7. Rakentamismenetelmät

7.1 Johdanto

Tässä kappaleessa kerrotaan yhteenvetona yleisimmät rakentamismenetelmät turpeen päällä olevilla vähäliikenteisillä teillä. Lisätietoa menetelmistä on kerrottu ROADEX II-raportissa “Dealing with Bearing Capacity Problems on Low Volume Roads Constructed on Peat”..

Tien rakenteminen turpeelle voidaan jakaa neljään alaluokkaan:

7.2 Kiertäminen

7.3 Massanvaihto

7.4 Turpeen syrjäyttäminen/p>

7.5 Turpeen jättäminen paikoilleen

7.2 Kiertäminen

Yksinkertaisin menetelmä oltaessa turpeen kanssa tekemisissä, on sen välttäminen. Turvealue kierretään eikä mennä sen läpi. Tämä voi tuntua itsestään selvältä, mutta se joskus unohtuu tien linjauksen suunnittelussa, kun suunnittelun keskipiste on muissa asioissa. Olosuhteiden salliessa (suuntaus, ympäristö, talous, jne.) turvepehmeikön kiertäminen on järkevä vaihtoehto.

7.3 Massanvaihto

Turvepehmeikön kiertämisen lisäksi massanvaihto on turvallisin vaihtoehto tien rakentamiseen tai parantamiseen turvealueella. Tässä menetelmässä kaivetaan pois kaikki heikot materiaalit tielinjan alta aina tiiviiseen kerrokseen asti ja penger rakennetaan kovalle pohjamaalle, mieluiten omalta työmaalta saadusta karkeasta materiaalista.

Massanvaihto on luotettava rakentamismenetelmä, jos sitä on mahdollisuus käyttää. Sillä voidaan rakentaa tie turvealueen läpi minimaalisilla painuma- tai leikkausmurtumariskeillä, edellyttäen että turve kaivetaan kokonaan pois lujaan pohjamaahan asti. Näissä olosuhteissa uuden penkereen kantavuus on riippuvainen vain rakentamisessa käytettävistä menetelmistä ja materiaaleista. Useimmat uudet merkittävät tiet ROADEX maissa rakennetaan tällä menetelmällä.

Yleensä massanvaihto on kuitenkin taloudellinen vain matalammille turvepaksuuksille, missä pois kaivettavat määrät ovat todennäköisesti pieniä. ROADEX maista saadun kokemuksen mukaan yleisillä teillä taloudellinen raja massanvaihdolle on normaalisti noin 3-4 m syvyys. Todellinen taloudellinen syvyys tietyssä kohteessa riippuu paikallisista muuttujista, kuten turpeen tyypistä, turvealueen laajuudesta, täyttömateriaalin kustannuksista, läjitysalueiden saatavuudesta, jne. (Huom. Tuulivoimaloiden rakennuttajat Skotlannissa pitävät tällä hetkellä taloudellisena syvyytenä 1-1,5 metriä turvetta. ) Varmuudella voidaan sanoa, että yli 4 m kaivannoissa on enenevissä määrin vaikeuksia pitää turvekaivannon seinät vakaina.

Massanvaihdolla on myös omat haittapuolensa:

• Syvillä soilla paikalliset turvetaskut voivat jäädä kaivamatta. Nämä voivat aiheuttaa kantavuusongelmia ja painumia lopulliselle penkereellle;

• Jos turpeella on alhainen leikkauslujuus, kaivannon luiskat voivat olla epävakaita ja murtua kaivantoon ennen kuin se on täytetty. Tämä voi merkittävästi lisätä odotettavissa olevaa kaivamisen määrää;

• Kaivannon viereiset rakenteet ja rakennukset voivat vaurioitua sivutuen poistamisen jälkeen, jos niitä ei ole riittävästi suojattu;

• Kaivetulle turpeelle on löydyttävä soveltuvat läjitysalueet;

• Uusi penger voi toimia salaojakerroksena ja vaikuttaa alueen hydrologiaan

7.4 Turpeen syrjäyttäminen

Syrjäyttäminen voi olla mahdollista, kun kaivamalla tehty massanvaihto on sopimatonta turpeen syvyyden vuoksi. Pohjoista Periferiaa alueella on käytetty useita erilaisia syrjäyttämismenetelmiä, jotka on esitelty seuraavassa:

7.4.1 Syrjäyttäminen päätypengerryksenä

7.4.2 Osittainen kaivamalla tehty massanvaihto

7.4.3 Avustettu syrjäyttäminen

7.4.1 Pohjaantäyttö päätypengerryksenä ylipengerrystä käyttäen

Normaalisti syrjäyttämistä päätypengerryksenä käytetään silloin, kun korvattavan turpeen syvyys menee kaivamalla tehdyn massanvaihdon taloudellisen rajan yli ja suunnitellun tiepenkereen paino on riittävän suuri syrjäyttämään penkereen alapuolella olevan turpeen. Menetelmä sopii myös silloin, kun turve on lieju- ja savikerrosten päällä. Tässä tapauksessa turve kaivetaan pois ja pehmeä maa-aineskerros korvataan päätypengerryksenä tehtävällä syrjäyttämisellä. Menetelmää ei voida käyttää maan koostuessa vain kuituisesta turpeesta, sillä kuidut estävät syrjäytymisen.

Tässä menetelmässä vakiopenger rakennetaan turvemuodostuman reunaan asti. Tämän jälkeen massaa työnnetään penkereen päältä turpeen päälle. Kohdassa, jossa penger työntyy turpeen päälle, on normaalisti ylikuorma penkereen maa-ainesta, jolloin syrjäyttävän aineksen massa on mahdollisimman suuri. Penkereen ja ylikuorman yhdistetty massa aiheuttaa leikkausmurtuman penkereeen edessä olevassa turpeessa/pehmeässä maassa syrjäyttäen turpeen/pehmeän maan penkereen sivuille.

Päätypengerryksenä tehtävän syrjäytyksen huonona puolena on penkereen syrjäyttämästä maa-aineksesta muodostuvat aallot penkereen sivuilla ja edessä, jotka voivat estää syrjäytymisen jatkumisen. Lisäksi turpeen/pehmeiden maakerrosten liikkeillä voi olla vaikutusta lähistöllä oleviin rakenteisiin ja rakennuksiin, jopa jonkin matkaa siirtymän pääakselista mitattuna. Siksi ennen työn aloittamista pitäisi tunnistaa ja huomioida rakenteet ja rakennukset, jotka ovat lähempänä kuin 5 kertaa turpeen/pehmeän maakerroksen paksuus.

Turvekerrostumassa alkanut syrjäytyminen saadaan yleensä jatkumaan, kunhan turvekerroksen yläpuolisen penkereen korkeus pidetään vakiona lisäämällä lisää siihen materiaalia. Kuitenkin joissain yksittäisissä kohteissa voi olla välttämätöntä poistaa syrjäytynyt turve penkereen edestä syrjäytymisen jatkumiseksi. Ruotsissa suositeltu käytäntö syrjäytymisen jatkumiseksi on kaivaa pois ylimmäinen kerros turvetta (ks. osittainen kaivaminen kappaleessa 7.4.2). Syrjäytynyt turve penkereen molemmilla puolilla voi parantaa penkereen stabilititeettia toimimalla vastapenkereenä.

Kun syrjäyttäminen on valmis, ylikuorma jätetään normaalisti paikoilleen riittäväksi ajaksi (yleensä kuukausia) ja näin pakotetaan penkereen alle jääneet turvetaskut konsolidoitumaan. Tällä varmistetaan valmiin penkereen asettuminen paikoilleen ennen lopullisen tien rakentamista. Pengertä rakennettaessa saavutettavan syrjäytymisen määrä riippuu eri tekijöistä, jotka ovat kaikki toisistaan riippuvia:

• Uuden penkereen paino suhteessa alla olevan turpeen/pehmeän maalajin lujuuteen

• Penkereen muoto ja tilavuus suhteessa korvattavan turpeen/pehmeän maalajin syvyyteen ja tyyppiin.

• Tielinjan alapuolella olevan kovan pohjan topografia

• Muut paikalliset ympäristötekijät

Kaikki nämä tekijät on tunnistettava ja arvioitava, jotta syrjäytymisen laadusta voidaan varmistua.

Samoin kuin massanvaihdossa työn aikana tulee varmistua, että penkereen alle ei jää turpeen/pehmeän materiaalin taskuja. Päätypengerryksenä tehtävä syrjäyttäminen on soveltuvin menetelmä kun tiedetään, että alla olevan kovan kerroksen topografia sallii penkereen liikkumisen eteenpäin alamäkeen ilman, että turpeen/pehmeän maan taskuja muodostuu. Jos penkereen etenemissuuntaa voidaan ohjata ”alamäkeen”, on mahdollista estää tilanteita, joissa turvetta tai muuta materiaalia jäisi loukkuun penkereen alle.

Normaali käytäntö varmistaa syrjäytyksen onnistuminen on ottaa kairanäytteitä penkereen läpi syrjäyttämisen jälkeen. Havaittaessa mahdollisesti turpeen/pehmeän maan taskuja annetaan taskuille aikaa konsolidoitua ylikuorman alla tai pehmeä materiaali räjäytetään pois penkereen alta kriittisiin kohtiin asetettujen räjähteiden avulla.

7.4.2 Osittainen kaivaminen

“Osittainen kaivaminen” eroaa syrjäyttämisestä päätypengerryksenä siten, että turvetta kaivetaan pois uuden penkereen edestä toteutettavissa oleva määrä vähentäen syrjäytettävän materiaalin määrää. Huom. Jos tiellä on stabiliteettiongelmia, myös kaivinkone voidaan sijoittaa samalle puolelle kaivantoa kuin puskutraktori.

Menetelmää käytetään normaalisti leveiden penkereiden rakentamisessa siellä, missä alla oleva turve/pehmeä maa on paksua ja yli taloudellisen kaivamisrajan. Näissä olosuhteissa normaali päätypengerryksenä tehty syrjäyttäminen ei välttämättä toimisi, koska poikkileikkaukseen tuleva penkereen paino ei olisi riittävä syrjäyttämisen onnistumiseksi.

Osittainen kaivaminen on erityisen käyttökelpoinen menetelmä siellä, missä turpeen pintakerrokset ovat hyvin kuituisia tai puisia. Nämä kerrokset voivat toimia vahvisteena turpeelle ja vastustaa penkereen syrjäyttäviä voimia. Näissä olosuhteissa kuituiset kerrokset voidaan kaivaa pois ja jäljelle jäävä turve syrjäytetään penkereen ja ylikuorman avulla. Tätä menetelmää on käytetty onnistuneesti Suomessa 10-12 metrin syrjäyttämissyvyyksille.

7.4.3 Avustettu massanvaihto syrjäyttämällä

Siellä, missä massanvaihto syrjäyttämällä on vaikeaa, sitä voidaan joskus avustaa vähentämällä turpeen lujuutta vesisuihkulla tai räjäyttämällä.

Vesisuihkun avulla

Vesisuihkun avulla tehtävässä syrjäyttämisessä turpeen pohjaan työnnetään pitkä keihään muotoinen suutin, josta vettä suihkutetaan turpeeseen penkereen etureunan edessä. Tällöin turpeen vesipitoisuus kasvaa ja sen leikkauslujuus pienenee. Tämän jälkeen suutin vedetään hitaasti ulos turpeen pohjalta samalla vettä pumpaten. Tämä maksimoi vedellä käsitellyn turpeen määrän.

Räjäyttämällä

Räjäyttämällä tehty massanvaihto voidaan toteuttaa usealla tavalla:

”kaivannon räjäytys”

”toe shooting tekniikka”

ja ”täytön alapuolen räjäyttäminen”

Nämä menetelmät on kuvattu yksityiskohtaisesti ROADEX II-raportissa “Dealing with Bearing Capacity Problems on Low Volume Roads Constructed on Peat”..

7.5 Turpeen jättäminen paikoilleen

Tässä kappaleessa käsitellään menetelmiä, jotka hyödyntävät turpeen omaa lujuutta uuden tien kuormituksen kannattelemisessa. Näillä menetelmillä vältytään kuljettamasta isoja määriä täyttömateriaalia. Nämä menetelmät tulevat houkutteleen entisestään insinöörejä, kun budjetit teiden rakentamiseen pienenee ja vaaditaan kustannustehokkaampia ratkaisuja. Viimeaikaiset ympäristövaatimukset lisäävät myös argumentteja turpeen jättämisestä paikalleen.

Tässä kappaleessa käsitellään 5:ttä menetelmäryhmää, jotka hyödyntävät alla olevaa turvetta kuormaa kantavana kerroksena. Ne ovat:

7.5.1 Lujuuden parantaminen

7.5.2 Muunneltu kuormitus

7.5.3 Lujitteiden/vahvisteiden käyttö

7.5.4 Pystysalaojat

7.5.5 Paalutus

7.5.6 Stabilointi

Peat left in place = Turpeen jättäminen paikoilleen, Strength improvement = Lujuuden parantaminen, Preloading = Esikuormitus, Surcharging = Ylipenger, Stage construction = Vaiheittainen rakentaminen, Load modification = Muunneltu kuormitus, Profile lowering = Tasausviivan laskeminen, Pressure berms = Vastapenkereet, Slope reduction = Luiskien loiventaminen, Lightweight fill = Kevyt täyttö, Offloading = Kuormituksen keventäminen, Reinforcement = Vahvisteet, Geosynthetics = Geosynteettiset vahvisteet, Raft construction = Arinarakenteet, Vertical drainage = Pystysalaojat, Piling = Paalutus, Stabilisation = Stabilointi

7.5.1 Lujuuden parantaminen

Vaiheittainen rakentaminen tai vaiheittainen kuormittaminen

Vaiheittaisella rakentamisella tarkoitetaan, että tie rakennetaan kerroksittain tai “vaiheittain” ja jokainen kerros rakennetaan vasta sitten, kun alla oleva turve on riittävän vahva kannattelemaan sitä vaurioitumatta. Ensimmäinen kerros vaiheittaisessa rakentamisessa rakennetaan normaalisti riittävän paksuksi kestämään välitöntä työmaaliikennettä ja silti riittävän ohueksi, jotta ehkäistään alla olevan turpeen leikkausmurtumien muodostuminen.

Tämä tarkoittaa kuituisella turpeella sitä, että normaalisti työalustana toimiva turvallinen kuormitus ensimmäisessä vaiheessa on noin 20 kPa (noin 1 m soraa). Seuraavat kerrokset rakennetaan vasta sitten, kun 50–70 % primäärisestä konsolidaatiosta on tapahtunut tässä kerroksessa (kts. kappale 5). Samaa periaatetta käytetään uusille kerroksille ja lopulliselle väliaikaiselle ylikuormalle.

Vaiheittaiseen kuormitukseen soveltuvat ihanteellisesti kuituiset turpeet niiden erinomaisten lähtöominaisuuksien, kuten suuren kokoonpuristuvuuden ja vedenläpäisevyyden, ansiosta. Tekniikkaa voidaan hyödyntää myös amorfisilla turpeilla, mutta silloin eri vaiheiden väliset ajat ovat pidemmät. Normaalisti vaihettaisen kuormituksen nopeus määritellään turvekerroksen huokosveden häviämisnopeuden perusteella. Tämä voidaan arvioida turpeen perusominaisuuksista. Parhaiten arviointi tapahtuu kuitenkin seuraamalla painumaa painumalautasista tai lukemalla suoraan kentällä huokospainemittareista.

Vaiheittaisen rakentamisen aikana voi syntyä merkittäviä painumia. Nämä painumat tulisi tunnistaa jo suunnitteluvaiheessa ja niiden mahdolliset vaikutukset ymmärtää ja niihin tulisi varautua, jotta ne eivät tulisi yllätyksenä työmaainsinööreille. Esikuormitusta pidetään yleisesti kustannustehokkaana menetelmänä 4 m turvepaksuuksiin saakka. Menetelmää voidaan toki käyttää suuremmissakin paksuuksissa, mutta vaadittava ylikuormitus tulee olla suurempi ja halutun vaikutuksen saavuttaminen kestää pidempään.

Esikuormitus

Esikuormitus menetelmänä parantaa turpeen lujuutta kiihdyttämällä sen konsolidoitumista siten, että turve kestää suunnitellun kuormituksen aiemmin. Turve soveltuu hyvin esikuormitukseen, koska sillä on hyvin korkea vedenläpäisevyys luonnostaan ja se tiivistyy melko lyhyessä ajassa sitä kuormitettaessa. Periaate on suhteellisen yksinkertainen. Tarvittavaa kuormaa suurempi kuorma asetetaan turpeelle ja penkereen annetaan painua, kunnes se saavuttaa halutun painumatason. Kun tämä painuma on saavutettu, ylimääräinen kuorma poistetaan ja käytön aikainen kuormitus jää vahvistuneelle pohjamaalle.

Esikuormittamista ylipenkereellä pidetään yleisesti kustannustehokkaimpana menetelmänä tien rakentamisessa Pohjoisessa Periferiassa. Menetelmän tulokseksena saadaan niin kutsuttu ”kelluva” tie. Menetelmän käyttö rajoittuu normaalisti ohuisiin penkereisiin, jotka ovat lähellä luonnollista maanpintaa. Yleensä penkereen korkeus rajoittuu 2-3 m turpeen pinnan yläpuolelle. Ylipenger on usein rakennettu käyttäen välikaisesti varastoitavia rakennusmateriaaleja, kuten jakavan tai kantavan kerroksen materiaaleja, jotka on suunniteltu käytettäväksi muualla tiehen. Tällaisten ylipengermateriaalien käytöstä ei sen vuoksi aiheudu ylimääräisiä kustannuksia.

Halutun painuman saavuttamiseksi tarvittavan ylipenkereen suuruuteen vaikuttaa usea asia, kuten turpeen tyyppi ja syvyys, turpeen vesipitoisuus, pohjaveden pinnan taso, kuormituksen jakautuminen, jne. Jokaisen ylipenkereen rakentaminen on yksilöllistä ja vaatii geotekniset arviot stabiliteetistä, painumista ja lujuuden kasvusta. Ruotsissa saatujen kokemusten mukaan käytön aikaisen penkereen painon tulisi olla 80 % ylikuormituspenkereestä noste huomioon otettaessa. Tämä vastaa nimellisesti 25 % ylikuormitusta lopullisen penkereen painosta, kun noste on huomioitu. Hyvä esikuormitusmentelmä tähtää esikuormitusajan maksimointiin ja siihen, että purettava ylikuormitus on mahdollisimman suuri, mieluiten yli 0,5 m lopullisen tien pinnan yläpuolella.

7.5.2 Muunneltu kuormitus

“Muunneltu kuormitus” –ryhmä kattaa menetelmät, jotka vaikuttavat tien penkereen kuormituksen jakaumiseen niin, että se soveltuu paremmin olemassa olevan turpeen lujuudelle.

Tasausviivan laskeminen

Tasausviivan laskeminen tarkoittaa, että suunnitteluvaiheessa tielinjauksen pystysuuntaista sijaintia lasketaan alla olevan turpeen lujuuden mukaan (normaalisti ei enempää kuin 3m turpeen pinnan tason yläpuolella).

Tämä menetelmä voi olla erittäin kustannustehokas sekä käytetyn ajan että materiaalien suhteen ja varmasti harkitsemisen arvoinen toimenpide turvealueen ylittävissä projekteissa.

Vastapenkereet

Vastapenkereitä käytetään levittämään penkereen alaosaa, jotta penkereen kuormitus jakautuu laajemmalle alueelle ja varmuuskerroin liukumurtumaa vastaan kasvaa. Kuten kaikissa turpeen päälle rakennetuissa rakenteissa, vastapenkereen täytyy ensin täyttää omat stabiliteettiehdot. Se pitää rakentaa ja sen stabiliteetin riittävyyttä vaiheiden kaikissa tilanteissa on tarkkailtava.

Vastapenger leventää penkereen alaosaa ja tarjoaa vastapainon pääpenkereelle, mikä pakottaa yhdistetyn rakennelman murtoliukupinnan syvemmälle ja pidemmälle turvekerrokseen, jolloin kokonaisstabiliteetti parantuu.

Jotta vastapenger on toimiva, sen tulee olla riittävän leveä. Tällöin sen painopiste on tasapainottavalla puolella liukupintaa. Kaikki materiaalit, jopa kaivettu turve, kelpaavat vastapenkereisiin. Rakentaminen tapahtuu kuitenkin parhaiten, kun vastapenkereet rakennetaan samaan aikaan varsinaisen penkereen kanssa käyttäen samoja rakentamisperiaatteita.

Luiskien loiventaminen

Luiskien loiventaminen on samantapainen menetelmä kuin vastapenkereet. Sitä käytetään leveämmän penkereen aikaansaamiseksi ja kuorman jakamiseksi isommalle alueelle. Lisäksi sillä saadaan aikaan pidemmälle sekä syvemmälle turpeessa ulottuva potentiaalinen liukupinta.

Tässä menetelmässä penkereen sivuluiskia tasoitetaan loivempaan kaltevuuteen penkereen kokonaisleveyden kasvattamiseksi.

Kevytpenger

Kevyttä täyttömateriaalia käytetään normaalisti vähentämään penkereen kokonaispainoa ja sen myötä myös pohjamaahan kohdistuvia pysyviä jännityksiä. Kevyttäytöstä tehdyllä sydämellä rakennetut penkereet rakennetaan yleensä yhdessä konsolidaatiota ja painumaa kiihdyttävän väliaikaisen ylipenkereen kanssa.

Saavutettaessa suunnitelman mukaiset painumat ylikuormitus poistetaan ja viimeistelty penger jää vahvistuneelle pohjamaalle.

Normaalisti kevyitä täyttömateriaaleja käytetään vain osittaisena pengermateriaalin korvaajana niiden korkean hinnan vuoksi ja niiden käyttö rajoittuukin yleisesti osioille, joita ei voida rakentaa taloudellisesti muilla menetelmillä. Hyvän kevyen täyttömateriaalin tulisi keveyden lisäksi olla myös pitkäikäistä, rapautumista kestävää, ympäristöystävällistä sekä helppoa asentaa ja tiivistää. Lisäksi sillä tulisi olla myös hyvä puristuslujuus ja alhainen kokoonpuristuvuus. Pohjoisessa Periferiassa käytettäviä suosituimpia kevyttäyttömateriaaleja ovat:

Rakennettaessa pengertä turpeelle joidenkin kevyttäyttömateriaalien alhaiset tiheydet eivät aina ole hyödyllisiä, koska niiden alhainen paino voi aiheuttaa ongelmia nosteen kanssa. Näin erityisesti alueilla, jossa pohjavedenpinta on korkealla.

Suosituimmat kevyttäyttömateriaalit ovat kevytsora ja EPS. EPS:n suurin hyöty on sen pieni tiheys, 20 kg/m³. Yleensä sille annetaan kuitenkin suunnitteluarvoksi stabiliteetti- ja painumalaskelmiin 100 kg/m³, jolla otetaan huomioon ajan kuluessa tapahtuvaa veden absorboitumista. EPS-harkot ovat helppoja kuljettaa ja käsitellä (100 m³ asti voidaan kuljettaa yhdellä ajoneuvolla). Niiden ainoa haittapuoli hinnan lisäksi on niiden mahdollisuus herkkyyteen polttoaineen ja kemikaalien vaikutukselle. Tämä huomioidaan yleensä yksityiskohtaisessa suunnittelussa. Tietöissä käytetyn EPS:n puristuslujuudeksi vaaditaan yleensä 100 kPa, jolla rajoitetaan renkaiden alla tapahtuvaa päällysteen taipumaa. Valmistunut asennus peitetään normaalisti 100-150 mm paksulla raudoitetulla betonilaatalla, jonka päällä on 500 mm paksu kantava kerros. Näiden tarkoituksena on sitoa rakennelma yhteen ja tarjota lämpövarasto, jotta jäätymisolosuhteiden vaihtelut pakkaskeleillä eivät olisi niin suuret normaalin rakenteen ja EPS-rakenteen välillä.

Metsäteollisuuden sivutuotteena saatavia kevytmateriaaleja, kuten kaarnaa, puuhaketta ja sahanpurua, on säännöllisesti käytetty kevyttäyttömateriaaleina ROADEX-maissa koko Pohjoisen Periferian alueella. Nämä materiaalit peitetään normaalisti huonosti vettä läpäisevällä materiaaleilla, kuten savella tai pintamaalla, jotta ne pysyvät kosteina ja ulkoilman vaikutuksista eristyksissä. Jätettäessä metsäteollisuuden sivutuotteet ilman vaikutuksen alaisiksi ne voivat lahota ja väärin käsiteltynä olla alttiina palamiselle.

Keventäminen

“Keventäminen” tarkoittaa raskaan materiaalin poistoa olemassa olevasta tiestä ja sen korvaamista jollain kevyemmällä.

Keventämisen tarkoituksena on vähentää alapuoliselle turpeelle kohdistuvaa nykyistä kuormitusta. Normaalisti suunnittelijoiden tavoitteena on saavuttaa 1/2 tai 1/3 vähennys alkuperäisen penkereen kuormituksesta. Saavutettaessa tämä vähennys voidaan uuden tien odottaa olevan suhteellisen painumaton sen jäljellä olevan eliniän ajan.

7.5.3 Lujitteiden/vahvisteiden käyttö

Penkereitä voidaan lujittaa tai vahvistaa monilla erilaisilla materiaaleilla, joista jokaiseen liittyy oma tietty tekniikkansa. Tällä hetkellä penkereen lujittaminen on todennäköisesti yksi eniten muuttuvista alueista tien rakentamisessa ja uusia valmistajia sekä uusia materiaaleja ilmestyy jatkuvasti markkinoille. Tässä kappaleessa käsitellään kuutta erilaista lujiteryhmää:

1. Geotekstiilit
2. Lujiteverkot
3. Puuarinat
4. Betoniarinat/laatat
5. Galvanoidut teräslevyt
6. Teräsverkot päällystekerroksessa

1. Geotekstiilit

Geotekstiileistä ja niiden kahdesta käyttömenetelmästä, käyttö ohuella tiepenkereellä ja käyttö paksulla tiepenkereellä, on ollut paljon keskustelua. Yleisesti hyväksytään, että ohuilla täytöillä geotekstiiliä voidaan käyttää erottajana ja suodattimena ja nämä ominaisuudet tulisi olla materiaalien valintakriteereinä.

Mikäli kyseessä on paksumpi täyttö, geotekstiili tai lujiteverkko toimii enemmän todellisena lujitteena ja tällöin tulee valita kohteeseen soveltuva lujitemateriaalin laatu. Tällaisissa tapauksissa suunnittelijan on välttämätöntä selvittää, että geotekstiilin ja sen yläpuolella olevan täytön sekä sen alapuolella olevan pohjamaan välillä on riittävä kitka vastustamaan syntyviä voimia.

Lujitegeotekstiilin asentaminen ei tule vaikuttamaan pitkän aikavälin penkereen konsolidaatiopainumiin tai sen kokonaisvarmuuskertoimeen. Sillä on kuitenkin muutamia huomattavia lyhyen ja keskipitkän aikavälin etuja. Erityisesti sen etuna on, että se parantaa rakentamisen aikaista penkereen paikallista stabiliteettia vähentämällä täyttömateriaalin leviämistä pinnalla ennen kuin pohjamaa on riittävän vahva kannattamaan kuorman. Geotekstiili tulee kuitenkin ottaa huomioon vain väliaikaisena lisänä pohjamaan lujuuteen, jolla pohjamaalle annetaan aikaa saavuttaa tarvittavalujuus, joka kannattaa penkereen pitkällä aikavälillä.

2. Lujiteverkot

Lujiteverkkojen käyttäminen on yhä suositumpaa turpeen päälle rakennetuilla vähäliikenteisillä teillä, erityisesti tuulipuistoille johtavilla teillä [Linkki ”Kelluvat tiet turpeella””].Markkinoilla on monenlaisia, erimuotoisia ja eri materiaaleista valmistettuja lujiteverkkoja. Kaikki lujiteverkot toimivat verkon ja kiviaineksen välisen ”lukittumis” periaatteen pohjalta.

Lukittuminen muodostaa lujiteverkon ja kiviaineksen välille kerroksen, joka lisää kerroksen jäykkyyttä ja jakaa kuormia laajemmalle alueelle kuin mitä tie jakaisi ilman lujiteverkkoa. Lujiteverkolla lujitettu kelluva tie ei ole kuitenkaan painumaton, vaan lujiteverkko jakaa kuormia koko verkon leveydelle ja siten vähentää epätasaisia painumia heikkojen ja vahvojen kohtien välillä.

Avain tehokkaan lukkiutumisen saavuttamiseen on kiviaineksen koon ja muodon oikea suhde käytettyyn lujiteverkkoon nähden. Tämä riippuu, muiden tekijöiden lisäksi, lujiteverkon ja kiviaineksen suhteellisesta muodosta. Lujiteverkon ja kiviaineksen välillä tulee olla kitkaa niin että ne yhdessä muodostavat toimivan ja kantavan kerroksen. Siksi pyöreät sorat, moreenit ja isot kivet eivät yleensä sovellu lujitekerroksen materiaaleiksi. Jos kaivettu materiaali on riittävän kulmikasta ja suhteistunutta, se voi olla sopivaa lukittumiskerrokseen.

Yleensä kahden lujiteverkon järjestelmä saa aikaan jäykemmän tierakenteen kuin mitä yhdellä lujiteverkolla saadaan. Näin voidaan vähentää epätasaisia painumia turvealueilla. Jos vaarana on hienoaineksen kulkeutuminen kiviaineksen sekaan, tulee käyttää suodatinkangasta pohjimmaisen lujiteverkon alla. Pohjamaasta tuleva hienoaines voi huonontaa lujiteverkon ja kiviaineksen välistä lukittumista ja sen myötä vaikuttaa tien toimintaan. Suodatinkangasta tulisi käyttää jos pohjamaan hienoainesmäärä on yli 15 %

3. Puuarinat

Puuarinoiden rakentaminen on vanhin menetelmä turpeen päällä olevien penkereiden vahvistamiseen. Tekniikka on ollut käytössä kauan. Siinä toisiinsa kiinnitetystä paikallisesta puumateriaalista rakennetaan kerros turpeen pintaan. Kerros tukee ja jakaa penkereen kuormia turpeelle siihen asti kunnes alla oleva turve on saavuttanut riittävän lujuuden pystyäkseen kannattelemaan pengertä omillaan.

Aikojen saatossa on käytetty useita erilaisia puuarinatyyppejä aina risumatoista teräspultein kiinnitettyihin puutukkeihin. Kaikilla näillä menetelmillä on sama päämäärä; estää täyttömateriaalin painuminen ja leikkautuminen turpeeseen ja jakaa pengerkuormaa tasaisesti koko pinnan leveydelle.

Yksinkertaisin menetelmä on käyttää rakenne-elementteinä paikallisesti saatavilla olevia puumateriaalikimppuja (risuja). Nämä ladotaan vierekkäin turpeen pinnalle ja peitetään sopivalla täyttömateriaalilla.

Puurungoista tehdyt arinat ovat raskas versio risukimppuarinaan verrattuna, mutta penkereen pohjalla ne tarjoavat enemmän taivutusvastusta. Yksinkertaisimmassa muodossaan ne muodostuvat yhdestä kerroksesta vierekkäin ladottuja tukkeja, jotka ovat tielinjaan nähden oikeassa kulmassa.

Arina voidaan tehdä myös rakenteena, jossa tukit ladotaan kohtisuorasti toisiaan vastaan (yleensä tukkien välinen kulma on 60°) ja yhdistetään toisiinsa teräspultein.

Kokemus on osoittanut, että puuarinoiden tulee painua pohjavedenpinnan alle kuuden kuukauden aikana asennuksesta lahoamisen estämiseksi. Jos ne eivät painu veden pinnan alle, todennäköisesti puumateriaali lahoaa ja arina hajoaa.

Puuarinoita ei nykyään käytetä niin paljon kuin geotekstiileitä ja lujiteverkkoja Pohjoisessa Periferiassa, koska ne vaativat paljon työtä ja puu maksaa, mutta ne voivat olla kilpailukykyisiä jos sopivaa puumateriaalia on paikallisesti saatavilla. Niitä ei pitäisi kuitenkaan unohtaa, koska monet tiet Pohjoisessa Periferiassa ovat rakennettu puuarinoiden päälle ja nämä tiet tulevat vaatimaan ylläpitoa tai leventämistä tulevaisuudessa.

4. Betoniarinat/laatat

Skotlannissa ja Irlannissa 1920-luvulta 1950-luvulle käytettiin vahvistettuja betoniarinoita tai -laattoja hyvin menestyksekkäästi.

Ne rakennettiin yleensä sarjana 200 mm paksuja laattoja kaksinkertaisesti raudoitettuna ja reunavahvistuksilla. Lisäksi ne rakennettiin joko suoraan turpeen pinnalle tai jakavan kerroksen materiaalista tehdyn tasoittavan kerroksen päälle. Ne olivat jäykkiä rakenteita, paljon jäykempiä kuin muut vahvistavat rakenteet, kuten geovahvisteet tai puuarinat, ja vaativat erittäin vähän tien rakennekerroksia jakaakseen liikennekuormia. Monet näistä betonilaatoista ovat edelleen toiminnassa syvillä peittosoilla Pohjois-Skotlannissa ja tarjoavat vakaan kuormaa kantavan kerroksen myös nykyaikaiselle liikenteelle.

Nykyaikainen versio vahvistetusta betonilaatasta on kevyt vaahtobetonilaatta. Vaahtobetoni tehdään työmaalla lisäämällä vaahtoa aikaisemmin sekoitettuun betonilaastiin. Tämä tehdään sekoittamalla valittu vaahdotusaine veteen vaahdotuslaitteessa, jolloin saadaan ”esivaahtoa”. Esivaahto kaadetaan valmisteltuun betonilaastiin betoninsekoittimessa, jolloin saadaan vaahtobetonilaastia. Tämän jälkeen vaahtobetonilaasti voidaan siirtää paikalleen, mikä tehdään yleensä pumppaamalla se suoraan käyttökohteeseen. Vaahtobetonin puristuslujuus voi vaihdella 900 ja 1500 kg/m välillä ja se riippuu esivaahdon määrästä ja lopullisen materiaalin sementtipitoisuudesta.

5. Galvanoidut teräslevyt

Viimeaikoina uutena vaihtoehtona turpeella käytetyissä vahvisteissa ovat olleet galvanoidut teräspoimulevyt.

Tähän mennessä menetelmää on käytetty vain metsäautoteillä Suomessa ja Venäjällä, mutta tulokset näyttävät riittävän lupaavilta, jotta sitä voitaisiin kokeilla myös yleisillä vähäliikenteisillä teillä.

Normaalisti käytetään 7 mm paksua poimutettua teräslevyä, joka on päällystetty sinkillä korroosion keston parantamiseksi. Levyt voidaan asentaa poikittain tai pitkittäin tielinjaan nähden. Poikittain asentamista pidetään parempana kantavuuden ja urautumisen estämisen kannalta, kun taas pitkittäin asennetut levyt näyttävät olevan parempia pitkittäisten painumien ja routanousujen estämisessä.

6. Teräsverkko päällysteessä

Päällysteen vahvistamista teräsverkkoa käyttäen on tutkittu EU:n REFLEX projektissa “Reinforcement of Flexible Road Structures with Steel Fabrics to Prolong Service Life” (1999-2002). Tämän projektin tavoitteena oli kehittää tekniikoita tien parantamiseen ja kunnostamiseen, käyttäen teräsvahvisteita parantamaan teiden elinkaarikustannuksia ja lisäämään päällysteen kestoikää.

ROADEX suosittelee teräsverkon asentamista tierakenteen alempiin osiin aina silloin, kun tietä rakennetaan turpeen päälle. Tämä jäykistää rakennetta ja parantaa sen kuorman jakamiskykyä sitomalla rakenteen yhteen. Teräsverkon tulisi jatkua poikittaissuunnassa koko tien leveyden yli ilman jatkoksia (eli tielinjan suuntaisia saumoja ei saisi olla). Kokemus on osoittanut, että halkeamia kehittyy näihin jatkoskohtiin sekä verkon päihin. Tämän vuoksi suunnittelijan tulisi varmistaa verkon jatkuvuus tien koko leveyden yli. Tien poikittaiset saumat voidaan joko limittää tai olla limittämättä. Suomessa saumoja ei limitetä, Skotlannissa ne limitetään joskus. Rumpujen, putkien tai kaapeleiden päällä olevat teräsverkot voivat aiheuttaa ongelmia tuleville huoltotoimenpiteille, joten teräsverkkoja tulisi välttää näissä kohteissa tai kohteet tulisi suunnitella huolellisesti, jotta ongelmia ei tulevaisuudessa ilmaannu.

7.5.4. Pystysalaojat

Pystysalaojien ensisijainen tehtävä on lyhentää huokosveden ylipaineen purkautumiseen kuluvaa aikaa ja nopeuttaa primäärisen konsolidaation kautta tapahtuvaa lujuuden kasvua.

Asennus tapahtuu normaalisti siten, että kuivatuselementit (yleensä geotekstiililiuskoja) painetaan suojaputken avulla alas maahan. Suojaputki nostetaan lopuksi ylös ja pystyoja jää paikalleen.

Yleensä pystyojitus on tarpeellista vain amorfisille turpeille ja erityisesti silloin, kun turpeen alla on paksu savikerros. Kuituisilla turpeilla ylimääräiset huokosvedenpaineet häviävät yleensä riittävän nopeasti ilman pystyojitustakin.

Normaalissa asennuksessa ensin rakennetaan kerros rakeista kuivatusmateriaalia turpeen pintaan toimimaan sekä työalustana että vaakasuorana salaojakerroksena lopullisessa rakenteessa. Pystyojat asennetaan tämän kerroksen läpi kolmio- tai neliömuodostelmassa. Näistä neliömuodostelma on yleensä helpoin hallita, mutta siinä on pidempi kuivatusmatka neliöitten keskeltä.

Kun maa-aines painuu, liuskapystyojat taipuvat mutkalle. Normaalisti kuivatus- ja konsolidaationopeuden laskennassa käytetään ”taipuneen pystyojan johtokykyä”. Sen oletetaan yleensä olevan noin 75 % pystyojan normaalista johtokyvystä.

7.5.5. Paalutus

Paalutusta ei normaalisti käytetä vähäliikenteisten teiden rakentamisessa, ellei painumien hallinta ole erityisen tärkeää. Menetelmän aloitus-, siirto- ja käyttökustannukset ovat suuret, joten se on omimmillaan vain sillanrakentamisessa ja painumavaatimusten ollessa normaalia ankarammat. Turpeella tehdyssä paalutuksessa on tähän mennessä käytetty vain esivalettuja betonipaaluja. Näitä paaluja voi liittää toisiinsa turpeen paksuuden mukaan (yli 15 m) ja niitten liittämisessä käytetään erilaisia menetelmiä, kuten kierreliitoksia, kiilaliitoksia ym. Liitoksen tulee olla yhtä vahva kuin itse paalu ja sillä tulee olla sama taivutusvastus, jotta liitoksesta ei muodostu heikko kohta paaluun.

Porapaalut kasvattavat suosiotaan Pohjoisessa Periferiassa. Niitten tuotantonopeus on hyvä ja ne voivat olla erittäin kilpailukykyisiä. Porapaalut rakennetaan poraamalla ne maahan haluttuun syvyyteen ontolla poralla, joka tukee reiän sivuja maa-aineksen ollessa poran sisällä. Kun haluttu syvyys saavutetaan, hiekka-sementtilaastia pumpataan alas poran onton keskiosan läpi samalla nostaen poraa ylös reijästä. Heti, kun pora on nostettu ylös reijästä, asennetaan raudoistus. Porapaaluja on saatavilla 300-900 mm halkaisijoissa ja ne voidaan asentaa 30 m syvyyteen.

Paalutyypistä riippumatta, turpeella paaluryhmien pinnalle jäävät kärkiosat viimeistellään yhdellä kolmesta eri tyypistä: jatkuvalla betonilaatalla, yksittäisillä betonisilla paaluhatuilla tai geotekstiilin ja betonisen paaluhatun yhdistelmällä.

Normaalisti hyvän käytännön mukaisesti vaaditaan, että paaluryhmä on itsensä kannatteleva eli se kannattelee itsensä ilman että paalujen välissä on turvetta sivutukena. Kallistettuja ”vinopaaluja” käytetään antamaan vaakasuuntaista tukea, kun paaluille odotetaan kohdistuvan vaakasuuntaisia voimia. Suomessa käytetään kahta tai kolmea riviä vinopaaluja kaikissa paalutetuissa penkereissä, koska ajatellaan, että tulevaisuudessa tulevat kuormat ympärillä olevalle turpeelle voivat aiheuttaa vaakasuuntaisia voimia paaluille.

Geosynteettisiä kankaita voidaan myös käyttää paalujen päällä ja eri suunnitteluperiaatteiden mukaan voidaan valita paaluhattujen mukaan sopivan vahvuinen geosynteettinen kangas, jolla saadaan rakennettua jäykän betonilaatan sijaan “kuormaa siirtävä kerros”.

Kuormaa siirtävässä tai jakavassa kerroksessa on yleensä yksi tai useampi kerros geosynteettisiä kankaita, joiden sisällä on kiviainesta. Tämä kerros asennetaan paaluhattujen päälle, tulevan penkereen alle. Kun penger rakennetaan kerros kerrokselta tämän kuormaa jakavan kerroksen päälle, tapahtuu paaluhattujen ympärillä maan kaareutumista, jolloin pengerkuormia siirtyy paaluille ja niiden kautta alas kovaan pohjamaahan.

Puupaaluja on menneisyydessä käytetty vähäliikenteisillä teillä ja viime aikoina niiden suosio Ruotsissa painumien hallinnassa on kasvanut savella ja siltillä. Tämän vuoksi nitä voitaisiin käyttää samaan tarkoitukseen kohteissa, joissa turpeen alla on savea tai savista silttiä.

Puupaaluja on käytetty myös metsäautoteillä, missä halvan puuaineksen saanti suoraan työmaalta tekee menetelmästä erittäin houkuttelevan ja kustannustehokkaan.

7.5.6. Massastabilointi

Massastabilointi on suhteellisen uusi menetelmä tien rakentamisessa turpeella ja tähän päivään mennessä vain Suomi ja Ruotsi ovat kokeilleet menetelmän käyttöä Pohjoisen Periferian alueella. Menetelmää on tähän mennessä käytetty parantamaan pohjamaan lujuutta kantavuuden kasvattamiseksi ja lisäämään penkereen stabiliteettia. Menetelmällä voi kuitenkin olla myös toissijainen hyöty painuma-ajan ja painuman suuruuden pienentämisessä. Tätä ei ole vielä täysin tutkittu.

Massastabiloinnin periaate on suhteellisen yksinkertainen.

Heikko turve sekoitetaan sideaineen (yleensä sementtinen) kanssa mekaanisella sekoituskoneella, jolloin saadaan aikaan vahvempi ja jäykempi stabiloitu lohko. Prosessin aikana kuivaa sideainetta syötetään sekoituspäähän paineilman avulla ja sekoituspää pyörii ja liikkuu pysty- sekä vaakasuuntaisesti turvemassan läpi. Sideaine reagoi kemiallisesti turpeen huokosveden kanssa ja kovettuu muodostaen yhtenäisen massan.

Tähän mennessä massastabilointiprojektit Pohjoisessa Periferiassa on toteutettu käyttäen sekoituskonetta, joka on kiinnitetty kaivinkoneen kauhaan. Tyypillinen stabiloitu ”lohko” tien parannuksissa on normaalisti 8-10 m2 alaltaan ja 3-5 m syvä. Stabiloitavan maamassan päälle kuormataan yleensä 0,5-1 m täyttömateriaalia heti sideaineen sekoitettua, jotta stabiloitava materiaali tiivistyy ja sen lujuus kasvaa. Kuormattu materiaali toimii myös työskentelyalustana stabilointikoneelle sen sekoittaessa seuraavaa lohkoa.

Stabiloidun maan lujuus riippuu käytetyn sideaineen tyypistä ja määrästä sekä maa-aineksen ominaisuuksista. Tyypillinen suljettu leikkauslujuus stabiloidulle turpeelle on normaalisti 50-150 kPa. Alapuolella oleva kuva esittää tyypillisiä turpeen ainesosien tilavuusmääriä eri vaiheissa stabilointiprojektia. Nämä arvot mitattiin Ruotsalaisessa Sw7 rakennushankkeessa tiellä nro 44 Uddevallan ja Trollhättan välillä.

7.6. Kustannusten vertailu

Kuten aiemmin on jo todettu, lopullisen valinnan käytettävän menetelmän suhteen määrittää aina useat eri tekijät. Huomioon otettavia asioita ovat ympäristötekijät, rakennettavuus ja valmiin tien vaatimukset. Kustannukset ovat kuitenkin aina huomioon otettava asia ja seuraava taulukko Ruotsista antaa osviittaa joidenkin saatavilla olevien menetelmien suhteellisista kustannuksista.

Nämä eri menetelmät antavat kuitenkin hyvin erilaisen lopputuloksen ja tien kunnossapidon kustannukset vaihtelevat suuresti riippuen, millainen tie on lopputuloksena. Eri turpeelle rakennettujen tietyyppien suhteellisten kunnossapitotarpeiden suuruus on tämän luennon laajuuden ulkopuolella. Tehtäessä päätöksiä turpeelle rakennettavista teistä voidaan kuitenkin sanoa, että yksi huomioitavista seikoista tulisi olla todennäköiset tulevaisuuden kunnossapitotarpeet.