Rakennevaihtoehtojen valinta

Alustavan painumalaskennan ja tien pinnan tasaisuustarkastelun perusteella valitaan tielinjan homogeenisilla osuuksilla käytettävät ratkaisut. Perusrat-kaisun muodostaa maanvarainen penger (perusratkaisu), jota käytetään ai-na silloin, kun painuminen ei muodosta estettä sen käytölle. Tielinjalla pai-numia on aina rajoitettava penkereen kokonaispainumien ylittäessä painu-man raja-arvoissa esitetyt sallitut kokonaispainumat tai kaltevuuden muutok-set. Alle 5 cm painumia ei yleensä ole tarpeen rajoittaa. Lisäksi on kuitenkin huomioitava tielinjan pakkopisteet (sillat, liittymät, rummut yms.), jotka saat-tavat vaatia painumien rajoittamista hyvinkin pieniksi eli painumattomien ra-kenneratkaisujen käyttöä. Taulukossa 3 (luku 3) on esitetty TPPT-suunnittelujärjestelmän raja-arvot enimmäispainumille ja tien pinnan kalte-vuuden muutoksille.

Rakenteiden valinnassa huomioidaan reunaehtona myös käytettävissä oleva rakennusaika. Esikuormituksen ja/tai pystyojituksen käyttö vaatii yleensä muita pohjarakennustapoja huomattavasti pidemmän rakennusajan. Myös stabilointien lujittuminen vaatii aikaa, jonka pituus riippuu ennekaikkea side-aineesta ja lämpötilaolosuhteista.

Kullekin homogeeniselle osuudelle pyritään valitsemaan vähintään kolme toimivuudeltaan samanarvoista ratkaisua, joille niiden alustavan mitoituksen jälkeen lasketaan kustannukset edullisimman vaihtoehdon valitsemiseksi.

Toimivuudeltaan rakenteet valitaan kokonaissiirtymiä poistavista tai siirty-mäeroa tasaavista ratkaisuista (kuva 45).

Taipumaepätasaisuus s/λ Paalut ja

laatta Paalut

ja hatut Pilari-stabilointi

Pystyojitus

Massanvaihto

Kevennys

Määrämittaiset pilarit

Lujitetut rakenteet ja perinteinen penger

Kuva 45. Painumien poistaminen pohjarakennusratkaisuilla ja taipumaepätasaisuuksien (s = painuma, λ = painuman aallonpituus) pienentäminen eri pohjarakennusratkaisuilla.

Pohjavahvistusmenetelmän valintaa ja niiden kustannustietoutta on käsitelty julkaisussa /33/ [Pohjavahvistusmenetelmän valinta. TIEL 79/1996]. Erityyp-pisiä rakennevaihtoehtoja (rakennekortteja: referenssirakenteet, syvä- ja massastabiloidut rakenteet, kevennetyt ja lujitetut rakenteet sekä yhdistel-märakenteet) sekä niiden kustannusvertailuja samoissa pohjasuhteissa on esitetty TPPT-raporteissa /27/ [Rakenneratkaisujen valintaperusteita. Mäke-lä, H. TPPT työraportti. 2000] ja /8/ [Rakenneratkaisujen alustava suunnittelu ja kehittäminen. TPPT RA11-12-13. Fischer, K., Mäkelä, H., Toivanen, T. &

Turunen, A. TIEL 38/1996]

Kokonaissiirtymiä poistavia (kokonaispainuman poistavia) ratkaisuja ovat (kuva 45)

− paalulaatta (betoni- ja teräspaalut) ja vaihtoehtoisesti paalut ja paaluha-tut

− syvästabilointi (lujat pilat, puolilujat pilarit, massastabilointi)

− massanvaihto (täydellisenä kantavaan pohjaan asti)

− kevennys (täydellinen kompensaatio)

− esikuormitus ja/tai pystyojitus (riittävän pitkällä aikajänteellä)

Siirtymäeroja tasaavia (kokonaispainumaa pienentäviä) ratkaisuja ovat (kuva 45)

− rakenteen kevennys

− rakenteen lujittaminen

− stabiloidut määrämittaiset pilarit

− massastabilointilaatta

− esikuormitus ja/tai pystyojitus.

Mikäli tieltä edellytetään painumattomuutta, katsotaan paalutus, syvästabi-lointi ja täydellinen massanvaihto -vaihtoehdot teknisesti samanarvoisiksi ra-kenteiden toimivuuden suhteen. Kaikilla näillä ratkaisuilla pystytään vaikut-tamaan myös lähes kaikkiin painuman aallonpituuksiin. Alustavaan mitoituk-seen ja kustannusvertailuun valitaan tällöin kaikki vaihtoehdot järjestyksessä 1. massanvaihto

2. syvästabilointi (alle 5 m pehmeiköillä massastabilointi ensisijainen vaih-toehto) ja

3. paalutus (paalulaatta ensisijainen vaihtoehto).

Ensimmäiset vaihtoehdot jätetään tarkastelematta vain, mikäli ne eivät jos-tain syystä tule kyseeseen ko. pohjasuhteissa.

Painuman hallintaa edellyttävissä kohdissa kustannusvertailuun valitaan kolme rakennevaihtoehtoa järjestyksessä

1. esikuormitus ja/tai pystyojitus 2. kevennys

3. määrämittaiset pilarit 4. massastabilointilaatta 5. lujittaminen.

Mikäli esikuormitus/pystyojitus ei kohteessa tule kysymykseen, valitaan tar-kasteluun kolme seuraavaa vaihtoehtoa, jne. Listalta poistetaan myös vaih-toehdot, jotka kohteen pohjasuhteiden puolesta eivät kohteeseen sovellu.

Vaihtoehtojen tehokkuutta riittävään painuman poistoon arvioidaan alusta-van painumalaskelman tulosten perusteella, jossa painumien ajallinen ke-hittyminen vakiokuormalla on laskettu. Määrämittaisten pilarien ja massasta-bilointilaatan voidaan karkeasti arvioida poistavan puolet kokonaispainu-masta, kun toimenpide kohdistetaan kolmasosaan pehmeikön paksuudesta.

Mikäli painuma ei ole hallittavissa edellä mainituilla menetelmillä, valitaan rakenne kokonaissiirtymiä poistavista rakenteista. Lujitusratkaisun valinta edellyttää jo lähes sallitulla tasolla olevia kokonaispainumia alustavassa pai-numalaskelmassa. Rakenteen valintaan vaikuttaa luonnollisesti myös käy-tettävien siirtymärakenteiden tyyppi ja pituus, ja päinvastoin.

Vanhoilla teillä pohjarakenteen valinta liittyy useimmiten tien leventämiseen.

Mikäli tien pohjarakenteet uusitaan kokonaan, valitaan pohjarakenteet kuten uusillakin teillä. Levennyksen painumien vähentämisessä käytetään ensisi-jaisesti painuman suhteen joustavia rakenneratkaisuja (määrämittaiset pila-rit, massastabilointilaatta, kevennys, lujittaminen). Vaihtoehdoista selvitetään aina määrämittaisten pilarien käyttö, kevennys- ja lujitusvaihtoehdot. Massa-stabilointilaatta toimii määrämittaisten pilarien vaihtoehtona tapauksissa, joissa odotettavissa olevat painumaerot muodostavat kokonaispainumaa suuremman ongelman. Vanhan tien painumien ollessa jo tapahtunut,

voi-daan levennykseen valita myös painumattomia vaihtoehtoja, yleensä täydel-linen kevennys, pilari- tai massastabilointi.

Siirtymärakenteet painumaeroille

Rakenteen painuman hallinta perustuu painumakriteerien ylittävien kohtien rajoittamiseen. Painumakriteereinä käytetään suunnittelun ensimmäisessä vaiheessa kokonaispainumaa, painumaeroa sekä pituus- ja poikkisuuntaista kulmakiertymää (taulukko 3, luku 3).

Pohjasuhteiden vaihtelu ja maapohjalle tulevan kuormituksen muuttuminen lyhyellä matkalla aiheuttavat tiehen jyrkkiä painumaeroja. Epätasaiseen kohtaan kohdistuvat liikenteen sysäykset aiheuttavat tiehen ylimääräisiä ra-situksia, jotka etenkin raskaan liikenteen alla nopeuttavat ja laajentavat tien pinnan epätasaisuutta ja saattavat johtaa tien ennenaikaiseen vaurioitumi-seen. Kohtiin, joissa painumakriteerien odotetaan ylittyvän, suunnitellaan pohjanvahvistukset siten, että painumat ja painumaerot pysyvät sallituissa rajoissa vahvistetulla ja vahvistamattomilla alueilla sekä siirtymärakenteiden kohdilla.

Luvussa 3 on esitetty tien pinnan sallitut enimmäispainumat sekä kaltevuu-den muutokset tien pituus- ja poikkisuuntaan. Tierakenteet on luokiteltu tien toiminnallisen luokan (ajonopeuden) mukaan.

Enimmäispainumien sekä sallittujen kaltevuuden muutosten lisäksi suunnit-telussa on huomioitava seuraavat seikat:

− Jos tien odotettavissa olevat painumat ovat huomattavia, suunnitellaan painuvalle tielle 0,5 - 1,0 % suurempi poikkikaltevuus kuin painumatto-malle tielle.

− Pintakuivatuksen ja siihen liittyvien kuivatusrakenteiden (esim. reunaki-vet, sadevesikaivot ja - viemärit) toimivuuden lisäksi on otettava huomi-oon myös tierakenteen kuivatuksen toimivuus.

− Muilla kuin betonipäällysteillä voidaan tien poikkisuuntaisia sekä paikalli-sesti myös pituussuuntaisia painumaeroja tasoittaa uudelleenpäällystä-misen yhteydessä.

Siirtymärakenteita käytetään tasoittamaan tien pituus- ja poikkisuuntaisia epätasaisuuksia, jotka johtuvat perustamistapojen vaihtumisesta sekä poh-jasuhteiden muuttumisesta. Jyrkkiä ja haitallisen suuria painumaeroja muo-dostuu tavallisesti siirryttäessä painumattomalta paalulaatalta (tai sillalta) maanvaraiseen rakenteeseen sekä pohjanvahvistusten muutoskohdissa.

Painumaerot, jotka syntyvät pehmeikköjen reuna-alueille pituus- ja erityisesti poikkisuuntaan, ovat hankalasti paikallistettavissa. Painumaominaisuuksien paikallisten vaihtelujen takia siirtymärakenteiden kohdistaminen oikeaan paikkaan on vaativa tehtävä. Siirtymärakenteen suunnittelussa on kiinnitet-tävä huomio rakenteiden rajakohtien painumamitoitukseen. Siirtymäraken-teen pituuden tulee olla riittävä /54/ [Tiepenkereen siirtymärakenteet peh-meiköllä. TIEL 39/1994].

Siirtymärakenteina käytetään tavanomaisia pohjanvahvistusmenetelmiä:

- kevytsora-, EPS- sekä muut keventeet

- syvästabilointi, yleensä määrämittainen pilarointi - esikuormitus

- massanvaihto - pystyojitus - lujitteet ja telat

- siirtymälaatat, erityisesti paalulaattojen yhteydessä.

Valittava siirtymärakenne määräytyy käytettyjen pohjanvahvistusmenetel-mien, pehmeikön syvyyden sekä kokonaispainumien perusteella. Siirtymä-rakenteen pituus on määritettävä tapauskohtaisesti ja valintakriteerinä käy-tetään sallittuja painumaeroja sekä enimmäispainumaa. Sovellettaessa lu-vun 3 kulmakiertymäkriteereitä homogeenisiin pohjaolosuhteisiin tapauksel-le, jossa siirrytään painumattomalta rakenteelta painuvaan, siirtymäraken-teen pituus on taulukon 13 mukainen arvo (TPPT-arvot). Taulukossa on esitetty myös luvun 3 mukaan määritetty siirtymärakenteen maksimipituus homogeenisissa olosuhteissa.

Taulukko 13. Siirtymärakenteen pituus pehmeiköllä (TPPT-arvot).

Siirtymärakenteen pituus, m Painuma, mm

Moottoritiet Valta- ja kantatiet Seudulliset tiet

100 25 20 14

200 50 40 29

300 75 60 43

400 100 80 57

500 - 100 71

600 - - 85

Siirtymärakenteen enimmäispituus

100 100 80