Patoturvallisuuskoulutus Betonipadot Jouko Niemi, ÅF-Consult Oy 2017-10-12 2
Suunnittelu ja rakentaminen 3
Betonipato, yleistä Betonipadot rakennetaan yleensä paikkaan, josta vettä juoksutetaan läpi Jokiuoma Osa voimalaitosta Säännöstelypato Toimii myös osana maapatojärjestelmää Miksi näin Betoni kestää virtaavan veden kulutusta Betonirakenne on muotoiltavissa parantamaan virtausolosuhteita Betonirakenteisiin on helppo tukea erilaiset koneistot ja luukut Kuitenkin Vanha totuus : vesitiivistä betonia ei ole Pyritään kuitenkin siihen 4
5
6
Betonipatojen tyypit Rakennemallin mukaan Massiivipato Pysyy pystyssä painonsa avulla Ripapato Tukirivoilla kevennetty massiivipato Tukimuuri Toisella puolella vesi ja toisella maa 7
Betonipatojen tyypit Toimintatavan mukaan Tavanomainen pato Vesi pysyy padon harjan alapuolella Ylisyöksypato Vesi menee ainakin osan ajasta padon yli Ylä- ja alapuolen vedenpintojen korkeusero huomattava myös tulvatilanteessa Pohjapato Pääosin vesi menee yli Kuivana aikana pitää yläpuolisen vedenpinnan tietyssä korkeudessa Tulvan aikana vain pieni ero ylä- ja alapuolen vedenkorkeudessa 8
9
10
11
12
Perusteet, normit, ohjeet Patoturvallisuuslaki Valtioneuvoston asetus patoturvallisuudesta Patoturvallisuusopas, ELY Raportteja 89 Eurokoodit kansallisine liitteineen: SFS-EN 1990 Rakenteiden suunnitteluperusteet SFS-EN 1991 (kuormat), 1992 (betonirakenteet), 1993 (teräsrakenteet) ja 1997 (geotekniikka) SFS-EN 13670 Betonirakenteiden toteuttaminen RIL 201-3-2013 Suunnitteluperusteet ja rakenteiden kuormat Vesirakenteet Liikenneviraston eurokoodien soveltamisohjeet: NCCI 1, NCCI 2, NCCI 7 13
Kuormitukset ja kuormitustilanteet Patoturvallisuusopas, Liite 12, kohdat 1.2 ja 1.3 Vedenpaineet RIL 201-3-2013 Normaalit kuormitustilanteet Rakentamisen aikana Normaali käyttötilanne Poikkeukselliset kuormitustilanteet Poikkeuksellinen käyttötilanne (tulva) Huoltotilanne 14
Materiaalit Betonirakenteet Ohjeellinen suunnittelukäyttöikä 100 vuotta Betoni Rasitusluokat XC2, XC3, XC4, XF3, XF4 Lujuusluokka pääosin C35/45 P-lukuvaatimus osassa rakenteita P50, P70 Tiivistävät lisäaineet Toimivat veden vaikutuksesta Muodostuvat kiteet täyttävät halkeamat Vaikutus pakkasenkestoon? Vaikutus lujuuteen? Betoniteräs Teräslaatu A500HW, B500B, B600KX Terästen suojapeitteen nimellisarvo 60 15
Materiaalit Teräsrakenteet Vedessä olevat rst (1.4301, AISI 304) tai hst (1.4404, AISI 316) Välpät, palkit, virtaavassa vedessä olevat isommat profiilit maalattuja FeSa2,5 EP500/2 Muut kuumasinkittyjä Vanhoissa rakenteissa usein käytetty vain maalattuja teräsosia Teräsosat ruostuneet, maali lähtenyt pois, varsinkin vedenpinnan lähellä vedessä 16
Saumat Työsaumat Pystytyösaumat noin 10 m välein Kutistumien hallinta Vaakatyösaumat noin 5 m välein Valun ajallinen kesto Valun nousunopeus noin 0,5 m/h Karhea työsauma, mielellään pesty Saumassa työsaumapelti (sinkitty pelti, pinnoite molemmin puolin) Raudoitus yksinkertainen Kestää hyvin vedenpainetta Saumassa muu työsaumanauha Varmistuksena paisuva saumanauha ja/tai injektointiletku 17
18
Saumat Liikuntasaumat Saumojen väli 20 30 m Saumassa tiivistys Liikuntasaumanauha Joustava Vesipaineen kestävyys? Z-mallinen taivutettu rst-peltikaista (2 kpl) Pitkäaikainen joustavuus? Z-mallinen taivutettu kuparipeltikaista (2 kpl) Aiemmin käytetty vakiotyyppinä Kestävyys Pitkäaikainen joustavuus 19
20
Perustaminen, ankkurointi Ensisijaisesti perustetaan kallion varaan Kallion injektointi Tiivistys Louhinnan tuloksen parantaminen Kallion muu vahvistus Irtoavien kappaleiden varmistus harjateräsankkuroinnilla Vesiteiden varmistus ruiskubetonilla Pääosin ankkureita ei oteta mukaan laskettaessa padon stabiliteettia Jännitykseltään tarkistettavat jännitysankkurit voidaan laskea mukaan Tavallisia jännitettyjä ankkureita käytettäessä lasketaan ilman ankkureita pienemmille kokonaisvarmuuksille, ankkurit mukana normaalit varmuudet Padon pohjaan kohdistuvaa nostetta voidaan padon alaveden puoleisella osalla pienentää käyttämällä salaojitusta Salaojien toiminta ja vedenpainetaso on oltava tarkastettavissa Vanhoissa suunnitelmissa saatetaan käyttää termiä dreneeraus 21
22
Perustaminen Maanvaraisperustus Vain, kun kalliolle perustaminen ei onnistu Maan kokoonpuristuminen perustuksen alla Perustusten alapuolisen maan kautta suotavan veden reitin tiivistäminen Puupontit Lahoamisvaara Teräspontit Korroosiovara otettava huomioon 23
Padon liittymät muihin rakenteisiin Liittyminen maapatoon Vedelle riittävän pitkä kulkutie pintaa pitkin Teräsponttiseinää joitakin metrejä Betoniseinä Maapadon tiivistäminen jyrällä tms oltava mahdollista Voimalaitoksen koneasema Luukut Vedenottoputket Voimalaitoksen tuloputki Vedenotto muuhun Kalatie Tukimuurit Vanhoissa padoissa mahdollisesti uittoränni 24
Rakentaminen 25
Valvonta Materiaalien laadunvalvonta Työn laadunvalvonta Tarkastukset Viranomaistarkastukset Dokumentointi Toteutumatiedot pitäisi liittää suunnitelmiin Suunnitelmat arkistoitava Valvontadokumentit arkistoitava Arkistointi siten, että tiedot ovat löydettävissä myös kymmenien vuosien päästä, kun patoa joudutaan korjaamaan 26
Vesi rakentamisen aikana Vesi on pidettävä poissa rakentamisen tieltä Työpadot Yleensä maapatoja moreenista Taustan tyhjennys vedestä Taustan täyttö vedellä ennen purkamista Ohijuoksutukset Koko uomaa ei yleensä voi sulkea Tärkeät etenkin lisärakentamisessa ja korjauksissa Pumppaukset Varautuminen pumppujen rikkoutumiseen Kun muuta ei voi, tehdään vedenalaisena työnä sukeltajilla 27
28
29
Louhintatyöt Rajat tärinälle Ympäristön rakennusten tarkastukset Pohjan kynnysten louhinta Padon liukumisvarmuus 30
Muottityöt Vanhastaan käytetty lautamuottia Kaarevia muotoja Mutkikkaita rakenteita Suorissa seinissä mahdollista käyttää järjestelmämuotteja Erikoistarkoituksiin myös teräsmuotti 31
32
33
34
35
Raudoittaminen Peruspato Suorassa peruspadossa raudoitus on helppoa asentaa, verkko (ei välttämättä valmisverkko) molemmissa pinnoissa Luukkujen yms pieliin useimmiten jälkivaluvaraukset ja tartunnat laiteasennusten pieli- ym teräksille Pohjakynnyksissä monimuotoisia raudoitteita, risteävät pohjalaatan muun raudoituksen kanssa Saumojen lisäraudoitukset saumapeltien ja nauhojen ympärillä Seinien ja laattojen saumoissa ja kulmissa suurilla vedenpaineilla raudoitusjärjestelyt vaativat yhteensovittamista sekä suunnittelussa että rakentamisen aikana 36
37
38
Betonivalut Patorakenteet yleensä massiivisia Betonin lämmönkehitys otettava huomioon Valuosien lämpötilaerolle raja-arvot Valuosien lämpötilalle raja-arvo Ainakin suurimpien valuosien lämpötilat ennakoitava esimerkiksi BetoPlus-laskennalla ja sovitettava betonimassan suhteitus ja mahdolliset muut toimenpiteet sen perusteella Aurinkoinen kesäpäivä huono Pakkanen huono, liittyvät rakenteet ja kallio kylmät Betonin jälkihoito on tärkeä Kuivumiskutistuman hallinta Halkeamien syntymisen hallinta Muodonmuutosten hallinta 39
Betonirakenteen korjaaminen 40
Korjaustavat Kaikki tavat vaativat pinnan puhdistuksen ja vaurioituneen osuuden poistamisen Injektointi Täytetään halkeamat Rakenteellinen injektointi kovalla aineella, mikrosementti, epoksihartsi Tiivistysinjektointi joustavalla aineella, useinkin polyuretaanihartsilla Laastipaikkaus Sopii vain vähäisiin pinnan vaurioihin Valupaikkaus Voidaan korjata isompia paikallisia vaurioita Manttelointi Vanha rakenne päällystetään paksuhkolla raudoitetulla betonivalulla 41
Piikkaaminen Patorakenteet yleensä massiivisia Tarvitaan järeitä laitteita reikien ja syvennysten tekemiseen Isot piikkauskoneet Tehdään isoja poistoja Ei tarvitse varoa rikkomasta teräksiä Vesipiikkaus Teräkset saadaan säilymään muuttumattomina Betoni lähtee Timanttisahaus ja poraus Voidaan poistaa isoja kappaleita, teräkset katkeavat 42
43
44
Kysymyksiä? 45