8. Turpeen päällä olevien teiden kunnossapito

8.1. Johdanto

Tämä oppijakso käsittelee sellaisten teiden kunnossapitoa ja parantamista, joissa ongelmat littyvät turpeeseen. Jakso kokoaa yhteen myös pääasialliset menetelmät, joita tulisi käyttää tutkimuksissa, arvioinnissa ja töiden toteuttamisessa turpeen päälle rakennetuilla teillä.

8.2. Tutkimukset ja selvitykset

ROADEX suosittelee 5 portaista prosessia turpeelle rakennettujen kelluvien teiden parantamiseen: [Linkki 4.2. Design for a project level survey systems]

1. tunnista ongelma sopivalla tutkimusmenetelmällä

2. analysoi kerätyt tutkimustulokset

3. valitse sopivin parantamistoimenpide

4. valvo työn toteuttamista

5. tallenna ja jaa tulokset

Vaiheet 1-3 voivat maksaa 2-4 % projektin kokonaiskustannuksista riippuen töiden laajuudesta, mutta ovat aina käytetyn rahan arvoisia, sillä ne tuottavat pitkällä aikavälillä parhaan ratkaisun. Riittäviä resursseja tulisi aina kohdentaa menetelmiin, joilla voidaan varmistua siitä, että kaikki vaurioituneiden tieosien taustalla olevat ongelmat tulevat oikein diagnosoitua ja sopivin korjausratkaisu tulee valittua.

Tärkeä huomioitava seikka on myös se, että mikään kerätty tieto ei ole koskaan vain “kertakäyttö” investointi. Kerättyä dataa voidaan käyttää hyväksi monin eri tavoin monien vuosien ajan, ei pelkästään teiden suunnittelussa ja kunnostamisessa, vaan myös valmistuneen tierakenteen kunnon hallinnassa sen elinkaaren aikana. Kerättyä ja taltioitua tutkimusdataa voidaan jatkossa käyttää referessinä tulevissa projekteissa. Kerätyn historiatiedon määrää auttaa myös tunnistamaan kehityssuuntia, miten vauriot syntyvät ja kasvavat. Suositeltavaa on tallentaa kaikki kerätty informaatio yhdessä siihen linkitettyjen tietojen kuten GPS tai muiden paikkatietojen kanssa, jotta tietoja voidaan tarkastella ja arvioida yhteen linkitettynä myös tulevaisuudessa.

Kun kerätty tutkimustieto on paikallaan, seuraava vaihe “integroitu analyysi” voidaan aloittaa. Tämän avulla ymmärretään taustalla olevat ongelmat.

8.3. Integroitu analyysi

“Integroitu analyysi” yhdistää kaiken olennaisen tutkimustiedon (Kappale 6) yhteen paikkaan analyysia ja suunnittelua varten. [Linkki 4.1.11] Tutkimustiedon yhdistäminen tällä tavalla luo parhaan mahdollisen tilaisuuden ”diagnosoida” kohteen taustalla olevat ongelmat ja niiden syyt.

Yllä olevassa kuvassa on, ylhäältä oikealta lähtien:

• 2 maatutkakuvaajaa, joihin on tulkittu päällystekerrokset, penkereen paksuudet ja alla olevien maakerrosten paksuudet;
• Pudotuspainolaitemittausten tulokset;
• Kerätystä datasta tehdyt laskennat ja tulkinnat. Pintakantavuusindeksi (SCI), pohjamaan kantavuus (BCI), tien eri kerrosten luokittelu ja kokonaisriskiarviointi tutkittavalle tieosalle.

Kaikki tieto esitetään GPS koordinaatteihin sidottuna, jolloin kaikki data-analyysit voidaan tehdä kerralla ilman eri raporttien selaamista tai käyttämään eri tieosien toisistaan poikkeavia paikkannusjärjestelmien käyttöä. Tämä on ”integroidun analyysin” todellinen hyöty ja se tarjoaa merkittäviä säästöjä verrattuna tavallisiin menetelmiin ja analyyseihin. Lisäksi tiedettäessä vaurioiden tarkat sijainnit ja niiden syyt, voidaan kunnostamistoimenpiteet kohdentaa tarkalleen oikeaan paikkaan, mikä vähentää ylimääräistä työtä.

8.4. Tien kunnostustoimenpiteet turpeella

Missä tahansa tien kunnostamisessa turpeella ensisijaisena perusperiaatteena on olemassa olevien olosuhteiden parantamisen yrityksen lisäksi se, että ei tehdä mitään tie/turvetasapainoon vaikuttavaa, joka aiheuttaa lisää vaurioita. Tai yksinkertaisesti ‘ei tehdä lisää vahinkoa’.

Turpeella olemassa olevassa tiessä yksi positiivinen ominaisuus on se, että turve tien alla on normaalisti kuormittunut ajan saatossa ja sitä myötä kasvattanut lujuuttaan kyeten kantamaan tien painon. Tämä tilanne on myös painumisista kärsivällä tiellä. Tätä lujuuden kasvua, periaatteessa pitkäaikaista ”esikuormitusta”, tien alla olevassa turpeessa voidaan käyttää hyödyksi tien parantamisessa, kunhan ei tehdä mitään mikä aiheuttaa lisäkonsolidaatiota, ellei se sitten ole suunniteltua ja sen vaikutukset tiedettyjä ja hyväksyttyjä.

Työmaan käytännön järjestelyt vaikuttavat tietysti suuresti siihen, mitkä kunnostustoimenpiteet ovat mahdollisia:

• Liikenteen ohjaaminen – voidaanko tie sulkea, onko se riittävän leveä yhden kaistan liikenteelle, onko mahdollista saada väliaikainen kiertotie olemassa olevan tien rinnalle

• Toteutus – kuinka työt tehdään. Tien kunnostaminen käyttäen teräsverkkoa vaatii verkon asentamista koko tien leveydelle, noin 30 cm syvyyteen, ilman pitkittäistä saumaa. Tämä ei välttämättä ole mahdollista ilman suljettua liikennettä ja tällöin voidaan joutua rakentamaan olemassa olevan tien päälle ja hyväksymään, että painumia tulee tapahtumaan.

• Rakennuskoneet – kuinka raskas rakennusliikenne vaikuttaa tiehen. Työvaiheet tulee suunnitella tarkasti varmistaen, että tiellä on riittävä lujuus kantamaan suunnitellut rakentamistoimenpiteet.

Lopullinen valinta kunnostustoimenpiteen suhteen vaatii tasapainon löytämisen mahdollisten teknisten ratkaisujen ja niiden vaikutusten välillä.

8.4.1. Pohjaveden pinnan vaikutus

Normaalisti tasapaino turpeella syntyy tiepenkereen ja alla olevien materiaalien välille, kun turve huokosveden ylipaineen purkautumisen ja konsolidaation johdosta saavuttaa riittävän lujuuden kantaakseen tien. Tämä tasapainotila on tärkeä tien pitkäaikaiselle suorituskyvylle. Ja kun tasapaino on saavutettu, voi mikä tahansa tasapainotilaan vaikuttava tekijä vaikuttaa tie/turvetasapainoon ja aloittaa konsolidaation ja painumat uudestaan.

Pohjaveden pinnan alentamisella, esimerkiksi rakennettaessa uusi oja, voi olla sama vaikutus kuin lisättäessä painoa tiepenkereeseen. Kun turpeella olevan tien alla lasketaan pohjaveden pintaa, hydrostaattinen noste tielle vähentyy ja kuivaneen tien massasta aiheutuvat tehokkaat jännitykset kasvavat. Tämän johdosta suurempi kuorma välittyy alla olevalle turpeelle ja konsolidaatio sekä painumat käynnistyvät.

Yläpuolisessa esimerkissä pohjaveden pinnan laskeminen 1,0 metrillä aiheuttaa 8 kN/m2 kasvun turpeelle aiheutuvassa kuormassa. Pohjaveden pinnan laskeminen kohtuullisemman 0,5 m verran aiheuttaa 4 kN/m2 kasvun kuormassa. Nämä pohjaveden pinnan tason muutokset kestävät pitkään ja pengerkuorma muuttuu hitaasti samaa tahtia veden pinnan laskiessa. Pitkällä aikavälillä vaikutus on kuitenkin sama. Alla olevan turpeen kuorma kasvaa ja syntyy painumia.

Suositeltavin vaihtoehto on turpeen päällä olevilla teille on se, että alueen vakiintuneeseen hydrologiaan ei vaikuteta.

8.4.2. Ajoradan painumat ja niiden epätasaisuus

Turpeeseen liittyvät ongelmat ajoradoilla voivat näkyä useissa eri muodoissa; epätasaisena tien pintana, painumina ja epätasaisina painumina, pitkittäisinä ja poikittaisina halkeamina, reunavaurioina, päällysteen vaurioina, ym.

Tien vaurioiden peittäminen uudella materiaalilla toimii harvoin turvepohjamaalla, koska uusien kerroksien lisäpaino vain lisää turpeen kuormaa. Tämä aiheuttaa nopeasti lisää konsolidaatiota ja painumia sekä lisää vaurioita.

Esimerkkinä, tyypillinen 10 cm paksuinen materiaalin lisäys, riippuen käytetystä materiaalista, aiheuttaa tielle lisäkuormaa 1,5-2,0 tonnia/m2. Parempi vaihtoehto kerroksien ja painon lisäämisen sijaan on korvata olemassa olevat tien kerrokset jollain saman painoisella, jotta ei lisätä tiepenkereen painoa ja laukaista painumia. Turpeella olevan parannetun tien tulisi ideaalisesti olla kevyempi kuin mitä se oli ennen toimenpiteitä.Seuraavassa on esitetty kaksi esimerkkiä:

a) Tyypillinen tien kunnostusrakenne. Kun ongelma on rajoittunut rakennekerroksiin (kevyitä painumia, halkeamia, verkkohalkeamia), ja kunnostus voidaan toteuttaa tien olemassa oleviin rakennekerroksiin ilman uuden kuorman lisäämistä;

b) Kevyt rakenne. Kun ongelma on rajoittunut rakennekerroksiin (kohtuullisia painumia, halkeamia, muodonmuutoksia), ja kunnostus voidaan tehdä tien rakennekerroksiin käyttäen kevyitä rakennusmateriaaleja;

a) Tyypillinen kunnostusrakenne

Tyypillinen “ROADEX” kunnostusrakenne vaurioituneelle ajoradalle on:

1. vanhan kulutuskerroksen poisto
2. vanhojen materiaalien poisto (niin syvältä, että uudet rakenteet ovat mahdollisia, tässä esimerkissä 400 mm)
3. erottavan suodatinkankaan asennus
4. sitomattoman kantavan kerroksen levittäminen 100mm
5. uuden teräsverkon asentaminen
6. uusi kantava kerros 200 mm
7. uusi kulutuskerros 100 mm (tai uudet joustavat päällystekerrokset päällystetylle tielle)

Uuden tierakenteen materiaalien paino tulisi olla vähemmän tai yhtä paljon kuin tiestä poistettavien materiaalien paino. Tämän onnistuessa uusi kunnostettu rakenne aiheuttaa yhtä suuren tai pienemmän kuorman alla olevalle pohjamaalle kuin kunnostamaton tie aiheutti. Rakenteeseen asennettavan suodatinkankaan tulisi soveltua sen päälle levitettävän kantavan kerroksen materiaalille ja olla niin vahva, että se kestää uudesta kiviaineksesta siihen kohdistuvat pistemäiset voimat.

Käytettäessä kunnostettavassa rakenteessa teräsverkkoa (mikä on suositeltavaa) tulee verkkojen paino laskea mukaan rakenteiden painoon. Tierumpujen, putkien ja kaapeleiden päälle asennetut teräsverkot saattavat aiheuttaa vaikeuksia tuleville kunnossapitotoimenpiteille, joten näissä kohdissa niitä joko ei tulisi käyttää ollenkaan tai sitten niiden asennus on suunniteltava tarkasti tulevien ongelmien välttämiseksi.

b) Kevytrakenne

Kevyttä täyttömateriaalia käyttävää vaihtoehtoista tierakennetta voidaan myös harkita, jos tällaista soveltuvaa materiaalia on lähistöltä taloudellisesti saatavana. [Linkki ”Taulukko kevyttäyttömateriaaleista”]. Kevytmateriaali voi vähentää tien kokonaispainoa ja siten turpeen kuormitusta. Tyypillinen kevyt kunnostusrakenne on seuraavanlainen:

1. vanhan kulutuskerroksen poisto
2. vanhojen materiaalien poisto (syvyys määräytyy sen mukaan, kuinka paljon raskasta materiaalia on vaihdettava kevyempään, jotta tierakenteesta tulisi kevyempi)
3. erottavan suodatinkankaan asennus
4. uusi kevyt täyttömateriaali
5. peittäminen suodatinkankaalla
6. uuden kantavan kerroksen materiaalin levittäminen 100 mm
7. uuden teräsverkon asentaminen
8. uusi kantava kerros 200 mm
9. uusi kulutuskerros 100 mm (tai uudet joustavat päällystekerrokset päällystetylle tielle)

Oikein toteutettuna kevyellä rakenteella voidaan palauttaa tien tasaus sen aikaisempaan tasoon lisäämättä tierakenteen painoa, ja olosuhteiden salliessa tasauksen nosto on myös mahdollista. Uuden rakenteen kevyt materiaali tulisi suojata kevyelle täyttömateriaalille soveltuvalla suodatinkankaalla, joka on tarpeeksi vahva kestämään kantavan kerroksen materiaalista siihen kohdistuvat pistemäiset voimat.

Oikein toteutettuna kevyellä rakenteella voidaan palauttaa tien tasaus sen aikaisempaan tasoon lisäämättä tierakenteen painoa, ja olosuhteiden salliessa tasauksen nosto on myös mahdollista. Uuden rakenteen kevyt materiaali tulisi suojata kevyelle täyttömateriaalille soveltuvalla suodatinkankaalla, joka on tarpeeksi vahva kestämään kantavan kerroksen materiaalista siihen kohdistuvat pistemäiset voimat.

Siirtymäkiila

Nimeä siirtymävyöhyke käytetään paikasta, jossa tien pohjamaa vaihtuu kovasta pohjamaasta turpeeksi. Tällaisia vyöhykkeitä on kohdissa, joissa tie siirtyy turpeen päälle tai pois turvealueelta. Näille alueille syntyy usein ongelmia, ellei niitä käsitellä oikealla tavalla. Tehokas ratkaisu ongelmaan saadaan, kun kohtaan suunnitellaan hallittu siirtymä ”kovasta” ”pehmeään” alustaan, mikä mahdollistaa tien mukautumisen kantavuusolosuhteiden muutokseen aiheuttamatta siihen liian suurta painumaa ja halkeilua.

Tätä tarkoitusta varten kovalle pohjamaalle täytyy rakentaa siirtymäkiila ennen siirtymistä turpeelle. Alla on esimerkki tyypillisestä siirtymäkiilasta:

8.4.3. Penkereen painuma

Tässä osiossa käsitellään tyypillistä tien kunnostusongelmaa, painumien korjausta, käyttäen yleistä periaatetta, jossa ”ei aiheuteta lisähaittaa”. Tässä tapauksessa ongelma on syvemmällä kuin rakennekerroksissa ja kunnostamiseen liittyy osan tai koko tiepenkereen korvaaminen kevyellä materiaalilla.

Penkereen massanvaihto kevyellä materiaalilla

Massanvaihdossa kevyellä materiaalilla on sama perusperiaate kuin ”kevyessä kunnostusrakenteessa”. Tässä menetelmässä kiinnitetään kuitenkin enemmän huomiota vakiintuneen veden pinnankorkeuden ja penkereeseen kohdistuvan hydrostaattisen nosteen säilyttämiseen. Nämä voimat ovat ensisijaisen tärkeitä syntyneen tasapainon säilymisessä ja ehdotettujen muutosten vaikutuksia lopputulokseen tulisikin pyrkiä ymmärtämään mahdollisimman hyvin ennen toimenpiteisiin ryhtymistä.

Massanvaihto kevyellä materiaalilla tapahtuu seuraavasti:

1. vanhan kulutuskerroksen poisto
2. vanhojen rakennekerrosten poisto
3. vanhan kelluvan penkereen poisto (syvyys määräytyy sen mukaan, kuinka paljon vanhaa materiaalia on vaihdettu kevyempään, jotta tierakenteesta tulisi kevyempi)
4. suodatinkangas
5. korvaava kevyt materiaali
6. suodatinkangas
7. kantavan kerroksen materiaali 100 mm
8. teräsverkko
9. kantavan kerroksen materiaali 200 mm
10. kulutuskerros 100 mm (tai uudet joustavat päällystekerrokset päällystetylle tielle)

Penkereeseen on usein tarpeen tehdä täydellinen massanvaihto, jotta painon vähentämisellä saavutettaisiin mahdollisimman suuri hyöty. Uuden penkereen painon pienentyessä puoleen vanhan penkereen painosta tulisi uuden kunnostetun tien säilyä vapaana merkittäviltä painumilta tulevaisuudessa.

Menetelmän avulla voidaan myös nostaa tiepengertä, jos tiestä voidaan poistaa niin paljon painavaa materiaalia, että korkeutta kasvattavan kevyen materiaalin paino ei ylitä poistetun materiaalin painoa.Tähän tarkoitukseen voi soveltua hyvin paisutettu polystyreeni (EPS), koska se on ”superkevyttä”. ROADEX II raportissa: “Bearing Capacity Problems” ” on kuvattu useita EPS:llä toteutettuja kunnostushankkeita.

8.4.4. Tien leventäminen

Yleiset periaatteet tien leventämisestä on esitetty ROADEX IV raportissa “Tien leventäminen”.

Turpeen päällä kulkeva tie voidaan leventää kaivamalla pois turpeet tien vierestä ja rakentamalla uusi levennys alta paljastuneelle kantavalle maakerrokselle.

Tämä voi kuitenkin olla kallista, erityisesti syvän turvekerroksen päällä ”kelluvien” teiden tapauksessa, ja aiheuttaa vakavia ongelmia levennysten toimiessa salaojina ja alkaen kuivattaa tien alla olevaa turvetta aiheuttaen painumista, tiivistymistä ja muodonmuutoksia.

Esikuormitus on halvempi ja vähemmän haitallinen ratkaisu kelluvan vähäliikenteisen tien leventämiseen turpeella.

Kelluvan tien leventäminen esikuormittamalla

Esikuormittamalla tehtävä tien leventäminen on kuvattu alapuolella.

1. uuden sivuojan kaivaminen 10 m päähän vanhasta tiestä ja vanhojen ojien täyttäminen ylös kaivetulla turpeella
2. hienorakeisen materiaalin poisto tien pientareelta n. 200 mm syvyydeltä
3. suodatinkankaan asentaminen valmistellulle pientareelle ja uudelleenmuotoilu hyvällä materiaalilla
4. 5 m leveän vahvistekankaan asentaminen esikuormitettavan alueen alle
5. tien levennyksen kuormittaminen 1 m portaissa kunnes suunniteltu esikuormituksen korkeus on saavutettu
6. esikuormitus jätetään paikalleen 90 päiväksi ja tilannetta seurataan painumalevyjen avulla
7. ylimääräisen esikuormitusmateriaalin poistaminen, kun suunniteltu painuma on saavutettu
8. levennetyn tien rakennekerrosten rakentaminen

Menetelmä voi olla kustannustehokas vaihtoehto, jos tierakenne on käyttöikänsä aikana muodostunut niin vakaaksi, että se kestää uudet levennystyöt. Tällä menetelmällä tehtyjen levennysten suunnitteluprosessissa tarvitaan geoteknistä osaamista, jotta voidaan arvioida vaaditun esikuormituksen korkeus ja kesto sekä ennustaa tapahtuvan painuman todennäköinen määrä.

Ihanteellisesti uuden tien rakennekerrokset tulisi rakentaa kasvattamatta turpeen kuormitusta, kuten ”Tyypillinen kunnostusrakenne” kappaleessa 8.4.2. (a). Jos kuitenkin korkeampi tai painavampi tie on tarkoitus rakentaa levennetyn penkereen päälle, tulee kasvaneen kuormituksen vaikutukset ymmärtää.

Tämän tyyppisen tien leventämisen hyöty on myös se, että se voidaan yleensä toteuttaa olemassa olevalla tiellä vaikuttamatta liikennevirtoihin. Tyypillinen Ruotsin ja Islannin tiehallintojen tyyliin esikuormittamalla tehty tien leventäminen on esitetty alapuolella:

8.4.5. Vahvistettu päällyste

Kunnostustoimenpiteenä vahvistetun päällysteen rakentaminen vanhan päällysteen päälle voi olla hyödyllistä muodonmuutoksista ja halkeamista kärsivälle päällystetylle tielle, jos ajoradan painuma ei ole merkittävä ongelma. Sekä polyesteri- että teräsverkoilla vahvistettuja päällysteitä on käytetty onnistuneesti Skotlannin Ylämaan ja Irlannin vähäliikenteisillä teillä. Vahvistetun päällysteen perusrakenne on esitetty alapuolella:

1. muodonmuutoksista kärsineen ajoradan uudelleen muotoilu bitumilla sidotulla materiaalilla
2. uuden verkon asennus. Polyesteriverkot on kiinnitettävä liima-aineella suihkutettuun pintaan. Teräsverkot on naulattava kiinni
3. uusi bitumilla sidottu kulutuskerros 50-60 mm

Valokuva tyypillisestä vahvistetun päällysteen asennuksesta:

Tämä vahvistusrakenne lisää tien kuormaa ja tämän lisäkuorman vaikutukset tulisi arvioida suunnitteluvaiheessa, jotta ne olisivat tiedossa ennen rakentamisen aloittamista.

Kuvasta nähdään vahvistetun päällystekerroksen vaikutukset yksikaistaisella päällystetyllä tiellä Skotlannissa. Teräsvahvisteinen tieosa alkaa kohdasta 20540 m ja päättyy kohtaan 20640 m, mikä näkyy maatutkakuvaajassa alueella esiintyvänä vahvana heijasteena. Parannukset päällysrakenteen käyttäytymisessä nähdään pudotuspainolaitemittausten ennen hanketta mitattujen arvojen (mustat viivat) ja teräsvahvistuksen jälkeen mitattujen arvojen (punaiset viivat) eroista. Hankkeessa käytettiin Maccaferri “Roadmesh” -teräsverkkovahvistetta

Vahvistettu päällysteiden korvausrakenne

Jos olemassa olevat bitumiset kerrokset ovat riittävän paksuja jyrsittäväksi, voidaan päällysteen vahvistaminen toteuttaa ilman olemassa olevan tien painon kasvua. Tässä tapauksessa prosessi on seuraavanlainen:

1. bitumista päällystettä jyrsitään 100 mm
2. uuden verkon asennus. Polyesteriverkot on kiinnitettävä liima-aineella suihkutettuun pintaan. Teräsverkot on naulattava kiinni.
3. l uusi bitumilla sidottu kulutuskerros 50-60 mm