1. KOERAKENTEEN SOVELTUVUUS JA TAVOITE

Transkriptio

1 1 S14 - Vähäliikenteisten teiden taloudellinen ylläpito Koerakentaminen SEKOITUSJYRSINNÄN AVULLA TEHTÄVÄ SORATIEN HOMOGENI- SOINTI + VAHVISTAMINEN KARKEALLA LAJITTEELLA Kohde: PT VIAS STORA KYTTLANDET, Maalahti, Vaasan tiepiiri LOPPURAPORTTI Taina Rantanen Jouni Juurikka 1. KOERAKENTEEN SOVELTUVUUS JA TAVOITE Koerakentamisella haettiin korjaustapaa sellaiselle kelirikkokohteelle (kohteen kelirikon pitäisi kuulua keskimäärin luokkaan 2), jossa ajourien kohdalla on runsaasti kerrosmateriaalia, mutta tien keskellä on savisilmäkkeitä tai pohjamaa pursuaa rakenteesta läpi eli tierakenne on poikkileikkaussuuntaan hyvin epähomogeeninen. Ongelma on tyypillinen savi- ja silttipohjilla ja muuallakin, missä kelirikkokohtaa on korjattu useaan otteeseen hätäaputöinä. Jos korjauksena tehdään pelkkä murskelisäys (+ suodatinkangas) ilman alustan tasalaatuistamista, rakenteiden paksuusvaihtelu korostuu entisestään. Lisäksi paksun murskelisäyksen seurauksena luiskat jyrkkenevät eikä olemassa olevia materiaaleja saada täysimääräisesti hyödynnettyä. Koerakenteen tarkoituksena oli testata, saadaanko sekoitusjyrsinnän ja karkean sepelin lisäämisen avulla rakenne poikkileikkaussuuntaan tasaisemmin kuormitusta jakavaksi ja vähemmän herkäksi veden vaikutukselle verrattuna suoraan homogenisoimattomalle alustalle tehtävään murskelisäysrakenteeseen. Homogenisoinnin vaikutusta testattiin erivahvuisilla rakenteilla.

2 2 2. KOEKOHDE Koekohde on Vaasan tiepiirin alueella Maalahdella sijaitseva pt Vias stora kyttlandet (kuva 1). Kohteella oli suunniteltu tehtäväksi kelirikkokorjauksia v Koko osuudelle oli esitetty samaa toimenpidettä eli pohjan muotoilu + suodatinkangas + 20 cm:n kerros kantavan mursketta + 5 cm:n kulutuskerros. Kuva 1. Koekohteen sijainti 2.1 Kohteen kuntotila ennen rakentamista Maastotarkastelu Liitteessä 1 on esitetty A-Tie Oy:n toukokuussa 2004 tekemän maastoinventoinnin perusteella tehty jaksotus ja jaksokohtainen kuvaus kohteen kunnosta. Kevät oli kelirikon suhteen helppo, mutta tien oireilu oli selvästi havaittavissa tänäkin vuonna: ajourat painuvat ja pohjamaa pursuaa tien keskeltä silmäkkeinä (kuva 2). Tie kulkee olosuhteiltaan homogeenisessa peltomaastossa. Pohjamaa osoittautui tutkimusten perusteella turpeeksi.

3 3 Kuva 2. Kohde keväällä Tutkimukset PPL-mittaus Tieliikelaitos teki kohteen paaluvälillä pudotuspainolaitemittauksen 40 m välein (vuorotellen oikea-vasen). Näytteenotto Andament Oy tutki kohteen rakennetta näytteenotolla seuraavasti: Näytteet otettiin ajourien kohdalta ja tien keskeltä yhteensä 8 poikkileikkauksesta. Kolmessa kohdassa tarkistettiin myös tien reunan kerrospaksuus. Tutkimuspisteissä kirjattiin kokonaiskerrospaksuus sekä pohjamaan laatu. Koska oli oletettavissa, että pohjamaassa ei ole suurta vaihtelua, pohjamaanäytteitä otettiin vain parista pisteestä. Kaikista näytteistä tehtiin silmämääräinen määritys laboratoriossa, rakeisuusmääritys (pesuseulonta) tehtiin vain yhdelle näytteelle / poikkileikkaus. Mittaukset Andament Oy mittasi tien poikkileikkauksen 3 kohdassa. Mittauksilla selvitettiin tiepohjan leveys ja ojan syvyys sekä arvioitiin luiskakaltevuus mittaamalla ojan pohjan etäisyys tien reunasta.

4 Tutkimustulokset Kantavuuden keskiarvo oli 39 MN/m 2, SCI (d 0 -d 200 ):n keskiarvo oli 1060 ja pohjamaan kantavuutta kuvaavan d 1200 :n keskiarvo oli 487. Eli kaikkiaan koko kohteella pohjamaa on heikosti kantavaa ja SCI:stä päätellen myös käytetty kerrosmateriaali on heikkoa. Näytepisteiden perusteella kohteella oli ajourien kohdalla kerrosrakenteita cm yleensä niin, että kerrospaksuus oli vähän suurempi oikealla kaistalla. Keskimäärin kerrosvahvuus oli 21 cm. Tien keskellä kerrosvahvuus oli 4-16 cm, keskimäärin 12 cm. Kerrosmateriaali oli hienorakeista, hienoainespitoisuus (# 0.063) oli suuri, se vaihteli välillä % (keskimäärin 11.4 %). Kerrosten alla on vaihtelevan paksuinen kerros silttimoreeniksi tulkittua materiaalia. Tiepohjan leveys vaihteli 6,5 m 6,7 m, luiskakaltevuus vaihteli 1:1,4 1:2. 3. KOERAKENTEET Kohteella tehtiin sekoitusjyrsintä tavoitesyvyyteen + karkean materiaalin (nollapää poistettu) lisäys, sekä vastaava rakenne lisämurskeella (sekoitusjyrsintä + karkeutus + lisämurske) ilman suodatinkangasta ja suodatinkankaan kanssa. Referenssirakenteena käytettiin piirin esittämää toimenpidettä: suodatinkangas + 20 cm mursketta. Alun perin tarkoituksena oli tehdä vertailurakenne myös matalaa massanvaihtoa käyttäen. Koekohteen pohjamaa oli kuitenkin kantavuudeltaan niin heikko, ettei massanvaihtoon uskallettu mennä, koska pelättiin tien vakavuuden heikentyvän liikaa kaivutöiden seurauksena. Rakenneratkaisut on esitetty kuvassa 3.

5 5

6 Kuva 3. Koerakenteet ja vertailurakenne. 6

7 7 Taulukossa 1 on esitetty eri rakenteiden sijoittuminen koekohteella. Taulukko 1. Koerakennejaksot. PLV TOIMENPIDE HUOM! sekoitusjyrsintä 20 cm + karkeutus ei tietoa simr- kerroksen paksuudesta, kerrosrakenteita ajourissa17-23 cm (oik sekoitusjyrsintä 15 cm + karkeutus + lisämurske 10 cm sekoitusjyrsintä 15 cm + karkeutus + suodatinkangas + lisämurske 10 cm ja VERTAILURAKENNE suodatink. + lisämurske 20 cm enemmän), keskellä cm pl 3700 keskellä savi 27 cm:n syvyydessä, kerrosrakenteita ajourissa cm, keskellä cm, jakson päässä turve noin 20 cm:n syvyydessä turve tien keskellä cm:n syvyydessä, kerrosrakenteita ajourissa cm, keskellä 4-12 cm ei tietoa simr- kerroksen paksuudesta, kerrosrakenteita ajourissa18-23 cm (oik. enemmän), keskellä 16 cm turve tien keskellä n. 20 cm:n syvyydessä, kerrosrakenteita ajourissa cm, keskellä 12 cm

8 8 4. KOERAKENTAMINEN 4.1 Suhteutus Nykyisestä kerrosmateriaalista otettujen näytteiden rakeisuuskäyrän perusteella Andament Oy määritti lisättävän karkeutusmateriaalin (sepeli #16 32) määrän. Suhteutuskäyrät on esitetty liitteessä Rakentaminen Työn eteneminen ja työvaiheet Koerakentamiseen kuuluneet työt toteutettiin välisenä aikana. Ennen työn aloittamista työstä laadittiin työvaiheen työ- ja laatusuunnitelma, liikenteenohjaussuunnitelma ja ilmoitus liikennekeskukseen. Koekohteen sivuojien perkaukset teki hankkeen urakoitsija Tieliikelaitos. Työssä käytetty kalusto: - Catepillar RC2500 stabilointijyrsin - Dynapac CA252 JTM - Vammas RG18 TH Materiaalitoimittajat: - Kiviainekset: Lohja Rudus - Suodatinkangas N3: Kaitos Työ toteutettiin seuraavissa työvaiheissa ja järjestyksessä: - karkeutusmateriaalin lisäys - sekoitusjyrsintä - esitiivistys, muotoilu ja tiivistys - suodatinkankaan asennus - kantavan kerroksen lisäys, muotoilu ja tiivistys - srt-kulutuskerroksen lisäys, muotoilu ja tiivistys Karkeutusmateriaalin lisäys Karkeutusmateriaali lisättiin ennen sekoitusjyrsintää tien koko poikkileikkausleveydelle. Sekoitusjyrsintä Sekoitusjyrsintä toteutettiin karkeutusmateriaalin lisäyksen jälkeen (kuva 4).

9 9 Kuva 4. Sekoitusjyrsintä Sekoitusjyrsintätyö toteutettiin tien poikkileikkaussuunnassa kolmella ajokerralla järjestyksessä vasen reuna, oikea reuna, tien keskikohta. Sekoitussyvyys oli määritetty ennakkotutkimusten ja suhteutusten perusteella. Työ toteutettiin suunnitelman mukaisena muuten, paitsi tien keskikohdalla, jossa silmämääräisen tarkastelun (pohjan savi/turvepitoinen maa-aines nousi tierakenteeseen) perusteella jyrsintäsyvyyttä nostettiin 25 mm. Sekoitusjyrsimällä työstetyn poikkileikkauksen leveys vaihteli koeosuudella 6,3 m:stä 6,5 m:iin. Sekoitusjyrsitystä materiaalista otettiin 2 rakeisuusnäytettä: näyte 1 pl vasen kaista, näyte 2 pl oikea kaista. Näytteet otettiin kaistan neljännespisteistä. Rakeisuuskäyrät on esitetty liitteessä 3.

10 10 Esitiivistys Esitiivistys tehtiin täryjyrällä välittömästi sekoitusjyrsimen perässä. Koska tierakenteeseen oli märän kesän vuoksi sitoutunut runsaasti kosteutta, ei työvaiheen työ- ja laatusuunnitelmassa mainittua kastelua toteutettu. Muotoilu ja tiivistys Sekoitusjyrsitty rakenne muotoiltiin sivukaltevuusautomatiikalla varustetulla tiehöylällä. Rakenteen lopputiivistys tehtiin täryjyrällä tiehöylän perässä. Suodatinkankaan asennus Suodatinkangas N3 asennettiin sekoitusjyrsitylle, tasatulle ja tiivistetylle alustalle (kuva 5). Levitys tehtiin tien pituussuunnassa siten, että kankaan limitys oli vähintään 0,5 m. Suodatinkangasta asennettiin paaluvälille Kuva 5. Kantavan kerroksen levitys suodatinkankaan päälle. Kantavan kerroksen lisäys, muotoilu, tiivistys ja laadunvarmistusmittaukset Kantavaa kerrosta (KaM #0 32) lisättiin paaluvälille mm:n kerros. Kerrosvahvuutta seurattiin kohteelle mitatusta korkolaputuksesta. Kerros muotoiltiin tiehöylällä ja tiivistettiin täryjyrällä. Sivukaltevuus- ja tiiviysmittaukset mitattiin kantavan kerroksen ja kulutuskerroksen välisestä rajapinnasta. Tulokset on esitetty liitteessä 4. Srt-kulutuskerroksen lisäys Srt-kulutuskerros (KaM #0 16) lisättiin tasatun ja tiivistetyn kantavan kerroksen päälle. Kulutuskerroksen lopputiivistys on käynnissä kuvassa 6.

11 11 Kuva 6. Kulutuskerroksen lopputiivistys Yhteenveto rakentamisesta Kokonaisuudessaan työ eteni laadittujen suunnitelmien mukaisesti. Koekohteen reunat olivat todella pehmeät, reunat painuivat murskeautoliikenteen ja työkoneiden alla plv:t , , oikea reuna. Sama ilmiö oli havaittavissa kohteen Tieliikelaitoksen toteuttamalla referenssirakenteella (suodatinkangas + murskeen lisäys 20 cm + srt-kulutuskerros). Referenssirakenteessa käytetty suodatinkangas on ollut III-lk, kun koerakenteet toteutettiin suodatinkankaalla N3. Sekoitusjyrsitystä rakenteesta otettujen rakeisuusnäytteiden tulosten mukaan rakenteen hienoainespitoisuutta ei saatu pienennettyä suhteituksessa asetettuun tavoitteeseen (#0,063 läpäisevyys 7 %). Tiiviysmittaustuloksista on pääteltävissä, että toteutuneen rakenteen rakeisuus vaihtelee (vanhojen rakenteiden kerrosvahvuuksien vaihtelut tien pituus- ja poikkisuunnassa). 5. SEURANTA VUONNA 2005 Kesällä 2005 tehdyn maastotarkastelun perusteella koerakenteen 1 osuudella on havaittavissa selvää pituussuuntaista aaltoilua. Rakenteet 2 ja 3 ovat lievästi urautuneet. Referenssirakenne vaikuttaa poikkileikkaukseltaan hieman parempikuntoiselta, mutta sen osuudella on lievää reunapainumaa ja kuoppia.

12 12 6. PÄÄTELMÄT RAKENTEEN TOIMINNASTA JA TALOU- DELLISUUDESTA Yhden vuoden perusteella voidaan päätellä vasta, että pelkkä sekoitusjyrsintä ja sepelin lisäys ei ole riittävä toimenpide. Todennäköisesti tällä kohteella alustan homogeenisuutta määräävämpi tekijä rakenteen kestolle on pohjamaan pysyvästi heikko kantavuus eli paksu murskekerros on erityisen tärkeä. Menetelmän etuna on nopea toteutusaikataulu, jolloin tienkäyttäjille aiheutuva haitta on lyhytaikainen. Välillisiä säästöjä saavutetaan vanhojen rakennekerrosten hyödyntämisessä ja tätä kautta uusiutumattomien luonnonvarojen (lisäkiviainesten) käytön vähenemisessä. Tarvittavan murskeen määrää vähentää myös se, että reunaa saadaan vahvistettua eikä mursketta mene hukkaan ojiin kuten suoraan käsittelemättömälle alustalle tehtävässä murskenostossa. Menetelmän kilpailukyky tarjoushetkellä riippuu huomattavasti murskeen hinnasta. Lisäksi kohteen koko ja sijainti vaikuttavat kaluston siirtokustannusten suhteelliseen osuuteen toteutuneista kustannuksista (käytettävän kaluston määrä suurempi sekoitusjyrsintämenetelmässä). Tässä kohteessa tehdyn arvion mukaan rakennetyyppi 2 on hinnaltaan samaa luokkaa kuin referenssirakenne eli murskekerroksen paksuuden pienenemisen ja suodatinkankaan pois jättämisen säästöillä voidaan tehdä karkeutus. Suodatinkankaan käyttö tekee rakennetyypistä 3 rakentamiskustannuksiltaan hieman kalliimman, mutta se on rakenteen keston kannalta tärkeä osa rakennetta. 7. JATKOKEHITTÄMINEN JA -SEURANTA Oleellista menetelmälle oli saada sekoituksen avulla tasattua kerroksen laatuvaihtelua ja saada sepelilisäyksen avulla nykyinen materiaali paremmin olosuhteiden vaihtelua kestäväksi ja tasalaatuisempi alusta uudelle murskekerrokselle. Hienoainespitoisuuden tavoite oli lähtökohta huomioon ottaen kireä ja sitä voitaisiinkin lieventää riippuen siitä, paljonko sekoitetun kerroksen päälle tulee uutta mursketta. Saadun kokemuksen perusteella on tärkeää tarkkailla ja muuttaa sekoitustyön syvyyttä työn aikana niin, ettei humuspitoista pohjamaata pääse mukaan kerrosrakenteeseen. Jatkoseurannassa kiinnitetään huomiota luiskien pysyvyyteen ja tien urautumiseen (silmämääräinen arvio). Vuonna 2006 esitetään tehtäväksi pudotuspainolaitemittaus, jolloin voisi tarkastella karkeutuksen merkitystä rakenteen yläosan kuormituskestävyyttä kuvaavaan SCIarvoon. Samoin voitaisiin tehdä maatutkalla poikkileikkausluotauksia,

13 13 jotta nähdään eri jaksojen homogeenisuus poikkisuunnassa (lähtötilanne kartoitettiin näytteenotoin). Rakennetyyppiä 1 eli pelkkää sepelin lisäystä sekoitusjyrsinnän avulla suositellaan käytettäväksi sellaisiin kohteisiin, joissa aikaisempien korjauskertojen seurauksena on paksu cm:n vahvuinen hienorakeista mursketta (kunnossapitomursketta # 0-16) sisältävä kerros, joka on heikosti kantava. Tällaisilla kohteilla suhteutus asetettavaan tavoitteeseen onnistunee koekohdetta paremmin. Rakennetyyppiä 3, jossa käytetään suodatinkangasta, suositellaan kokeiltavaksi sellaisilla savi- ja silttipohjilla olevilla kohteilla, joissa tien keskellä ja reunoilla on selvästi pienempi kerrospaksuus. Suodatinkangas on tarpeen, sillä sepelin lisäyksellä alustan rakeisuutta ei saatane korjattua routimattomaksi. Sekoitusjyrsityn kerroksen päälle tarvittavan murskeen määrää pitää optimoida kokeilujen kautta niin, että löydettäisiin keston kautta vuosikustannuksiltaan edullisin ratkaisu. I

14 14 LIITE 1: Kohteen kuvaus maastokäynnin perusteella PLV ONGELMAKUVAUS silmäkkeet, noussut keskeltä oikea kaista enemmän painunut, keskeltä koholla , pahempi jakso keskeltä noussut oikea kaista enemmän painunut, keskeltä koholla puhkeamat keskellä puhkeamat keskellä keskeltä noussut lieviä yksittäisiä puhkeamia keskeltä noussut, lieviä yksitt. puhkeamia puhkeamat keskellä yksittäisiä puhkeamia keskellä kokonaan puhjennut keskeltä yksittäisiä puhkeamia keskellä kauttaaltaan kosteampi kohta yksittäisiä puhkeamia keskellä keskeltä koholla , lievemmin vaurioitunut 5782 yleinen tie päättyy

15 LIITE 2: Suhteutuskäyrät 2/1 15

16 LIITE 2: Suhteutuskäyrät 2/2 16

17 17 LIITE 3/1 Sekoitusjyrsitystä kerroksesta tutkittujen näytteiden rakeisuudet. OULUN GEOLAB OY Laboratoriotyönumero Kasarmintie 28 TUTKIMUSLOMAKE 04/612b OULU Laitekoodit: Tilaaja: Andament Oy Näytteenottopaikka: Pt Vias Stora Kyttlandet Näytteenottaja: tilaaja näyte 1 pl vas. SJYR Näytetunnus A = B = C = Maalaji A B C Seula Läpäisy -% Ottosyvyys # mm A B C Kantavuusluokka Routivuusluokka 63 Kapillaarisuus Lietekoe Humuspitoisuus Kosteus -% Lisäselvitykset Hydrometrikoe 8 61 A B C Raekoko Läpäisy Raekoko Läpäisy Raekoko Läpäisy 4 51 mm % mm % mm % Läpäisy - R GE 100 SAV SAV HIES HIET HIEKK SILTT HIEKK SOR SOR KIVI ,002 0, , Seulakoko Huomautuksia: Tutki P.Kantola pesuseulonta 29 / 9_ 2004

18 18 LIITE 3/2 OULUN GEOLAB OY Laboratoriotyönumero Kasarmintie 28 TUTKIMUSLOMAKE 04/612a OULU Laitekoodit: Tilaaja: Andament Oy Näytteenottopaikka: Pt Vias Stora Kyttlandet Näytteenottaja: tilaaja näyte 2 pl oik. SJYR , Näytetunnus A = B = C = Maalaji A B C Seula Läpäisy -% Ottosyvyys # mm A B C Kantavuusluokka Routivuusluokka 63 Kapillaarisuus 50 Lietekoe 31.5 Humuspitoisuus Kosteus -% Lisäselvitykset Hydrometrikoe 8 80 A B C Raekoko Läpäisy Raekoko Läpäisy Raekoko Läpäisy 4 69 mm % mm % mm % Läpäisy - R GE 100 SAV SAV HIES HIET HIEKK SILTT HIEKK SOR SOR KIVI ,002 0, , Seulakoko Huomautuksia: Tutki P.Kantola pesuseulonta 29 / 9_ 2004

19 19 LIITE 4 Laadunvalvontaraportti: Sivukaltevuus ja tiiveys Kohde: Pt17577 Vias Stora Kyttlandet Mittaaja: Antero Rautio / Timo Lappalainen pvm Tiiviydet / sivukaltevuudet ennen srt-kulutuskerroksen rakentamista T_osa Pl. Kaista Tiiviys Kosteus Kalt.vas Kalt.oik Vas Oik Vas Oik Vas Oik Vas Oik Vas Oik Vas Oik LV-MITTAUSTEN YHTEENVETO Tiiviys: Ka DD Minimi 1924 Maksimi 2245 Kosteus: Ka. 4.8 % Minimi 3.2 % Maksimi 7.1 % Oulu Jouni Juurikka Laatupäällikkö Andament Oy