9. Tersklene er typisk 30–40 cm høye, med en utsparing på midten som samler vannet på lave vannføringer. Avstanden mellom tersklene avgjøres av rørets helning, og ønsket dybde bak hver terskel (vanligvis 10–30 cm). Terskler inni kulverten vil som regel redusere kapasiteten, og bør ikke benyttes der kapasiteten allerede er marginal.

Kulverter som opprettholder naturlig elvebunn, som for eksempel, nedgravde kulvertbunner eller hvelvkulverter uten bunn, er gunstig for å opprettholde eller gjenopprette fiskevandring, se figur 10.

Lyssetting bør vurderes gjennom lange kulverter som tilrettelegges for fiskegang.

Figur 8: Fisketrapp av betongkummer ved utløp av kulvert fra Florbekken i Stjørdalselva, Stjørdal, Trøndelag. (Foto: Ida Eggen, NVE)

Figur 8: Fisketrapp av betongkummer ved utløp av kulvert fra Florbekken i Stjørdalselva, Stjørdal, Trøndelag. (Foto: Ida Eggen, NVE)

Figur 9: Terskler av trestokker i kulvert i Kvernbekken, Meråker, Trøndelag. (Foto: Arne Jørgen Kjøsnes, NVE)

Figur 9: Terskler av trestokker i kulvert i Kvernbekken, Meråker, Trøndelag. (Foto: Arne Jørgen Kjøsnes, NVE)

Figur 10: Hvelvkulvert som er tilnærmet like bred som vassdraget og opprettholder naturlig elvebunn, Loa, Melhus kommune. (Foto: Morten André Bergan, NINA)

Figur 10: Hvelvkulvert som er tilnærmet like bred som vassdraget og opprettholder naturlig elvebunn, Loa, Melhus kommune. (Foto: Morten André Bergan, NINA)

Fiskevandring gjennom kulverter

I DN Håndbok 22-2002: Slipp fisken fram! kan du lese mer om fiskens vandremuligheter gjennom kulverter.

Statens vegvesens rapport nr. 459 (2015): Frie fiskeveger tar for seg utfordringer knyttet til vandringshinder for fisk, og illustrerer flere eksempler på hvordan dette kan utbedres.

Lange kulverter og flomtunneler

Lange kulverter

Kulverter som brukes til flomavledning, er ofte lange sammenliknet med kulverter som benyttes ved kryssing av vei og jernbane. De kan ha en komplisert trasé med retningsendringer, og består ofte av delelementer som kan ha ulike dimensjoner, fallforhold og materialtilstander. Dette gir ofte mer kompliserte strømningsforhold og kan øke sannsynligheten for utløpskontroll avhengig av stedlige forhold.

Noen generelle anbefalinger for utformingen av lange kulverter:

  • Der forholdene ligger til rette for det kan kulverten utformes med akselerasjonssone for å øke kapasiteten. Dermed kan hovedløpets tverrsnitt reduseres. 
  • Innløpet bør sikres med rist eller inngjerding.
  • Legg til rette for enkel adkomst og kummer for inspeksjoner og vedlikeholdsarbeider.
  • Vurder plassering av terskler og eventuelt lyssetting i kulverter som er viktig for fiskeoppgang.
  • Kapasitetsberegninger av lange og kompliserte kulverter i tettbebygde strøk bør gjennomføres ved hjelp av hydrauliske numeriske eller fysiske modeller.
  • Sørg for jevnlig tilsyn, drift og vedlikehold for å hindre slitasje og gjentetting.

Flomtunneler

Hydraulisk sett er det liten forskjell mellom flomtunneler og kulverter. Flomtunneler kan utformes med større tverrsnitt som innebærer større kapasitet, og er dermed bedre egnet til å lede store vannmengder over lengre strekninger. Traseen går som regel gjennom fjell, og kan for eksempel utføres ved sprengning eller boring.

I Norge har flere flomtunneler blitt utredet i forprosjekter – men så langt er ingen bygd. Utfordringene er først og fremst knyttet til høye kostnader og store dimensjoner.  Utforming av innløpskonstruksjonen kan være en utfordring for å få tilstrekkelig kapasitet. For å sikre god effekt når tunnelen settes i drift, må inntaket ofte dykkes. Dette krever luker eller spesielle overløpskonstruksjoner. Dette er kostbare løsninger, og store dimensjoner være utfordrende å tilpasse eksisterende terreng og arealbruk. For å oppnå god nytte/kost i et slikt prosjekt må store verdier sikres av tiltaket.

Ønsker du mer informasjon om flomtunneler kan du se på tidligere utredninger for NVE:

Tenk utførelse når du prosjekterer

Når du prosjekterer er det viktig å tenke gjennom hvilke arbeidsoperasjoner som skal utføres, og tekniske krav til eventuelle masser og materialer. Praktisk utførelse og legging av kulverten er som regel avhengig av lokale forhold. Dette kan du lese mer om i modul F3.306: Kulvert – Utførelse. Flere av momentene som nevnes i denne modulen er også relevante for prosjekteringen.

Soneinndeling av grøftetverrsnittet er vist i figur 11. De ulike sonene må planlegges og utføres slik at rørene ikke skades eller får uakseptable deformasjoner. Krav til materialer, lagtykkelse, bredde, komprimering og minste avstand mellom flere rørelementer er beskrevet i blant annet NS 3420-F Beskrivelsestekster for bygg, anlegg og installasjoner – Del F: Grunnarbeider – Del 1. Se også utgitte datablader fra Stiftelsen VA/Miljø-blad, med beskrivelse av tekniske løsninger innen vann- og avløpsteknikk basert på "beste praksis". Leggeanvisninger fra leverandør kan brukes som supplement.

Kulverter med diameter større enn 600 mm bør frostsikres, for å hindre skader på grunn av telehiv, isskjøving og teleskader. Dette kan utføres ved å legge kulverten i frostfri dybde, bruke isolere ved bruk av sand-, grus- og steinmaterialer, XPS eller løs lettkllinker, eller tilføre varme. Se Statens vegvesens Håndbok N200 – Vegbygging, kap. 407 for dimensjonering.

Figur 11: Soneinndeling av grøftetverrsnittet (basert på SVV Håndbok N200 og NS 3420).

Figur 11: Soneinndeling av grøftetverrsnittet (basert på SVV Håndbok N200 og NS 3420).

Utførelse av rørgrøfter

Flere av prinsippene/praksis fra utførelse av grøfter for overvann kan også overføres til legging av kulverter. Stiftelsen VA-/miljøblad har laget en rekke datablader for hvordan slike konstruksjoner bør utføres. Noen relevante blader:

  • VA/Miljø-blad nr. 5 – Grøfteutførelse fleksible rør.
  • VA/Miljø-blad nr. 6 – Grøfteutførelse stive rør.
  • VA/Miljø-blad nr. 30 – Valg av rørmateriale.
  • VA/Miljø-blad nr. 64 – Bekkeinntak med innløpskontroll. Dimensjonering og utforming.
  • VA/Miljø-blad nr. 79 – Dimensjonering av avløpsledninger. Selvrensing.
  • VA/Miljø-blad nr. 101 – Hydraulikk tilpasset VA-anlegg.
  • VA/Miljø-blad nr. 109 – Frostsikring av VA-ledninger og kummer.

Du finner også krav til materialer og utførelse i Statens vegvesens Håndbok N200 – Vegbygging, kap. 4 og i NS 3420 Beskrivelsestekster for bygg, anlegg og installasjoner.

Videre lesning og referanser

Berg A., Lunde T., Mosevoll G. (1992) Flomberegning og kulverdimensjonering. SINTEF NHL-rapport STF60 A92101. Trondheim: SINTEF NHL.

Direktoratet for naturforvaltning (2002). Slipp fisken fram! Fiskens vandringsmuligheter gjennom kulverter og stikkrenner. DN Håndbok 22-2002. 

NS 3420 Beskrivelsestekster for bygg, anlegg og installasjoner. (NS 3420:2019). Standard Norge.

NS 3420-F Beskrivelsestekster for bygg, anlegg og installasjoner – Del F: Grunnarbeider – Del 1. (NS 3420-F:2019). Standard Norge.

NVE (2009) Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein. NVE veileder 4/2009. Oslo: Norges vassdrags-og energidirektorat.

NVE (2010) Vassdragshåndboka – Håndbok i vassdragsteknikk. Red: Fergus, T., Hoseth, K.A., Sæterbø, E. Trondheim: Tapir Akademisk Forlag. Kap. 10.

NVE (2014) Sikring mot tiltetting av renner. NVE faktaark. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat.

NVE (2016) Overvannshåndtering og drenering for veg og jernbane. NIFS-rapport nr. 28/2016. Delprosjekt 5, Flom og vann på avveie. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat. Kap. 5.

Statens vegvesen (2015) Frie fiskeveger. Utbedring av vandringshinder for fisk. Statens vegvesens rapporter nr. 459.

Staten vegvesen (2018) Vegbygging – Håndbok N200. Oslo: Vegdirektoratet, kap. 4.

Stiftelsen VA/Miljø-blad (u.å.) Utgitte blader. Tilgjengelig fra: http://www.va-blad.no/utgitte-blader/. (Hentet: 16. mars 2020).

U.S Department of Transportation, Federal Highway Administration (2006) Hydraulic Design of Energy Dissipators for Culverts and Channels. Hydraulic Engineering Circular Number 14, Third Edition. FHWA-NHI-06-086 HEC 14.

U.S Department of Transportation, Federal Highway Administration (2012) Hydraulic Design of Highway Culverts. Hydraulic Design Series Nr. 5.