UUMA-inventaari PT 11636 plv. 33-358 Knuters-Östersundom (Sipoo) Lentotuhka massiivirakenteissa 28 Ramboll Vohlisaarentie 2 B 3676 Luopioinen Finland Puhelin: 2 755 674 www.ramboll.fi
Sisältö 1. Kohteen kuvaus 1 1.1 Sijainti 1 1.2 UUMA-rakentamisen tarkoitus ja tavoitteet 1 1.3 Käytetyt UUMA-materiaalit ja -rakenteet 2 2. Aikaisemmat tutkimukset (1996 22) 5 2.1 Materiaalitutkimukset ennen rakentamista 5 2.1.1 Tekniset 2.2 Taustatutkimukset kohteessa 5 5 2.2.1 Tekniset 5 2.2.2 Ympäristökelpoisuus 15 3. Seurantatutkimukset 26-28 3.1 Tekniset 16 16 3.1.1 Rakennetutkimukset 16 3.1.2 Kuntokartoitus 17 3.1.3 IRI- ja URA-mittaukset 18 3.2 Ympäristökelpoisuus 2 3.2.1 Pohjaveden pinnan korkeus 2 3.2.2 Pohjaveden laatu 21 3.2.3 Lysimetrit 21 3.3 Haastattelut 22 4. Tutkimustulosten arviointi 22 Viitteet 23
1. Kohteen kuvaus 1.1 Sijainti Kohde (Pt 11636 plv 33-358 Knuters-Östersundom) Porvoon moottoritien pohjoispuolella Sipoossa (entinen Knuters-Östersundom yksityistie, kuva 1). Ensimmäinen koerakenne alkaa Landbontien haaran pohjoispuolelta. Koerakenteet on toteutettu syys-lokakuussa 1997. Koekohteen kokonaispituus on 38 m, ja se jakautuu kolmeen erilaiseen lentotuhkalla toteutettuun koerakenteeseen paaluväleille 33-34, 34-35 ja 35-358. Paaluvälillä 32-33 sijaitsee vertailurakenne eli murskerakenne. Tutkimusta ja sen tuloksia on esitetty Tuhkat hyötykäyttöön -projektin raporteissa (ks. viitteet). Kuva 1. Koekohteen sijainti. 1.2 UUMA-rakentamisen tarkoitus ja tavoitteet Koerakennuskohteessa oli tavoitteena testata lentotuhkan ja rikinpoiston lopputuotteen rajat tekemällä riskirakenteita mahdollisimman suurella LT:n ja RPT:n menekillä ja mahdollisimman ohuella murskepintauksella. Koealue osoittautui pohjaolosuhteiltaan hyvin vaihtelevaksi, joten saadut tulokset eivät ole täysin vertailukelpoisia keskenään. Rakenteiden avulla pyrittiin selvittämään myös tuhkan stabiloinnin vaikutusta ympäristökelpoisuuteen sekä saamaan uutta tietoa tuhkarakenteiden kantavuus- ja routamitoitukseen. Ennen peruskorjaustaan yksityistiestä paikallistieksi, tie oli kantavuudeltaan alhainen ja pahoin routiva. Koerakenteet sijoittuvat pääosin vanhan tielinjan ulkopuolelle.
1.3 Käytetyt UUMA-materiaalit ja -rakenteet Koerakenteissa käytettiin Helsingin Energian kivihiilenpolton tuhkaa ja rikinpoistolopputuotetta tien jakavassa ja kantavassa kerroksessa. Koerakenteita rakennettiin kolmella eri tuhkaseoksella ja varioitiin mm. kantavan kerroksen, suodatinkerroksen ja tuhkakerroksen paksuuksia. Lentotuhkaa käytettiin eri rakennekerroksissa: suoraan siilosta otettua lentotuhkaa käytettiin jakavassa ja suodatin kerroksessa, ja lentotuhkan ja rikinpoistolopputuotteen seosta (LT+RPT 3:1) sekä kasavarastoitua sementtistabiloitua tuhkaa käytettiin jakavassa ja kantavassa kerroksessa. Tuhkakoerakenteiden lisäksi rakennettiin kiviainesrakenteinen vertailurakenne. Maaperä koerakenteiden kohdalla vaihteli kallioleikkauksesta savikkoon siten, että vertailurakenne oli kalliopohjalla. Eri rakenteiden kohdalla on erilainen pohjasuhde mikä on otettava huomioon vertailtaessa näitä rakenteita keskenään. Tuhkakoerakenteita tehtiin edellä mainituilla kolmella erilaisella tuhkaseoksella siten, että kullakin seoksella tehty koeosuus jakautui kahdeksi erilaiseksi rakenteeksi. Koeosuuksien suunnitellut paksuudet on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Tierakenteiden rakennekerrokset ja kerrospaksuudet. Rakenne Plv Kerros Kerrospaksuus [mm] 1 Vertailurakenne 2A Rikinpoistolopputuote + lentotuhka 2B Rikinpoistolopputuote + lentotuhka 3A Lentotuhka 3B Lentotuhka 4A Stabiloitu lentotuhka 4B Stabiloitu lentotuhka 32-33 Sorapintaus Kalliomurske -55 mm Kalliomurske -1 mm Pengertäyte, kalliomurske -1 Pohjamaa 33-335 Sorapintaus Bitumiliuos + sorasirote LT + RPT 75/25 % Pengertäyte, kalliomurske -1 Pohjamaa 335-34 Sorapintaus Kalliomurske -55 mm LT + RPT 75/25 % Pengertäyte, kalliomurske -1 Pohjamaa 34-345 Sorapintaus Kalliomurske -55 mm Lentotuhka Pengertäyte, kalliomurske -1 Pohjamaa 345-35 Sorapintaus Kalliomurske -55 mm Lentotuhka (tuore, ilman stabilointia) Pohjamaa 35-354 Sorapintaus Kalliomurske -55 Stabiloitu lentotuhka (kasavarastoitu) Kalliomurske -1 Pengertäyte, kalliomurske -1 Pohjamaa 354-358 Sorapintaus Bitumiliuos + sorasirote Stabiloitu lentotuhka (kasavarastoitu) Kalliomurske -1 Pengertäyte, kalliomurske -1 Pohjamaa 5 1 5 1 5 6 19 5 1 5 19 5 1 5 14 5 1 8 11 5 1 15 5 6 5 25 5 6 Kuvassa 2 on esitetty koerakenteiden suunniteltu pituusleikkaus. Toteutunut stabiloitu lentotuhkarakenne on lyhyempi kuin kuvassa esitetty. Koerakenne toteutui väleille
35-354 ja 354-358. Muutoin kuva 2 edustaa toteutunutta rakennetta. Kuvassa 3 on esitetty rakenteiden tyyppipoikkileikkaukset. Kuva 2 Koerakenteiden suunniteltu pituusleikkaus ja rakennepaksuudet. Plv 32-358. Vertailurakenteessa käytettiin kalliomursketta -1 mm jakavassa kerroksessa ja - 55 mm kantavassa kerroksessa. Koerakenteissa 2A ja 2B käytettiin lentotuhkan (LT) ja rikinpoistolopputuotteen (RPT) seosta (75/25 %). Lentotuhka oli peräisin Hanasaaren voimalaitoksen B4 ja B3 -kattiloista. LT:n ja RPT:n sekoittaminen tapahtui kattilan 4B yhteydessä olevalla pakkosekoittimella. Koerakenteisiin 3A ja 3B käytettiin Hanasaaren 3B kattilan lentotuhkaa. Lentotuhka kasteltiin kattilan tyhjentämisen yhteydessä purkuruuvilla. Rakenteisiin 4A ja 4B käytettiin stabiloitua kasavarastoitua lentotuhkaa. Materiaali oli peräisin Hana A kattilasta. Stabiloitu lentotuhka oli lentotuhkan, sementin ja veden seosta, jotka sekoitettiin jatkuvasekoitteisella sekoitusasemalla (Aran 25).
Kuva 3. Koerakenteiden tyyppipoikkileikkaukset. Plv 32-358.
2. Aikaisemmat tutkimukset (1996 22) 2.1 Materiaalitutkimukset ennen rakentamista 2.1.1 Tekniset Tuhkakoerakenteiden riittävän tiiviyden saavuttamiseksi tehtiin ennen koerakentamista tiivistysmenetelmätutkimuksia Salmisaaressa. Tutkimuksissa pyrittiin löytämään tiivistystyömäärä, jolla tuhkakerros saadaan riittävän tiiviiksi. Taulukossa 2 on esitetty ennen koerakentamista koerakenteissa käytetyillä tuhkilla tehtyjen laboratoriotutkimusten tulokset. Maksimitiiviys määritettiin parannetulla Proctor-kokeella. Koerakennuskohteessa työn aikana saavutettua tiiviyttä mitattiin vesivolymetrillä. Taulukko 2. Tuhkanäytteiden laboratoriotutkimustuloksia (ennakkokokeet). γ max [kg/m 3 ] w opt [%] Puristuslujuus ** [MPa] Lentotuhka 117 27,44 Lentotuhkan + rikinpoistolopputuotteen 124 131 * 24..26 * 1,8 seos 75/25 % Sementtistabiloitu lentotuhka 18 33 1,1 * Laboratoriossa tutkittiin sekä Hana B3: että Hana B4:n LT+RPT seosta. ** Mittaustulokset ovat 1 kuukauden ikäisten näytteiden (D=92 %) puristuslujuudet. 2.2 Taustatutkimukset kohteessa 2.2.1 Tekniset Pohjatutkimukset Kohteessa tehtiin pohjatutkimuksia tien perusparannussuunnitelmavaiheessa. Tutkimuksia täydennettiin ennen koerakenteiden rakentamista lisäkairauksilla ja laboratoriotutkimuksilla. Kohteen pohjasuhteet vaihtelevat kallioleikkauksesta enimmillään yli 5 metriä syvään savikkoon. Maasto on pääasiassa sivukaltevaa ja savikon pintaosassa on siltti- ja hiekkalinssejä. Pohjaveden pinta on paaluilla 324 ja 335 normaalisti noin,4...,5 m syvyydellä maanpinnasta. Paalulla 245 pohjavesi on yleensä paineellista, painetason ollessa yli,5 m maanpinnan yläpuolella. Paaluvälillä 322...326 tien oikean reunan kohdalta on leikattu kalliota. Paaluvälillä 32...322 ja 332...342 leikatun pohjamaan pinta on pääasiassa silttiä ja paaluvälillä 342...352 pohjamaa on pääasiassa savea. Paaluvälillä 341...346 tien oikean reunan kohdalla on runsaasti hiekkalinssejä. Paaluvälillä 32...324 koerakenteet ovat osittain vanhalla tielinjalla ja paaluvälillä 324...331 ja 344...346 rakenteet ovat pääasiassa vanhalla tielinjalla. Paalulla 358 koerakenteet päättyvät louhittuun kallioon. Taulukossa 3 on kuvaus pohjamaan pinnasta. Taulukossa on arvioitu myös pohjamaan kantavuusluokkaa ja esitetty pengertäytteen paksuus ajoradan kohdalla.
Taulukko 3. Pohjamaan kuvaus, arvioitu pohjamaan kantavuusluokka ja pengertäytön paksuus ajoradan kohdalla PL Alusrakenteen Vanhalla tielinjalla Pohjamaan Pengertäytön kuvaus kyllä / ei / osittain kantavuusluokka paksuus 32 Mr + Si + Sa osittain F (G, E)...1, m 322 324 326 328 Mr + Si + Ka Mr + Ka Mr + Ka * Mr + (Ki) * Vertailurakenne osittain osittain kyllä kyllä E (F) E, A E, A E, A...1,4 m...1,3 m...1,2 m,2...,8 m 33 Mr + (Lo) kyllä E (A)...1,2 m 332 334 336 338 Mr + Si + Sa Si + Sa + (Ki) Si + Sa Sa + Hk ** RPT+ LT - rakenne osittain ei ei ei E, F E, F F (G, E) F (G, E)...1,3 m...1,3 m...1,6 m,8...1,9 m 34 342 344 346 348 kusa + Hk ** kusa + Hk ** kusa + (Ki) kusa + Hk ** kusa Stabiloimaton LT ei ei ei ei ei F (G, E) F (G, E) F (G, E) F G*** F G***,6...1,5 m,3...,9 m,2...,6 m,2...,3 m****,2...,4 m**** 35 352 354 356 358 kusa kusa kusa Sa + Hk Si + Mr Stabiloitu LT ei ei osittain kyllä ei F (G, E) F (G, E) F (G, E) E E,4...,6 m,4...,5 m,2...,4 m...,2 m * erittäin voimakkaasti vaihteleva kalliopinta ** hiekkalinssejä *** rakentamisvaiheessa saven pinta erittäin häiriintynyt **** pengertäyte lentotuhkaa Rakentamisen aikaiset tutkimukset Vesipitoisuusmittauksia tehtiin rakentamisen aikana sekä laboratoriossa että kentällä. Kenttämittauksia tehtiin tuhkakuormista karbidometrillä jatkuvana seurantana. Rakentamisen aikana tehdyissä mittauksissa lentotuhkan vesipitoisuus vaihteli 16,2 3,9 % välillä, LT+RPT seoksen 23,6 25,3 % välillä ja sementtistabiloidun lentotuhkan 36,2 44,4 % välillä. Tuhkan laatuvaihteluita seurattiin kentällä Proctor-tiivistyksillä (parannettu). Kokeet tehtiin tuhkakuormista otetuista näytteistä ja tiivistystyö tehtiin näytteiden vallitsevassa vesipitoisuudessa. Yhdessäkään kokeessa tuhka ei häiriintynyt tai pehmennyt täydelläkään tiivistystyöllä. Puristuskokeita varten puristuskoekappaleet tiivistettiin työmaalla Proctor-muottiin. Tiivistystyömäärä valittiin siten, että se vastasi tuhkakerrosten todellista tiivistystyömäärää. Tehdyt koekappaleet säilytettiin muovipusseihin pakattuna huoneenlämmössä 1 kuukauden ajan, jonka jälkeen koekappaleiden lujuus määritettiin 1-aksiaalisilla puristuskokeilla. Vuosina 1998 ja 1999 mitattujen näytteiden puristuslujuus, vesipitoisuus, kuivatiheys sekä tiiviysaste on esitetty taulukossa 4.
Taulukko 4. Tierakenteen koekuopista otettujen näytteiden puristuslujuus, vesipitoisuus, kuivatiheys ja tiiveys. Koetulokset vuosilta 1998 ja 1999. PL Rakenne Syvyys [m] σ ka kpa] 1998 1999 W ka [%] ρ dka [t/m 3 ] D [%] Syvyys [m] σ ka kpa] w ka [%] ρ dka [t/m 3 ] 332 2A,1-,3 1296 4,8 1125 9,7,2-,4 1365 37,5 125 97,2 D [%],4-,6 1478 44,8 1115 89,9,5-,7 1363 41,8 111 84,7 337 2B,3-,4 1694 44,2 112 85,5,4-,55 755 48, 1157 88,3,45-,65 28 39,1 1145 87,4,55-,7 721 49,3 155 8,5 344 3A,2-,4 292 53,8 985 84,2,2-,4 117 4,6 113 96,6,5-,65 642 42,5 112 95,7,6-,8 221 39,3 1155 98,7 348 3B,15-,35 355 45,1 175 91,9,15-,35 127 39,9 1195 12,1,6-,8 268 46,3 15 89,7,6-,8 156 36,5 115 98,3,9-1,1 229 5,2 98 83,8,9-1,1 146 37,6 1155 98,7 351 4A,2-,35 1126 6,6 94 87,,2-,35 481 59,3 96 88,9 355 4B,3-,5 1172 6,3 92 85,2,3-,5 269 64,1 855 79,2 Kantavan kerroksen murskenäytteitä otettiin ja seulottiin kolmelta eri paalulta (pl 349, 35 ja 353). Rakeisuutensa perusteella murskeen E-moduuli on hyvin tiivistettynä 28 MPa. Koerakenteissa murskeen tiiviys ei todennäköisesti ollut erityisen hyvä heti rakentamisen jälkeen. Instrumentointi ja seurantamittaukset Kohteen koerakenteiden toimivuutta on seurattu syksyyn 22 saakka rakenteisiin asennetuilla sähköisillä ja mekaanisilla antureilla, joilla on mitattu rakenteiden muodonmuutoksia, kosteutta ja lämpötilaa. Lisäksi kohteessa on mitattu kantavuutta rakentamisen aikana ja rakentamisen jälkeen. Tuhkarakenteiden rakentamisen aikaisia laadunvalvontamittauksia tehtiin myös useilla eri menetelmillä. Instrumentoinnin periaate on esitetty kuvassa 4. Alkuperäisessä suunnitelmassa tienpintaan oli tarkoitus asentaa siirtymänastat asfaltin levittämisen jälkeen sekä tehdä tienpinnan korkeusvaaituksia. Tietä ei ole asfaltoitu, joten tien pinnan vaaituksia ei myöskään ole tehty. Kuva 4. Instrumentoinnin periaate rakenteen poikkileikkauksessa. Siirtymänastoja ei asennettu. Painumaletkut (letkupainumamittari) asennettiin paaluille 3285, 3345, 34, 3468, 3487 ja 3525 (yhteensä 6 kpl). Paaluilla 3465 ja 3485 painumaletkut asennettiin leikatun pohjamaan pintaan suodatinkankaan alle suodatinkangaskaistan päälle. Muilla paalulukemilla painumaletkut asennettiin pengertäytteen yläpintaan tielaitoksen ohjeiden mukaisesti.
Painumamittauksia on tehty vuoden 22 elokuuhun mennessä yhteensä 11 kertaa. Taulukossa 5. on esitetty mittausajankohta sekä suurin painuma jokaiselta painumaletkulta. Viimeisin mittaus on tehty heinäkuussa 22. Painumaletkujen kohdalla pohjamaa on painunut keskimäärin 3 5 mm. Vähäisintä painuma on ollut vertailurakenteessa ja koerakenteessa 2A, mikä on täysin odotettua kallio- ja moreenialueella. Paaluluvulla 34 painumaa on tapahtunut tien vasemmassa reunassa 2 23 mm ja tien oikeassa reunassa 5 1 mm. Tähän epätasaiseen painumaan on syynä voimakkaasti vasemmalle laskeva pohjamaan pinta ja siten pengertäytön paksuuden muutos tien eri reunoissa. Painuma johtuu tierakenteen alapuolisesta savikerroksen kokoonpuristumisesta. Taulukko 5. Mitatut suurimmat painumat 4.7.22 mennessä. PL 3285 3345 34 3465 3485 3525 Rakenne 1 2A 2B-3A 3B 3B 4A Max painuma [mm] 47 47 23 55 76 62 Max. painuman ajankohta 14.12.99 17.11. 4.7.2 4.7.2 4.7.2 17.11. Routanousumittareilla (potentiometri) seurattiin tierakenteen routaantumisen ja mahdollisen routimisen vaikutusta tierakenteen pystysuoriin siirtymiin. Routanousumittarit asennettiin vertailurakenteeseen (pl 327) sekä rakenteisiin 2A (pl 334), 3B (pl 347) ja 4A (pl 352). Liitteissä 1 on esitetty 1.9.21-29.4.22 välisenä aikana saadut tulokset aika-routanousu -kuvaajina. Liitteessä 2 on esitetty aika-routanousu kuvaajat ajalta 8.1.1997-16.4.22. Kuvaajista on poistettu joitakin mittauskertoja virheellisten mittaustulosten vuoksi. Vertailurakenteessa ei tapahtunut seurantajakson aikana juurikaan routanousua hyvästä pohjasta johtuen. Mittaustulokset vaihtelevat alkuperäisen lähtötason molemmin puolin muutamia millimetrejä. Lentotuhka + rikinpoistotuoteseos rakenteessa routanousua on rakentamisen jälkeisenä talvena noin 1 mm. Talvella 1997-1998 nousua on 1 2 mm, joka ei ole palautunut seuraavana kesänä. Talvella 1998-1999 routanousua on lisää noin 5 1 mm. Kesällä 21 routanousut ovat palautuneet tasolle 1 mm lähtötason (1997) yläpuolelle. Talvella 2-21 routanousua on ollut 1 mm. Vuosien 21-22 routanousut ovat asettuneet -3 1 mm väliin. Lentotuhkarakenteessa on seurantajakson aikana routanousun suuruus vaihdellut eniten: Talvina 1997-1998 ja 1998-1999 ei ole havaittu routanousua. Talvella 1999-2 routanousua on oli 1 4 mm. Talvella 2-21 routimista on ollut 2 mm. Stabiloidussa lentotuhkarakenteessa ei ole seurantajakson aikana tapahtunut juuri lainkaan routanousua. Keväällä 1999 tien keskilinja on noussut 5 mm, jonka jälkeen keskilinjan mittaukset ovat olleet miinusmerkkisiä vaihdellen 14 mm välissä. Reunalinjan mittaustulokset ovat pysyneet koko seurantajakson ajan ns. nollatasossa. Routanousut ovat kaikissa lehtotuhkarakenteissa olleet kaiken kaikkiaan varsin vähäisiä ja tien käytön tai rakenteen kannalta niillä ei ole ollut merkitystä. Roudan syvyyttä on mitattu paalujen 327, 334, 347 ja 352 keski- ja reunalinjoilla 8 termoparilla. Roudan syvyys talvella 21-22 on esitetty liitteissä 2. Liitteissä 3 on esitetty rakenteiden lämpötilaprofiilit 14.2.2, 26.3.2 ja 16.4.2. Termoparimittausten perusteella arvioituna enimmillään roudan syvyys on ollut vertailurakenteessa,65 m, LT+RPT -rakenteessa,8 m, LT rakenteessa,3 m ja stabiloidussa LTrakenteessa,65 m talven 21-22 mittausajankohtina. Roudan syvyyshavaintojen perusteella, LT-rakenteessa roudan syvyys on jäänyt joka vuosi pienimmäksi. Sen sijaan muiden rakenteiden kohdalla roudan syvyys on ollut vaihtelevaa. Vertailurakenne on useana vuotena routaantunut pohjamaahan saakka. Samoin stabiloidussa lentotuhkarakenteessa routa on usein ulottunut läpi kerrosrakenteiden pohjamaahan asti. LT+RPT kerroksissa routa on aina ulottunut pengertäytteeseen, muttei kuitenkaan pohjamaahan saakka. Vuotuinen pakkasmäärä ei näyttäisi olevan roudan syvyyttä määräävä tekijä (vaihtelua 8-15 Kh). Roudan syvyyden määrää ilmeisesti saatavilla olevan veden määrä. Taulukossa 6 on esitetty vuosien
1997 22 välisenä aikana mitatut roudan syvyyden maksimiarvot sekä kyseisten talvien pakkasastesummat. Taulukko 6. Roudan suurin mitattu syvyys talvina 1997 22. Talvi Pl 327 Pl 334 Pl 347 Pl 352 Koko talven pakkasastesumma 1997-1998,3 m,3 m,45 m 1,2 m 13 5 1998-1999 1,2 m,8 m,65 m 1,2 m 15 1999-2 1,2 m,8 m,65 m 1,2 m 8 2-21 1,2 m 1,2 m,45 m,8 m 11 21-22,65 m,8 m,3 m,65 m 11 Kosteusanturit: Tuhkakerrosten ja pohjamaan kosteuden muutosten mittaamiseksi asennettiin paalujen 334, 336, 343, 347 ja 352 keski- ja reunalinjalle kosteusantureita (TDR) yhteensä 28 kpl. Taulukossa 7 on esitetty kosteusantureiden sijainti, tunnukset ja etäisyys tien pinnasta. Anturilla vesipitoisuus saadaan tilavuusvesipitoisuutena. Vuosien 1997 22 mitatut vesipitoisuudet on esitetty taulukossa 8. Taulukko 7. Kosteusantureiden sijainti, tunnukset ja syvyys tien pinnasta. Paalulukema 334 336 343 347 352 TDR:n sijainti,1 m vas4 KL4 - - - - - - - -,2 m vas3 KL3 vas1 KL2 vas2 KL2 vas5 KL5 vas1 KL2,25 m - - - - - - - - - KL1,3 m - - - - - - vas4 KL4 - -,4 m vas2 KL2 - KL1 - - - - - -,6 m vas1 KL1 - - vas1 KL1 vas3 KL3 - -,8 m - - - - - - vas2 KL2 - - 1,1 m - - - - - - vas1 KL1 - - TDR-antureilla mitattujen vesipitoisuusmittausten tuloksissa on merkittävää hajontaa ja vaihtelua eri ajankohtina. TDR-mittausten perusteella ovat tuhkien vesipitoisuudet pienimmillään talvella. Tämä selittyy sillä, että TDR-anturilla mitattu vesipitoisuus on riippuvainen mitattavan tuhkan lämpötilasta. Anturit pl 347 vas1 ja KL1 ovat noin,1 m syvyydellä savessa, muut anturit ovat tuhkakerroksessa.
Taulukko 8. Kosteusantureiden vesipitoisuudet. syyskuu 1997 w vol % 6.11.97 w vol % 19.2.98 w vol % 17.4.98 w vol % 16.6.99 w vol % 25.8.99 w vol % 14.8.1 w vol % 16.4.2 w vol % PL 334 KL 1 66,2 57,1 57,1 49,1 57,8 55,9 44,3 PL 334 KL 2 74,1 56,1 65,6 55, 53,6 5, 4,6 PL 334 KL 3 55, 41,5 51, 48,3 46,4 48,5 4,6 PL 334 KL 4 29, 2, 42,7 49,1 49,1 43,8 5,5 PL 334 Vas 1 64,6 61,1 62, 32, PL 334 Vas 2 66,2 61,2 67,5 28,4 24,9 36,4 18,2 PL 334 Vas 3 43,8 43,5 45,7 22,5 PL 334 Vas 4 PL 336 KL 1 7,4 ei mitattu ei mitattu PL 336 KL 2 33,4 21,7 34,3 29,6 31,6 PL 336 Vas 1 44,8 ei mitattu ei mitattu PL 342 KL 1 58, 6,7 43,8 44,4 46,8 43,7 27,2 PL 342 KL 2 5,4 46,6 2,7 25,9 36,5 41,9 PL 342 Vas 1 54,1 58,5 56,1 49,2 46,8 43,7 53,8 27,2 PL 342 Vas 2 49,7 43,1 17,9 22, 43,6 47,7 51,3 PL 347 KL 1 33,4 38,3 39,4 37,4 33,4 33,7 31,4 34,4 PL 347 KL 2 48,8 51,2 48,9 46,9 42,5 4,6 PL 347 KL 3 49,7 57,7 4,3 4,4 47,2 47,5 51,4 18,5 PL 347 KL 4 45,6 46,4 26,5 32,2 4,6 39,1 5,7 44,3 PL 347 KL 5 45,9 43,8 13,2 2,3 45,1 45,9 47,8 47,5 PL 347 Vas 1 33, 32,4 PL 347 Vas 2 4, 4,8 42,5 39,7 PL 347 Vas 3 5,4 54, 52,1 5,3 43,4 43,9 49,4 42,5 PL 347 Vas 4 55,2 56,6 21,1 24,4 47,3 PL 347 Vas 5 4, 4,8 12,7 ei mitattu 45,5 46,8 47, 47,5 PL 352 KL 1 56,6 58,5 3,8 37,6 46,4 43,7 46,8 44,3 PL 352 KL 2 56,6 53,3 27,7 37,6 5,3 47,7 51,2 42,5 PL 352 Vas 1 5,4 5,4 2,4 24,6 42,1 44,5 5,5 49,1 Lämpötila-anturit: Päällysrakenteen, pengertäytteen ja pohjamaan lämpötilan (roudan syvyyden) seuraamiseksi asennettiin paalujen 328, 334, 347 ja 352 keski- ja reunalinjalle termosauvoja yhteensä 8 kpl. Jokaisessa sauvassa on 8 termoparia. Kaikissa sauvoissa termoparit ovat olleet syvyyksillä.15,.3,.45,.65,.8, 1.2, 1.6 ja 2. metriä tien pinnasta. Mitatut lämpötilat on esitetty kuvaajina liitteessä 3. Lämpötilamittausten tuloksia tarkasteltaessa on syytä ottaa huomioon se, että mittausten tarkkuus lienee enintään suuruusluokkaa ±,5 C, joten todellinen sulan kerroksen paksuus saattaa olla lämpötilamittausten perusteella pääteltyä suurempi. Pudotuspainokokeet tehtiin pudotuspainolaitteella rakentamisen jälkeen vuosittain keväällä ja kesällä kantavan murskekerroksen, bitumisoran tai sorapinnoitteen päältä. Mittauksia on tehty viitenä vuonna yhteensä yksitoista kertaa. Mittaukset on tehty keväisin ulkolämpötilojen ja tierakenteen lämpötilamittausten perusteella arvioituna roudan sulamisajankohtana ja kesäisin elokuussa. Pudotuspainokokeet on tehty 1 metrin välein molemmilta kaistoilta. Pudotuspainomittausten tulokset vuosien 1997 ja 2 välisenä aikana on esitetty tarkemmin tuhkakoerakenteiden Tuhkat hyötykäyttöön projektin raporteissa. Koekuopat: Koerakenteisiin on tehty koekuoppia vuosina 1998, 1999 ja 21. Yhteensä koekuoppia on tehty 15 kappaletta. Koekuopista otetuista näytteistä on tutkittu puristuslujuutta, vesipitoisuutta, tiheyttä ja tiiviysastetta. Vuoden 1998 koekuoppatutkimuksissa havaittiin rakenteen 2A tuhkakerroksen yläpinnan lujuuden alenneen enimmillään 5 mm syvyydelle ja rakenteen 2B enimmillään 1 mm syvyydelle. Vuoden 1999 koekuoppatutkimuksissa havaittiin rakenteen 2A tuhkakerroksen lujuuden hieman alenneen syvyydelle noin 15 mm ja rakenteen 2B
lujuuden noin 1 mm syvyydelle. Vuosien 1998 ja 1999 koekuoppatutkimusten tulokset on raportoitu Tuhkat hyötykäyttöön projektin raporteissa. Rakenteiden 2A, 3A ja 3B koekuoppatutkimusten tulokset vuosilta 1998 ja 1999 on esitetty taulukossa 9. (Tuhkat hyötykäyttöön projekti). Vuonna 21 (6.4.21) tuhkarakenteiden pinnan pehmenemistä tutkittiin kolmella koekuopalla, lähellä paalulukemia 3341, 3412 ja 3465. Koekuopat tehtiin paikkoihin, jotka silmämääräisesti arvioituna vaikuttivat muuta rakennetta pehmeämmiltä. Paaluilla 3341 ja 3412 kuopat tehtiin tien oikeaan reunaan ja paalulle 3465 tien vasempaan reunaan. Nämäkin tulokset on esitetty taulukossa 9. Taulukko 9. Koekuoppatutkimusten tuloksia. Rakenne 2A, pl 3341 (huhtikuu 21) Syvyys, mm Kerroksen kuvaus Puristuslujuus, kpa * 5 Sekoittunut murske ja tuhka 38 5 1 Sekoittunut murske ja tuhka 38 1 15 Pehmeä tuhka 15 - Kova tuhka (mahd. jäässä) Suuri * määritetty penetrometrillä, penetrometrilukema on kerrottu 5:llä suuntaa-antavan puristuslujuuden määrittämiseksi PL 332 (25.8.1998): - Sorapintaus 6 mm - Bitumiemulsio - LT+RPT 54 mm - LT+RPT -kerroksen pinnassa noin 5 mm selvästi pehmeätä, syv. ehjää ja lujaa. Rakenne 3A, pl 3412 (huhtikuu 21) Syvyys, mm Kerroksen kuvaus Puristuslujuus, kpa * 5 Sekoittunut murske ja tuhka 5 5 1 Sekoittunut murske ja tuhka 5 1 15 Sekoittunut murske ja tuhka 5 2 - Kova tuhka (mahd. jäässä) Suuri PL 333 (16.6.1999): - Sorapintaus 2 mm (suunniteltu 5 mm) - Bitumiemulsio - LT+RPT 78 mm (suunniteltu 6 mm) - LT+RPT kerroksen pinnassa noin 15 mm vähän pehmeätä, syvemmällä ehjää ja lujaa. PL 344 (25.8.1998): - Sorapintaus 8 mm. - Kantava murske 11 mm - Lentotuhka 46 mm - Ylin LT-tiivistyskerros tasalaatuinen, mutta ei kovin luja. Syvemmällä selvästi lujempaa. Rakenne ei juurikaan murene kaivettaessa. PL 341 (16.6.1999): - Näytteet n. 1 m tien oikeasta reunasta - Sorapintaus 8 mm. - Kantava murske 11 mm - Lentotuhka 62 mm - Melko lujaa ja kiinteää. Syvemmällä lujempaa. Rakenne 3B, pl 3465 (huhtikuu 21) Syvyys, mm Kerroksen kuvaus Puristuslujuus, kpa * 5 Sora / murske 5 5 1 Murske 15 1 15 Murske 15 2 - Kova tuhka Suuri PL 348, (25.8.1998): - Sorapintaus 5 mm - Kantava murske 9 mm - Lentotuhka 11 mm - LT kerros tasalaatuista, mutta ei erityisen lujaa. Alaspäin lujuus pienenee selvästi. Tuhkakerroksesta (?) - Tuhkan alla suodatinkangas ja savi PL 3455 (16.6.1999): - Näytteet n. 1 m tien oikeasta reunasta - Sorapintaus 8 mm - Kantava murske 1 mm - Lentotuhka 97 mm - LT kerros tasalaatuista, mutta ei erityisen lujaa. Alaspäin lujuus pienenee hieman.
Koekuoppien kohdalla tuhkakerros saattoi olla vielä jäässä mittaushetkellä syvyyden,15,2 m alapuolella. Havaintojen ja mittausten perusteella tien keskiosassa sulan kerroksen paksuus oli suurempi kuin tien reunassa. Kantavuusmittaukset: Suunnitteluvaiheessa koerakenteiden tavoitekantavuudeksi asetettiin 15 MPa kantavan kerroksen päältä. Kantavuusmittauksia on tehty noin,5 m sorapintauksen päältä, jonka kantavuutta lisäävä vaikutus on Odemarkin menetelmällä laskettuna noin 5 1 MPa verrattuna suoraan kantavan kerroksen päältä mitattuun kantavuuteen. Taulukossa 1 on esitetty kevät- ja kesäkantavuudet molempien kaistojen keskiarvoina koeosuuksittain. Alleviivatut arvot alittavat tavoitekantavuuden. Kesäkantavuuksien osalta jokainen koerakenne täyttää 15 MPa:n tavoitekantavuuden. Keväällä 21 koerakenteissa 3 A ja 3 B ei saavuteta tavoitekantavuutta. Keväällä 22 rakenne 3 B ylittää tavoitekantavuuden, mutta rakenne 3 A jää myös silloin alle tavoitekantavuuden. Muut koerakenteet täyttävät vuosina 21 ja 22 15 MPa:n tavoitekantavuuden. Sekä kevät- ja kesäkantavuudet ovat olleet lievässä kasvussa. Rakenteet 3 A ja 3 B sijaitsevat savipehmeikköosuuksilla, millä on vaikutusta alhaisempiin kantavuuksiin. Rakenteita ei tulisi verrata toisiinsa ilman että rakenteiden alapuolisen pohjamaan erilaiset ominaisuudet otetaan huomioon. Heikon kantavuuden rakenteissa 3 A ja 3 B rakennekerrokset ovat ohuimmillaan ja pohjamaa on pehmeää savea. Roudan sulamisvaiheessa veden kyllästämän pohjamaan huokospaine kasvaa ja tehokas jännitys pienenee, jolloin myös kantavuus alenee. Vastaavasti osa vertailurakenteesta sijaitsee leikatun kallion kohdalla, minkä vaikutus saattaa näkyä etenkin parempana kevätkantavuutena. Pohjamaan arvioidut kantavuusluokat on esitetty taulukossa 3. Sen sijaan kunkin rakenteen kantavuuksien kehityksestä eri vuosina on mahdollista saada selkeä käsitys. Nämä tarkastelut osoittavat, että lentotuhkarakenteiden kantavuudet ovat lievästi parantuneet tutkimusvuosien aikana. Yksi syy parantuneeseen kantavuuteen on tuhkassa tapahtuva pitkäaikaislujittuminen. Nämä tulokset osoittavat osaltaan tuhkarakenteiden hyvän pitkäaikaiskestävyyden. Taulukko 1. Koerakenteiden kevät- ja kesäkantavuudet sekä kevätkantavuuskerroin 1997 22. Rakenne Vuosi Kevätkantavuus Kesäkantavuus Kevätkantavuus- [MPa] [MPa] Kerroin 1 1997 1998 236 267,88 1999 27 319,85 2 33 372,81 21 34 395,86 22 43 45,99 2A 1997 126 1998 233 321,72 1999 21 27,78 2 29 258,81 21 181 312,58 22 223 316,71 2B 1997 187 1998 238 289,58 1999 166 265,63 2 164 376,44 21 224 421,53 22 254 392,65 3A 1997 146 1998 15 26,51 1999 135 22,66 2 117 171,68 21 123 21,61
22 142 26,69 3B 1997 181 1998 18 176,61 1999 129 191,81 2 125 185,68 21 132 188,7 22 151 23,66 4A 1997 168 1998 163 174,94 1999 147 171,86 2 156 167,93 21 162 189,86 22 163 198,84 4B 1997 151 1998 15 176,82 1999 159 21,79 2 115 159,72 21 165 181,91 22 161 199,81 Kantavuusmittaukset 21 Tierakenteen kantavuus mitattiin pudotuspainokokeilla 27.4.21 ja 2.5.21. Taulukossa 11 on esitetty kevään 21 tehtyjen kantavuusmittausten keskiarvot. Ko. tulokset on esitetty myös taulukossa 1 ja kuvissa 5-7. Kantavuusmittauksilla ei voida todeta tuhkarakenteiden kantavuuden juurikaan alentuneen keväästä 2. Paalulla 3335 on huhtikuussa 2 havaittu yksittäinen alhaisen kantavuuden kohta, mistä voidaan päätellä, että jo silloin on mahdollisesti ilmennyt päällysrakenteen yläosan pehmenemistä. Taulukko 11. Pudotuspainolla 27.4.2 ja 2.5.21 mitattujen kantavuuksien E 2 keskiarvot rakenteittain. Rakenne Kantavuus 2 Kantavuus 21 Huom! Vasen / oikea vasen / oikea 1 33 / 32 338 / 341-2A 23 / 188 181 / 181 - lisätty mursketta 4/1 - pl 3335 vas. Alh. Kantavuus 4/ 2B 169 / 158 245 / 23-3A 139 / 94 143 / 13 - oikean kaistan kantavuus selvästi vasenta alhaisempi 3B 142 / 17 142 / 122 - oikean kaistan kantavuus selvästi vasenta alhaisempi 4A 153 / 159 153 / 171-4B 126 / 14 163 / 167 -
Kantavuus - stabiloimaton lentotuhka 25 Kantavuus, MPa 2 15 1 5 kevät A kevät B kesä A kesä B 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva 5. Stabiloimattoman tuhkarakenteen kantavuus. Kantavuus - RPT+LT 45 4 35 3 Kantavuus, MPa 25 2 15 1 5 kevät A kevät B kesä A kesä B 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva 6. Rikinpoiston lopputuote - lentotuhkarakenteen kantavuus Kantavuus - stabiloitu lentotuhka 25 2 Kantavuus, MPa 15 1 5 kevät A kevät B kesä A kesä B 1997 1998 1999 2 21 22 Kuva 7. Stabiloidun lentotuhkarakenteen kantavuus
Käyttökokemukset: Osassa koerakenteita on todettu pinnan pehmenemistä ja kantavuuden alenemista. Pahiten tien pinnan pehmenemisestä oli kärsinyt koerakenne 2A. Koerakenteiden 3A ja 3B pinta oli hyvin vetinen, mutta pehmenemistä on tapahtunut vain muutamalla pinta-alaltaan vähäisellä alueella. Taulukossa 12 on esitetty rakenteissa havaitut vauriot. Taulukko 12. Tuhkakoerakenteiden vauriot huhtikuussa 21. Koerakenne "Vauriot" 1 Ei vaurioita 2A Pinta pehmennyt laajalta alueelta => lisätty mursketta rakenteen pinnalle 2B Vähäistä pinnan pehmenemistä ja kosteutta, ei selkeitä vaurioita 3A Paikallisia pehmenemiä ja "vesisilmäkkeitä" tien oikeassa reunassa 3B Paikallisia pehmenemiä ja "vesisilmäkkeitä" tien oikeassa ja vasemmassa reunassa 4A Ei vaurioita, tien pinta hyvin kostea 4B Ei vaurioita, tien pinta hyvin kostea Rakenteiden pehmeneminen on tapahtunut ilmeisesti rakenteen korkean vesipitoisuuden takia. Syynä tähän oli tietä reunustavien ojien tukkeutuminen, jolloin tierakenteessa oleva vesi ei päässyt poistumaan normaalisti rakenteista. Vuonna 22 korjattiin pehmenneet rakenteet kaivamalla viereiset ojat auki, jolloin rakenteissa oleva vesi pääsi poistumaan. Pahiten pehmenneisiin kohtiin tuotiin lisäksi kaksi kuormallista 5 mm soraa. Sorakerroksen kokonaispaksuudeksi tuli muutamia senttimetrejä. Karkean soran päälle levitettiin 16 mm sorapintaus. Rakenteisiin ei ole tehty muita korjauksia vuoteen 22 mennessä. Tietä on hoidettu normaalin kunnossapitosuunnitelman mukaisesti. 2.2.2 Ympäristökelpoisuus Tierakenteiden läpi suotautuvista vesistä on otettu näytteitä lysimetreillä. Tien viereen asennetuista pohjavesiputkista on myös otettu näytteitä. Vesinäytteet on otettu ja analysoitu vuosittain. Lysimetri- ja pohjavesiputkien seurannan tulokset on käsitelty luvussa 3.2. Koerakennuskohteen työnaikaista tuhkan pölyämistä mitattiin pölyleijumamittauksilla standardin SFS 3863 mukaisesti. Mittaukset teki silloinen tielaitos [Tuotannon konsultointi 1997] kahtena tuhkarakentamispäivänä (15.9. ja 18.9.1997), joista ensimmäisenä päivänä oli poutaa ja tuuli,5-4 m/s ja toisena päivänä puoliksi poutaa ja tihkusadetta, tuuli -1 m/s. Tielaitoksen ohjeissa [1994] on leijuvan pölyn enimmäisarvoksi määritetty,4 mg/ilma-m 3. Ensimmäisenä mittauspäivänä ilman pölypitoisuus oli,36 -,38 mg/ilma-m 3, mutta lukemassa on mukana myös työmaan muun liikenteen nostattamaa soratiepölyä. Toisena mittauspäivänä ilman pölypitoisuus oli -,1 mg/ilma-m 3. Mittausraportin mukaan pölyn ohjearvo saa ylittyä alle 4 m etäisyydellä tuhkatyöstä.
3. Seurantatutkimukset 26-28 3.1 Tekniset 3.1.1 Rakennetutkimukset Rakennetutkimuksen näytteet otettiin 13.5.28. Koekuoppatutkimusten tulokset on koottu taulukkoon 13 ja koekappaleiden puristuslujuustiedot kuvaan 8. Taulukko 13: Koekuoppatutkimukset keväällä 28 Rakenne Plv Koekuoppahavainnot 1 Vertailurakenne 32-33 2A Rikinpoistolopputuote + lentotuhka 33-335 333 Tie oli melko hyväkuntoinen, ajoraiteet olivat jonkin verran kuluneet. Sivutuotetta oli murskeen seassa noin 5 mm syvyydestä alaspäin. Kerrosten välinen rajapinta oli melko epäselvä. Sivutuotetta on voinut sekoittua myös vuosien 1998 ja 199 rakennetutkimusten yhteydessä, kun kerrosta kaivettiin kaivurilla. Sivutuotteen yläosassa oli noin 5 mm jonkin verran muuta pehmeämpi osuus, syvemmällä kerro oli melko lujan tuntuista. Pehmeämpi osuus mureni terän sisään pieniksi muruiksi. Syvemmällä keskiosassa oli jonkin verran lähinnä vaakasuuntaisia hiushalkeamia, mutta pääosin materiaali pysyi porattaessa ehjänä. Reunaosalla kerros katkesi halkeamista noin 1-25 mm siivuiksi. 2B Rikinpoistolopputuote + lentotuhka 3A Lentotuhka 3B Lentotuhka 335-34 34-345 345-35 4A Stabiloitu lentotuhka 35-354 4B Stabiloitu lentotuhka 354-358 3385 Tie oli melko hyväkuntoinen. Reunassa oli hiukan pyykkilautaa. Kerroksen yläpää oli selkeä, suora ja sekoittumaton. Yläpinnassa noin 1 mm kerros oli vähän pehmeämpää ja helposti murenevaa. Muutoin koko kerros oli kiinteää ja melko lujaa. Koko poratulla paksuudella (45 mm saakka) näkyi hiushalkeamia. Halkeamat olivat liimaantuneet takaisin yhteen. 3445 Tie oli hyväkuntoinen ja ajoraiteet olivat vähän kuluneet. Lentotuhkan yläpinta oli suora ja melko selkeä. Aivan pintaosaan oli painunut hiukan mursketta. Tuhka ei ollut kovin lujan tuntuista, varsinkin noin 2 mm syvyyteen saakka näyte liettyi poratessa. Syvemmällä näyte hajosi pieniksi murusiksi, varsinaista liettymistä ei syvemmällä tapahtunut. Poraamalla ei saatu koekappaleita. 349 Tie oli melko hyväkuntoinen, ajoraiteet olivat jonkin verran kuluneet. Kohde oli vastaava kuin paalulla 3445. Tuhkan yläpinta oli suora, melko selkeä ja syvemmällä rakenne mureneva. 353 Tie oli hyväkuntoinen, raiteet olivat vähän kuluneet. Tuhkan pinta oli suora ja selkeä. Tuhka oli kiinteää mutta ei kovin lujaa. porattaessa kappale mureni ja yläosastaan myös liettyi. Kohde oli jonkin verran lujemman tuntuinen kuin stabiloimaton lehtotuhkarakenne. 3565 Tie oli hyväkuntoinen, raiteet hieman kuluneet. Bitumi/tuhka yläpinta oli suora, selkeä ja sekoittamaton. Tuhkakerros oli samanlainen kuin edellisellä paalulla: kiinteää, mutta ei kovin lujaa. Porattaessa kappale murenee ja liettyy yläosasta. Koekappaleita ei saatu.
Puristuslujuudet 25 2 kpa 15 1 1998 1999 28A 28B Ei näytettä 5 2A 2B 3A 3B 4A 4B Koerakenne Kuva 8. Koekohteesta otettujen puristuslujuuskappaleiden vertailu koekohteittain. Rakennetutkimusten perusteella rikinpoiston lopputuotetta ja lentotuhkaa sisältävät koerakenteet ovat säilyttäneet lujuutensa, jopa parantaneet sitä aiemmista vuosista, ja ovat ehyempinä kuin stabiloimaton ja stabiloitu lentotuhkarakenne. Lentotuhka- ja stabiloitu lentotuhkarakenne ovat menettäneet lähes täysin rakenteen lujuuden, ehyitä koekappaleita ei rakenteista saatu lainkaan. 3.1.2 Kuntokartoitus Kohteelle tehtiin silmämääräinen kuntokartoitus 13.5.28 Ramboll Finlandin toimesta. Kuntokartoituksen tulokset on koottu taulukkoon 14. Taulukko 14. Kuntokartoituksen maastohavainnot rakennetyypeittäin. Rakenne Plv Kartoitushavainnot 1 Vertailurakenne 32-33 Uloimmat ajoraiteet jonkin verran kuluneet, murske lentänyt reunoille. Oikealla kaistalla kuoppia plv. 32-323. 2A + 2B Rikinpoistolopputuote + lentotuhka 33-34 Oikeassa reunassa aaltoilua noin 2 m leveydellä plv 33-332, muutoin samanlaista kuin edeltävä osuus. Uloimmat ajoraiteet ovat jonkin verran kuluneet. Oikeassa reunassa vähän pyykkilautaa plv. 3375-3385. 3A + 3B Lentotuhka 4A + 4B Stabiloitu lentotuhka 34-35 Pääosin samanlaista kuin edelliset osuudet, mutta plv 34-342 oikea kaista mahdollisesti kulumisen lisäksi vähän painunut. Plv. 345-348 joitakin pieniä kuoppia lähellä keskilinjaa. Tiessä on notko tässä kohden. 35-358 Pääosin samanlaista kuin muut osuudet, mutta raiteiden kulumisen lisäksi ei muita vauriota. Paalulta 36 eteenpäin tie vaikutti samanlaiselta kuin edellinen osuus, mutta pinta oli jonkin verran irtonaisempaa. Osuuksien välillä ei ollut havaittavissa kovin merkittäviä eroja. Plv. 35-36 oli hieman muita parempi. Erot saattavat selittyä myös maaston vaihtelulla.
3.1.3 IRI- ja URA-mittaukset Kohteessa tehtiin tasaisuus ja urasyvyysmittaukset 29.5.28. Koekohde on päällystämätön, joten tuloksia ei voida suoraa verrata päällystetyn tien kuntoluokitukseen. Taulukossa 15 on esitetty keskimääräiset tasaisuusarvot koko rakennuskohteelle sekä koerakenne- ja vertailurakennekohtaisesti. Saatujen tulosten mukaan kaikki koekohteet saavat hieman alhaisempia IRI-arvoja verrattuna vertailuosuuden ja mittausvälin 28-483 keskiarvoihin. Urautuminen on myös vähäisempää kuin vertailuosuudella. Sekä IRI että URA mittauksissa parhaimmat arvot saavutettiin stabiloidun lentotuhkarakenteen kohdalta. Myös muissa koerakenteissa urautuminen oli hieman vähäisempää kuin vertailuosuudella (kuvat 9 1). Tasaisuusmittausten (IRI/URA) ja Tiehallinnon kuntoluokituksen mukaan (TIEH 32969-v) tien kunto on kaikilla osuuksilla hyvän ja erittäin hyvän tasolla. Taulukko 15. Kohteen tasaisuusmittauksien (29.5.28) keskiarvot paaluväleittäin/kaistoittain. IRI URA keskiarvo min max keskiarvo min max Paalut 28-483 1.5.5 9.7 1.8. 1.8 oikea 1.6.5 9.7 2.7.3 1.8 vasen 1.5.6 7.4 1.. 3.8 Vertailu 32-33 1.4.8 2.4 3..2 6.7 oikea 1.6.8 2.4 5.4 3.5 6.7 vasen 1.2.8 2.2.6.2.9 RPT+LT 33-34 1.2.7 3. 1.6.1 3.8 oikea 1.3.7 3. 2.8 2. 3.8 vasen 1.1.7 2.3.4.1.9 LT 34-35 1.4.5 3.1 2.2.1 7.7 oikea 1.1.5 1.5 3.7 1.2 7.7 vasen 1.7.9 3.1.6.1 2.4 Stab. LT 35-358 1.1.5 1.8.9. 2.8 oikea.9.5 1.5 1.4.6 2.8 vasen 1.2.8 1.8.5. 1.1
IRI(mm) 1 9 8 7 6 5 4 3 vertailu TASAISUUSMITTAUS, IRI - 1m (mm/m) RPT + LT LT Stab. LT Oikea Vasen 2 1 284 291 298 35 312 319 326 333 34 347 354 361 368 375 382 389 396 43 41 417 424 431 438 445 452 459 466 473 48 Paalu Kuva 9. Tasaisuusmittauksen tulokset kesällä 28. URASYVYYS, URA - 1m (mm/m) Oikea Vasen IRI(mm) 12 1 8 vertailu RPT + LT 6 4 2 284 291 298 35 312 319 326 333 34 347 354 361 368 375 382 389 396 43 41 417 424 431 438 445 452 459 466 473 48 LT Stab. LT Paalu Kuva 1. Urasyvyydet kesällä 28.
3.2 Ympäristökelpoisuus Tarkkailua varten kohteeseen asennettiin ennen rakentamista lysimetrit ja pohjavesiputkia (molempia kolme: referenssirakenteen (pl 324 vas. 15), LT+RPT rakenteen (pl 335 vas. 15) sekä yhteisenä lentotuhkarakenteiden kohdalle (pl 345 vas.1). Tulokset kaikista analyyseista ovat liitteessä 4. Vesinäytteet on otettu Ramboll Finland Oy:n toimesta. Vuonna 27, UUMA-inventaarin yhteydessä, vesinäytteitä saatiin vain vertailurakenteen pohjavesiputkesta muut pohjavesiputket oli hävitetty. Tarkistuskäynnillä syyskuun 27 alussa lysimetrikaivojen kansien havaittiin olevan poissa paikoiltaan ja vedessä olevan paljon humusta. Kaivot tyhjennettiin ja kannet laitettiin paikoilleen, jotta sadevesi ei pääse suoraan kaivoihin. Lysimetrikaivo L2 oli tyhjä kuten aikaisempienkin seurantatutkimuksien yhteydessä, joten tämänkin perusteella lentotuhka + rikinpoistotuote-rakenne on varsin tiivis ja hyvin kestänyt. Analyysit teetettiin vuosina 1998-22 Helsingin kaupungin ympäristölaboratoriossa. Määritysmenetelmät on mainittu liitteen olevissa taulukoissa. Vuoden 27 analyysit teetettiin nyk. Ramboll Analytics laboratoriossa, jolloin metallit määritetty autoklaavilla esikäsittelyn jälkeen ICP-MS-tekniikalla ja kloridi sekä sulfaatti IC-tekniikalla (erotus ionikromatografilla käyttäen anionikolonnia ja detektointi johtokykydetektorilla). 3.2.1 Pohjaveden pinnan korkeus Pohjaveden pinnankorkeuksia on mitattu vuosina 1997 22 16 kertaa. Viimeisin mittaus on tehty marraskuussa 22. Taulukossa 16 on esitetty kaikki marraskuuhun 22 mennessä tehdyt mittaukset. Seurantajakson aikana on pohjaveden pinta vaihdellut paalulla 324 17,27 18,62 m. Pohjaveden pinta on ollut pääasiassa noin,2 1,2 m maanpinnan alapuolella. Poikkeuksen muodostaa 19.8.98 tehty mittaus, jolloin pohjaveden pinta oli noin 5 cm maanpinnan yläpuolella. Paalulla 335 pohjaveden pinnan taso on vaihdellut 18,29 18,96 m välillä. Maanpinnan korkeus on paalun kohdalla 19, m. Paalun 345 kohdalla pohjavesi on normaalisti paineellista, painetason ollessa vähintään,5 m maanpinnan yläpuolella. Vuoden 22 mittaustulokseen on syytä suhtautua varauksella, sillä pohjavesiputki tyhjennettiin ennen mittausta ja mittaus tehtiin,5 h tyhjennyksen jälkeen. Toisaalta kesä ja syksy 22 olivat poikkeuksellisen vähäsateisia, joten pohjaveden pinta oli poikkeuksellisen alhaalla kaikissa pohjavesiputkissa. Paalun 345 läheisyydessä kosteusantureista tehtyjen mittausten perusteella koerakenteeseen ei ole noussut vettä alemmista maakerroksista ts. vettä salpaava savikerros paineellisen pohjaveden kohdalla ei ole rikkoutunut. Kosteusmittaustulokset noudattelevat rakenteessa samankaltaisia arvoja kuin muissakin koerakenteissa.
Taulukko 16. Pohjaveden pinnankorkeus paaluilla 324, 335 ja 345 vuosina 1997 21. Mittauspäivä Pl 324, vas. 15 pl 335, vas 15 pl 345, vas. 1 12.9.1997 +17,78 +18,25 väh. +18,33* 19.9.1997** +18,11 +18,6 väh. +18,33* 22.1.1997 +18,23 +18,68 väh. +18,33* 1.11.1997 +18,17 +18,56 väh. +18,33* 9.12.1997 +18,17 +18,4 väh. +18,33* 5.5.1998 +18,36 Jäässä väh. +18,33* 19.8.1998 +18,62 +18,89 väh. +18,33* 3.6.1999 +17,5 +18,68 väh. +18,33* 18.8.1999 +17,27 +18,29 väh. +18,33* 3.11.1999 +18,15 +18,82 väh. +18,33* 2.8.2 +17,74 +18,69 väh. +18,33* 9.1.2 +17,34 +18,34 väh. +18,33* 16.1.2 +17,79 +18,29 väh. +18,33* 6.11.2 +18,33 +18,96 väh. +18,33* 14.8.21 +18,14 +18.77 väh. +18.33* 14.11.22 +17,32 +17,88 +16,62*** Maanpinnan taso +18,59 +19, +17,84 Tien pinnan TSV +21,5 +22,8 +19,1 * putki täynnä vettä. ** putket huuhdeltu 12.-19.9.97 välisenä aikana. *** putki sulatettiin ja tyhjennettiin ennen mittausta. Mittaustulos on,5 h kuluttua tyhjennyksestä. 3.2.2 Pohjaveden laatu Pohjaveden laatua on seurattu pohjavesiputkista otetuista näytteistä. Näytteitä on otettu yhteensä seitsemän kertaa vuosina 1998-22 ja kerran vuonna 27. Vuonna 27 pohjavesinäyte saatiin ainoastaan havaintoputkesta PV1, joka sijaitsee paalulla 324, vertailurakenteen kohdalla. Vuosina 1998-22 näytteet on analysoitu Helsingin kaupungin ympäristökeskuksen ympäristölaboratoriossa ja vuonna 27 Ramboll Analyticsin laboratoriossa Lahdessa. Näytteiden analyysitulokset ja talousveden ohjearvot on esitetty liitteessä 4. Seurantajakson aikana ympäristön pohjavedet ovat pysyneet hyvälaatuisina. Alueelta ei ole havaittu kohonneita alkuaineiden tai yhdisteiden haitta-ainepitoisuuksia. Pohjavesi on täyttänyt talousvedelle asetetut normit (STM 74/1994; STM 461/2). Vuonna 22 vertailurakenteen ja LT+RPT rakenteen kohdalla pohjaveden ph-arvo jäi hiukan ohjearvon alapuolelle. Syynä näihin lieviin ph-arvojen alituksiin saattaa olla vuoden 22 poikkeuksellisen kuiva kesä ja syksy. Kloridipitoisuus on ollut kasvussa tarkastelujakson aikana. Syynä tähän on pääasiallisesti tiesuolauksessa pölynsitomiseen käytetty kalsiumkloridi (CaCl 2 ). Lentotuhka ja rikinpoistotuoteseos sisältävät myös kloridia, joten heti rakentamisen jälkeen osa kloridista lienee peräisin myös koerakenteista. Pohjaveden kloridipitoisuudet ylittävät talousveden laatusuosituksen 25 mg/l havaintoputkesta PV1 vuonna 27. Pohjaveden sähkönjohtavuus on myös kasvanut vuoteen 1998 verrattuna. Käytännössä tämä tarkoittaa suolojen pitoisuuden nousua pohjavedessä. Sähkönjohtavuus ei kuitenkaan ylitä talousveden ohjearvoa. 3.2.3 Lysimetrit Lysimetreihin kerääntyneen veden laatua ja määrää on mitattu vuodesta 1997 vuoteen 22 1-2 kertaa vuodessa ja vuonna 27 kerran. Analyysinäytteiden tulokset on esitetty liitteessä 4.
Lysimetreistä analysoitavia näytteitä on otettu pohjavesinäytteiden oton yhteydessä. Vuoteen 22 mennessä näytteitä on otettu yhteensä kuusi kertaa. Noin 2 4 viikkoa ennen näytteenottoa lysimetrialtaat on puhdistettu seisovasta vedestä, jonka jälkeen suotovesien on annettu kerääntyä näytteenottimeen. Rakenteesta välittömästi lysimetrialtaisiin suotautuneiden vesien pitoisuuksia on usein suositeltu verrattaviksi talousveden 1 kertaisiin ohjearvoihin. Lysimetrialtaaseen 2 (LT+RPT) ei ole kertynyt vettä vuoden 1998 jälkeen. Tämä johtuu LT + RPT rakenteen saavuttamasta tiiveydestä. Vuoden 1998 näytteestä on analysoitu huomattavan korkea kloridipitoisuus. Syynä tähän lienee tiesuolauksen kloridi. Muuntenkin on tierakenteesta suotautuvan kloridin pitoisuus ollut kasvussa. Vertailurakenteessa analysoitu pitoisuus on ollut yli 1 mg/l vuosina 2 ja 21 sekä lentotuhkarakenteessa vuonna 21. LT+RPT rakenteesta on mitattu 37 mg/l pitoisuus vuonna 1998. Vuonna 27 vertailurakenteen ja LT-rakenteen lysimetrien kloridipitoisuudet olivat laskeneen lähelle talousveden 1-kertaista ohjearvoa. Talousveden ohjearvo on 25 mg/l ja normaali kloridin pitoisuus luonnossa on noin 2,5 mg/l. Vuonna 22 yhdestäkään lysimetrialtaasta ei saatu näytteitä. Syynä tähän oli vähäinen sadanta kesän ja syksyn aikana ennen tien pinnan jäätymistä. LT-rakenteiden kohdalla olleissa näytteissä molybdeenipitoisuus on ylittänyt talousveden satakertaisen ohjearvon. Ylitys on tapahtunut vuonna 1998, jonka jälkeen molybdeenipitoisuudet ovat olleet tasaisessa laskussa. 3.3 Haastattelut Kesällä 28 tiemestarin haastattelussa (15.8.28) Hilkka Tsupari kertoi että koeosuuden kunnossapitokustannukset ovat suuremmat kuin saman tien muilla normaalirakenteisilla osuuksilla. Keväisin koeosuuksien pinta on pehmeä ja mursketta on jouduttu ajamaan tielle lähes poikkeuksetta joka kevät. Viime vuosina tilanne on hieman rauhoittunut, mutta syynä lienee aiempi toistuva murskeen lisääminen. Koeosuus ei nykyisellään enää edusta rakennetta alkuperäisessä muodossaan. 4. Tutkimustulosten arviointi Vuonna 22 todettiin, että lentotuhkarakenteet ovat pääosin toimineet teknisesti hyvin. Lievä kantavuuden kasvu on osoituksena lentotuhkamateriaalien pitkäaikaislujittumisesta. Ainoat havaitut tekniset ongelmat ilmenivät stabiloimattoman LT + RPT ja osin stabiloimattomien LT-rakenteiden pinnan pehmenemisenä vuonna 21. Pinnan pehmeneminen vahvistaa sen käsityksen, että jäätymis-sulamiskestävyys ei ole riittävä kantavan kerroksen yläosassa ilman sideainetta. Koerakenteista saatu tulos on yhtenevä laboratoriossa tehtyjen ennakkokokeiden kanssa, jotka myös ovat osoittaneet, että pienikin sideainelisäys parantaa oleellisesti jäätymis-sulamiskestävyyttä. Vaikka stabiloidun lentotuhkan normaalisäilytyksen jälkeinen puristuslujuus on selvästi LT + RPT seosta pienempi, sen jäätymis-sulamiskestävyys on kuitenkin parempi. Erilaiset testatut rakenteet osoittavat, että alle 1 mm murskekerros lentotuhkarakenteiden päällä on riittämätön. Tämä tarvitaan jo siksi, että lentotuhkan alhaisen vedenläpäisevyyden (LT noin 1-7 m/s ja LT + RPT noin 1-8 1-9 m/s) vuoksi veden tulee päästä poistumaan sivuille. Vuoden 28 silmämääräisen kuntokartoituksen perusteella tie on säilynyt kauttaaltaan hyväkuntoisena. Lentotuhkarakenteen kohdalla tie oli lievästi painunut. Painuminen on ollut seurausta pohjamaana esiintyvän savikerroksen painumisesta. Rakennetutkimusten perusteella rikinpoiston lopputuotetta ja lentotuhkaa sisältävät koerakenteet ovat säilyneet ehyempinä kuin lentotuhka ja stabiloitu lentotuhkarakenne. Rikinpoiston lopputuotetta sisältävät rakenteet ovat säilyttäneet lujuutensa hyvin ja jopa parantaneet lujuutta aiemmista vuosista. Pohjavesiseurannan yhteydessä seurattu kloridipitoisuus on ollut kasvussa tarkastelujakson aikana. Syynä tähän on pääasiallisesti tiesuolauksessa pölynsitomiseen käytetty kalsiumkloridi (CaCl 2 ). Lentotuhka ja rikinpoistotuoteseos sisältävät myös kloridia,
joten heti rakentamisen jälkeen osa kloridista oli peräisin myös koerakenteista. Pohjaveden sähkönjohtavuus on myös kasvanut vuoteen 1998 verrattuna. Käytännössä tämä tarkoittaa suolojen pitoisuuden nousua pohjavedessä. Sähkönjohtavuus ei kuitenkaan ylitä talousveden ohjearvoa. Viitteet STM 74/1994: Sosiaali- ja terveysministeriön päätös talousveden laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista STM 461/2. STM:n asetus talousveden laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista TIEH 32969-v. Tieomaisuuden yhtenäinen kuntoluokitus. Tiehallinnon selvityksiä 57/25. Verkkojulkaisu pdf (www.tiehallinto.fi/julkaisut) Tuhkat Hyötykäyttöön projekti. Projektin työraportit 1997-1999 / 2-22. http://www.energia.fi/fi/julkaisut/ymparistopooli/tutkimusaineisto/tuhkat%2hy%c3% b6tyk%c3%a4ytt%c3%b6%c3%b6n%2%e2%8%93projekti.html
LIITE 1/1 Vertailurakenne LIITE 4.1 Pakkasmäärä, F [Kh] / Lämpöastesumma, T [Kh] 12 1 Pakkassumma 8 Lämpösumma 6 4 2 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Pystysiirtymä [mm] 35 3 25 Keskilinja, mm 2 15 Reunalinja, mm 1 5-5 -1-15 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Roudan syvyys [m] -,5-1 -1,5 sorapintaus murske -55 murske -1 pengertäyte keskilinja reunalinja -2 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Kantavuus, E2 [MPa] 5 4 3 2 1 ppl 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Pl 327, vertailurakenne. Rakennettu 9/97. Pakkasmäärä, routanousu, roudan syvyys ja tien pinnan kantavuus aikavälillä 1.9.21-15.5.22. Routanousun -lukema on syksyllä 1997 mitattu -lukema, johon ei ole tehty korjausta rakenteen tiivistymisen, painumisen yms. syyn takia.
LIITE 1/2 Lentotuhka (LT) + rikinpoiston lopputuote (RPT) Pakkasmäärä, F [Kh] / Lämpöastesumma, T [Kh] 12 1 Pakkassumma 8 Lämpösumma 6 4 2 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Pystysiirtymä [mm] 35 3 25 2 15 1 5-5 -1-15 Keskilinja, mm Reunalinja, mm Mittaus 16.4.2 poistettu mittausvirheen takia 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 sorapintaus Roudan syvyys [m] LT+RPT -,5 pengertäyte -1-1,5 keskilinja reunalinja -2 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 5 Kantavuus, E2 [MPa] 4 3 2 1 ppl 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Pl 3339, LT+RPT -rakenne. Rakennettu 9/97. Pakkasmäärä, routanousu, roudan syvyys ja tien pinnan kantavuus aikavälillä 1.9.21-15.5.22. Routanousun -lukema on syksyllä 1997 mitattu -lukema, johon ei ole tehty korjausta rakenteen tiivistymisen, painumisen yms. syyn takia.
LIITE 1/3 Lentotuhka (LT) Pakkasmäärä, F [Kh] / Lämpöastesumma, T [Kh] 12 1 8 6 4 2 Pakkassumma Lämpösumma 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Pystysiirtymä [mm] 35 3 25 2 Keskilinja, mm 15 Reunalinja, mm 1 5-5 -1-15 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Roudan syvyys [m] sorapintaus murske -55 -,5 LT -1 pohjamaa -1,5 keskilinja reunalinja -2 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 5 Kantavuus E2, [MPa] 4 3 2 ppl 1 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Pl 3472, LT- rakenne. Rakennettu 15.-19.9.97. Pakkasmäärä, routanousu, roudan syvyys ja tien pinnan kantavuus aikavälillä 1.9.21-15.5.22. Routanousun -lukema on syksyllä 1997 mitattu -lukema, johon ei ole tehty korjausta rakenteen tiivistymisen, painumisen yms. syyn takia.
LIITE 1/4 Stabiloitu lentotuhka (LT) Pakkasmäärä, F [Kh] / Lämpöastesumma, T [Kh] 12 1 Pakkassumma 8 Lämpösumma 6 4 2 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Pystysiirtymä [mm] 35 3 25 Reunalinja, mm 2 Keskilinja, mm 15 1 5-5 -1-15 1.9.21 31.1.21 3.12.21 28.2.22 29.4.22 Roudan syvyys [m] -,5-1 -1,5 sorapintaus stabiloitu LT murske -1 pengertäyte pohjamaa murske -55 Keskilinja Reunalinja -2 1.9.1 31.1.1 3.12.1 28.2.2 29.4.2 5 Kantavuus, E2 [MPa] 4 3 2 1 ppl 1.9.1 31.1.1 3.12.1 28.2.2 29.4.2 Pl 3519, stabiloitu LT -rakenne. Rakennettu 29.9.97. Pakkasmäärä, routanousu, roudan syvyys ja tien pinnan kantavuus aikavälillä 1.9.21-15.5.22. Routanousun -lukema on syksyllä 1997 mitattu -lukema, johon ei ole tehty korjausta rakenteen tiivistymisen, painumisen yms. syyn takia.