RIL 263 2014 Kaivanto ohje Koulutustilaisuus 5.2.2015 Pentti Virkkunen KAIVANTOPROJEKTIN SUDENKUOPAT Kuva: E M Pekkinen Oy 1
ESITYKSEN SISÄLTÖ 1 Kaivannon vaativuus ja riskit/sudenkuopat 2 Projektin hallinnan merkitys 3 Hyvät toimintatavat joilla sudenkuoppia vältetään 3.1 Rakennuttajan toiminta 3.2 Suunnittelijan toiminta 3.3 Urakoitsijan toiminta 4 Käytännön esimerkkejä miten sudenkuopat vältetään 4.1 Suunnittelun laatu 4.2 Urakoitsijan työnsuunnittelu 4.3 Paalujen siirtymät kaivannoissa 4.4 Kaivannon yleiskaivu Aihetta tarkastellaan pohjarakennusurakoitsijan näkökulmasta, keskitytään vaativiin kaivantoihin ja esitetään henkilökohtaisia näkemyksiä. 2
1 KAIVANNON VAATIVUUS JA RISKIT/ SUDENKUOPAT Mikä on sudenkuoppa? Kohta, missä piilee mahdollisuus pahaan mokaan. Susia pyydystettiin vielä 100 vuotta sitten ansakuopilla. Sinne kun putosi, niin mitään toivoa ei ollut Tyypillisiä sudenkuoppia kaivannoissa/pohjarakennusprojekteissa: Puutteelliset pohjatutkimukset Keskeneräiset suunnitelmat Tyritään perusasioissa! Työnsuunnittelua ei tehdä kunnolla Kaivantoa ei tarkkailla kunnolla Kaivannon vaativuuden kasvaessa sudenkuoppien määrä kasvaa. Erittäin vaativassa kaivannossa on paljon potentiaalisia sudenkuoppia, (vrt. erittäin vaativan kaivannon piirteet) 3
Erittäin vaativan kaivannon piirteitä: Kaivanto Syvä Vesitiivis Vaativia tukirakenteita (tukiseinät, vaakatukirakenteet, ankkurit) Kaivantoon kohdistuu suuria kuormia, tärinää Maapohjan kerrosrakenne Epähomogeeninen, pehmeitä kerroksia, kivisiä/lohkareisia kerroksia Kalliopohja Rikkonainen Pohjavesiolosuhteet Pohjavedellä on virtausyhteys kaivantoon maapohjan ja kalliopohjan kautta. Hydraulisen murtuman riski on olemassa Pohjavettä on alennettava kaivannossa huomattavasti. Pohjaveden alenemista ei sallita ympäristössä Ympäristö Herkästi painuvia (maanvaraisia)rakenteita, tuettavia rakenteita Tärinäherkkiä rakenteita ja laitteita Tärinän vaikutuksesta tiivistyviä maakerroksia Puupaaluja Rakennuspaikka Ahdas, logistisesti vaikea Rakennuspaikalla kunnallistekniikkaa, maakaapeleita, ilmajohtoja yms. 4
Tyypillisiä sudenkuoppia vaativissa kaivannoissa (kohtia, joissa piilee mahdollisuus pahaan mokaan) Ympäristövaikutusten hallinta maapohjan muodonmuutos tärinä pohjaveden taso Kaivannon tukirakenteet tuentaratkaisun ja tukiseinätyypin valinta (soveltuminen pohja ja ympäristöolosuhteisiin) tavoitetason määrittely ja saavuttaminen tukiseinän tärkeät rakennedetaljit (esim. ankkurin kiinnitys seinään ja juuripultti) ankkurit ja koevedot Kaivutyöt kaivutasot eri tuentavaiheissa (vastaavatko mitoitusperusteita) kaivuluiskan vakavuus eri kaivuvaiheissa kaivu paalujen välistä yleiskaivutaso kaivumenetelmä syvissä kaivannoissa Kaivannon vesitiiviys tukiseinärakenteen vesitiiviys tukiseinän vesitiivis liitos kallioon tai tiiviiseen maakerrokseen kallion injektointi maainjektointi Pohjaveden hallinta ja kaivannon kuivanapito pohjaveden tason riittävä alentaminen tahdistettuna kaivutyöhön kaivannon pohjan hydraulinen murtuma 5
Esimerkki detaljisuunnittelun sudenkuopasta/ankkurin kiinnitys teräsponttiseinään Ratkaisu Ponttiseinän sijaintipoikkeamien vuoksi Hitsaus ei onnistu. Lisäksi se vaakapalkkia ei pystytä asentamaan edellyttäisi kaivua 0,5..1,0m kiinni ponttiin. Väliin jää rako vaakapalkin alapuolelle. Aluslevy? Teräslaadut? Ankkurivoima/koevetovoima? 6
2 PROJEKTIN HALLINNAN MERKITYS Näkemyksiä: Pohjarakennus/kaivantoprojekteissa riskejä toteutuu liikaa, esimerkiksi yllätyksiä, häiriöitä ja sähläyksiä työmaalla. Tämä kuvaa projektin hallinnan puutteita. Projektin hallinnan taso on funktio rakennuttajan, suunnittelijan ja urakoitsijan asiantuntemuksesta, asenteista ja toimintatavoista. Projektin hallintaa voidaan parantaa tehokkaimmin toimintatapoja kehittämällä. Kysymys on perusasioista. Kaivantoprojektin hallinnan merkitys korostuu, kun kaivanto on osa laajempaa projektikokonaisuutta (ensimmäinen vaihe). 7
Yllätykset, häiriöt ja sähläykset työmaalla Näkemys: Vaikuttavat hyvin haitallisesti sekä suoraan, että välillisesti Välillisen vaikutuksen mekanismi: PUUTTEITA SEURAUS TYÖMAALLA VAIKUTUS TYÖNJOHTOON JOLLOIN VAARANTUU POHJATUTKIMUKSISSA YLLÄTYKSIÄ HENKISTÄ KAPASITEETTIÄ TURVALLISUUS SUUNNITELMISSA HÄIRIÖITÄ SITOUTUU SELVITTELYIHIN AIKATAULU TYÖNSUUNNITTELUSSA SÄHLÄYKSIÄ KUSTANNUSTEHOKKUUS LAADUNVARMISTUKSESSA TYÖN JOHTAMINEN KÄRSII LAATU OSAPUOLTEN VÄLIT 8
3 HYVÄT TOIMINTATAVAT JOILLA SUDENKUOPPIA VÄLTETÄÄN 3.1 RAKENNUTTAJAN TOIMINTA Rakennuttajakonsultin, suunnittelijan ja urakoitsijan valinta Painotetaan pätevyyttä/näyttöjä Projektiaikataulu Liian kireä projektiaikataulu on erittäin paha virhe. On varauduttava esimerkiksi siihen, että pohjatutkimukset tehdään useassa vaiheessa suunnittelun edetessä Pohjatutkimukset ja ympäristöselvitykset Jos tutkimusten tekeminen kilpailutetaan, varmistetaan, että tutkimusohjelma kattaa myös urakoitsijan tiedontarpeen 9
3.1 RAKENNUTTAJAN TOIMINTA, jatkuu Suunnitelmat Varmistetaan kattavuus ja yhteensopivuus Kaivantourakan teettäminen Pyritään siihen, että suunnitelmat ovat täysin valmiit työpiirustuksineen urakkatarjouksia pyydettäessä (tavoite) Urakkarajat määritellään siten, että toteutusvastuun, koordinoinnin ja laadunvarmistuksen kannalta mielekästä pohjarakennuskokonaisuutta ei pilkota osiin Vastaavan pohjarakennesuunnittelijan toimeksiantoon sisällytetään kaivannon rakentamisen asiantuntijavalvonta 10
3.2 SUUNNITTELIJAN TOIMINTA Pohjatutkimukset ja ympäristöselvitykset Vastaava pohjarakennesuunnittelija vastaa tutkimusohjelmista (tutkimusmenetelmät, tutkimuspistemäärät ja tutkimuspisteiden sijainti) Urakoitsijan riskitarkastelun, työnsuunnittelun ja laadunvarmistuksen tiedontarve otetaan huomioon tutkimusohjelmissa, ks. esimerkki s. 14 Suunnittelun edetessä tehdään tarvittavat lisätutkimukset Ympäristöselvitysten tulosteena yksilöidään ympäristön asettamat rajoitteet ja velvoitteet kaivantotyölle sekä ympäristössä tehtävät toimenpiteet 11
3.2 SUUNNITTELIJAN TOIMINTA, jatkuu Suunnitelmien laatu Suunnitelmat ovat kattavat, yhteensopivat ja havainnolliset. Tärkeät rakennedetaljit sisältyvät suunnitelmiin Vaikeisiin rakenteisiin ja työvaiheisiin panostetaan erityisesti, esimerkiksi injektoinnit ja pohjavedenhallinta Menetelmät ja tekniikat soveltuvat pohjaolosuhteisiin Suunnitelmien sisältö ja esitystapa on RIL 263 2014 luvun 8 mukainen Työmaan asiantuntijavalvonta Asiantuntijavalvonta on urakoitsijaa tukevaa Työmaan ongelmatilanteissa lisäohjeistus saadaan nopeasti 12
3.3 URAKOITSIJAN TOIMINTA TOIMINTO SISÄLTÖ Riskitarkastelu Olosuhde ja menetelmäriskien tunnistus Riskien hallinnan suunnittelu Työnsuunnittelu Työmenetelmien suunnittelu (vaativat työvaiheet) Työjärjestyksen suunnittelu Työaikataulun suunnittelu Työmaasuunnitelma Laadunvarmistuksen suunnittelu Laatuvaatimusten tarkistus Laadunvarmistustoimenpiteiden suunnittelu Kaivannon ja ympäristön tarkkailun suunnittelu Suunnitelmakatselmus Pohjatutkimusten riittävyys/ lisätutkimusten tarve Suunnitelmien valmius, puutteet ja ristiriitaisuudet Mitoituksen lähtötiedot (lähtötietopiirustus) Urakoitsijan kehitysehdotukset suunnitelmiin Työluvat, turvallisuusmenettelyt Työskentely rata, tie tai katualueella Työskentely jännitteisten johtojen ja kaapelien läheisyydessä Kunnallistekniikan ja kaapeleiden/johtojen siirrot ja tuennat Turvallisuuskartoitus Työturvallisuusriskien tunnistus Riskien hallinnan suunnittelu (Turvallisuussuunnitelma) Työntekijöiden perehdyttäminen Työhön sisältyvien riskien läpikäynti Työmaan turvallisuuskäytäntöjen läpikäynti SELVITETÄÄN JA SUUNNITELLAAN KAIKKI OLEELLINEN SUUNNITELMIEN VIIMEISTELY SUUNNITELMIEN TOTEUTUS URAKKA RAKENTAMINEN TARJOUS VALMISTELU 13
ESIMERKKI MITEN URAKOITSIJA HYÖDYNTÄÄ POHJATUTKIMUSTIETOJA KOHDE: Teräsponttiseinin ja kallioankkurein tuettu kaivanto, joka ulottuu kallion pintaan. Oletus: Pohjatutkimukset on tehty kaivanto ohjeen suosituksen mukaisesti, eli Tutkimuspisteet tukiseinälinjalla 10m välein Joka toisesta pisteestä painokairaus, joka toisesta puristinheijarikairaus Joka pisteestä porakonekairaus kallioon Riskitarkastelu: Saadaanko pontit tunkeutumaan kallion pintaan? Ponttien tunkeutumissyvyys on karkeasti heijarikairausten päättymistaso. Tätä verrataan porakonekairauksella todettuihin kalliopinnan tasoihin samoissa pisteissä Mahdolliset ongelmakohdat (heijarikairauksilla ei ole päästy kallion pintaan) pystytään paikallistamaan Työnsuunnittelu: Ponttien tunkeutumisnopeus ja vaadittava koneteho voidaan arvioida kairausvastusten ja kivi/lohkarehavaintojen perusteella. Vaikuttaa konevalintaan ja työaikatauluun Ongelmakohtiin voidaan suunnitella erityistoimenpiteitä Työmaan hankinnat: Pontit pystytään toimittamaan työmaalle oikean pituisina Laadunvarmistus: Pontitustyössä pystytään 10m välein luotettavasti toteamaan onko ko. pontti tunkeutunut kallion pintaan vai ei 14
TYÖNJOHDON TOIMINTA Kaivantosuunnitelmiin perehtyminen, tunnettava: Pohjaolosuhteet Mitoitusperusteet (geotekniset mitoitusarvot, kuormat, pohjaveden taso jne.) Suunnitelmat Työn johtaminen Töiden edettävä tehokkaasti ja turvallisesti Kaivannon ja ympäristön silmämääräinen tarkkailu Pohjaolosuhteet (vastaavatko mitoitusperusteita) Kuormat (vastaavatko mitoitusperusteita) Muodonmuutokset Sääolosuhteiden vaikutus Jatkuva työnsuunnittelu Työjärjestelyt Lähiajan aikataulut Laadunvarmistus Tarkkailumittaukset Laadunvarmistuskokeet Sovittujen turvallisuuskäytäntöjen noudattaminen Työmaan kunnossapitotarkastukset, koneiden ja nostolaitteiden tarkastukset jne Raportointi suunnittelijalle ja rakennuttajalle Työntekijöiden perehdyttäminen uusiin työvaiheisiin 15
4 KÄYTÄNNÖN ESIMERKKEJÄ MITEN SUDENKUOPAT VÄLTETÄÄN 4.1 Suunnittelun laatu Projektin onnistuminen perustui hyvään suunnitteluun Kalevankadun ajotunneli, Helsinki 2006..2007 4.2 Työnsuunnittelu Paalutuksen ja kaivutyön vaiheistus Liikekeskus Lanterna, Helsinki 2007 Kaivantosuunnitelman toteutettavuuden kehittely Tehdaskadun ja Satamakadun kaukalot, Salo 1993 4.3 Paalujen siirtymät kaivannossa 4.4 Kaivannon yleiskaivu 16
4.1 SUUNNITTELUN LAATU Projektin onnistuminen perustui hyvään suunnitteluun Esimerkkiprojekti: Mannerheimintien pysäköintilaitoksen ajotunnelin betonitunneliosuus välillä Mannerheimintie Yrjönkatu Ympäristö Maanvaraisia perustuksia välittömästi tukiseinien takana Rakennuspaikka Hyvin ahdas ja logistisesti vaikea Kaivanto: Pituus 96 m, leveys 12 m, syvyys 16 m Kaivanto osittain maakerroksissa, osittain kalliossa Tuentatapana tukiseinien tuenta vastakkain puristussauvoin Jäykkä, siirtymätön rakenne Tukiseinätyyppinä porapaalu suihkuinjektoitu seinä Maapohjan muodonmuutos Tunnelirakenne minimaalista. Ei tärinää Vesitiivis betonitunneli, vesitiivis liitos kallion otsapintaan Erityispiirteet Kaivantoon tehtiin työnaikainen siltakansi, jonka alla tehtiin pääosa töistä Rakennuspaikalla oli paljon kunnallistekniikkaa ja kaapeleita, joiden tuli säilyä toiminnassa Jalankulun Kalevankadulla tuli olla mahdollista koko ajan 17
Sijaintipiirustus Stockmann 18
Tasopiirustus PORAPAALU SUIHKUINJEKTOINTI 19
Pituusleikkaus SETTISEINÄ PORAPAALU SUIHKUINJEKTOITU SEINÄ TUKITASO 16m BETONITUNNELIN KATTO 20
Poikkileikkaus 21
kuva: E M Pekkinen Oy Porapaalutus 22
Työnaikainen siltakansi Porapaalut Tukitaso kuva: E M Pekkinen Oy Toiminnassa oleva viemäri 23
Kuva: Sito Oy Kaivu siltakannen alla 24
kuva: E M Pekkinen Oy Louhinta siltakannen alla 25
kuva: Sito Oy Tunnelin seinän raudoitus ja bentoniittimaton asennus valun taustalle 26
4.2 TYÖNSUUNNITTELU / PAALUTUKSEN JA KAIVUTYÖN VAIHEISTUS Liikekeskus Lanterna, Helsinki 2007 VSS kaivanto, mitat 98 x 15 m2 Maanpinta + 5.000 Teräsponttiseinä +1.500 Kaivannon pohja + 1.000 15 m 27
Lähtötilanne: Maan pinnassa on kantavaa täyttöä noin 1m Sen alla on pehmeää savea kaivannon pohjatason alapuolelle Kallio ja maa ankkurointiin soveltuvat maakerrokset ovat niin syvällä, että kaivannon sisäpuolinen tuenta puristussauvoin on ainoa realistinen tuentaratkaisu Kaivantoon tulee 298 kpl TB paaluja Ongelma: Paalutus voidaan tehdä maanpinnalta. Mutta kaivu maanpinnalta paalujen välistä pohjatasolle aiheuttaisi paaluille aivan liikaa sivukuormaa ja siirtymiä. Paalutusta ei voi tehdä kaivannon pohjalla poikkitukien vuoksi Sudenkuoppa (kohta, missä piilee mahdollisuus pahaan mokaan): Paalutuksen ja kaivutyön vaiheistus 28
LANTERNA VSS KAIVANTO, PAALUTUS JA KAIVUTYÖSUUNNITELMA Kaivannon poikkileikkaus Työvaihe 1 Kevennyskaivu ulkopuolella 5m Teräsponttien asennus +5 +4 +3 +2 +1 Työvaihe 2 Kaivu tasoon +3 Työalustan teko Vaakapalkkien 2 kpl asennus +4 +3 +2 +1 Kaivannon pituusleikkaus Työvaihe 3 Massanvaihto tasosta +3 tasoon +1,5 (keskialue tasoon +1 jos onnistuu) Paalutus tasolta +3 +4 +3 +2 +1 Täyttö 3 2 1 Kaivu Työvaihe 4 Kaivu paalujen välistä tasolta +3 tasoon +1,8 ja samanaikaisesti tahdistettuna poikkitukien asennus Keskialueen kaivu tasoon +1,3 /1,0 tarvittaessa erikseen pienellä koneella pohjalta (tasolta +1,8) +4 +3 +2 +1 1 2 3 4 5 6 29 7
4.2 TYÖSUUNNITTELU / KAIVANTOSUUNNITELMAN TOTEUTETTAVUUDEN KEHITTELY Tehdaskadun ja Satamakadun kaukalot, Salo 1993 Vesitiiviitä, maanvaraisia (uivia) katukaukaloita Kaivannon mitat 140 x 24,4 m2 (Tehdaskatu) Sisäpuolisesti puristussauvoin tuettuja kaivantoja kuva: E M Pekkinen Oy kuva: E M Pekkinen Oy 30
PITUUSLEIKKAUS TYYPPIPOIKKILEIKKAUS 31
PERUSSUUNNITELMA KEHITELTY SUUNNITELMA 1.Kaivuvaihe h = 2,5m 2.Kaivuvaihe h = 3,7m Tukitaso vaakapalkit HEB 240 Puristussauvat 250 x 6,3 k 2000 Puiset aputuet ø 150 k 1600 Tukitaso vaakapalkit 2 x HEB 360 Puristussauvat teräputket ø 700 k 8000 Perussuunnitelman ongelma: 2.kaivuvaihe on tehtävä tukitason alla Kaivumaat on siirrettävä kaivantopohjaa pitkin jolloin pohjalaattojen teko siirtyy ja aikataulu venyy Ongelman ratkaisu: Tukitason siirto alemmaksi ja järeyttäminen Tällöin 2.kaivuvaihe voidaan tehdä tukitaso päältä ja kaivumaat siirtää 1.kaivuvaiheen pohjaa pitkin Pohjalaattoja päästään tekemään nopeasti Huomaa: Kaivannon perusmitoitukseen ei puututtu 32
KAIVUSUUNNITELMA Vaakapalkki 2 x HEB 360 24,4m puristussauva, teräsputki d 700 k 8,0m 1 kaivuvaihe h 3,7m työmaatie 2 kaivuvaihe h = 2,5m + työmaatie 33
4.3 PAALUJEN SIIRTYMÄT KAIVANNOSSA PAALUJEN SYRJÄYTTÄMÄN MAAN PAKKOLIIKKEET Pohjamaa savea Maa siirtyy pienimmän vastuksen suuntaan jolloin maanpinnan korkeuserot pyrkivät tasoittumaan maan liikesuunta paalutustärinän aiheuttama plastinen siirtymä penkereen alta Lähtötilanne Lopputulos paalusiirtymiä paalusiirtymiä paalusiirtymiä 34
TYÖMAALIIKENNE AIHEUTTAA SIVUKUORMAA VÄÄRÄ TYÖTAPA PAALUJEN VÄLISTÄ PAALUILLE KAIVUSSA Lähtötilanne 3 2 1 Lopputulos paalusiirtymiä paalusiirtymiä 35
MITEN PAALUSIIRTYMÄT VÄLTETÄÄN Oikea lähtötilanne Paalutettava alue on laajasti tasainen (ei korkeuseroja) Työalusta on riittävän kantava Kaivannon yleiskaivun yhteydessä paaluanturoiden kohdalle on tehty massanvaihto, ks. kuva s.38 Oikea työjärjestys 1.Paalutus 2.Odotetaan, että pohjamaan pakkoliikkeet ehtivät tapahtua 3. Syvennyskaivut Lisäksi Paalujen välistä kaivu kerroksittain siten, että toispuolinen sivukuorma paaluja vastaan jää pieneksi ja että paaluja ei kolhita Paalujen tarkkailumittaukset laadunvarmistussuunnitelman mukaisesti 36
4.3 KAIVANNON YLEISKAIVU Yleiskaivutaso Suunnitellaan ottaen huomioon tarvittava työalusta ja pohjan mahdollinen kohoaminen paalutettaessa TEORIA KÄYTÄNTÖ 1 KÄYTÄNTÖ 2 ALAPOHJALAATTA ALUSTÄYTTÖ TEOREETTINEN YLEISKAIVUTASO TYÖALUSTA TYÖALUSTA POHJAN KOHOAMINEN POHJAN KOHOAMINEN TODELLINEN YLEISKAIVUTASO TODELLINEN YLEISKAIVUTASO Työalustan yläosa poistetaan aikanaan 37
Massanvaihto paaluanturoiden kohdalla yleiskaivun yhteydessä Edut verrattuna siihen, että massanvaihtoa ei tehdä: 1.Lopullinen anturakaivu paalujen välistä helpottuu 2.Paalujen yläpäät saavat sivutukea 3.Kaivantopohja säilyy kantavampana ja puhtaampana 3 1 Massanvaihtoa ei tehdä Pohjalle kuitukangas Yleiskaivutaso ja täyttö työalustamurskeella 2 38