Työraportti 21-24 Syväkairaus OL -KR 14 Eurajoen Olkiluodossa vuonna 21 Risto Niinimäki Heinäkuu 21 POSIVA OY Töölönkatu 4, FIN-1 HELSINKI, FINLAND Tel. +358-9-228 3 Fax +358-9-228 3719
Työ raportti 21-24 Syväkairaus Ol-KR 14 Eurajoen Olkiluodossa vuonna 21 Risto Niinimäki Heinäkuu 21
Työraportti 21-24 Syväkairaus Ol-KR 14 Eurajoen Olkiluodossa vuonna 21 Risto Niinimäki Suomen Malmi Oy Heinäkuu 21 Karttaoikeudet: Maanmittauslaitos lupa nro 41/MYY/1 Pesivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.
TEKIJÄ ORGANISAATIO : SUOMEN MALMI OY PL 1 Juvan teollisuuskatu 16-18 2921 ESPOO TILAAJA: TILAAJAN YHDYSHENKILÖ : POSIVA OY Töölönkatu 4 1 HELSINKI 2. Q J:) ( /lfh- DI Heikki H{ Posiva Oy URAKOITSIJAN YHDYSHENKILÖ : FM Tauno Rautio Smoy RAPORTTI: TYÖRAPORTTI 21-24 SYVÄKAIRAUS OL-KR14 EURAJOEN OLKILUODOSSA VUONNA21 TEKIJÄ: Risto Niinimäki Geologi, Smoy TARKASTAJA: -\.,_ Q_"'--- Tauno Rautio Projektipäällikkö, Smoy
SYV ÄKAIRAUS OL-KR14 EURAJOEN OLKILUODOSSA VUONNA 21 TIIVISTELMÄ Posiva Oy jätti valtioneuvostolle vuonna 1999 periaatepäätöshakemuksen, jolla se haki lupaa rakentaa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituslaitoksen Eurajoen Olkiluotoon. Periaatepäätöshakemuksen mukaisesti paikkatutkimukset keskitetään Olkiluotoon. Joulukuussa 2 valtioneuvosto teki asiasta myönteisen päätöksen. Toukokuussa 21 eduskunta hyväksyi valtioneuvoston päätöksen. Keväällä 21 tehtävillä tutkimuksilla hankittiin tietoa ONKALON sisäänmenopaikaksi suunnitellulta alueelta Tutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi 514,1 m:n pituisen reiän Eurajoen Olkiluodossa. Reiän halkaisija on 76 mm ja sen tunnus on OL-KR14. Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia lisäinformaation saamiseksi kallio-olosuhteista. Mittauksia olivat veden sähkönjohtokyvyn ja huuhteluveden paineen mittaukset ja huuhteluveden/palautuvan veden määrän mittaus. Kairaukseen käytettiin uraniinilla merkittyä huuhteluvettä noin 248 m 3 Työn aikana vettä palautui reiästä määrämittarin kautta noin 19 m 3 Työn lopuksi pumpattiin noin 16,3 m 3 vettä reiän pohjalta. Lisäksi reikää mammutoitiin kairaustyön aikana ja jälkeen. Reiän sivupoikkeama ja taipuma mitattiin Reflex Maxibor-mittarilla. Reiän sivupoikkeama ja taipuma mitattiin kahdesta pisteestä myös EZ-Shot-laitteella kontrollin vuoksi. Reiän kaltevuus mitattiin lisäksi kaltevuusmittarilla. Maxibor-mittauksessa saadut kaltevuusarvot on korjattu kaltevuusmittauksen perusteella. Korjatun Maxibor-mittauksen mukaan taipuma on 51 m:n reikäsyvyydessä vasemmalle 4,65 m ja ylöspäin 1,37 m. Kallionäytteistä määritettiin yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus, kimmomoduli ja Poissonin luku. Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus oli keskimäärin noin 117 MPa ja kimmomoduli oli keskimäärin noin 46 GPa. Kivilajeina esiintyivät migmatiittinen kiillegneissi, graniitti ja tonaliitti. Rakoilusta täytteiset raot ovat hallitsevia runsasrakoisissa sekä tiheärakoisissa rikkanaisissa vyöhykkeissä ja tiiviit muualla. Kallion rakoluku on keskimäärin 1,54 kpl/m ja RQD-luku 95,5 %. Rikkonaisia, tiheärakoisia osuuksia lävistettiin 2 kpl. Rikkanaisia osuuksia on yhteensä 2,85 m. Yhteensä rikkanaisten osuuksien määrä on,6 % reiän kokonaisnäytemäärästä. A vainsanat: kairaus, kairanreikä, migmatiittinen kiillegneissi, graniitti, rako, tarkkailumittaukset, muodonmuutosominaisuudet, sivusuuntamittaus, kolmoisteräputki
CORE DRILLING OF DEEP BOREHOLE OL-KR14 AT OLKILUOTO IN EURAJOKI 21 ABSTRACT Posiva Oy submitted an application for the Decision in Principle to the Finnish Government in May 1999. A positive decision was made at the end of 2 by the Government. The Finnish Parliament ratified on May 21 the Decision in Principle on the final disposal facility for spent nuclear fuel at Olkiluoto, Eurajoki. The decision makes it possible for Posiva to focus the confirming bedrock investigations at Olkiluoto, where in the next few years an undergroundrock characterisation facility, ONKALO, will be constructed. As a part of the investigations Suomen Malmi Oy (Smoy) core drilled a 514.1 m deep borehole with a diameter of 76 mm in May-June 21 at Olkiluoto. The identification number of the borehole is OL-KR14. A set of control measurements and a sample of the flushing water were carried out during the drilling. Both the volume and the conductivity of the flushing water and the returning water were recorded as well as the pressure of the flushing water. The objective of these measurements was to obtain more information about bedrock and groundwater properties. Uranine was used as a label agent in the flushing water. The volume of the used flushing water was about 248 m 3 and the measured volume of the returning water was about 19 m 3 At the end of the work the borehole was flushed by pumping about 16.3 m 3 of water from the bottom of the borehole. The deviation of the borehole was measured with the deviation instrument Reflex Maxibor. The results of the Maxibor measurement have been controlled with measurements in two depths with the EZ-Shot deviation instrument. Additionally the inclination was measured separately with an inclination instrument. The inclinations of the Maxibor measurement have been corrected with the results of inclination instrument. The results of the corrected Maxibor measurement indicate that the borehole deviates 4.65 m to the left and 1.37 m up at the borehole depth of 51 m. Uniaxial compressive strength, Young' s modulus and Poisson' s ratio were measured from the core samples. The average uniaxial compressive strength is about 117 MPa and the average Young' s modulus is 46 GPa. The main rock types are migmatitic micagneiss and granite. Micagneiss is intersected by pegmatite and diabase veins. Filled fractures dominate in broken zones and tight fractures elsewhere. The average fracture frequency is 1.54 pcs/m and the average RQD is 95.5 %. The borehole penetrated 2 broken zones. The totallength ofthe broken zones is 2.85 m, which is.6% ofthe total core length. Keywords: core drilling, borehole, micagneiss, granite, fracture, control measurements, elastic parameters, deviation measurements, triple tube core barrel.
SYV ÄKAIRAUS OL-KR14 EURAJOEN OLKILUODOSSA VUONNA 21 1 TTIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLL YSLUETIELO 1 1. JOHDANTO 1.1 Yleistä 1.2 Työn tavoite 3 3 3 2. TYÖN KUVAUS 2.1 Kallionäytekairaus 2.2 Näytteiden suuntaus 2.3 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt 2.4 Tarkkailumittaukset 2.5 Taipumamittaukset 2.6 Reiän pumppaukset 2. 7 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi 2.8 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys 5 5 7 8 8 9 1 12 17 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3.1 Reiän sijainti ja taipuma 3.2 Reiän yläosan rakenne 21 21 22 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4.1 Kairauksen vaikutus näytteisiin 4.2 Kivilaatu 4.3 Rakoilu 4.4 Näytteen viipaloituminen 4.5 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet 23 23 23 26 28 28 5. TARKKAILUMITTAUSTULOKSET 5.1 Huuhteluveden sähkönjohtokyky 5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä 5.3 Huuhteluveden paine 5.5 Kivijauhon määrä 5.6 Huuhteluveden ja paluuveden merkkiainepitoisuus 31 31 32 32 33 34 6. YHTEENVETO 35 7. VIITTEET 37
2 8. LIITIEET 8.1 Toteutunut aikataulu 8.2 Kalustoluettelo 8.3 Reiän alkuosan rakenne 8.4 Rapautuneisuusaste 8.5 Nostot 8.6 Suunnatut näytteet 8. 7 Laatikkoluettelo 8.8 Kivilajikuvaus 8.9 Liuskeisuus 8.1 Rakoluettelo 8.11 Katkossumma, rakolukujarqd 8.12 Näytehukka ja rikkonaisuus 8.13 Huuhteluvesinäytteet 8.14 Paluuvesinäytteet 8.15 Mammutoinnit ja imuroinnit 8.16 Taipumamittaustulokset (Maxibor) 8.17 Taipumamittaustulokset graafisesti (Maxibor) 8.18 Selvitys: Uraanierän tutkiminen laboratoriossa VALOKUVAT 39 41 43 45 47 49 53 55 59 63 83 95 97 99 11 13 17 111 113
3 1. JOHDANTO 1.1 Yleistä Posiva Oy jätti valtioneuvostolle vuonna 1999 periaatepäätöshakemuksen, jolla se haki lupaa rakentaa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituslaitoksen Eurajoen Olkiluotoon. Periaatepäätöshakemuksen mukaisesti paikkatutkimukset keskitetään Olkiluotoon. Joulukuussa 2 valtioneuvosto teki asiasta myönteisen päätöksen. Toukokuussa 21 eduskunta hyväksyi valtioneuvoston päätöksen. Periaatepäätöksen myötä Posiva Oy voi keskittää varmentavat kallioperätutkimukset Eurajoen Olkiluotoon, jonne rakennetaan lähivuosina maanalainen tutkimustila, ONKALO. Keväällä 21 sisäänmenopaikaksi suunnitellulta alueelta. tehtävillä tutkimuksilla hankittiin tietoa ONKALON Eurajoen Olkiluodon paikkatutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi Posiva Oy:n tilauksen 9562/1/HH mukaisesti touko-kesäkuussa 21 514,1 m pituisen tutkimusreiän. Kairatun reiän halkaisija on 76 mm, lähtösuunta on, astetta ja lähtökaltevuus 69,9 astetta. Reikä OL-KR14 sijaitsee noin 2 m päässä Korvensuon altaasta länteen reikien OL-KR2 ja OL-KR1 välissä. Reiän sijaintikartta on kuvassa 1. 1.2 Työn tavoite Kairaustyön tarkoituksena oli kairata noin 5 m pituinen reikä, jolla selvitetään alueella tavattujen kivilajien ja rikkonaisuusvyöhykkeiden jatkumista sekä kallion laatua. Häiriintymättömien näytteiden saamiseksi kairaamiseen käytettiin kolmoisteräputkea. Kairaustyön lisäksi työhön kuului kairausnäytteiden geologinen raportointi, näytteiden kalliomekaaniset lujuusmääritykset, reiän tekniset mittaukset, kairauksessa käytettävän veden tarkkailumittaukset, reiän huuhtelu ja sivusuunta-ja taipumamittaukset työn lopuksi sekä loppuraportointi. Tässä raportissa käsitellään reiän OL-KR14 kairaukseen liittyviä töitä ja näytetulostusta. Raportissa mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Suojaputken suun ja maanpinnan erotus on,53 m suojaputken keskilinjaa pitkin mitattuna. Työn lopussa reiän avoimuus tarkistettiin kairausputkistolla ja reiän todettiin olevan avoin pohjaan saakka.
4 <11 1\) ---1 8 3 m OLKILUODON TUTKIMUSALUE Kairanreikien sijainnit (KR1-KR14) KKJ1 (Projektio: Gauss-Kruger) 11.7.21 Saanio & RiekkoJa Oy/HM SELITYKSET: KR1 K Kairanreikä ja sen maanpintaprojektia Kuva 1. Reiän OL-KR14 sijainti.
5 2. TYÖN KUVAUS 2.1 Kallionäytekairaus liitteessä 8.1. Kairauskone pystytettiin reiälle 1.5.21. Maakairaus aloitettiin 11.5.21. Maakerroksen paksuus kairauspaikalla reiän suunnassa oli noin 6,2 metriä. Maaosuudelle asennettiin halkaisijaltaan 9/77 mm:n ruostumattomasta teräksestä valmistettu putki, joka kairattiin kallion pintaosan rakoilun johdosta 9,52 m syvyyteen. Maaputken kairauksen jälkeen kairausta jatkettiin normaaliin kallionäytekairauksen tapaan 13.5.21 alkaen. Reiän lopullinen syvyys, 514,1 m, saavutettiin 4.6.21. Toteutunut aikataulu on esitetty Reiän OL-KR14 kairauksessa käytettiin hydraulitoimista Diamec 1 -kairauskonetta, jossa syöttö-, nosto-, puomi- ja pyöritysyksiköt ovat vahvistettuja. Teräputkena käytettiin W -76 kolmoisteräputkea ja ajoputkina alu-72 putkistoa. W -76 kolmoisteräputkella kairatun reiän nimellishalkaisija on 76 mm ja näytteen halkaisija on 52 mm. Käytetty kalusto on esitetty liitteessä 8.2. Käytettäessä kolmoisteräputkea, on käytettävä leikkauspinnaltaan suurempaa terää. Normaalisti käytettyyn Wireline-kaksoisteräputkeen on tässä menetelmässä lisätty sisimmäiseksi halkaistava kolmas putki. Halkaistava putki ja kairattu näyte saadaan keskimmäisen putken sisältä työntämällä putken sisällä olevaa mäntää vesipaineelia ulos. Näin kairausnäyte saadaan mahdollisimman vähän häirittynä pois teräputkesta. Kuvassa 2 on esitetty piirroksin ja valokuvin W-76 kolmoisteräputken rakennetta. Kairauksessa käytettiin 1,5 ja 3, metrin teräputkia. Pitempää teräputkea ei ollut saatavilla. Syvyysvälillä noin 133... 195 käytettiin pääosin 1,5 m:n teräputkea, jotta näyte ei olisi pyörinyt ja näytteen päät hioutuneet kairattaessa. Kairauksen aikana reikää mammutoitiin syvyyden no1n 185 m jälkeen lähinnä vuoronvaihtojen yhteydessä kairraussoijan poistamiseksi, koska huuhteluvesikierto loppui em. syvyydessä. Reikää huuhdeltiin kerran rikkonaiselta kohdalta irtokivien tiputtamisen vuoksi syvyysväliltä noin 18... 188m. Reiän syvyys oli noin 245 m. Kairaus tapahtui keskeytymättömänä kolmivuorotyönä. Työryhmään kentällä kuului kairaaja ja apumies. Työn vastuuhenkilönä oli projektipäällikkö Tauno Rautio. Kentällä vastaavana työnjohtajana toimi Ville Teivaala. Geologisen raportoinoin työmaalla hoiti ja loppuraportin laati geologi Risto Niinimäki.
6 I.HAGBY j-:;, -{[.--- :::::.._, --.;...' --... ',,., CL._ \ 1 } Kuva 2. Kaaviokuva ja valokuvia kolmoisteräputkesta.
7 Työ kesti ilman aloitus-iiopetustöitä yhteensä 59 h. Keskimääräinen kairausteho oli täten,87 metriä/terämiestunti. Kairaustehot on esitetty taulukossa 1 tavanomaista metri/terämiestunti (m/tmh) yksikköä käyttäen. Kairauskaluston kuluminen terien, reikäkaluston ja kairakoneen osalta oli keskimääräistä huomattavasti runsaampaa reiän syvyydestä ja kalliolaadusta johtuen. Keskimääräinen reikäsyvyys vaihtelee vuosittain 1... 15 metrin välillä. Terän kulumiseen vaikuttaa kivilajin mineraalikoostumus. W-76 -terällä kairattiin keskimäärin 28,2 m. Yleensä esimerkiksi T-56 ja T-76 -terillä kairataan keskimäärin 55 m. Taulukko 1. Kairaustehot. Syvyysväli, m Teho,m/tmh Huom! -1 82 Maakairaus, maakairauksen jatkaminen 1-2 84 Mammutointia 2-3 9 Mammutointia, reiän pesua 3-4.93 4-514,1.87 Sivusuuntamittaukset 2.2 Näytteiden suuntaus Tavoitteena oli suunnata kallionäytettä mahdollisimman paljon erilaisten geologisten tietojen mittaamista varten. Suuntaus suoritettiin kairausputkiston ollessa ylhäällä laskemalla merkintäpiikki vaijerin varassa reikään. Tällöin merkkauspiikki jättää merkin näytteen alaosaan. Kairausta jatkettaessa merkin antama tieto näytteen alapuolesta saatiin ylös ja näyte suunnattiin lähtökaltevuus- ja suunta-asteikkojen avulla tapahtuvaa rakojen ja muiden taso- tai viivamaisten suureiden mittausta varten. Suuntaus suoritettiin 113 kertaa. Suuntausmerkeistä jouduttiin erilaisten syiden takia hylkäämään 18 kpl. Suunnattua näytettä saatiin yhteensä 412,97 m (81,3 %). Yhdellä onnistuneella suuntauksena saatiin keskimäärin 4.34 m suunnattua näytettä. Yhtenäisten suunnattujen osuuksien vaihteluväli oli,86 m:stä 116,49 m:iin. Tulokset on esitetty liitteessä 8.6. Epäonnistuneet suuntaukset johtuivat useista syistä. Merkittävimmät syyt merkkauksen epäonnistumiseen olivat irtokivien tippuminen reiän pohjalle sekä hajonnut tai vino kanta, joiden johdosta suuntausmerkki oli epäselvä, virheellinen tai merkkiä ei ollut jäänyt lainkaan. Lisäksi reikään jäänyt näytekanta on ollut joissain tapauksissa irti merkkausta
8 tehtäess jolloin suuntausmerkki on epäluotettava Kairauksen aikana reikään tippui kiviä reiän pohjalle kairauksen lävistettyä rikkanaisen vyöhykkeen syvyysvälillä 183,2... 184,2 m. Tämän jälkeen reikään tippui kiviä niin, että suuntausta päästiin jälleen yrittämään syvyydellä 227,82. Myöhemmin kivien tippuminen haittasi suuntausta satunnaisesti, sillä osittain kivet tippuivat todennäköisesti suuntauslaitteen noston yhteydessä tai sen jälkeen. 2.3 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt Huuhteluvesi reiän OL-KR14 kairaukseen pumpattiin Korvensuon tekoaltaan pumppuasemal josta rakennettiin vesilinja kairauspaikalle. Vesilinjan pituus oli noin 2 m. Huuhteluvesi johdettiin merkkiainesäiliöihin suodattimen läpi mekaanisten epäpuhtauksien suodattamiseksi. Suodattimen läpäisy oli 5 Jlill pienemmille hiukkasille. Merkkiainesäiliöinä käytettiin kahta 3 m 3 lasikuitusäiliötä. Reiän kairauksessa käytettiin ainoastaan merkittyä huuhteluvettä. Merkkiaineena käytettiin uraniinia eli natriumfluoresiinia Uraniini on pulverimainen orgaaninen väriaine, joka hajoaa UV -säteilyn vaikutuksesta. Tämän takia merkkiainesäiliöt olivat peitettyinä pressuilla käytön aikana Merkkiaineen laatu tarkistettiin ennen käyttöönottoa F ortum Oy:n laboratoriossa Vantaalla Uraniini annostettiin Rauman apteekissa valmiiksi 1,5 g annoksiksi p1emm lasipurkkeihin. Kairauspaikalla aineet liuotettiin yhteen litraan vettä. Liuotettu merkkiaineerä sekoitettiin hitaasti 3 m 3 merkkiainesäiliöön huuhteluveden pumppauksen alkaessa ja pumppauksen aiheuttaman vedenkierron varmistaessa merkkiaineen sekoittumisen. 2.4 Tarkkailumittaukset Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia ja otettiin näytteitä huuhteluvedestä. Näin pyrittiin saamaan lisäinformaatiota kallio-olosuhteista ja ennakoimaan mahdollisia kairausteknisiä ongelmia Kairauksessa käytettyjen huuhtelu- ja paluuvesimäärien mittaamisella seurattiin kuinka paljon huuhteluvettä jäi kallioperään. Huuhteluvesimäärän mittaamiseksi oli määrämittari asennettu huuhtelupumpulta tulevaan letkustoon. Paluuvesi mitattiin vedenkeräyslaitteistoon kuuluvan saostusaltaan ulostulopäästä.
----------------------- 9 Vedenpinnan korkeus reiässä mitattiin aina kun kairauksessa oli taukoa yli kaksi tuntia, sekä yleensä aamuvuoron alkaessa. Huuhteluvedestä otettiin näyte jokaisesta vesisäiliöön tehdystä huuhteluvesierästä. Paluuvedestä otettiin nä: te kerran vuorokaudessa, niin kauan kuin kairauksen aikana reiästä vettä palautui. Uraniinin valoarkuudesta johtuen näytteet käärittiin välittömästi ottamisen jälkeen alumiinifolioon. Näytteitä säilytettiin jääkaapissa ennen analysointiin toimittamista. HuuhteluYesinäytteet analysoitiin Teollisuuden Voima Oy:n (TVO) Olkiluodon laboratoriossa ja paluuvesinäytteet Fortum Oy:n Vantaan laboratoriossa. Huuhteluvedestä sähkönjohtavuus mitattiin jokaisesta erästä merkkiaineen sekoittamisen jälkeen. Palautuvasta vedestä otettiin näytteitä kairauksen aikana sähkönjohtavuuden määrittämiseksi, niin kauan kuin kairauksen aikana reiästä vettä palautui. Palautuva vesi sisälsi kivijauhoa, jonka koostumus riippui kivilaadusta Kivijauhon vaikuttaessa veden sähkönjohtokykyyn, otetut vesinäytteet, määrältään 2...3 dl, annettiin saostua ja tarvittaessa suodatettiin 45!J.m:n suodattimella kivijauhon poistamiseksi. Käsiteltyjen näytteiden johtokyky mitattiin Philipsin johtokykymittarilla PW9529, joka antaa tulokset dimensiona ms/m redusoituna +25 oc lämpötilaan. Mittari kalibroitiin ennen käyttöönottoa TVO:n Olkiluodon laboratoriossa. Sähkönjohtokyky mitattiin palautuvasta huuhteluvedestä huuhteluvesikierron toimiessa. Huuhteluveden paine kirjattiin aina ajon alkuvaiheessa tai paineen vaihtuessa. Paineen tarkkailemisella pyrittiin häiriöiden välttämiseen ja anomaalisten vettäjohtavien vyöhyk keiden paikallistamiseen kairauksen aikana. Huuhteluveden paine on suoraan verrannollinen reiästä syrjäytettävän vesipatsaan paineeseen. Ruhjeet aiheuttavat kuitenkin usein vedenvirtausta muuttaen huuhteluveden painetta. Kairanterän kuluminen ja näyteputken tukkeutuminen aiheuttavat myös virtausvastusta, mikä nostaa putkistossa painetta. 2.5 Taipumamittaukset Kairanreiän todellisen sijainnin selvittämiseksi mitattiin reiän pystysuuntainen taipuma ja sivupoikkeama. Varsinainen mittaus tehtiin Reflex Maxibor mittarilla ja EZ-Shot - taipumamittarilla varmistettiin tuloksen oikeellisuus kahdessa kontrollipisteessä. Lisäksi reiän kaltevuus mitattiin PP-kaltevuusmittarilla erikseen. Maxibor ja EZ-Shot -mittari laskettiin reikään kairausputkiston osana.
1 Maxibor-mittarissa on 6 m pitkässä putkessa kaksi heijastinrengasta 3 m:n välein. Putken taipuessa reiän mukaisesti, renkaiden keskinäinen sijainti muuttuu. Mittaus suoritetaan kuvaamalla renkaat videokameralla. Koska mittari on valmistettu halkaisijaltaan 46 mm:n kairanrei'ille, oli siihen asennettu ohjurit 76 mm:n reiän mittauksen ajaksi. Mittauksen jälkeen mittaustulokset purettiin ja tietokoneohjelmalla laskettiin jokaisen pisteen sijaintikoordinaatit käyttäen referenssinä aina edellistä tulosta. Lisäksi tulokset piirrettiin graafiseen muotoon. Laitevalmistajan ilmoittama tyypillinen tarkkuus on halkaisijaltaan 46 rnm:n ja pituudeltaan 8 m:n reiässä +/- 1 m. Maxibor-mittaukset tehtiin 3 m:n pistevälein. Lähtöpisteen koordinaatit ja lähtösuunta sidottiin tilaajan osoittamiin kiintopisteisiin. Lähtökaltevuus mitattiin erillisellä kaltevuusmittarilla. Maxibor -mittarilla mittaukset ulotettiin reikäsyvyydelle 51, m maanpinnasta mitattuna. EZ-Shot-mittarilla mitattiin pystysuunnan kaltevuusarvo kiihtyvyysanturin avulla sähköisesti ja sivusuunnan suuntakulma kolmikomponenttisella fluxgate-magnetometrillä EZ-Shot-mittausten sivusuuntatarkkuus laitevalmistajan mukaan magneettisesti häiriöttömässä reiässä on +/-.5 astetta ja kaltevuuskulman tarkkuus,2 astetta. EZ-Shot mittarilla tehtiin vain tarkistusmittaukset syvyyksiltä 3 ja 5 m. Näitä tuloksia verrattiin Maxibor-mittausten tuloksiin. Vertailu on esitetty taulukossa 2. Vertailtaessa tuloksia on huomioitava deklinaatio, joka on tutkimusalueelia ilmatieteen laitoksen kartan perusteella lähellä viittä astetta Myös paikallisia eroja saattaa esiintyä. Taulukko 2. Maxibor- ja EZ-Shot -mittaustenvertailu syvyyksittäin. Syvyys, m suunta, astetta 3,28 Maxibor 1 i 1 i 1 EZ-Shot kaltevuus, astetta suunta, astetta kaltevuus, astetta 7,2 356,6 69,8 5 351,4 66,7 51 356,86 66,69 Eri menetelmillä havaittiin eroja vuoden 1997 aikana tehdyissä mittauksissa. Tulostusta varten Maxibor-mittaustulokset korjattiin työraportin 98-5 (Laurila 1998) suositusten mukaan. Korjauksessa Maxibor-mittauksen kaltevuus muunnettiin vastaamaan PPkaltevuusmittauksen tulosta. Tämän jälkeen laskettiin Maxibor-mittauksen sijaintitiedot
----------------- -- -- 11 2.6 Reiän pumppaukset Kairaustyön aikana reikää mammutoitiin syvyyden noin 185 m jälkeen lähinnä vuoronvaihtojen yhteydessä kairaussoijan poistamiseksi, koska huuhteluvesikierto loppui em. syvyydessä. Mammutointipumppaus tehtiin työntämällä halkaisijaltaan 33/25 mm:n letku 35 m:n syvyyteen ja pumppaamaila ilmaa letkun läpi kairausputkiston ollessa ylösnostettuna. Myöhemmin siirryttiin käyttämään letkua, joka saatiin työnnettyä noin 7 m syvyyteen. Loppusyvyyden saavuttamisen jälkeen reikää mammutoitiin useaan otteeseen. Mammutointin aikana pidettiin taukoja. Mammutoinnin välissä suoritettiin reiän huuhtelu ja imurointipumppaus. Mammutointipumppausta suoritettiin yhteensä noin 84 tuntia, ja reiästä pumpattiin vettä letkuston kautta arviolta yhteensä noin 32 m 3 Vesimäärä on laskettu mittaamalla aika, jossa vesi täyttää tietyn tilavuuden omaavan astian. Mitatut pumppaustuotot olivat noin 8 litraa minuutissa. Mammutoinnin välissä reikäseinämät huuhdeltiin merkkiainevedellä kallion raotssa mahdollisesti olevien irtokivien ja kivijauhon pudottamiseksi reiän pohjalle. Huuhtelulaitleena oli toisesta päästään tulpattu kaksoisliitin, jonka kehällä oli 9 asteen välein halkaisijaltaan 5 mm:n reikä. Tällöin vesisuihkut suuntautuivat kohtisuoraan reiän seinämään. Putkistoa laskettiin vesipaineen päällä ollessa hitaasti alaspäin samalla pyörittäen. Huuhteluun käytettiin merkittyä vettä noin 7,2 m 3. Reikää puhdistettiin pumppaamaila vettä alu-76 -kairausputkiston kautta reiän pohjalta uppopumpulla (imurointipumppaus). Alimmaisena putkistossa oli 9 m reikäputkia (2 reikää/3 cm, reikä 1 mm). Kairausputkien sisään laskettiin uppopumppu noin 35 m:n syvyyteen, jolloin pumpattava vesi kiersi reiän pohjan kautta. Pumppaus keskeytettiin muutamia kertoja, jolloin kairausputkistoa liikuteltiin. Liikuttelulla pyrittiin irrottamaan seinämille mahdollisesti tarttunut kivijauho, jolloin se poistuisi veden mukana. Pumppu nostettiin pois reiästä putkiston liikuttelujen aikana. Putkiston liikuttelun jälkeen pumppu laskettiin takaisin ja pumppausta jatkettiin. Huuhtelupumppausta suoritettiin 7.6.21 klo 12.5 ja 8.6.21 klo 1.45 välisenä aikana. Pumppaamalla vettä nostettiin reiästä 16,3 m 3 eli keskimäärin 741 1/h. Tehdyt mammutointi- ja imurointipumppaukset on koottu taulukkoon liitteeseen 8.15.
12 2. 7 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi Näytteiden käsittelyssä noudatettiin tilaajan työohjetta "Kolmoisteräputkimenetelmällä kairattujen näytteiden käsitteli. Näytteet pakattiin noin metrin pituisiin puulaatikoihin välittömästi näyteputken tyhjennyksen jälkeen. Puulaatikeiden lokerot suojattiin kosteuseristeeksi tarkoitetulla alumiinipintaisella paperilla niin, että alumiinipinta on näytettä vasten. Myös nosto ja osoittavat puupalikat suojattiin alumiinipaperilla. Näytteen käsittelyssä pyrittiin noudattamaan erityistä varovaisuutta. Kairauksen jälkeen näytteet siirrettiin laatikoihin, välttäen turhaa näytteen katkaisemista. Rikkonaisimmat ja savitäytteiset kohdat kääriniin erikseen alumiiniin ja näytteen hajoamista pyrittiin välttämään myös raportoinnin yhteydessä. Jos reikäseinämästä irtoaa kivi "villejä", nämä on näytteitä laatikoihin siirrettäessä laitettu edellistä nostoa osoittavan puupalikan jälkeen, josta niitä ei ole raportoitaessakaan poistettu. Tämän vuoksi saattaa ajon alussa olla kiven muroja, jotka eivät varsinaisesti kuulu näytteeseen. Geologi raportoi näytteet kairauspaikalle tuodussa toimistotilassa. Raportointi tapahtui pääasiallisesti rakennusgeologisen kallioluokituksen mukaan (Gardemeister et al. 1976 ja Korhonen et al. 1974). Näytteistä tehtiin seuraavat kuvaukset: rako luettelo, näytehukka ja rikkonaisuus, suunnatut näytteet, katkossumma, rakoluku ja RQD-luku, petrografia, liuskeisuus, rapautuneisuusaste ja näytteen viipaloituntinen ( core discing). Lisäksi kirjattiin nostot ja laatikko luettelo. Rakoluettelossa esitetään rakojen havainnot juoksevina numeroina. Raon sijaintisyvyys on reikäpituuden mukaisesti 1 cm:n tarkkuudella näytteen keskilinjaan mitattuna Raon keskikohta voi kuitenkin evalla raolla poiketa paljonkin keskilinjasta, jolloin on käytetty soveltuvaa arvoa. Loppusyvyyttä käytetään, kun havainnot esittävät reikäväliä Rakojen ja muiden geologisten havaintojen sitominen on suoritettu korjattuun reikä- eli näytepituuteen. Tämä tarkoittaa, että esim. näytehukasta ja murtorenkaan luistamisesta aiheutuva virhe on korjattu muuttamalla ns. nostopalikan lukemaa näytelaatikossa. Näytehukan aiheuttaessa syvyyden epätarkkuutta, on se erikseen luettelossa mainittu. Raon laatu kuvataan lyhenteillä: av = avo1n ti =tiivis tä = täytteinen täha = täytteinen haarniskarako
13 tämu = täytteinen mururako täsa = täytteinen savirako. Rakokulma on esitetty asteina näytteen poikkisuunnan suhteen, jolloin siis näytteen pituusakselia vastaan kohtisuora suunta on 9 ja näytteen pituussuunta o. Korjaamaton rakosuunta ilmoittaa raon lesuunnan asteina myötäpäivään pohjoissuunnasta Korjaamaton kaade on asteina vaakatasosta. Vastaavasti korjattu lesuunta ja kaade ovat PP-kaltevuusmittauksesta saadun tuloksen perusteella muutetun Maxibor-taipumamittauksen mukaisesti korjatut lesuunta ja kaade asteina Rakotäytteen paksuus on ilmoitettu millimetreinä. Rakopinnan väri on ilmoitettu ainoastaan raoista, joilla ylipäätään on jokin kivilajin omasta väristä poikkeava väri, ei pelkkä sävy. Merkittävimpiä poikkeavanvärisiä rakoja ovat täytteiset ja avoimet raot. Myös tiiviillä raoilla saattaa olla väri, mutta useimmiten väri on vain hieman poikkeava kiven perusväristä. Täytteiseksi raoksi on luokiteltu myös raot, joilla on selvä väri ja raot ovat kairausnäytteenä edelleen toisissaan. Tällöin on huomio -sarakkeeseen kirjoitettu "" tai "os" merkiksi, että niiden rakopin-nat ovat toisissaan eli ne ovat luonnontilassa vettä johtamattomia. Raot, joissa on omamuotoisia tai osittain omamuotoisia kiteitä, on merkitty kit. -merkinnällä. Työtulosmksen yhteydessä rekisteröitiin myös mahdolliset hajuhavainnot "huomio"-sarakkeeseeno Rakopinnan väri (mineraalit) on kuvattu nelikirjaimisin lyhentein seuraavasti: rusk, vrus, trus (ruskea, vaaleanruskea, tummanruskea) harm, vhar, thar (harmaa, vaaleanharmaa, tummanharmaa) vihr, vvih, tvih (vihreä, vaaleanvihreä, tummanvihreä) puna, vpun, tpun (punainen, vaaleanpunainen, tummanpunainen) Mineraalit on ilmoitettu vain mikäli tunnistaminen on voitu tehdä täysin varmastl Käytetyt mineraalinimikkeet on ilmoitettu kivilajien petrografisen kuvauksen yhteydessä. Rakopinnan värien sävyt on kuvattu siten, että perusvärin kolmikirjaimisen lyhenteen eteen on liitetty sävyn tunnus yhdellä kirjaimella, esim.: prus (punaruskea)
- -------------------------- Rakopinnan muoto kuvataan lyhentein: 14 tasa (tasainen, tasomainen) (epäen) (eva) Rakopinnan laatu on kuvattu nelikirjaimisin lyhentein. Kolmiportaisella asteikolla on vastaavuus JRC -lukuihin (Barton & Choubey 1977). (ea; JRC 15-1) (puoliea; JRC 7-14) (ä; JRC -6) Haamiskapinnoista on pyritty selvittämään viivauksen suuntaa. Niissä raoissa, missä viivauksen suunta asteina on pystytty suunnatulta näytteen osalta mittaamaan, on se ilmoitettu rakoluettelon huomio sarakkeessa. Viivauksen suunta on ilmoitettu asteina myötäpäivään pohjoissuunnasta astevälillä.. 18 astetta Näytehukka voi aiheutua joko geologisista tekijöistä, usein kallion rapautuneisuudesta ja rikkonaisuudesta tai kairausteknisistä tekijöistä. Näytehukan sijainti, määrä ja syy on paikallistettu raportoitaessa. Mikäli paikkaa ei ole saatu selvitettyä, on merkitty reikäväli, jolla näytehukka on syntynyt. Näytehukan paikan ollessa epäselvä on mitat toisissa kuvauksissa merkitty "'noin" -merkinnällä. Kallion rikkonaisuus on kuvattu näytehukan yhteyteen rakennusgeologisen luokituksen mukaisin termein seuraavasti: Riiii = murrosrakenteinen, tiheärakoinen, rakoluku yli 1 kpl/m RiiV = ruhjerakenteinen RiV = savirakenteinen Katkossumma rakoluku ja ROD-luku on esitetty reikäpituuden mukaan tasametreittäin laskettuna. Katkossumma on kaikkien havaittujen näytekatkeamien lukumäärä ko. metrivälillä. Rakoluku on luonnonrakojen lukumäärä vastaavalla metrivälillä. Katkossumman ollessa rakolukua suurempi on kyseessä näytteenoton yhteydessä tai myöhemmän näytteenkäsittelyn yhteydessä tapahtunut tahallinen tai tahaton näytteen katkeaminen. Rakoluvun ollessa katkossummaa suurempi on näytteessä tiiviitä rakoja, joiden rakopinnat ovat edelleen lujasti toisissaan.
15 RQD-luku esittää yli 1 cm pituisten, luonnonrakojen katkaisemien tai niitä sisältämät tömien näytepalojen prosentuaalisen osuuden em. metri välillä. Luettelo näytteen nostoista esitetään kuten se näytelaatikkoon sijoitettuihin nostopalikoihin on merkitty. Mikäli näytteen mitassa on geologin havaitsemana ero, on nostopalikkaan muutettu oikea syvyys. Näin ollen nosto tarkoittaa nimenomaan näytteen syvyyttä. Reiän syvyys voi olla suurempi esim. murtorenkaan pettäes jolloin osa näytteestä voi jäädä reikään ja tulee ylös vasta seuraavan kairauskerran yhteydessä. Nostot on esitetty liitteessä 8.5. Suunnatuista näytteistä ki.j:jataan jokaisen sellaisen noston syvyys, jossa suuntausmerkintä on suoritettu. Samoin merkitään suunnatun näytteen alku- ja loppusyvyydet, sekä suunnatun näyteosuuden pituus. Mikäli merkki on ollut kelvoton tai sitä ei kairaajan tekemästä "SN" -tunnuksella varustetun noston yläpäästä ole löydetty, on tästä tehty merkintä luetteloon. Laatikkoluettelossa esitetään kunkin näytelaatikon sisältämän näytteen alku- ja loppupäiden näytepituudet. Laatikkoluettelo on esitetty liitteessä 8. 7. Petrografmen kuvaus perustuu rakennusgeologiseen kallioluokitukseen (Korhonen et al. 1974 ja Gardemeister et al. 1976). Kukin kivilaji on yksilöidysti esitetty kertaalleen ja vain muutosten osalta kuvailtu uudelleen. Raekoko on jaoteltu seuraavasti: tiivis, lasimainen hienorakeinen keskirakeinen earakeinen suurirakeinen <<1 mm <lmm 1... 5mm 5... 5mm >5 mm Rakenne (osasten j ärjestyneisyysaste) kuvataan termeillä: massammnen, liuskeinen, seoksinen, M L S Liuskeisuusaste on nelijakoinen:
16 suuntaukseton heildko 1 kohtalainen 2 voimakas 3 Osasten järjestyneisyysasteen ja liuskeisuusasteen kuvauksessa ovat seuraavat muunnokset mahdollisia: MO, Ml, L1, L2, L3, SO, S1, S2, S3. Mineraalikoostumus on esitetty kvalitatiivisesti, silmämääräisen paljousjärjestyksen mukaan. Mineraaleista käytetään mineraalinimisanaston (Saltikoff 1972) nelikirjaimisia lyhenteitä. Samoja lyhenteitä käytetään myös rakoluettelossa. Tärkeimmät käytetyt lyhenteet ovat seuraavassa: K var = kvartsi Maas = maasälvät eli kalimaasälpä ja/tai plagioklaasi Biot = biotiitti Karb = karbonaattimineraalit Talk = talkki Klor = kloriitti Savi = savimineraalit Kiis = kiisumineraalit Ruos = ruoste Fluo = fluoriitti Liuskeisuusastetta on kuvattu erillisessä luettelossa (liite 8.9) rakennusgeologisen kallioluokituksen mukaisesti. Liuskeisuutta kuvattaessa on haettu yhtenäisiä vyöhykkeitä, joista on mitattu noin 1 m välein liuskeisuuden leildkauskulma ja liuskeisuuden lesuunta sekä kaade suunnattujen näytteiden alueelta. Lisäksi on arvioitu liuskeisuusastetta aikaisemmin kuvatun nelijakoisen asteikon mukaisesti (Korhonen et al. 1974 ja Gardemeister et al. 1976). Rapautuneisuusasteesta käytetyt lyhenteet ovat seuraavat: RpO = rapautumaton Rp 1 = vähän rapautunut Rp2 = runsaasti rapautunut Rp3 = täysin rapautunut
17 Mikäli syvyysvälillä on päärapautwnisesta poikkeavaa rapautwnista, kuten esrm. yksittäisten rakojen ympärillä, on syvyysvälin päärapautwnisaste esitetty ensin ja poikkeavan rapautwnisen rapautwnisaste on suluissa. Core discing-ilmiö. eli nä: tteen viipaloitwnista havainnoitiin. Viipaloitumisesta on kirjattu reikäväli joissa sitä on havaittu. Jokaiselle reikävälille on ilmoitettu viipaloituneiden murtumien ja aihioiden lukumäärä, sekä viipaloitwnisien välisten etäisyyksien rninimi- ja maksimiarvot Jokaisesta murtumasta on kirjattu pinnan muodot seuraavan luokittelun mukaisesti. Näytteen suunta on vasemmalta oikealle. (( = yläpuoli koveraja alapuoli kupera (1 = yläpuoli koveraja alapuoli tasainen 1( = yläpuoli tasainen ja alapuoli kupera )) = yläpuoli kuperaja alapuoli kovera )1 = yläpuoli kuperaja alapuoli tasainen 1) = yläpuoli tasainen ja alapuoli kovera II= yläpuoli tasainen ja alapuoli tasainen )( = yläpuoli kuperaja alapuoli kupera S = satula A =aihio Lisäksi kukin näytelaatikko värivalokuvattiin sekä kuivana että kasteltuna valokuvaajan toimesta. Valokuvat (kastellut) on esitetty raportin lopussa. Lisäksi erikseen kuvattiin rikkonaisimpia ja savitäytteisiä kohtia, jotka olivat säilyneet kohtalaisen luonnontilaisina. Nämä valokuvat (kastellut) on esitetty raportin lopussa varsinaisten näytteiden valokuvien jälkeen. 2.8 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys Kiven lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet määritettiin Rock Tester -laitteistolla. Näytteet valittiin kolmenkymmenen metrin välein tai aina pääkivilajin vaihtuessa. Kimmo-kerroin E, Poissonin luku v ja taivutusvetolujuus Smax (Modulus of Rupture) määritettiin nelipistetaivutuskokeella, jossa uloimmat tuet (L) asetettiin 16 mm etäisyydelle toisis-taan ja sisemmät tuet (U) 48 mm etäisyydelle. Koejärjestely on esitetty kuvassa 3.
18 u D L > 3,5D DUU3 L Kuva 3. Nelipistetaivutuskoe Kimmokerroin (E) kuvaa jännityksen suhdetta tapahtuvaan muodonmuutokseen. Tätä kuvataan Hooken lailla (kaava 2.9.1 ). (j E =- [Pa] (2.9.1) ea cr =jännitys [Pa] Ea = aksiaalinen muodonmuutos Poissonin luku määritetään radiaalisen muodonmuutoksen suhteena aksiaaliseen muodonmuutokseen (kaava 2.9.2). (2.9.2) Er = radiaalinen muodonmuutos Ea = aksiaalinen muodonmuutos Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus crc määritettiin epäsuorasti pistekuormituskokeen avulla. Kokeessa noudatettiin ISRM:n ohjeita (ISRM 1981 ja ISRM 1985). Kokeesta saatu pistekuormitusindeksi 1 55 kerrottiin luvulla 24, jolloin se vastaa yksiaksiaalista puristusmurto lujuutta. Kokeessa näyte asetetaan pistemäisten leukojen väliin ja kuormitusta kasvatetaan, kunnes murtuminen tapahtuu (kuva 4 ). Pistekuormitusindeksi saadaan laskettua murtoon
19 tarvittavan kuormituksen avulla. Testin tulos tulee hyväksyä ainoastaan, jos murtopics:" kulkee molempien kuormituspisteiden kautta. Pistekuormitusluku ls lasketaan kaava.ua 2.9.3. (2.9.3) P = murtokuormitus D = näytteen halkaisija Pistekuormitusluku on riippuvainen näytteen halkaisijasta ja se korjataan pistekuormitusindeksiksi 1 55 kaavojen 2.9.4 ja 2.9.5 avulla Tulokseen näytteen koolla ei ole vaikutusta (2.9.4) (2.9.5) D L >,5D ' Kuva 4. Pistekuormituskoe
2 1
21 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3.1 Reiän sijainti ja taipuma Reiän OL-KR14 lähtösuunta on, astetta ja lähtökaltevuus 69,9 astetta. Reikä- eli näytepituuden -pisteenä käytettiin maanpintaa. Niinpä kaikki mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Reiän lähtöpisteen koordinaatit on esitetty taulukossa 3. Eri mittausmenetelmillä tehtyjen mittausten tuloksissa havaittujen erojen vuoksi on lopullista tulostusta varten Maxibor-mittauksen kaltevuus korjattu PP-mittauksen kaltevuustulosten perusteella. Tämän jälkeen on laskettu Maxibor-mittauksen mukaiset reiän sijaintitiedot Maxibor-mittaus on esitetty listauksena liitteessä 8.16 ja projektiopiirroksina liitteessä 8.17. Liitteessä 8.17 sivulla 18 oleva kuva esittää reiän taipumaa sivusuunnassa maanpintatasoon projisoituna. Kuvat sivuilla 19 ja 11 esittävät taipumaa sivu- ja pystysuunnissa proj isoituna reikäkoordinaatistoon. Koijattujen Maxibor-mittaustulosten mukaan reikäsyvyydessä 51 m sivusuuntapoikkeamaksi on mitattu 4,65 m vasemmalle ja pystypoikkeamaksi 1,37 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeama on 2,3 % reikäpituudesta. EZ-Shot -mittarilla suoritettiin tarkistusmittauksia syvyyksillä 3 Ja 5 m. Mittaustulokset (taulukko 2) olivat yhteneväiset Maxibor -mittauksiin. PP -mittauksen kaltevuuksilla koijatun Maxibor-mittauksen mukaan lasketut koordinaatit valtakunnallisessa XYZ koordinaatistossa syvyydeltä 51 m on esitetty taulukossa 3. Taulukko 3. Reiän OL-KR14 koordinaatit. Pisteen sijainti X y z Lähtöpiste, maanpinta 92 376,73 25 865,31 8,27 Lähtöpiste, putken suun keskipiste 92 376,55 25 865,31 8,77 Loppupiste (51 m) 92 558,56 25 86,66-458,44
22 3.2 Reiän yläosan rakenne Alkureikä aloitettiin kairaamaila maakerrosten läpi kallioon 9/77 mm:n ruostumattomasta teräksestä valmistettu maaputki Maaputki kairattiin maanpinnasta lukien 9,52 m syvyyteen. Maakerroksen paksuudeksi arvioitiin noin 6,2 m. Syvyysväli 6,2... 8,66 m kairattiin T-76 -kalustolla. Syvyyden 8,66 m jälkeen kairattiin käyttäen W -76 kolmoisteräputkea reiän loppusyvyyteen 514,1 m. Liitteessä 8.3 on esitetty reiän yläosan rakenne. Työn lopuksi reiän yläpäähän vaiettiin teräsbetonilaatta, pinta-alaltaan 1, x 1, m 2, maanpinnan yläpuolelle. Betonilaatta ankkuroitiin raudoituksilla 9/77 mm:n suojaputkeen. Putken suu suljettiin lukittavalla tulpalla.
23 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4.1 Kairanksen vaikutus näytteisiin Näytehukan syntymiseen johtanutta näytteen rikkoutumista ja jauhauturnista tapahtui kaikkiaan,53 m. Näytehukkaa syntyi sekä kairausteknisistä syistä että rakoilleen kallion jauhautumisen tuloksena. Näytehukkaa syntyi neljällä syvyydellä. Kahdessa kohtaa näytehukkaa on syntynyt noston osuessa rapautuneeseen vyöhykkeeseen. Näytehukka on esitetty yhdessä kallion rikkonaisuusasteen kanssa taulukossa liitteessä 8.12. Kairauksessa käytettiin kolmoisteräputkea Kolmoisteräputkella kairattaessa näytettä ei joudu kolistelemaan teräputkesta pois, vaan se saadaan säilymään yhtenäisempänä kuin kaksoisteräputkella kairattaessa. Näytteessä säilyvät pehmeät savitäytteet paremmin. Samoin runsas- ja tiheärakoisissa kohdissa näyte säilyy ehjempänä, eikä näytteiden päitä tarvitse sovitella toisiinsa Myös näytteen pintaan ja samoin katkos- sekä rakopinnoille jäi selvästi aikaisempaa vähemmän kairaussoijaa 4.2 Kivilaatu Kairausnäytteet koostuvat tutkimusalueelta jo aiemmin kuvatuista pääkivilajeista, joista käytettiin nimityksiä tonaliitti, kiillegneissi ja graniitti. Kiillegneissille on tyypillistä eriasteinen migmatiittiutuminen, jolloin siinä voi esiintyä graniittista (pegmatiittista) ainesta paikoin hyvinkin runsaasti. Samoin graniitiksi luokiteltu kivilaji on paikoin suuntautunutta ja sisältää kiillegneissisiä osuuksia. Tonaliittia esiintyy syvyyden 4 m molemmin puolin kahtena erillisenä osueena. Myös tonaliitti on suuntautunutta. Kivilajit esiintyvät monin paikoin toistensa kanssa limittäin, jolloin niiden lävistykset voivat olla keskimäärin muutamia metrejä. Kivilajit onkin luokiteltu vallitsevan kivilajin mukaan ja siten esim. graniitti usein sisältää kiillegneissiä kapeina lävistyksinä ja päinvastoin. Näytteet ovat pääosin rapautumattomia, vain paikallisesti on kapeita vähän rapautuneita vyöhykkeitä. Lisäksi on yksi kapea täysin rapautuneen kallion ja kaksi runsaasti rapautuneen kallion vyöhykettä. Rapautuneita osuuksia ja osuuksia, joissa rapautuneisuus vaihteli rapautumattoman ja vähän rapautuneen välillä, on yhteensä 13,2 m. Yleensä vyöhykkeissä, joissa rapautuneisuus vaihtelee, rapautuneet osat ovat vain muutamien kymmenien senttimetrien levyisiä, jolloin rapautuneen kallion kokonaismäärä on ilmoitettua lukua pienempi. Joidenkin tiheärakoisten, rikkonaisten tai deformoituneiden vyöhykkeiden yhteydessä on leveämpiä rapautumisvyöhykkeitä.
24 Rapautuneissa graniittisissa osuetssa kivessä on vihreätä sävyä. Kuitenkin rapautumattomissakin osuuksissa näkyy maasälvissä paikoin lievää samentumista Liitteessä 8.4 on esitetty kivilajien rapautuneisuusaste. Migmatiittinen kiillegneissi on tyypillinen seoskivilaji, joka koostuu kiillegneissistä ja vaaleasta tai punertavasta graniittisesta (pegmatiittisesta suurirakeisesta) aineksesta Graniittisen aineksen määrässä on melko runsastakin vaihtelua. Migmatiittinen kiillegneissi on raitaista ja yleensä liuskeisuudeltaan kohtalais L2. Paikoin on voimakkaasti liuskeisia kapeita vyöhykkeitä, jotka muodostuvat kiillepakoista Kiillegneissin raekoko vaihtelee hienorakeisesta keskirakeiseen. Päämineraaleina siinä ovat kvartsi, maasälvätja biotiitti. Paikoin esiintyy myös kiisujaja granaatteja Graniitti on tasarakeista. Raekooltaan se vaihtelee keskirakeisesta graniitista earakeiseen, paikoin jopa pegmatiittiseen suurirakeiseen. Rakenteeltaan se on normaalisti massamaista ja suuntautumatonta, MO. Paikoin siinä on joitakin kiillegneissipitoisia heikosti ja jopa kohtalaisesti suuntautuneita migmatiittisia osuuksi jolloin kiillegneissin osuus on melko suuri, Ml... L2. Muutamissa graniittisissa vyöhykkeissä oli havaittavissa heikosti jäänteitä kiillegneissistä. Päämineraaleina ovat maasälvät ja kvartsi, lisäksi esiintyy paikoin kiilteitä ja granaatteja Tonaliitti on myös tasarakeista. Raekooltaan se on keskirakeista. Rakenteeltaan se on heikosti suuntautunutta ja kiillegneissin kontaktin lähellä kohtalaisesti suuntautunutta, Ml... L2. Kontaktien läheisyydessä tonaliitti ja kiillegneissi vuorottelevat muutaman metrin matkalla. Päämineraaleina ovat maasälvät, kvartsi ja biotiitti. Myloniitiksi on nimetty kohtia, joissa on hienorakeista mustaa perusmassaa sekä mahdollisesti erikokoisia alkuperäisen kiven palasia Myloniitiksi kuvatuilta kohdilta alkuperäisen (yleensä ympäröivän) kivilajin tuntomerkit eivät ole nähtävissä. Näissä kohdissa on merkkejä kiven hajoamisesta ja/tai hiertymisestä. Kivilajien kuvaus syvyyksittäin on esitetty liitteessä 8.8. Kuvassa 5 on esitetty kivilajit ja rakotiheysjakauma graafisesti. Liuskeisuudella on havaittavissa selvä suunta. Kiillegneississä on kuitenkin paikallista lyhytjaksoista vaihtelevuutta liuskeisuudessa. Tätä esiintyy runsasgraniittisissa ja poimuttuneissa suonigneissimäisissä osissa. Liuskeisuuden lesuunta vaihteli muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta mitatuissa kohdissa välillä 116... 214 astetta. Sen kaade vaihteli välillä 15... 55 astetta. Syvyydellä 93,8 m mitattiin arvot 165/7 astetta ja
25 Kivilajit Rakoilu, kpl/m 5 1 15 Kiillegneissi Tonaliitti Graniitti,...... ] 1 '..... +.. +. + +...... + + 1 26..., 28.. - +-- 3....j : ----=--r-- Kuva 5. Kivilajit ja rakoilu, kairanreikä OL-KR14.
1 26 syvyydellä 47,45 m arvot 318/5. Mitattujen liuskeisuuden kaadesuuntien keskiarvo oli noin 165 astetta ja kaateiden keskiarvo noin 35 astetta. Liuskeisuusaste ja mitatut liuskeisuuden suunnat on esitetty liitteessä 8.9. 4.3 Rakoilo Rakoilu on pääasiallisesti täytteistä ja tiivistä. Valtaosa raoista on tulkittu täytteisiksi. Avoimia rako ja ei ole havaittu. Täytteiset raot ovat vallitsevia yleensä tiheä- ja runsasrakoisissa vyöhykkeiss kun taas tiiviit raot ovat vallitsevia muualla. Reiän alkuosalla täytteisissä raoissa täytemateriaalina on usein hannaata tai oista karbonaattia ja kiisuja, lähinnä rikkikiisua, tai mustaa kloriittimaista täytettä. Syvemmällä kiisuja on vähemmän, lähinnä vyöhykkeittäin, karbonaattia on edelleen ja niiden lisäksi osa mustasta täytteestä on grafiittia. Grafiittia on etenkin haarniskapinnoilla ja niiden läheisyydessä. Myös oista kaoliinia on paikoin rakotäytteenä. Useimmissa täytteisissä raoissa on rakotäytettä usein vain ohuena silauksena rakojen pinnoilla ja rakojen vastakkaiset pinnat ovat hyvin yhtenäiset. Usein täytettä on erittäin ohuena ja paikoin laikukkaasti rakopinnoilla, mutta kuitenkin siten, että rako on tulkittu täytteiseksi. Vain yksittäisissä raoissa on rakotäytettä yli millimetri, useimmiten tiheärakoisten, rikkanaisten vyöhykkeiden yhteydessä. Paksuimmillaan täytettä on noin 2 cm. Suurimmaksi osaksi jonkin värin rakopinnalla omaavat raot on niiden hyvin ohuen rakotäytteen vuoksi luokiteltu täytteisiksi. Myös tiiviillä raolla saattaa olla selvä väri, joten tiiviin ja täytteisen raon välillä ei ole selkeää rajaa. Osa raoista, myös täytteisistä, on näytteessä edelleen -iskostuneena Yhteensä tai osittain -iskostuneita rakoja lävistettiin 163 kpl, joka on noin 21 % kokonaisrakomäärästä. Savitäytteisiä rakoja havainnoitiin yhdeksän ja murutäytteisiä kaksi. Haarniskapintaisia rakoja lävistettiin 74 kpl. Osalla haarniskapintaisista raoista on täytteenä myös savea ja muruja. Muru- ja savitäytteiset raot ovat yleensä tiheärakoisissa vyöhykkeissä tai niiden läheisyydessä. Haarniskapintaiset raot esiintyivät tasaisemmin, mutta niistäkin suurin osa on runsasrakoisissa vyöhykkeissä tai niiden läheisyydessä. Paikoin haarniskarakoja on usean raon parvena. Yksityiskohtaiset tiedot raoista ovat liitteessä 8.1.
27 Rakopintojen muoto vaihtelee suuresti. Yleisin rakopinnan muoto on epätasainen,. rakopinnan ollessa puoliea (JRC-luku 7-14), mutta erilaisia muunnoksia esiintyy usem. Kallion keskimääräinen rakoluku on 1,54 kpl/m. Kallion RQD -luku on keskimäärin 95,5 %. Taulukossa 4 on esitetty keskimääräisen rako- ja RQD-luvun vaihtelu syvyysväleittäin. Kuvassa 5 kallion rakoluku ja kivilajit on esitetty graafisesti. Liitteessä 8.11 esitetään rako luku, katkossumma ja RQD-luku. Taulukko 4. Kallion keskimääräinen rako- ja RQD-luku syvyysväleittäin. Syvyysväli Keskimääräinen rakoluku Syvyysväli Keskimääräinen rakoluku m-m ja RQD-luku m-m jarqd-luku kpllm/% kpllm/% 7-53 44 1 >9,5 283-35 1,3 /98, 53-18 2.2191,5 35-441,4199,7 18-185 5.2179,2 441-514 1,3 197,8 185-283.6199,8 Rakosuunnista tulevat voimakkaimmin esille liuskeisuuden suunnassa koillislounassuuntainen rakoilu sekä vaaka-asennon lähellä olevat suunnat. Koillislounassuuntaisessa rakoilussa rakoilun kaade on kaakkoon (kaadesuunnan vaihdellessa etelän ja itäkaakon välillä ja kaateen vaihdellessa loivasta noin 5 asteeseen). Toinen loiva-asentoinen rakosuunta, joka erottuu on pohjoiseen loivasti 15... 2 asteen kaateella oleva rakoilu. Loiva- ja vaaka-asentoiset rakosuunnat korostuvat pystyasenteisiin verrattuna reiän ollessa melko pystyasentoinen (OL-KR14:n kaltevuus on noin 7 astetta). Kuvassa 6 on esitetty alapalloprojektiona PP-kaltevuusmittarin kaltevuudella muunnetun Maxibor-taipumamittauksen mukaan korjatut rakojen kaadesuunnatlkaateet. Rikkonaisia osuuksia lävistettiin 2 kpl. Vyöhykkeet ovat pääasiallisesti murrosrakenteisia. Toisessa vyöhykkeistä on osa tulkittu ruhjerakenteiseksi. Rikkonaisten osuuksien pituudet ovat 1,18 ja 1,67 m. Yhteensä rikkonaisia osuuksia on 2,85 m. Yhteensä rikkonaisten osuuksien määrä on 6 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Liitteessä 8.12 on esitetty kallion rikkonaisuusvyöhykkeet.
28 N n=325 Caltol.rsat Kuva 6. Rakojen korjatut kaadesuunnatlkaateet alapalloprojektiona. 1., 2., 4., 6., 4.4 Näytteen vöpaloituminen Näytteen viipaloitumista ei havaittu. 4.5 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Näytteistä määritettiin lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet noin 3 m:n välein ja runa pääkivilajin vaihtuessa Määrityksiä tehtiin 2 kpl. Kiillegneissistä oli 12 kpl näytettä, graniitista kuusi, tonaliitista kaksi. Nelipistetaivutuskokeita tehtiin yksi jokaisesta näytteestä. Pistekuormituskokeita tehtiin kaksi jokaisesta näytteestä. Kivilajille mittausarvojen hajontaa aiheuttaa suuntautuneisuusasteen vaihtelu ja lisäksi graniitille raekoon vaihtelu. Kivilajien lujuuksissa (yks. aksiaalinen puristusmurtolujuus) on eroa; kiillegneissin keskilujuus on 115 MPa, tonaliitin noin156mpaja graniitin noin 126 MPa. Tällöin kiillegneissi on lujuudeltaan noin 26 % heikompaa kuin tonaliitti. Kiillegneissin, graniitin ja tonaliitin keskimääräinen kimmokerroin on noin 46 GPa. Laboratoriokokeiden tulokset on esitetty taulukossa 5, jossa on myös laskettu lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien keskiarvot kivilajeittain. Puristuslujuus, kimmokerroin ja taivutuslujuus syvyyden funktiona on esitetty kuvassa 7.
29 -... 2. ca 175.... ca c.. 15. :!... c 125. cs ::::J t::: 1. :r -;; 75.,a E.!! E 5. 5 c.. -o--kimmokerroin (GPa] Puristuslujuus [MPa] - -- Taivutusvetolujuus [MPa] 1--------.- 4. 35. Ci c.. 3.!. Kuva 7. Puristuslujuus, kimmokerroin ja taivutusvetolujuus syvyyden funktiona kivilajeittain eroteltuna. Kiillegneissi on sininen, graniitti on punainen ja tonaliitti on keltainen. "' 25. ; - ::::J 2. ö -Q) 15. iii ::::J 1. :; > 5.. +----+------+----+----+----+-_J-.. 1. 2. 3. 4. 5. Syvyys [m]
3 Taulukko 5. Laboratoriokoetulosten yhteenveto. Kimmokerroin (E), Poissoninluku (v), pistekuormitusindeksiksi (Isso), yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus ( <rc) ja taivutusvetolujuus (Smax). Syvyys E V lsso lsso crc1 crc2 Smax Kivilaji m GPa MPa MPa MPa MPa MPa 11.2 73.9.31 4.55 4.74 19.19 113.83 4.38 KGN 41.1 52.84.33 4.37 5.1 14.79 12.18 1.96 KGN 68.7 34.12.22 6.61 6.18 158.53 148.27 8.92 KGN 96.8 37.4.17 4.38 4.24 15.4 11.86 9.75 GRAN 126.6 53.11.23 5.39 5.99 129.46 143.88 9.92 GRAN 155.5 49.29.28 3.35 2.86 8.37 68.64 8.52 KGN 185.1 52.54.26 5.79 6.45 138.99 154.87 18.24 KGN 214. 33.64.18 5.28 6.6 126.78 145.34 12.36 KGN 242.9 48.53.9 3.44 3.84 82.56 92.9 3.14 KGN 272.2 4.97.27 3.56 4.64 85.5 111.39 13.89 KGN 276.9 32.25.27 5.11 5.15 122.63 123.6 12.31 GRAN 36.1 52.4.19 5.15 4.24 123.6 11.86 6.57 GRAN 333.6 47.13.27 3.99 3.85 95.76 92.34 11.3 KGN 363.2 43.51.2 6.98 7.85 167.57 188.33 12.41 KGN 374.5 5.2.16 6.8 4.73 145.83 113.59 4.55 TON 42.9 4.78.26 4.52 4.49 18.46 17.72 11.23 KGN 432. 41.62.24 6.98 5.86 167.57 14.7 16.28 TON 461.5 3.2.19 5.5 4.38 121.16 15.4 12.1 KGN 489.3 34.27.14 6.12 6.46 146.81 155.11 6.83 GRAN 511. 66.7.34 5.53 6.11 132.64 146.56 13.56 GRAN keskiarvo 46.24.24 4.86 116.72 1.22 keskihaj. 12.32.7 1.6 25.43 4.2 kaikki keskihaj.% 27% 29% 22% 22% 41% keskiarvo 45.62.24 4.79 114.97 1.61 keskihaj. 11.63.7 1.2 28.74 4.5 KGN keskihaj.% 25% 28% 25% 25% 38% keskiarvo 45.92.22 5.28 126.7 9.82 keskihaj. 13.38.7.57 13.73 2.82 GRAN keskihaj.% 29% 33% 11% 11% 29% keskiarvo 45.91.2 6.53 156.7 1.42 keskihaj. 6.7.6.64 15.37 8.29 TON keskihaj.% 13% 28% 1% 1% 8% lujuuksllle on laskettu yhdistetty keskiarvo