Pystyojitusta painopenkereellä käytetään pääsääntöisesti esikuormitusajan nopeuttami-seen. Pystyojituksen tyypillinen rakenne on esitetty kuvassa 4.5.1. Käytössä olevat pystyoja-nauhat on yleensä valmistettu synteettisistä materiaaleista, mutta kansainvälisesti on pys-tyojitusta tehty myös porattaviin reikiin asennetun hiekan avulla tai esivalmistetuilla hiek-kaojilla (engl. sandwick). Taulukossa 4.5.1 on esitetty erilaiset pystyojatyypit ja tyypilliset suunnitteluparametrit. Suomessa ei hiekkapystyojitusta ole juuri käytetty (Tielaitos 1994).
Pystyojanauhoja voidaan tyypillisesti asentaa noin 30 m syvyyteen, mutta kansainvälisesti on päästy myös 60 m asennussyvyyteen. Maaperän ollessa hyvin heikkoa tulisi painopenke-reen sijassa käyttää vakuumikuormitusta (Han 2015).
Taulukko 4.5.1: Pystyojitukset ja niiden tyypilliset suunnitteluparametrit. (Han 2015).
Pystyojan
tyyppi Asennusmenetelmä Ojan
halkaisija, m k/k-väli
m Maksimi- pituus, m Hiekkaoja
Puristetaan tai tärytetään alhaalta
suljettu putki 0,15 … 0,60 1 … 5 < 30
Porataan putki 0,30 … 0,50 2 … 5 < 35
Huuhdellaan vesipaineella 0,20 … 0,30 2 … 5 < 30 Esivalmistettu
hiekkaoja (”sand-wick”)
Puristetaan tai tärytetään alhaalta
suljettu; porataan putki 0,06 … 0,15 1 … 4 < 30 Pystyojanauha Puristetaan tai tärytetään alhaalta
suljettu putki 0,05 … 0,10 1 … 3,5 < 60
Kuva 4.5.1: Painopenkereellä toteutetun pystyojituksen periaateratkaisu (Tielaitos 1994).
Juhola (1967) esitetyssä esimerkissä painuu 20 m paksu savikerros 100 vuotta, mutta pys-tyojituksella voidaan vastaava konsolidointiaste saavuttaa jo 2–3 vuodessa. Pystyojituksen esikuormitusajan nopeutusvaikutus perustuu siihen, että pystysuoraan asennettujen nau-hojen avulla huokosveden virtausmatka kuormitetulta alueelta on pienempi verrattuna vir-tausmatkaan luonnontilaisessa maaperässä (Tielaitos 1994). Huokosvesi kulkee pystyoja-nauhoihin ja siitä eteenpäin joko pystyojanauhaa pitkin ylös tai alas, riippuen olosuhteista (Han 2015). Siltit, hienot hiekat ja suhteistuneet kitkamaat ovat herkkiä sisäiseen eroosioon ja voivat aiheuttaa pystyojanauhojen tukkeutumista (Tielaitos 1994). Pystyojanauhojen asennuksessa täytyy olla myös riittävän korkea vapaa tila alueen yläpuolella asennuskalus-ton tilantarpeen takia.
Suunnittelu
Suunnittelun lähtötiedoksi tarvitaan pitkälti samoja tietoja kuten painopenkereellä toteute-tun esi- ja ylikuormituksen suunnittelussa. Suunnittelun aikana selvitetään pystyojanauho-jen asennussyvyys sekä pystyojanauhan tyyppi. Pystyojanauhat asennetaan tyypillisesti ne-liö- tai kolmioverkkoon (Kirsch & Bell 2014). Pystyojanauhan valinnassa tulisi varmistaa nauhojen pitkäaikainen toimivuus maaperän pidätys-, kuivatus- ja tukkeutumiskestävyys-vaatimusten osalta. Tämän lisäksi pystyojanauhoissa voi olla rajallinen vedenjohtokapasi-teetti, mikä voi aiheuttaa veden huokosvirtaukseen vastusta. Huokosveden virtaus saattaa erityisesti heikentyä, jos painumat ovat suuria ja nauha deformoituu. Pystyojanauhojen asennuksesta seuraa maaperän häiriintyminen nauhojen ympärillä ja siitä aiheutuvaa ma-talampi vedenläpäisevyys tulisi huomioida myös mitoituksessa. Pystyojanauhan tulisi tää myös asennusaikaiset vetorasitukset ja tarvittaessa käyttöajalle riittävä kemiallinen kes-tävyys. (Han 2015). Mitoituksessa määritetään pystyojanauhoille tarvittava jakoväli, arvioi-daan maapohjan painumat ja laaditaan kuormituspenkereelle työsuunnitelma. Pystyoja-nauhoja ei tulisi asentaa liian lähelle toisiaan maaperän häiriintymisen ja siitä johtuvan pie-nemmän vedenläpäisevyyden takia. Käytännössä pystyojanauhojen minimiasennusväli on 0,7–0,8 m. Kuormituspenkereen suunnittelu vastaa pitkälti kuormituspenkereen suunnit-telua ilman pystyojanauhoja (Kirsch & Bell 2014).
Rakentaminen
Pystyojanauhojen asennukseen käytetään tarkoitukseen muunneltua paalutuskalustoa tai hieman uudempana menetelmänä pitkällä mastolla varustettua kaivinkonetta, jossa vaijerin avulla painetaan suojaputki maaperään (Vunneli 2021). Asennusyksikköön kuuluu paalu-tuskone, nauhan kulkuratayksikkö ohjausrullineen, asennukseen käytettävä suojaputki sekä pystyojanauharulla. Suomessa päästään tyypillisellä kalustolla noin 20 m asennussyvyyteen.
Pystyojanauhat asennetaan suojaputken ympyröimänä maahan. Kuvassa 4.5.2 on esitetty pystyojanauhojen asentamisen työvaiheet ja asennuskoneen osat. Maa-aineksen pääsy suo-japutkeen estetään tyypillisesti ankkuritangolla tai ankkurilevyllä. Suojaputken ja ankkuri-ratkaisun pinta-alan tulisi olla mahdollisimman pieni maaperän häiriintymisen rajoitta-miseksi. Pystyojituksen työteho on 90-luvulla ollut 6000–10 000 jm/työvuorossa. (Tielaitos 1994). Kuvassa 4.5.3 on esitetty tyypilliset ratkaisut ankkuritangolle ja ankkurilevylle.
Kuva 4.5.2: Pystyojanauhojen asentamisen työvaiheet (mukaillen GSSB 2021).
Kuva 4.5.3: Pystyojanauhojen yleisimmät ankkuriratkaisut (mukaillen Kirtch & Bell 2014).
Käyttömäärät Suomessa
Pystyojitusta on aikaisemmin käytetty paljon tierakentamisessa ja lentokenttärakentami-sessa, mutta nykypäivänä käyttö on harvinaista. Menetelmää on käytetty esimerkiksi 50-luvulla Tarvon tiellä Espoossa Kirkkojärven kohdalla, 60-50-luvulla välillä Veikkola-Lohjan-harju (Eklund & Solovjew 1974), Turun maantien nro 189 rakentamisessa 80-luvulla,
Pikku-Huopalahdessa 90-luvulla (Tielaitos 1994) ja Turun lentokentän ja Espoon Leppävaaran ur-heilukentän pohjanvahvistuksissa (Rantamäki & Tammirinne 1984). Pystyojitusta on myös käytetty Helsinki-Vantaan lentoaseman III kiitotien rakentamisessa 1997–2002 hyvällä me-nestyksellä (Kohonen 2007). Viimeisin tiedossa oleva käyttökokemus on 2019–2020 raken-netun Klaukkalan ohikulkutien työmaalla (Pietikäinen 2021). Pätsi (2021) toteaa, että me-netelmä on ollut suosittu 60–80-luvulla, mutta suosio hiipunut nykyisin. Vunneli (2021) ei ole menetelmää käyttänyt viimeisen 20 vuoden aikana. Menetelmä ei hänen mukaansa myöskään ole ollut viime aikoina saapuneissa tarjouspyynnöissä. Vunnelin (2021) mu-kaansa pilaristabilointi on syrjäyttänyt pystyojituksen, koska menetelmä on tyypillisesti ko-konaistaloudellisesti edullisempi. Nykypäivänä hankkeissa ei myöskään ole aikaa odottaa painumia. Viime aikoina pystyojanauhoja käytetty paalutuksen yhteydessä purkamaan huo-kosveden ylipainetta. (Vunneli 2021). Pätsin (2021) mukaan pystyojituksen laajempaa käyt-töä voivat rajoittaa myös huonot aikaisemmat käyttökokemukset, jossa syynä huonoon ko-kemukseen on saattanut olla mm. liian lyhyt esikuormitusaika, jolloin riittävää konsolidaa-tioastetta ei ole saavutettu ennen rakentamista.
Hiilijalanjälki
Painopenkereellä toteutetun pystyojituksen päästölaskennassa on huomioitu kalliomurs-keen ja pystyojanauhojen valmistuksesta johtuvat päästöt, kalliomurskalliomurs-keen ja pystyojanau-hojen kuljetuspäästöt, pystyojanaupystyojanau-hojen asennuspäästöt ja penkereen asennuksen, tasauk-sen ja tiivistyktasauk-sen päästöt. Pystyojanauhoja valmistetaan ulkomailla. Pystyojanauhojen kul-jetuspäästöissä on huomioitu tieliikennepäästöt ja laivaliikennepäästöt. Painumaksi on ole-tettu 20 % pehmeikön paksuudesta.
Kuvassa 4.5.4 on esitetty painopenkereellä toteutetun pystyojituksen päästöt tierakenteen pohjanvahvistuksena. Tuotteiden ja materiaalien valmistusvaiheen päästöt ovat noin 60 % kokonaispäästöistä. Pystyojanauhojen osuus tuotteiden ja materiaalien päästöistä on noin 20 % ja loput ovat kalliomurskeesta. Kuljetusten osuus kokonaispäästöistä on noin 25 % ja työsuoritteiden osuudet ovat noin 15 %. Kuvassa 4.5.5 on esitetty pystyojituksen ja penke-reen materiaalien, kuljetusten ja työsuoritteiden päästöt. Nauhapystyojien asennustyöstä tuleva päästö on suunnilleen yhtä suuri kuin koko penkereen rakentamisen ja tiivistämisen päästöt tapauksessa, jossa asennustiheys on 0,8 m ja noin puolet siitä, jos asennustiheys on 1,2 m. Nauhojen asennustiheyden kasvattamisella 0,8 metristä 1,2 metriin vähentää koko-naispäästöjä noin 13 %. Vastaavankokoinen kokonaispäästöero on Pohjois-Helsingin ja Jy-väskylän esimerkkikohteiden kuljetuspäästöillä. Pehmeikön syvyyden kasvaessa nousee pai-numien tasoittamiseen tarvittavan kalliomurskeen ja pystyojanauhojen määrä. Kuvassa 4.5.6 on esitetty pehmeikön syvyyden vaikutus kokonaispäästöihin ja kuvassa 4.5.7 esikuor-mituspenkereen korkeuden vaikutus kokonaispäästöihin. Tyypillisissä käyttökohteissa on esikuormituspenkereen korkeudella isompi vaikutus kokonaispäästöihin kuin pehmeikön syvyydellä. Esikuormituspenkereen korkeuden vaikutus päästöihin korostuu esimerkkitie-rakenteessa penkereen luiskaan tarvittavan kalliomurskeen takia.
Kuva 4.5.4: Painopenkereellä toteutetun pystyojituksen päästöt tierakenteen tapauksessa.
Kuva 4.5.5: Painopenkereellä esikuormitetun pystyojituksen päästöihin vaikuttavien tuottei-den ja materiaalien (A1-A3), kuljetusten (A4) ja työsuoritteituottei-den (A5) päästöt tierakenteessa Pohjois-Helsingissä.
Kuva 4.5.6: Syvyyden vaikutus painopenkereellä toteutetun pystyojituksen päästöihin tiepenkereen (vasen) ja kentän (oikea) pohjanvahvistuksena.
Nauhojen jakoväli 1,2 m
Helsinki
Nauhojen jakoväli 0,8 m
Helsinki
Nauhojen jakoväli 1,2 m
Jyväskylä
Nauhojen jakoväli 0,8 m
Jyväskylä
A5 Työsuoritteet 137,5429361 203,2429188 137,5429361 203,2429188
A4 Kuljetukset 306,4199262 315,9685182 158,7048274 170,3477038
A1-A3 Tuotteet ja materiaalit 491,9214931 536,4483594 491,9214931 536,4483594 3000
600900 1200
Päästö kg CO2e/penger-m
492306138
536316
asennus Pengerrys Tasaus Tiivistys
A1-A3 A4 A5
Päästö kg CO2e/penger-m Pystyojanauhojen jakoväli k/k on 0,8 m
0
Päästö, kg CO2e/penger-m
Pehmeikön syvyys, m
Jakoväli 0,8 m, Helsinki Jakoväli 0,8 m, Jyväskylä Jakoväli 1,2 m, Helsinki Jakoväli 1,2 m, Jyväskylä Tierakenne
Päästö, kg CO2e/kenttä-m2
Pehmeikön syvyys, m
Jakoväli 0,8 m, Helsinki Jakoväli 0,8 m, Jyväskylä Jakoväli 1,2 m, Helsinki Jakoväli 1,2 m, Jyväskylä Kenttärakenne
Kuva 4.5.7: Esikuormituspenkereen korkeuden vaikutus painopenkereellä toteutetun pys-tyojituksen päästöihin tiepenkereen (vasen) ja kentän (oikea) pohjanvahvistuksena. Peh-meikön syvyydeksi on oletettu 8 m.