1( 34 ) Tilaaja: Pääurakoitsija: Rakennuttaja: Suunnittelu-, laadunvalvonta- ja asiantuntijatyöt: Junaturvallisuus- ja asiantuntijapalvelut: Asiantuntijatyön ohjaus: Ratahallintokeskus (RHK) Hyvinkään Tieluiska Oy CMC Terasto Oy Sito Oy Oy VR-Rata Ab / Länsi-Suomi Oy VR-Rata Ab / Rsu-Geo
2( 34) SISÄLLYSLUETTELO A. TIIVISTELMÄ... 3 A.1 MASSASTABILOINNIN TOIMIVUUS RADAN VAKAUTTAJANA... 3 A.2 KOKEMUKSET JA HUOMIOT TULEVIA SUUNNITELMIA JA TOTEUTUKSIA VARTEN... 3 A.3 KUSTANNUKSET... 4 A.4 TURPEEN MASSASTABILOINTI JA STABILOITAVUUS... 5 B. RAPORTTI... 6 B.1 YLEISTÄ... 6 B.2 LÄHTÖTILANNE... 7 B.3 RAKENTAMINEN... 9 B.4 SEURANTAMITTAUKSET... 12 B.5 SEURANNAN TULOKSET... 15 B.6 TYÖN SUORITUKSEEN JA SUUNNITTELUUN LIITTYVIÄ HUOMIOITA... 30
3( 34 ) A. TIIVISTELMÄ A.1 MASSASTABILOINNIN TOIMIVUUS RADAN VAKAUTTAJANA Turpeen massastabilointi kasvattaa stabiloitavan turvemuodostuman leikkauslujuutta ja estää vaarallisten liukupintojen syntymisen turpeen läpi. Tämä vaatii massastabiloinnin ulottumista riittävän lujiin maakerroksiin ja sitä, ettei turpeeseen jää tasomaisia heikkousvyöhykkeitä. Menetelmä on teknisesti toimiva ja selkeä vaihtoehto olemassa olevan radan penkereen vahvistamiseksi. Massastabilointi on erityisen varteenotettava vaihtoehto kohteissa joissa: -vastapenger aiheuttaa erityisiä painuma- ja kunnossapito-ongelmia -vastapengertä ei voida vastapenkereen oman sortumariskin takia rakentaa kyllin suureksi -suurten massamäärien kuljettaminen kohteelle on hankalaa ja arvokasta -vahvistustoimet täytyy aluesyistä pysyttää kapealla vyöhykkeellä radan vieressä Lyhytaikaista hyötyä penkereen sivusiirtymien, lakoamisen ja painuman keskeyttäjänä ei tällä tutkimuksella pystytty neljän kuukauden ajanjaksona osoittamaan. Kuitenkin on selvää, että vastapengerrakentamisen aiheuttamat lisäpainumahaitat ja itse vastapenkereen sortumariski voidaan poistaa, valitsemalla vahvistusmenetelmäksi massastabilointi. A.2 KOKEMUKSET JA HUOMIOT TULEVIA SUUNNITELMIA JA TOTEUTUKSIA VARTEN 2.1 Huokosvedenpaine Huokosvedenpaine ei pohjaolosuhteiltaan tämänkaltaisessa kohteessa kasva ongelmallisesti stabiloinnin tai junaliikenteen vaikutuksesta. 2.2 Siirtymät Radassa ei havaittu massastabiloinnista tai stabilointiin liittyvästä kaivusta aiheutuvia siirtymiä. Tämä on kuitenkin täysin kohdekohtainen havainto, jonka ei voi olettaa olevan yleispätevä muissa vastaavissa kohteissa. Seuranta on ehdottomasti järjestettävä toteutettaviin kohteisiin. Toimivat valvontarajat ovat esimerkiksi seuraavat: 20 mm toimii ilmoitusrajana ja vastaavasti 30 mm hälytysrajana. Rajojen ylitykset johtavat ennalta päätettyjen turvatoimien käynnistämiseen. 2.3 Talvi Talvi vaikuttaa olennaisesti työskentelyolosuhteisiin. Talviaikaan pimeys tulee nopeasti. Pimeys estää seurantamittaamisen ja pakottaa keskeyttämään vakavuuteen vaikuttavien töiden tekemisen. Kylmyys hidastaa pintakerrosten lujittumista. Sen lisäksi, että jäätynyt maa kantaa, se lisää myös työvaiheita. Esimerkiksi massastabilointia varten on jäätynyt maa poistettava. Tämä välttämätön kaivu on huomioitava suunnitelmissa. Huomattavaa on kuitenkin, että talvinen maaperän jäätyminen on suo-olosuhteissa eduksi, joskus jopa välttämätöntä työn toteuttamiseksi.
4( 34) Tärkeä asia huomioida on kylmyyden aiheuttama kiskoihin syntyvä jännitys. Jännittynyt kisko ei käyttäydy kuten lepotilassa oleva, vaan voi pingottua poikkeavaan tilaan. Lisäksi jännittyneellä kiskolla on suurempi katkeamisriski. Jännitysten kasvu ja mahdollinen neutralointi on harkittava talvitöissä erikseen. 2.4 Inklinometrien sijoittaminen Penkereen vakavuutta selvitettäessä ei inklinometriä tarvitse tai kannata asentaa liian lähelle raidetta, koska mittausputki saa siirtymiä junan liikkeistä. Tällöin voi olla hankalaa erottaa todellisia penkereen liikkeitä ja putken vatkaamista junan liikkeiden mukana. Putken suojaus kannattaa aina tehdä. Penkereen yläpuolella vapaasti heiluva putken tai suojan osa kannattaa pitää mahdollisimman lyhyenä. 2.5 Huokosvedenpaineen kasvu: Kohteessa tehtyjen huokospainemittausten perusteella voidaan todeta, ettei tämänkaltaisella turpeen massastabiloinnilla ole merkittävää suoraa vaikutusta huokosvedenpaineeseen. A.3 KUSTANNUKSET Massastabilointi oli kokonaiskustannuksiltaan tässä pienessä koerakennuskohteessa noin 2,5 3,0 kertaa vastapengerrakentamista kalliimpaa. Massastabilointirakenteen kustannus oli noin 1300 /r-m ja siihen liittyvät työnaikaiset lujittumis- ja laadunvalvontakustannukset olivat noin 700 /r-m. Massastabiloinnin kustannuksista sideaineen suhteellinen osuus oli noin 30 40 %. Tämän hankkeen kustannussuhteeseen vaikuttavat monet seikat, kuten työmaan aloitus- ja ylläpitokustannukset, kuljetusetäisyydet, kohteen koko, tavoitelujuudet, työmenetelmien ja kaluston kehittäminen jne.. Massastabilointityöhön tulee jatkossakin liittymään vastapengerrakentamista enemmän lopputuotteen laatuun, juna- ja liikennöintiturvallisuuteen liittyvää henkilö- ja koneresursseja vaativaa työtä, vaikka kohdekoko olisikin suurempi ja kalustoja toimintamenettelyt kehittyneempiä. Vastapengerrakentaminen on huomattavasti nopeampaa stabilointiin verrattuna. Rakentamisen nopeus on riippuvainen kalustosta ja kuljetusetäisyyksistä, mutta vastapengerrakentamisen nopeus on suuruusluokaltaan kymmenkertainen. Toisaalta vastapenkereen ja ratapenkereen asettuminen vie aikansa. Painumakohteissa kyse voi olla vuodesta tai vuosista. Massastabilointi sen sijaan ei aiheuta pitkäaikaisia painumaongelmia. Penkereen vakavuuden kasvu saavutetaan vastapengerrakentamisella välittömästi, stabiloitaessa noin viikossa. A.4 TURPEEN MASSASTABILOINTI JA STABILOITAVUUS
5( 34 ) Turve käyttäytyy stabiloinnissa eri tavalla kuin savi. Se ei nesteydy häiriintyessään kuten savi. Siitä syystä sementin sekoittuminen ei voi olla täydellistä kuten savea stabiloitaessa. Turve pysyy tuppoina, ei liuota sementtiä ja vaatii selvästi pidempää sekoitusaikaa kuin savi. Turpeen sekoittaminen erityisesti syvemmissä kerroksissa vaatii koneelta aivan eri luokan tehoja kuin saven sekoittaminen. Stabilointiurakoitsijan on etukäteen pystyttävä osoittamaan, että laitteisto on riittävän tehokas myös syvien turvekerrosten massastabilointiin. Lisäksi laitteella on kyettävä tekemään sekoitustyötä myös silloin, kun sementin syöttö ei ole käynnissä. Nykytekniikka jättää paljon stabiloijan ammattitaidon varaan. Osaamiseen perustuvat esimerkiksi stabilointikuutioiden määrittäminen, turpeen tai stabiloitavan kerroksen alapinnan määrittäminen ja sementin tasainen jakautuminen. Kairauksia voidaan tehdä, mutta pitkien massastabilointivyöhykkeiden tapauksissa turpeen alapinnan muotoa tuskin voidaan tarkasti ennakkoon selvittää. Sideaineen oikealla valinnalla saadaan parempia pitkä- ja lyhytaikaisia lujittumistuloksia. Tämä vähentää työnaikaisia vakavuusriskejä ja helpottaa aikataulutusta. Sideaineen määrän kasvattaminen ei kuitenkaan välttämättä ole paras ratkaisu, mikäli tavoitellaan vain pieniä loppulujuuksia. Sementin määrällä on merkittävä kustannusvaikutus. Oleellista on löytää nopeasti reagoiva sideaine. Siten vältytään tarpeettoman suurelta sideainemäärän käytöltä.
6( 34) B. RAPORTTI B.1 YLEISTÄ 1.1 Hanke Turpeen massastabilointia on viimevuosina kokeiltu erilaisissa ratapenkereiden vahvistustöissä. Menetelmä ja sen käyttösovellukset ovat vielä kokeiluasteella ja kehitteillä eri suunnittelutoimistoissa ja RHK:n työkohteissa. Uusi menetelmä on suolle rakennetun, olemassa olevan penkereen vakauttaminen stabiloimalla turvetta penkereen reunoilta ja penkereen liepeiden alapuolelta. Koekohde 90 hankkeen tavoitteena oli: saada tarkempaa tietoa stabiloinnin toimivuudesta olemassa olevan radan vakauttajana kerätä kokemuksia ja ohjeistaa tämänkaltaisen kohteen suunnittelua ja toteutusta tehdä toimivuuteen sidottua kustannusvertailua massastabilointi- ja vastapengerrakentamisen välillä tutkia yleisemmin turpeen stabilointia ja stabiloitavuutta Tutkimus toteutettiin Tampere Seinäjoki, nopeuden nosto -projektin yhteydessä Peräseinäjoella kevättalvella 2005. 1.2 Koekohde 90 Tilaaja: Pääurakoitsija: Rakennuttaja: Suunnittelu-, laadunvalvonta- ja asiantuntijatyöt: Junaturvallisuus- ja asiantuntijapalvelut: Asiantuntijatyön ohjaus: Ratahallintokeskus (RHK) Hyvinkään Tieluiska Oy CMC Terasto Oy Sito Oy Oy VR-Rata Ab / Länsi-Suomi Oy VR-Rata Ab / Rsu-Geo Koekohde liittyy RHK:n hankkeeseen Tampere Seinäjoki, nopeuden nosto. Tavoitteena on nostaa Tampereen ja Seinäjoen välisellä rataosuudella henkilöliikenteen nopeutta 160 km/h:sta nopeuteen 200 km/h ja tavaraliikenteen nopeutta arvoon 100 km/h akselipainolla 250 kn. Kohde 90 Peräseinäjoki Pohjois-Louko Km 319+580-321+090 on 1510 m pitkä ja kulkee Valkianevan suon poikki. Alueella on VAPO:n turpeenottoalue.
7( 34 ) Kohteella parannettiin radan vakavuutta ja hallittiin penkereen liikkeitä tekemällä rataa reunustavien pehmeikköjen massastabilointia ja rakentamalla vastapenkereitä. Kohteen rakennettavia osia ja rakentamatonta referenssialuetta seurattiin huokospainemittauksin (huokospaine vaikuttaa maaperän tehokkaisiin lujuusparametreihin), inklinometrimittauksin (inklinometreillä seurataan ratapenkereen sisällä tapahtuvia liikkeitä) sekä radasta ja ratajohtopylväistä tehtävin siirtymämittauksin. Lisäksi stabiloinnin lujittumista seurattiin sideaineen määrämittauksin ja määrittämällä kairaamalla eri-ikäisten stabilointien leikkauslujuuksia. Koealueen pituus oli 300 m, joka jakaantui 100 m vastapengeralueeseen, 100 m stabilointialueeseen ja 100 m referenssialueeseen. B.2 LÄHTÖTILANNE 2.1 Ratapenger ja maaperä Ratapenger ulottuu 1..2.5 metriä luonnollisen maanpinnan yläpuolelle. Ratapenger on rakennettu osittain suolle turpeen varaan. Turpeen ja liejun paksuus on suurimmillaan noin 6 m. Näiden alapuolella on silttiä enimmillään lähes 5 metriä. Siltin alla on kantavaa moreenia. Pengertäyte on painunut keskeltä lähelle turpeen alapintaa, mutta liepeiltään se kelluu kokoon puristuneen turpeen varassa. Ratatäytön alaraja poikkileikkauspiirustuksissa arvioitiin kairaustietojen ja maatutkaluotausten perusteella.
8( 34) Vuosien 1998-2000 mitatut painumat ovat olleet 40...60 mm, eli 20..30 mm/vuosi. Myös ratajohtopylväiden perustukset ovat kallistuneet ja niitä on oiottu asentamalla aluslevyjä pulttikiinnikkeisiin. Vuosien 2003 ja 2004 aikana asennetut inklinometriputket osoittivat ratapenkereelle 10-50 mm kohtisuoraa sivusiirtymää. Mittaustulosten mukaan ratapenger 'lakoaa' hitaasti, mutta jatkuvasti ympäröivään turpeeseen. Turpeen ominaisuuksia selvitettiin ennen rakennustyön käynnistämistä. Kyseessä oli pääosin keskimääräisesti maatunut turve, jonka vesipitoisuus vaihteli neljästä pisteestä otetuissa näytteissä välillä 383 % - 887 %. Tutkimuksista on erillinen raportti Tampere-Seinäjoki ratahanke, koerakennuskohde 90: Turpeen stabilointi, loppuraportti. Raportin taulukosta 2, Laboratoriossa määritetyt luokitteluominaisuudet on kopio liitteenä E 5. Koekohteen käynnistysvaiheessa tehtiin stabiloimattomasta turpeesta perustutkimuksia, joiden tulokset on esitetty liitteessä E 4. 2.2 Vakavuuslaskelmat ja tavoitelujuudet Koekohteen 90 osalta turpeen leikkauslujuus häiriintymättömänä oli noin 10 kn/m 2. Vakavuustarkastelun mukaan koekohteen 90 kokonaisvarmuusluku on 2.11 liukusortumaa vastaan. Laskelmapiirustus on liitteenä E 1. Muissa, vakavuudeltaan heikommissa kohteissa, (kuten kohteessa 27) riittävään vakavuuteen laskennallisesti päädyttiin, kun massastabilointi tehdään 4 m levyisenä ja lujuudeltaan 40 kn/m 2. Esimerkkilaskelma kohteelta 27 (Km 220+060-220+200 Majajärvi Karhejärvi, suopehmeikkö) on liitteenä E 2. Vakavuuslaskelmat kaikkineen on esitetty hankkeen Tampere-Seinäjoki, nopeuden nosto: Rakentamissuunnitelma km 193+400 347+100, suunnitelmaselostuksessa. Alkuperäisten vakavuustarkastelujen perusteella päädyttiin kohteessa 90 seuraavassa esitettyihin tavoitelujuuksiin. Jotta massastabiloinnin aiheuttama turpeen häiriintymisellä ei olisi vaikutusta, täytyy stabiloidun turpeen leikkauslujuuden kasvaa arvoon 10 kn/m 2, ennen kuin stabiloidun kentän viereistä kenttää voitiin ryhtyä stabiloimaan. Tällä perusteella valittiin 10 kn/m 2 lyhyen ajan tavoitelujuudeksi. Loppulujuudeksi tavoiteltiin riittävään vakavuuteen johtavaa turpeen lujuutta 40 kn/m 2. 2.3 Ennakkokokeet
9( 34 ) 2.3.1 Inklinometrit Kohteen liikkeitä seurattiin ennen rakennustöihin ryhtymistä kahdeksalla inklinometrillä. Inklinometrien seurantamittaukset on esitetty liitteissä A. Inklinometrien sijainti on esitetty kartalla 14580-23 ja leikkauksissa 14580-24 38. 2.3.2 Sideaine Turpeen stabiloitavuus ja eri sideaineiden toimivuus selvitettiin ennakkoon tehdyllä stabilointitutkimuksella. Tutkimus on esitetty kokonaisuudessaan joulukuulle 2004 päivätyssä raportissa Tampere-Seinäjoki ratahanke, koerakennuskohde 90: Turpeen stabilointi, loppuraportti, jonka on koostanut Suomalainen Insinööritoimisto Oy:n toimeksiannosta Ramboll Oy. Tutkimustulokset on esitetty tiivistetysti raportin taulukossa 3: Stabiloituvuustutkimusten tulokset. Taulukko 3 on tämän raportin liitteenä E 3. Tulosten perusteella tehtiin koekohteelle seuraavat valintapäätökset: Sideaineena käytettiin sulfaatinkestävää sementtiä SR- Sementti CEM I 42,5 N ja sideainemääränä 100kg/m 3. Tällöin saavutetaan riittävällä varmuudella lyhyen ajan tavoitelujuus 24 tuntia stabiloinnin päättymisen jälkeen, ja vastaavasti riittävällä varmuudella pitkäaikaisen lujittumisen jälkeen lujuus 40kN/m 2. Ratkaisevaksi seikaksi muodostui lyhytaikainen lujuus. Pitkäaikaislujuus olisi saavutettu selvästi pienemmilläkin sideainemäärillä. Toisaalta määrää alle 100 kg/m 3 pidettiin liian pienenä työtekniikan kannalta. Liian pieni sideainemäärä kasvattaa riskiä saada sekoitettua riittävästi sementtiä jokaiseen turvekuutioon. Sideainemäärä varmistettiin vielä ensimmäisistä stabiloinneista tehtyjen tutkimusten perusteella, kun ensimmäinen stabilointi oli 3 päivän ikäistä. 2.3.3 Niton kalibrointi Niton mittauksia varten otettiin kohteesta näytteitä luonnontilaisen- ja stabiloidun turpeen kemiallisten koostumusten vertailua varten. Stabiloimattoman turpeen perustutkimusten tulokset ovat liitteenä E 4. B.3 RAKENTAMINEN 3.1 Vastapenger Ratapenkereen vakavuutta parannettiin 100 metrin matkalta kilometrivälillä 320+400...320+500 vastapenkereillä. Vastapenkereet rakennettiin molemmin puolin raidetta kerrospengerryksenä kahdessa vaiheessa kokonaisuutena 1,2 m paksuisena kerroksena. Vastapenger ulotettiin 15 m päähän raiteen keskilinjasta, jolloin vastapenkereen leveydeksi tuli noin 8 m.
10( 34) Vastapenkereiden tiedettiin painuvan perusmaahan ja aiheuttavan painumia ratapenkereessä. Tämän vuoksi vastapenkereiden teon ajaksi asetettiin raiteille 80 km/h nopeusrajoitukset. Tämän lisäksi varmistettiin, että radan kunnossapitäjät tiesivät radan tulevan tarvitsemaan ylimääräistä kunnossapitoa. 3.2 Massastabilointi Massastabilointia tehtiin 100 metrin matkalta kilometrivälillä 320+500...320+600. Stabilointia käytettiin turpeen lujittamiseen. Lujittunut turve estää ratapenkereen varisemisen turpeeseen, penkereen leviämisen maanpinnan alapuolella ympäröivään turpeeseen ja penkereen liukusortuman turpeen läpi.
11( 34 ) Massastabilointi tehtiin kaivinkoneeseen kiinnitetyn sekoitinyksikön avulla turpeen yläpinnalta. Vastapengertä purettiin ja massastabilointia tehtiin 5 m lamelleissa. Viereistä lamellia ei saanut tehdä ennen kuin edellisen lamellin teosta oli kulunut vähintään 24 h. Kartalla 14580-6 on esitetty lamelleihin jako. Ennen massastabilointia levitettiin alueelle 10 m leveäksi työalustaksi, työmaatieksi ja ratapenkereen vakavoittamiseksi suodatinkangas ja 500 mm kitkamaapenger. Kaivua ei vakavuussyistä saanut tehdä tason +94.5 alapuolelle. Massastabiloinnin päälle asennettiin vahvistekangas, ja sen päälle rakennettiin painopenger stabilointityön päätyttyä. Työjärjestysohjeet olivat pääpiirteittäin seuraavanlaiset: 1. Levitetään työmaatien /työalustan alle suodatinkangas. Levitetään turpeen päälle 500 mm paksu työpenger. 2. Kaivetaan radan suunnassa 5 m stabilointikenttä auki turpeen yläpintaan saakka. I VAIHEEN stabilointi Massastabiloidaan ala turpeen alapintaan saakka. 3. Asennetaan stabiloinnin pintaan vahvistekangas.
12( 34) Palautetaan kaivettu penger stabiloinnin päälle. Penkerettä kasvatetaan siten, että sen paksuus on vähintään 1000 mm. 4. II VAIHEEN stabilointi. Kaivetaan penkereen juuri auki max 5 m leveydeltä. Massastabiloidaan vinosti penkereen alta niin suuri alue, kuin teknisesti on mahdollista. 5. Palautetaan vahvistekangas ja penger 3. kohdan jälkeiseen tilaan. B.4 SEURANTAMITTAUKSET 4.1 Inklinometriseurannat Kohteelle oli asennettu vuonna 2003 kaksi ja vuonna 2004 kuusi inklinometriputkea, joista seurattiin radan penkereen liikkeitä ennen vahvistustoimenpiteitä. Työn aikana neljä rakennustoimenpiteiden tuhoamaa putkea korvattiin uusilla ja lisäksi asennettiin yksi lisäputki työnaikaista seurantaa ja työn jälkeistä seurantaa varten. Jälkikäteen korvattiin yksi inklinometri sähköisesti seurattavalla automaattiinklinometrillä. 4.2 Sideaineen määrän seurannat Sideaineen sekoittumista stabiloidussa turpeessa seurattiin massastabiloiduista kentistä tehdyillä NITON-mittauksilla. Niton tutkimuksia tehtiin kahden ensimmäisen päivän aikana yhteensä kahdeksasta näytepisteestä. Seurannan vuoksi sideaineen sekoittuminen varmistettiin vielä kahdesta 12. päivänä tehtävästä massastabiloinnista. Sideaineen syöttömäärää seurattiin stabilointilaitteen antamilla tiedoilla sekä mittaamalla massastabiloidut kuutiot. Niton tutkimusten perusteita: Niton mittaukset tehdään hyvin pienikokoisista maanäytteistä. Tämän johdosta yksittäinen, tai vain muutama tutkimus osoittaa heikosti koko kohteen sideainepitoisuutta. Menetelmän mukaisten tulosten luotettavuus kasvaa tutkittavien näytteiden määrän kasvaessa. Rakennenäytteiden sideainepitoisuuden määritys (Niton) perustuu laboratoriossa sekoitettujen maanäytteiden (kalibrointinäytteiden) perusteella laskettujen vastaavuussuorien käyttöön. Ensimmäisessä tutkimusvaiheessa mitataan hallitusti sekoitettujen (sideainemäärä suhteessa turpeen määrään tunnettu, esim. 60-80-100-120-140 kg/m 3 ) kalibrointinäytteiden Ca-pitoisuutta (g/kg) röntgenfluoresenssiin perustuvalla alkuaineanalysaattorilla (Niton XL - 745S). Näin saadaan turvekuutioon sekoitetun sideainemäärän (kg/m 3 ) ja Niton-röntgenfluorometrillä näytteestä mitattavan Ca-pitoisuuden välinen yhteys selville. Kaikki mittaukset on tehty suorina pintamittauksina otetuis-
13( 34 ) RATAHALLINTO- ta näytteistä/tehdyistä kalibrointinäytteistä. Kalibrointinäytteet on mitattu 5 rinnakkaismittauksena ja varsinaiset sideainemääritykset 3 rinnakkaismittauksena, joiden keskiarvon perusteella on laskettu ilmoitettu sideainemäärä. Kalibrointimittausten perusteella määriteltävää muuntosuoraa käyttäen varsinaisista sideainemääritysnäytteistä mitattavat Ca-pitoisuudet voidaan muuntaa sideaineen määräksi kuutiossa siten, että Nitonilla mitattavista näytteistä saatuja Ca-tuloksia verrataan stabiloitua runkomateriaalia (turve) mahdollisimman hyvin vastaavaa kalibrointinäytettä ( puhdas turve + sideaine) käyttäen laboratoriossa sekoitettujen näytteiden Ca-pitoisuuksiin ja edelleen muunnetaan pitoisuus määritettyjen kalibrointisuorien avulla kiloiksi kuutiossa. Menetelmän luotettavuuden kannalta on ensiarvoisen tärkeää, että kalibroinnissa käytetyt runkomateriaalit ja sideaine vastaavat mahdollisimman hyvin kentällä vallitsevaa tilannetta. Mm. turpeen laatuvaihtelu syvyyssuunnassa on pyritty huomioimaan käyttämällä laskennoissa sekä syvyystasoilta 0-1 m että 2-3 m tehtyjä kalibrointisuoria. 4.3 Stabiloinnin lujuudenkehitys Pilarisiipikairauksia tehtiin kahdesta ensimmäisestä massastabiloinnista kaksi kappaletta 24 tunnin lujittumisen jälkeen, yhteensä neljä kairausta. Sama toistettiin toisena päivänä kahdelle 48 tunnin ikäiselle massastabiloinnille. Kaikista tutkituista stabiloinneista tehtiin vielä 3 vuorokauden ikäisenä kaksi pilarisiipikairausta.
14( 34) Saatujen tulosten perusteella varmistettiin, että stabilointi on riittävän lujaa, jotta viereisen kentän massastabilointi voitiin turvallisesti toteuttaa, ja että kuukauden kuluessa loppulujuus kasvaa vähintään tavoitelujuuteen saakka. Seurannan ja loppulujuuden varmistuksen vuoksi tehtiin pilarikairauksia tutkituista stabiloinneista yksi kappale vielä 7 vuorokauden ja noin 28 vuorokauden ikäisinä. Lisää lyhyen ajan tutkimustuloksia hankittiin noin kaksi viikkoa myöhemmin tehtävistä stabiloinneista. Kahdesta kentästä tehtiin vastaavat 1, 3, 7 ja 28 päivän kairaukset. 4.4 Huokospaineen seuranta Huokospainetta seurattiin kahdessa poikkileikkauksessa km 320+524 ja km 320+572. Kumpaankin poikkileikkaukseen asennettiin huokospaineen mittauskärkiä neljä kappaletta. Kärjet asennettiin kahdelle eri korkeudelle molemmin puolin pengertä. Stabilointityön aikana huokospaineet mitattiin kahdesti työvuoron aikana. Lisämittauksia tehtiin esimerkiksi raskaan teräsjunan (suurin nykyään sallittu junakuorma) kulkiessa osuuden läpi. Huokospainekärkien sijainti on esitetty leikkauksissa 14580-31 ja -34. 4.5 Radan siirtymien seuranta Radan liikkeiden seuranta kuului työnaikaisen turvallisuuden varmistamiseen, ei niinkään koekohteen tulosten hankkimiseen. Seurantaa tehtiin kiskoista, mikä ei
15( 34 ) RATAHALLINTO- kovilla pakkasilla ole välttämättä paras paikka. Kylmyys jännittää kiskot pituussuuntaisesti ja pienentää kiskoissa näkyvää liikettä vedossa olevien kiskojen pingottuessa penkereen päälle. Mittauksia tehtiin noin 300 m matkalta seurannan alkaessa ennen toimenpidealueita ja päättyen 50 m päähän toimenpidealueista referenssialueelle. Molempiin kiskoihin merkittiin ennen työn aloitusta maalimerkit noin 10 m välein stabilointialueella, vastapengeralueella 20 m välein ja seuranta-alueella 40 m välein. Seurantapisteet merkittiin myös ratajohtopylväisiin. Mittapisteet mitattiin ennen rakennustöiden aloitusta, rakennustyön aikana vähintään kahdesti päivittäin sekä paikallisesti kaivu ja stabilointitöiden yhteydessä. Mittaukset tehtiin mikrometrillä varustetulla vaaituskojeella ja takymetrikalustolla samalta asema-/kiintopisteeltä koko seurannan ajan. Mittamerkeistä mitataan korkeustaso ja sijainti. Päivittäisistä perusmittauksista laadittiin pöytäkirja, junaturvallisuuteen liittyvästä jatkuvasta seurannasta ei pöytäkirjoja tehty. Huomattavat poikkeamat referenssipisteeseen nähden, korkeustasossa yli ± 20 mm ja sijainnissa yli ± 20 mm toimivat ilmoitusrajana ja vastaavat poikkeamat yli 30 mm hälytysrajana, jotka johtivat riskienhallintasuunnitelman mukaisten toimien käynnistämiseen. B.5 SEURANNAN TULOKSET 5.1 Inklinometrit Inklinometrit on esitetty kartalla ja leikkauksissa. Inklinometritulokset on esitetty liitteissä A. Inklinometri 1 Inklinometri 1 (1v) sijaitsee rakentamattomalla alueella kohteen eteläpuolella, etäisyys raiteesta noin 7.5 m itään. Ennen rakennustoimia tehdyt tutkimukset, 2003, 2004 (liite A 1-1) Radan suuntaiset (suunta 185) siirtymät ovat täysin olemattomia. Poikittaiset siirtymät (suunta 95) osoittavat yläpään taipuneen tasaisesti vuoden aikana noin 14 mm, mikä tekee keskimäärin 1 mm/kuukausi. Tulos on yhtäpitävä inklinometrin 8 antamien tulosten kanssa. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 1-2) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat täysin olemattomia. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen noin pari millimetriä. Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 1-3) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat täysin olemattomia. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen noin 2 mm ennen korotustyötä, mikä on yh-
16( 34) RATAHALLINTO- täpitävä vanhojen mittausten kanssa ja 3 mm lisää korotustyön jälkeen. Radan korottaminen erottuu liikkeen nostajana. Inklinometri 2 2v vastapengeralueella, etäisyys raiteesta noin 7.5 m itään. Ennen rakennustoimia tehdyt tutkimukset 2004 (liite A 2-1) Radan suuntaiset (suunta 187) siirtymät ovat täysin olemattomia. Yläpää, osittain maanpinnan yläpuolella on heilahtanut luultavasti ulkoisesta kuormasta. Poikittaiset siirtymät (suunta 97) osoittavat mittarin taipuneen parin viikon aikana noin 2 mm. Yläpää, osittain maanpinnan yläpuolella on heilahtanut luultavasti ulkoisesta kuormasta. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 2-2) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat 2-3 mm sisällä ja suoraviivaisia. Minkäänlaista kallistusta ei ole tapahtunut. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen ensin yhtäkkisesti, sitten hiljakseen. Siirtymä sattui ajanjaksoon, jolloin inklinometrin kohdalle asennettiin vastapenger. Yläpää taipuu voimakkaasti poispäin radasta. Syynä on uusi painumaa aiheuttava vastapenger. Liike ei ole vakavuuden kannalta oleellisten liukupintojen suuntaista eikä näin ollen vaaranna penkereen kokonaisvakavuutta. Tulos on yhdenmukainen inklinometrin 3 mittausten kanssa. Inklinometrin mittaaminen keskeytettiin maaliskuun 24 päivän jälkeen, koska yläpää oli siirtynyt niin paljon, ettei tuloksia enää voitu pitää luotettavina. Korvaava inklinometri, työnaikaiset tutkimukset (liite A 2-3) Hajonnut inklinometri 2v korvattiin uudella mittarilla 2u. Mittari sijaitsee 2v vastapengeralueella, noin 5.5 m raiteesta itään. Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat vähäisiä, noin 2 mm viikon mittausjakson aikana. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Yläpäähän on syntynyt liikettä ulkoisesta kuormasta. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään olevan liikkeessä vastapenkereen rakentamisen jälkeen. Tapahtunut siirtymä on yhdenmukaista vanhan mittarin osoittaman vastapenkereen aiheuttaman yläpään siirtymän kanssa. Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 2-4) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat täysin olemattomia. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen noin sentin kuukaudessa. Siirtymät ovat selvää seurausta vastapenkereiden painumisesta ympäröivään suohon. Radan korottaminen ei enää näin suuren liiketilan seasta erotu. Liike on nimenomaan yläpään kallistumista. Kokonaisliike on puolen vuoden ajalta jo kym-
17( 34 ) RATAHALLINTO- menisen senttiä. Siirtymän muoto ei näytä siltä, että penkereen vakavuus olisi vaarassa. Kyse on penkereen ja helmojen kallistumisesta alaspäin. Tulos on yhdenmukainen inklinometrin 3 mittausten kanssa. Inklinometri 3 3v vastapengeralueella, etäisyys raiteesta noin 7.5 m länteen. Ennen rakennustoimia tehdyt tutkimukset 2004 (liite A 3-1) Radan suuntaiset (suunta 3) siirtymät ovat täysin olemattomia kahden viikon mittausjakson aikana. Poikittaiset siirtymät (suunta 273) ovat 1 mm luokkaa, eli noin 2-3 mm kuukaudessa. Mittari hajosi vastapenkereen asentamisen yhteydessä, eikä siitä ole enempää mittaustuloksia. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 3-2) Hajonnut inklinometri 3v korvattiin uudella mittarilla 3u. Mittari sijaitsee vastapengeralueella, noin 5.5 m raiteesta itään. Radan suuntaiset (Axis A) liikettä on havaittu kertaluonteisesti noin 6-9 m syvyydessä. Ylempänä liike on ollut olematonta. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpäähän taipuvan voimakkaasti poispäin radasta. Syynä on uusi painumaa aiheuttava vastapenger. Liike ei ole vakavuuden kannalta oleellisten liukupintojen suuntaista, eikä näin ollen vaaranna penkereen kokonaisvakavuutta. Tulos on yhdenmukainen inklinometrin 2 mittausten kanssa. Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 3-3) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat täysin olemattomia. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen noin sentin kuukaudessa. Siirtymät ovat selvää seurausta vastapenkereiden painumisesta ympäröivään suohon. Liike on nimenomaan yläpään kallistumista. Kokonaisliike on viiden kuukauden ajalta noin seitsemän senttiä. Siirtymän muoto ei näytä siltä, että penkereen vakavuus olisi vaarassa. Kyse on penkereen ja helmojen kallistumisesta alaspäin. Tulos on yhdenmukainen inklinometrin 2 mittausten kanssa. Inklinometri 4 4v stabilointialueella, etäisyys raiteesta noin 6 m itään. Ennen rakennustoimia tehdyt tutkimukset 2004 (liite A 4-1) Inklinomeriä 4v on mitattu kahden viikon ajan ennen stabilointityöhön aloitusta. Radan suuntaiset (suunta 187) siirtymät ovat täysin olemattomia. Yläpää, osittain maanpinnan yläpuolella on heilahtanut luultavasti ulkoisesta kuormasta. Poikittaiset siirtymät (suunta 97) ovat kauttaaltaan hyvin pieniä. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 4-2)
18( 34) Kohteelle asennettiin uusi inklinometri 4u korvaamaan vanhaa inklinometriä, joka jäi stabiloinnin alle. 4u sijaitsee stabilointialueella. Etäisyys raiteesta noin 3.5 m itään. Radan suuntaiset (Axis-A) siirtymät ovat 10 mm luokkaa. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Tulokset ovat yhtäpitäviä inklinometrin 5u tulosten kanssa. Poikittaiset (Axis-B) siirtymät ovat enimmillään 3 mm, aivan yläpäässä 5 mm, lukuun ottamatta loppuvaiheen voimakasta yläpään liikahdusta, mikä johtunee ulkoisesta kuormasta. Liikenopeus on siis noin 3-5 mm kuukaudessa. Mittausjakson aikana ei vakavuuden kannalta huolestuttavaa siirtymää tapahtunut. Stabilointivaiheet eivät erotu inklinometrimittauksissa. Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 4-3) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat muutaman mm luokkaa. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Tulokset ovat yhtäpitäviä inklinometrin 5u tulosten kanssa. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen aivan pintaa lukuun ottamatta noin 3 mm kuukaudessa, mikä on saman verran, mitä tapahtui työnaikaisesti. Liike on vähäisesti kasvanut penkereen korotuksen yhteydessä. Siirtymässä erottuu pientä siirtymistä myös syvemmissä kerroksissa, eli liukupinnan suunnassa. Liike viittaisi kuitenkin pikemmin siihen, että penger tiivistyy kaivujen jälkeen vasten uutta stabilointia. Inklinometri 5 5v stabilointialueella, etäisyys raiteesta noin 7 m länteen. Ennen rakennustoimia tehdyt tutkimukset 2004 (liite A 5-1) Inklinomeriä 5v on mitattu kahden viikon ajan ennen stabilointityöhön aloitusta. Radan suuntaiset (suunta 10) siirtymät ovat täysin olemattomia. Yläpää, osittain maanpinnan yläpuolella on heilahtanut luultavasti ulkoisesta kuormasta. Poikittaiset mittaukset (suunta 280) osoittavat mittarin taipuneen nopeudella noin 4 mm kuukaudessa, mikä on yhtäpitävä tulos muiden ennakkomittausten kanssa. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 5-2) Inklinomeriä 5v on mitattu kahden viikon ajan stabilointityön alettua eri puolella rataa kuin missä inklinometri sijaitsee. Radan suuntaiset (Axis-A) siirtymät ovat vähäisiä, noin 2 mm viikon mittausjakson aikana. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä.
19( 34 ) Poikittaiset (Axis-B) siirtymät ovat noin 1 mm, eli 2-3 mm kuukaudessa. Viimeinen mittaus osoittaa kuitenkin voimakasta liikettä, mutta tulos vaikuttaa epäuskottavalta. Kyseessä lienee virhe mittaustilanteessa Korvaava inklinometri, työnaikaiset tutkimukset (liite A 5-3) Kohteelle asennettiin uusi inklinometri 5u korvaamaan vanhaa inklinometriä, joka jäi stabiloinnin alle. 5u sijaitsee stabilointialueella. Etäisyys raiteesta noin 3 m länteen. Radan suuntaiset (Axis-A) siirtymät ovat 17 mm. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Tulokset ovat yhtäpitäviä inklinometrin 4u tulosten kanssa. Poikittaiset (Axis-B) siirtymät ovat maanpinnan sisällä (puoli metriä maanpinnasta, 2 m putken yläpäästä) noin 20 mm luokkaa, tasaisena osuutena useita millejä kuukaudessa. Kuvio osoittaa penkereen yläpään olevan liiketilassa poispäin radasta. Liike ei ole vakavuuden kannalta oleellisten liukupintojen suuntaista, eikä näin ollen vaaranna penkereen kokonaisvakavuutta. Selvä liikahdus on havaittavissa hetkellä, jolloin inklinometrin kohdalla ollut lamelli stabiloitiin. Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 5-4) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat 20 mm luokkaa. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen noin 17 mm, eli 4 mm kuukaudessa. Liike on lähes samaa suuruusluokkaa, kuin mitä tapahtui työnaikaisesti. Liike on vähäisesti kasvanut penkereen korotuksen yhteydessä. Inklinometri 6 Inklinometri 6 (6v) on referenssialueella, etäisyys raiteesta noin 7 m itään. Ennen rakennustoimia tehdyt tutkimukset 2004 (liite A 6-1) Inklinomeriä 6v on mitattu kahden viikon ajan ennen stabilointityöhön aloitusta. Radan suuntaiset (suunta 186) siirtymät ovat 2-3 mm luokkaa. Poikittaiset mittaukset (suunta 96) osoittavat noin 6 mm siirtymää reilussa viikossa, mikä on enemmän, kuin muissa kohteissa. Tämän voidaankin olettaa olevan koekohteen vakavuuden kannalta heikoin osuus. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 6-2) Inklinomeriä 6v on mitattu koko rakennustyön ajan. Radan suuntaiset (Axis-A) siirtymät ovat vähäisiä, noin 2 mm viikon mittausjakson aikana. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Poikittaiset (Axis-B) siirtymät ovat noin 3 mm, mikä on samaa luokkaa kuin muissa inklinometreissä. Tätä mittaria on seurattu pidempään kuin vaihtuneita mittareita 2-4. Liikettä tapahtuu nimenomaan liukupinnan suunnassa.
20( 34) Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 6-3) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat merkityksettömiä, 2 mm luokkaa. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen noin 10 mm, eli 2-3 mm kuukaudessa, mikä on vähemmän kuin toimenpidealueilla. Tulos on ristiriitainen vanhoihin tutkimuksiin verrattuna, joissa tämä inklinometri näytti suurinta siirtymää. Inklinometri 7 Inklinometri 7 (7v) on referenssialueella, etäisyys raiteesta noin 7 m länteen. Ennen rakennustoimia tehdyt tutkimukset 2004 (liite A 7-1) Inklinomeriä 6v on mitattu kahden viikon ajan ennen stabilointityöhön aloitusta. Radan suuntaiset (suunta 356) siirtymät ovat 2 mm luokkaa. Poikittaiset mittaukset (suunta 266) osoittavat 2-3 mm siirtymää, mikä on yhtäpitävä tulos muiden ennakkomittausten kanssa. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 7-2) Inklinomeriä 7v on mitattu koko rakennustyön ajan. Radan suuntaiset (Axis-A) siirtymät ovat vähäisiä, noin 2 mm viikon mittausjakson aikana. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Poikittaiset (Axis-B) siirtymät olivat olemattomia, kunnes ilmeisesti ulkoinen kuorma liikautti mittarin yläpäätä 4-6 mm. Tulos on yhtäpitävä muiden inklinometrien antamien tulosten kanssa. Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 7-3) Jälkimittaukset tehtiin testattavana olevalla automaatti-inklinometrillä, jota korjailtiin useassa vaiheessa. Tuloksia ei voi suoraan käyttää inklinometrien keskinäiseen vertailuun. Inklinometri 8 Inklinometri 8 (8v) sijaitsee rakentamattomalla alueella kohteen pohjoispuolella, etäisyys raiteesta noin 7 m itään. Ennen rakennustoimia tehdyt tutkimukset, 2003, 2004 (liite A 8-1) Radan suunnassa (suunta 185) liikettä on tapahtunut edestakaisesti noin 4 mm. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Poikittaiset siirtymät (suunta 95) osoittavat yläpään taipuneen tasaisesti vuoden aikana noin 16 mm, mikä tekee keskimäärin 1,5 mm/kuukausi. Tulos on yhtäpitävä inklinometrin 1 antamien tulosten kanssa. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 8-2)
21( 34 ) Inklinomeriä 8v on mitattu koko rakennustyön ajan. Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat olleet edestakaisia ja vähäisiä, noin 2 mm. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) ovat olleet alle 1 mm. Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 8-3) Radan suuntaiset (Axis A) siirtymät ovat muutaman mm luokkaa. Siirtymät johtuvat junan jarrutus ja kiihdytysliikkeistä. Poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat yläpään taipuneen noin 6 mm, eli 1,5 mm kuukaudessa. Liike on samaa suuruusluokkaa, kuin mitä ennen työmaan käynnistymistä. Työmaa ei ole vaikuttanut tähän kohteeseen lainkaan. Inklinometri 9 Inklinometri 9 (9u) sijaitsee stabilointialueella, stabiloinnin ulkopuolella, etäisyys raiteesta noin 20 m itään. Inklinometrillä seurattiin stabiloinnin painopenkereen vakavuutta suon suuntaan. Työnaikaiset tutkimukset (liite A 9-1) Inklinomeriä 9u on mitattu koko rakennustyön ajan. Inklinometrin siirtymät ovat suuria, onhan se kokonaisuudessaan suolla. Painopenkereeseen nähden poikittaiset siirtymät (Axis-B) osoittavat maanalaista pullistumaa liukupinnan suunnassa. Suuruudeltaan liike on lähelle 10 mm, mikä ei vielä ole huolestuttavaa vakavuuden kannalta, mutta osoittaa sen, että suolle rakennettaessa vastapenkereen (tai kuten tässä, painopenkereen) vakavuus on vakavasti huomioon otettava asia. Siirtymätulokset ovat osittain hyvin epämääräisiä, koska inklinometriä ei voitu suojata ulkoisilta voimilta. Työn jälkeiset tutkimukset (liite A 9-2) Rakennustyön jälkeen, kun työkoneet eivät enää vaikuta inklinometrin läheisyydessä, ovat siirtymät jääneet molemmin suuntaisesti pieniksi ja suunnaltaan epämääräisiksi. Tulokset kootusti ja johtopäätöksiä Seuraavaan on koottu taulukkomuotoon inklinometrien tulokset muunnettuna siirtymäksi kuukautta kohden. Jako on, ennen rakennustöitä tehdyt mittaukset, rakennustyön aikaiset mittaukset ja rakennustyön jälkeen tehdyt mittaukset. Taulukosta on huomioitava muutamia asioita. Mittareiden 2-7 seurantajakso ennen rakennustöiden aloittamista oli erittäin lyhyt, mikä vaikuttaa tulosten tarkkuuteen. Näitä onkin pidettävä vain suuntaa-antavina.
22( 34) Valittu taulukoitu piste on noin 1 m syvyydessä, koska aivan ylin piste liikkui poikkeuksetta muita enemmän, eikä anna yhtä hyvää vertailutulosta muiden mittareiden kanssa. Radan korkeustasoa nostettiin jonkin verran jälkiseurannan aikana. Jälkiseuranta tapahtui maaperän sulamisen aikoihin, jolloin liikkeet ovat suurimmillaan. Pisteen 7 jälkiseuranta tehtiin suunnittelun alla olevalla automaatti-inklinometrillä, jota mittauksen aikana korjailtiin usein. Tulokset eivät välttämättä ole vertailukelpoisia muiden tulosten kanssa. Ennen n. 27.09.04-08.10.04 Aikana n. 28.02.05-13.04.05 Jälkeen n. 12.04.05-23.08.05 Sijainti mittari 1 1 1 1 referenssi kaukana kohteesta (liite A 1) 2 5 10 11 vastapenger (liite A 2) 3 3 20 11 vastapenger (liite A 3) 4 0 8 2 stabilointi (liite A 4) 5 5 10 3,5 stabilointi (liite A 5) 6 15 4 1 referenssi (liite A 6) 7 5 4 1 referenssi (liite A 7) 8 1 1 1 referenssi kaukana kohteesta (liite A 8) Taulukko 1: Havaittu liike n. 1 metrin syvyydessä mm / kuukaudessa. Stabilointi ja vastapengerrakentamisella on työnaikaisesti suuri vaikutus radan liikkeisiin. Tämä onkin luonnollista. Stabiloinnin vaikutus on pienempi ja jälkivaikutukset pienemmät kuin vastapengerrakentamisella. Stabiloitu osa liikkuu vain noin neljänneksen siitä, mitä vastapengeralue, suunnilleen yhtä paljon tai vain vähän enemmän kuin ennen rakennustyötä. Stabiloinnilla ei siis saavuteta nopeita painumien tai pengerliikkeiden pysäytyksiä, mutta se aiheuttaa painumahaittoja huomattavasti vähemmän kuin vastapenger, mikäli ensisijaisesti pyritään parantamaan kohteen vakavuutta. Painumien täysi pysähtyminen on todennäköistä aikaa myöden, mutta vielä 4 kuukautta ei siihen riitä. 5.2 Sideaineen määrä Sideaineen sekoittumista stabiloidussa turpeessa seurattiin stabiloidusta kentistä tehdyillä NITON-mittauksilla. Niton tutkimuksia tehtiin kahden ensimmäisen päi-
23( 34 ) RATAHALLINTO- vän aikana yhteensä kahdeksasta näytepisteestä. Seurannan vuoksi sideaineen sekoittuminen varmistettiin vielä kahdesta 12. päivänä tehtävästä stabiloinnista. Tulosten mukaan sideainetta oli eniten pintakerroksissa, mikä johtui toisaalta siitä, että paineella syötetty sementti pyrki kulkemaan pienimmän vastuksen suuntaan, eli nousemaan sekoittimen vartta pitkin pintakerroksiin ja toisaalta siitä, että sekoittimen teho heikkeni syvemmälle mentäessä pyöritysvastuksen kasvaessa. Lisäksi tasainen sekoittuminen on hyvin paljon kiinni stabilointityön tekijästä. Niton mittauksen tulokset on esitetty liitteessä B-1..3. Kuvasta liite B-3 on huomioitava, että lamelleissa 53 ja 64 stabilointisyvyys oli vain noin 2 2.5 m maanpinnasta, joten sen tason alapuolisissa näytteissä ei kuulu olla juuri lainkaan sideainetta. 5.3 Stabiloinnin lujuudenkehitys Kairausdiagrammit on esitetty liitteessä C. Kairauspisteet on esitetty kartalla ja kairausten sijainnit leikkauksissa. Leikkauksiin ei ole lisätty kairausdiagrammeja, koska tulokset ovat aikaan sidottuja eivätkä näin ollen keskenään vertailtavissa eivätkä enää todellista tietoa. Kairaukset ikäryhmittäin 1 ja 2 vrk:n kairaukset on tehty pilarisiipikairalla, ellei toisin sanottu. 1 vrk:n kairaukset, piste 1 lamellista 15 (liite C 1-1): Lujuus noin 8-12 kn/m 2 yläosistaan, alempana enemmän. Alhaalta kairaus on siltissä. 1 vrk:n kairaukset, piste 2 lamellista 15 (liite C 1-2): Yhdessä tasossa n. 8 kn/m 2, muuten 10-12 kn/m 2. Sementtiä 100 kg/m 3. 1 vrk:n kairaukset, piste 3 lamellista 21 (liite C 1-4): Ensimmäinen metri lujittumaton. Sen alla 10-15 kn/m 2. 1 vrk:n kairaukset, piste 4 lamellista 21 (liite C 1-5): Yläosistaan noin 9-10 kn/m 2, alaosistaan lähelle 20 kn/m 2. Sementtiä 120 kg/m 3 2 vrk:n kairaukset, piste 5 lamellista 25 (liite C 1-7): Ylin metri lujittumaton. Sen alla noin 15 kn/m 2. 2 vrk:n kairaukset, piste 6 lamellista 25 (liite C 1-8): Kauttaaltaan noin 8-10 kn/m 2. Sementtiä 110 kg/m 3 2 vrk:n kairaukset, piste 7 lamellista 34 (liite C 1-10): Kauttaaltaan lujittumaton. Piste on maastossa lähes lamellin ulkopuolella. 2 vrk:n kairaukset, piste 8 lamellista 34 (liite C 1-11): Sama lamelli, nyt tulos kauttaaltaan noin 15 kn/m 2. Sementtiä 100 kg/m 3
24( 34) 1 vrk:n kairaukset, piste 61 lamellista 43 (liite C 1-13): Lujuus noin 20 kn/m 2 tasaisesti. Heikko kerros turpeen ja siltin rajapinnassa. 1 vrk:n kairaukset, piste 62 lamellista 43 (liite C 1-14): Lujuus noin 20 kn/m 2 tasaisesti. Heikko kerros turpeen ja siltin rajapinnassa. Lamelli 51 kairattiin pilarikairalla. 1 vrk:n kairaukset, piste 51 lamellista 51 (liite C 1-16): Lujuus noin 40 kn/m 2 tasaisesti. Alapinnassa kairattu silttiä/erittäin tiukkaa turvetta. 1 vrk:n kairaukset, piste 52 lamellista 51 (liite C 1-17): Lujuus noin 40 kn/m 2 tasaisesti. Alapinnassa kairattu silttiä/erittäin tiukkaa turvetta. 1 vrk:n kairaukset, piste 53 lamellista 51 (liite C 1-18): Lujuus noin 50 kn/m 2 tasaisesti. Turve muuttuu erittäin tiukaksi alapinnassaan. Tästä on kaivettu näyte, joka silmällä todettiin turpeeksi. Pilarikaira ei sovellu liian pienten lujuuksien havainnointiin. Lopputulokset 40 kn/m 2 asti voivat olla mitä tahansa 10-40 kn/m 2 välillä. Johtopäätökset 1-2 vrk:n kairauksista: Muutamasta alituksesta huolimatta saavutettiin riittävä 24 h tulos, koska vakavuuden kannalta tärkeämpi syvempi osuus oli kaiken kaikkiaan vähintään 10 kn/m 2. 2 vuorokauden tulokset syvällä olivat kasvaneet 30-50%. 3 vrk:n kairaukset tehtiin pilarikairalla. Edelleenkään ei olla pilarikairan kannalta optimilujuusalueella. 3 vrk:n kairaukset, pisteet 29 ja 30 lamellista 15 (liitteet C 2-1 3) keskiarvo: 35-40 kn/m 2. 3 vrk:n kairaukset, pisteet 31 ja 32 lamellista 21 (liitteet C 2-4 6) keskiarvo: 35-60 kn/ m 2. 3 vrk:n kairaukset, pisteet 33 ja 34 lamellista 25 (liitteet C 2-7 9) keskiarvo: 30 kn/ m 2. 3 vrk:n kairaukset, pisteet 35 ja 36 lamellista 34 (liitteet C 2-10 12) keskiarvo: 20-40 kn/ m 2. 3 vrk:n pilarisiipikairaukset, pisteet 63 ja 64 lamellista 42 (liitteet C 2-13 15) antoivat tuloksen välille 20-30 kn/ m 2.
25( 34 ) 3 vrk:n kairaukset, pisteet 49 ja 50 lamellista 53 (liitteet C 2-16 18) keskiarvo: 35-60 kn/m2. Noin kolmessa metrissä alkoi tulla erittäin sitkeää turvetta, jota ei ollut myöskään stabiloitu. Johtopäätökset 3 vrk:n kairauksista: Siipikairausten perusteella lujuudet olivat kehittyneet lamellissa 42 jo 20 kn/m 2 paremmalle puolelle. 7. vuorokauden kairaukset on tehty pilarikairalla. 7 vrk kairaukset, pisteet 37 ja 39 lamellista 15 (liitteet C 3-1 3) antavat erittäin tasaisen tuloksen 40 kn/m 2. 7 vrk kairaus, piste 38 lamellista 21 (liite C 3-4) antaa erittäin tasaisen tuloksen 40 kn/m 2. 7 vrk kairaus, piste 40 lamellista 25 (liite C 3-5) antaa erittäin tasaisen tuloksen 40 kn/m 2. 7 vrk kairaukset, pisteet 41 ja 42 lamellista 34 (liitteet C 3-6 8) antavat keskimääräisen tulokset 25 kn/m 2. 8 vuorokauden kairauksia tehtiin vain lamellista 12, pilarikairauksen ja siipikairauksen tulosten keskinäistä kalibrointia ja referointia varten. 8 vrk vastaavat pilarikairauspisteet 44 ja 45 (liitteet C 3-10 12) antoivat tulokseksi 50 kn/m 2 ja 30 kn/m 2. Piste 43 (liite C 3-9) sijoittui huonosti stabiloidulle alueelle. 8 vrk siipikairauspisteet 59 ja 60 (liitteet C 3-14 16) antoivat tulokseksi noin 15-20 kn/m 2. Piste 58 (liite C 3-13) sijoittui huonosti stabiloidulle alueelle. Johtopäätökset viikon ikäisistä kairauksista: Siipikairaukset edelleen näyttävät noin 20 kn/m 2 lujuutta. Pilarikairalla ollaan pääosin edelleen pienemmissä lujuuksissa, kuin mihin pilarikairaa normaalisti käytetään. 10-14 vrk kairaukset tehtiin pilarikairalla. 12 vrk kairaus 68 lamellista 43 (liite C 4-1) näyttää tulokseksi vähintään 45-50 kn/m 2. Osittain kairaus on mennyt lyönnin puolelle. 13 vrk kairaus 69 lamellista 51 (liite C 4-2) näyttää tulokseksi vähintään 60 kn/m 2. Osittain kairaus on mennyt lyönnin puolelle. 15 vrk kairaus 70 lamellista 53 (liite C 4-3) näyttää tulokseksi vähintään 60 kn/m 2. Osittain kairaus on mennyt lyönnin puolelle.
26( 34) 11 vrk kairaus 71 lamellista 43 (liite C 4-4) näyttää tulokseksi noin 50 kn/m 2. Osittain kairaus on mennyt lyönnin puolelle. Johtopäätökset kahden viikon ikäisistä kairauksista: Kahden viikon kuluttua lujuudet ovat kehittyneet pilarikairamittaukseen soveltuvalle alueelle. Tulokset ovat kasvaneet noin 20 kn/m 2 viikon takaisesta. 28 vrk kairaukset tehtiin pilarikairalla. 28 vrk kairaus 67 lamellista 15(liite C 5-1) antaa tuloksen 40-60 kn/m 2. 28 vrk kairaus 72 lamellista 21 (liite C 5-2) antaa tuloksen 40-50 kn/m 2. 28 vrk kairaus 65 lamellista 25 (liite C 5-3) näyttäisi jo lujuutta 60-80 kn/m 2. 28 vrk kairaus 66 lamellista 34 (liite C 5-4) näyttää lujuutta, joka menee yli puristinosuuden, eli toiselle sadalle. Lujuus on erinomainen. 28 vrk kairaus länsipuolen lamelleista (liitteet C 5-6 9) näyttää lujuuksia 50-60 kn/m 2. Johtopäätökset kuukauden ikäisistä kairauksista: Kuukauden ikäiset tulokset ovat parhaimmillaan linjassa kahden viikon takaisiin tuloksiin, mutta osoittavat kuitenkin itäpuolen lujuudenkehityksen heikommaksi kuin länsipuolella. Lamellikohtaisesti kehityskaari on seuraavanlainen (s = siipikairaustulos, p = pilarikairaustulos). Lamelli N:o 1 vrk 3 vrk 7 vrk 28 vrk Sementtiä kg/m3 15 s 10 p 35 p 40 P 50 100 21 s 11 p 40 p 40 P 45 120 25 s 11 p 15 p 20 P 70 110 34 s 15 p 25 p 25 p 100 100 länsipuoli s 20 p 50 p 50 p 60 130 Kaaviokuvassa nimikkeellä lab. on esitetty laboratorio-olosuhteissa tehdyt ennakkokokeiden antamat lujittumistulokset.
27( 34 ) Koe 90 lujuudenkehitys 100 kn/m2 80 60 40 20 L15 siipi L15 pilari L21 siipi L21 pilari L25 siipi L25 pilari L34 siipi L34 pilari Länsi siipi Länsi pilari Lab 0 1d 3d 7d 28d Aika Johtopäätökset: Itäpuolen lyhyen ajan tulokset ovat heikompia kuin länsipuolen johtuen pääosin kolmesta seikasta: 1. Massastabiloinnit tehtiin kovilla pakkasilla. Kylmyys ei heikennä loppulujuutta, ainoastaan hidastaa lujuuden kasvua. Lujuudenkehitys on ollut tutkimusten päätyttyä edelleen käynnissä. 2. Itäpuolen stabilointeja seurattiin tiheästi ja jokaisessa vaiheessa tehtiin kentän painopenkereen auki kaivu. Tämä häirintä heikensi koelamellien lujuudenkehitystä, osittain varmasti rikkoi syntyneitä sementin sidoksia. 3. Länsipuolella stabiloitavat kuutiomäärät olivat pienempiä, jolloin sementtiä kului työtekniikasta johtuen enemmän kuutiota kohden. Massastabiloinnin lujuusvaihtelut olivat melkoisia. Tämä viittaa siihen, että nykyteknologian mukaiset savea stabiloimaan suunnitellut koneet eivät välttämättä sellaisenaan sovellu turpeen stabilointiin. Koneilta on vaadittava suhteellisen suuria tehoja ja sekoituskykyä. Näiden (konekohtaisten ominaisuuksien) osoittaminen tuleekin olemaan tekijänä menetelmän käyttöönotossa. 5.4 Huokospaineen kehitys Huokospaineiden kehityksen kuvaajat on esitetty liitteenä D 1 ja D 2. Liitteessä D 2 on mukana tulos ennen huokospaineiden tasoittumista. Mittareiden sijainti näkyy kartalla 14580-33. Huokospaineiden vaihtelu pysyi alun tasoittumisjakson jälkeen hyvin vähäisenä. Paineiden mittaustulokset nousivat ja laskivat vähäisesti työn kuluessa. Muutokset
28( 34) RATAHALLINTO- olivat pääsääntöisesti samanaikaisia kaikissa mittareissa, mikä viittaisi yhteisten olosuhteiden muutoksiin. Vaihtelu on ollut seurausta: -pohjavedentason normaalivaihtelusta -voimakkaasta, yli 30 ºC ilman lämpötilanvaihtelusta -stabilointien yläpuolisten auki kaivujen aiheuttamista paikallisista pohjavedentason muutoksista ja sementin reaktion vapaan veden sitomisesta Todellinen huokosylipaineen muodostuminen on työkohteessa ollut niin vähäistä, ettei sitä voi olosuhdevaihteluiden seasta erottaa. Tämä olikin odotettavissa ollut lopputulos, sillä paineellinen vesi pääsee turpeessa hyvin helposti purkautumaan. Lisämittauksia tehtiin kolmesta eri mittarista raskaan teräsjunan (suurin nykyään sallittu junakuorma) kulkiessa osuuden läpi. Huokospaine ei muuttunut yhdessäkään mittauksessa lainkaan. Johtopäätöksenä voi todeta, ettei tämänkaltaisella turpeen massastabiloinnilla ole merkittävää suoraa vaikutusta huokosvedenpaineeseen. 5.5 Radan liikkeiden seuranta Radan liikkeitä seurattiin alun perin 46 kiskoihin stanssatusta mittapisteestä ja kuudesta pylväisiin merkitystä pisteestä. Pisteväli oli stabilointialueella 10 m sekä vastapenger ja referenssialueella 20 m. Pisteet merkittiin pareina, eli samalla kilometriluvulla oli piste molemmissa kiskoissa. Työn kuluessa 8 kaukaisimman referenssialueen pisteen seuranta päätettiin lopettaa tarpeettomana. Seurantaa tehtiin kahdesti päivässä työn kuluessa ja aina myös päivä töiden taukoamisen jälkeen (esim. työviikon päätyttyä perjantaina, tehtiin mittaukset vielä lauantaina). Lisäksi tehtiin stabilointien aikana, erityisesti eri vaiheiden alkaessa työnaikaista seurantaa juuri stabiloitavalta kohdalta. Tuloksena oli, ettei radassa havaittu massastabilointityön aiheuttamaa liikettä. Lievää vasta- ja painopenkereiden aiheuttamaa painumaa voidaan radassa nähdä. Painuma syntyi kuitenkin pitkäaikaisesti, eikä ollut suoraa seurausta massastabiloinnista tai stabilointiin liittyvästä kaivusta. Penger oli alun alkaenkin painuvassa tilassa. 5.6 Raportti kunnossapitotiedoista Radan painuman seurantaa ja tulostusta rakennusvaiheen jälkeen jatkoi Oy VR- Rata Ab Länsi-Suomi ja Oy VR-Rata Ab - Rautatiesuunnittelu. Seurannasta on tehty raportti 15.9.2005 nimeltään Raportti kunnossapitotiedoista koerakentamiskohteesta rataosalta Tampere-Seinäjoki Km:ltä 320+300-320+800. Seuraavassa lyhennelmä raportin tekstisisällöstä.