JULKINEN Rantaradan stabiliteetin parantaminen syvästabiloinnilla

Transkriptio

1 syvästabiloinnilla Seppo Hakala

2 Sisällysluettelo Lähtötiedot ja mitoitus Laboratoriokokeet ja sideaineen valinta Koestabilointi ja tuotantopilarointi Laadunvalvonta Seurantamittaukset Johtopäätökset ja jatkotoimenpide-ehdotukset Urakoitsijan näkökulma (Risto Lindroos/Ralf Ajalin Oy)

3 Lähtötiedot ja laskennat Suunnittelualueet Rantaradalla V km 166, 189 ja 195 V km Aiemmin tai työn alussa tehty stabiliteettilaskennat ja pohjavahvistussuunnitelmat, joissa vahvistus ulottui rautatiealueen ulkopuolelle. Tämä vaatisi ratasuunnitelman laatimista. Livi sai korjausrahaa ja halusi toteuttaa kohteet ilman ratasuunnitelman laatimista Mahdollisia vahvistusmenetelmiä tällöin tilasta ja tilanteesta riippuen ojan putkitus+vastapenger Ankkuroitu teräsponttiseinä stabilointi 3

4 Stabilointi on mahdollista toteuttaa kapealle rautatiealueelle 4

5 Stabiloinnin mitoitus ohjeissa Syvästabiloinnin suunnitteluohje lähtee oletuksesta, että pilarit tehdään penkereen alle (aktiivipuoli) Tällöin huomioidaan sekä maan että pilareiden lujuus RATO 3 kieltää stabiloinnin liikennöitävän raiteen alla ilman tarkempaa selvitystä. Stabilointia voidaan käyttää liikennöitävän radan sivulla. Toteutetut pilaririvit sijaitsivat pääsääntöisesti liukupinnan passiivipuolella, jolloin maan lujuutta ei otettu huomioon mitoituksessa NCCI7 Suunnittelu: Pilarin leikkauslujuuden ominaisarvo max 200 kpa sp/su < 15 Valmis pilari: Pilarin leikkauslujuuden ominaisarvo max 300 kpa sp/su < 20 5

6 Stabiloinnin mitoitus ohjeessa Syvästabiloinnin suunnittelu Livi 11/2010 6

7 Stabiloinnin mitoitus Työnaikaiselle tilanteelle kokonaisvarmuuden vaatimustaso oli F>1,3 ja lopulliselle tilanteelle F>1,5 Lähtökohtana suunnittelussa pilarin nopeasti tapahtuva lujittuminen, jolla varmistetaan työnaikainen stabiliteetti Pilaristabiloinnin mallinnus tehtiin blokkeina. Blokki on toisiaan leikkaavien pilareiden (=lamellien) ja väliin jäävän maa. Blokin leveys, syvyys ja vaadittava leikkauslujuus määritettiin liukupintalaskelmilla, siten että F>1,5 Tämän jälkeen määritettiin lamellien keskinäiset etäisyydet radan suunnassa (k/k-väli) ja pilareilta vaadittava leikkauslujuus Yleisimmät k/k-välit radan suunnassa 1,5 m ja 2,0 m Pilarit D700 ja niiden k/k-väli 0,6 m Lamellin suositeltava vähimmäisleveys 6-7 pilaria Poikkeustapauksissa lyhyillä osuuksilla vähemmän esim. ratajohtopylvään kohta Tarvittaessa k/k-jakoa voidaan tihentää radan suunnassa 7

8 Esimerkkilaskenta 8

9 Laboratoriokokeet Sideainetyypin ja -määrän alustava valinta perustui laboratoriossa tehtyihin näytekappaleiden puristuskokeisiin Laboratoriossa testattiin eri sideaineita ja niiden seossuhteita Eri sideainemääriä (200) kg/m 3 Ennakkokokeet 1 ja 3 vrk tehtiin kaikista sideaineista 7, 28 ja 60 vrk erikseen valituista näytteistä Osa näytteistä säilytettiin kylmiössä, osa huoneenlämmössä Kylmiölämpötilan oletettiin vastaavan paremmin maan lämpötilaa. 9

10 Eri laboratorioiden välillä oli tuloksissa suuria eroja JULKINEN 120 CaO+Rapid 3:7, säilytys kylmiössä, 3 vrk Leikkauslujuus [kpa] P1 A P2 B P3 A P4 B P6 A P7 B kg/m3 125 kg/m3 150 kg/m3 175 kg/m3 10

11 Sideaineen valintaperusteet GTC-sideaineen lujittumisen todettiin riippuvan voimakkaasti lämpötilasta Kylmiössä puristuslujuudet olivat selvästi alle puolet huoneenlämmössä säilytettyihin näytteisiin verrattuna Huoneenlämmössä hyviä lujuuksia, kylmiössä selvästi heikompi kuin CaO+Rapid Plus-sementillä lujittuminen oli selvästi hitaampaa kuin Rapidilla Tarvittavan työnaikaisen ja lopullisen lujuuden saavuttamiseksi, sideaineeksi valittiin CaO+Rapid suhteessa 3:7 Sideainemäärä valittiin alustavasti laboratoriokokeiden mukaan Lopullinen päätös sideainemäärästä tehtiin stabiliteettilaskelmien ja koepilarointien perusteella 11

12 Koestabilointi Koestabilointi tehtiin jokaisella pehmeiköllä kolmella eri sideainemäärällä Pilareita tehtiin 8 kappaletta jokaisella sideainemäärällä eli yhteensä 24 kappaletta/koepilarointikenttä. Koestabilointi tehtiin ennalta määrättyjen lamellirivien neljään uloimpaan pilariin siten, että yhdessä lamellissa oli vain yhtä sideainemäärää Pilarikairauksia 1 vrk ja 3 vrk iässä Stabilointityötä jatkettiin vasta, kun koepilareista tehdyt pilarikairaukset oli analysoitu. Tämä 1-2 viikon odotus sanottiin työselostuksessa ja huomioitiin urakassa. Koestabiloinnin perusteella määritettiin lopullinen käytettävä sideainemäärä kohdekohtaisesti 12

13 Koestabilointi 13

14 Tuotantopilarointi ja laadunvalvontakairaukset Aloitettiin koepilarointien perusteella tehdyn suunnitelman tarkistuksen jälkeen Työnaikainen varmuus varmistettiin työjärjestyksellä tekemällä lamellit hyppimällä aluksi 1/10 tai 1/5 Stabiloidun lamellin viereen sai tulla aikaisintaan 24 h kuluttua Tarkemmin toteutuksesta urakoitsijan esityksessä Laadunvalvonta pilarikairauksilla Laadunvalvontakairauksia tehtiin eri-ikäisistä pilareista (0-146 vrk). Urakkaan kuului kairauksia 1% pilarimäärästä. Kairaukset analysoitiin ja niitä verrattiin lujuusvaatimuksiin Vain muutama yksittäinen pilari alitti lujuusvaatimukset -> eivät aiheuttaneet toimenpiteitä, sillä samalle alueelle ei osunut useita heikkoja pilareita, eikä löytynyt heikkousvyöhykkeitä Pilarin pituudella lujuus vaihtelee maakerroksista riippuen. Pilareissa mahdollisesti ylikovia kerroksia. 14

15 Pilarikairaukset Pilarikairauksen tulos tulkitaan normaalia 100 cm 2 kärkeä käyttäen leikkauslujuuksiksi seuraavaa kaavaa käyttäen: Leikkauslujuus c (kpa) = 0,1 * kärkivastus (MPa) Leikkauslujuus c=10*n lyönnit/0,2m kpa 15

16 Pilarikairaustuloksia 16

17 Lujuuden kehittyminen pilarissa Lujuuden kasvu on nopeinta ensimmäisen vuorokauden aikana Osalla kohteista lujuuden kasvu hidastuu merkittävästi 3 vrk jälkeen, osalla jo aiemmin Lujuus kasvaa kuitenkin myös 3 vrk jälkeen hitaasti Tämä pitää ottaa huomioon sideainemäärän valinnassa Lujuuskehitys on erilaista kuin laboratoriossa Laboratoriossa lujuus kasvaa hitaammin, mutta näytteistä mitatut lopulliset lujuudet olivat suurempia kuin maastossa havaitut 17

18 Lujuuden kehittyminen pilarissa Lujuus [kpa] P4 100 P1 125 P2 125 P4 125 P6 150 P Pilarin ikä [vrk] 18

19 Lujuuden kehittyminen pilarissa ja laboratoriossa 160 P4 140 Leikkauslujuus [kpa] P4 LAB 100 P4 PIL 125 P4 LAB 125 P4 PIL 150 P4 LAB 150 P4 PIL vrk 19

20 Pilarin lämpötilamittaus Laboratorion ja maaston lujittumiserojen syyksi arveltiin pilarin lämmönkehitystä Yhteen pilariin asennettiin tekovaiheessa lämpötila-anturit sekä pilarin keskelle että reunalle Stabiloinnin lujittuessa prosessissa syntyy lämpöä, joka kiihdyttää lujittumista Pienessä laboratorionäytteessä lämpö karkaa Tämän vuoksi maastossa lujuus kehittyy nopeammin Lämpötila oli pilarissa suurimmillaan noin vuorokauden kuluttua pilarin tekemisestä 20

21 Pilarin lämpötila syvyydellä 2,5 m vrt. lujuuskehitys JULKINEN Pilarin leikkauslujuus [kpa] Aika Pilarista mitattu lämpötila [ C] Pilarin lujuus maastossa Lujuus laboratoriossa Pilarin keskiosan lämpötila Pilarin reunan lämpötila 21

22 Pilarin sitkeys ja hauraus Kalkki-sementin toimintaa voidaan kuvata yleisesti: mitä enemmän kalkkia sitä sitkeämpää ja mitä enemmän sementtiä sitä hauraampaa. Mitä lujempi pilari on, sitä pienempiä muodonmuutoksia pilari kestää CaO+Rapid 125 kg/m3 suhteessa 3:7, näyte 4-5 metrin syvyydeltä. 3 vrk käyrät A/B, 7 vrk käyrät C/D, 28 vrk käyrät E/F ja 60 vrk käyrät G/H 22

23 Pilarin sitkeys ja hauraus Pilarin vaakasuuntainen 2 vrk ikäinen koepala CaO+Rapid 125 kg/m3 suhteessa 3:7, esiin kaivettu pilari 2,5 metrin syvyydeltä, 2 vrk ja 21 vrk kuvaajat. 1=vaakasuuntainen koepala, 2=pystysuuntainen koepala 23

24 Seurantamittaukset Osalla kohteista inklinometriseuranta stabiloinnin aikana pilarointipaineesta johtuvaa siirtymää pilarista poispäin rataa kohti => savi häiriintyy ja stabiliteetti heikkenee 2 h jälkeen lujittumisen myötä siirtymä pysähtyi, eikä palautunut =>lujittuminen toimi ja varmuus parani Kaikilla kohteilla tehtiin radalta takymetrillä seurantamittauksia P1 kohteella painumaletku Stabilointia inklinometrin vieressä tehty klo

25 Johtopäätökset ja jatkotoimenpide-ehdotukset JULKINEN Lamellistabilointi on käyttökelpoinen ja kustannustehokas pohjanvahvistusvaihtoehto, kun tila on rajallinen Kustannuksiltaan edullinen verrattuna ponttiseinään Lamellistabilointi työnaikaisen varmuuden kannalta hellävarainen menetelmä lähtökohtaisesti varmuudeltaan heikolla pehmeiköllä oikein toteutettuna. Massastabilointi ei sovellu vastaavalla tavalla herkkään paikkaan. Koestabilointi aina mukaan urakkaan. Vasta tämän jälkeen lopulliset suunnitelmat. Pilarit ovat lujittuneet maastossa hyvin Stabiliteettiongelmia ei ole havaittu stabilointien jälkeen Nopea lujittuminen ja työnaikainen stabiliteetti varmistetaan työjärjestyksellä Kairaukset sisällytetään urakkaan. Tulokset pitäisi kuitenkin saada suoraan suunnittelijalle. Sekä mitoituskäytännöille että laboratoriokokeille pitäisi saada yhteinen ohjeistus. Pilarikairausten tulkintaa puristin-heijarikairauksen osalta tulisi tarkentaa ainakin heijarivaiheen osalta. Leikkauslujuuden määritys epämääräistä lyönnin perusteella. Samoin esiporauksen vaikutus. => Stabilointiohjeen päivitys 25