Tuetun koekaivannon instrumentointi ja analysointi

Abstract

Tampereen yliopiston Maa-, pohja- ja ratarakenteiden yksikkö ja Väylävirasto toteuttavat vuosina 2019–2021 täyden mittakaavan tuetun koekaivannon Raaseporin kaupungin Pohjan kylässä. Kokeessa monitoroidaan maanpaineita, huokospaineita, siirtymiä ja taivutusmomentteja sekä ankkurivoimia kaivannon kaivun ja kuormittamisen yhteydessä. Tämän lisäksi kaivannon pitkäaikaiskäyttäytymistä monitoroidaan yli vuoden ajan. Kokeesta kerättyä mittausdataa hyödynnetään maanpainerakenteiden laskenta- ja mitoitusohjeistuksen kehittämisessä. Tässä tutkimuksessa toteutettiin koekaivannon instrumentointi, vertailtiin eri laskentaohjelmien ja -mallien soveltuvuutta tukiseinien laskennalliseen mitoittamiseen pehmeikkökohteissa sekä analysoitiin ennen kaivuvaihetta kerättyjä mittaustuloksia.

Kaivanto tehdään pehmeälle savimaalle. Kaivanto tuetaan yhdeltä sivulta teräsponttiseinällä ja muut sivut rakennetaan luiskattuina. Teräsponttiseinä tuetaan yhdeltä tasolta vaakasuuntaisilla esijännitetyillä ankkureilla vastapontteihin. Teräsponttiseinän kokonaispituus on 59,4 m. Kaivannon pohjan syvyys on 3–4 m riippuen kaivun aikana mitatuista tukiseinän siirtymistä. Neljän metrin kaivusyvyydellä kaivannon pohjan leveys on 20 m ja pituus 10 m.

Koealue instrumentoitiin kattavasti. Alueelle asennettiin 24 maanpaineanturia, 29 venymäliuska-anturia, 33 huokospaineanturia, viisi voima-anturia, kaksi push-in-paineanturia, kaksi automaatti-inklinometriä, joissa molemmissa on 13 automaatti-inklinometrianturia, viisi inklinometriputkea manuaalisia inklinometrimittauksia varten, 15 prismaa takymetrimittauksia varten sekä yksi lämpötilaprofiilimittalaite, jossa on 36 lämpötila-anturia.

Tutkimuksessa käytetyt laskentaohjelmat olivat GeoCalc ja Plaxis 2D. GeoCalcilla laskelmat tehtiin moduuliperusteisella epälineaarisella palkki–jousi-mallilla ja Plaxis 2D:llä Mohr–Coulomb, Hardening Soil ja HSsmall -kontinuumimateriaalimalleilla. Pienimmät siirtymät, taivutusmomentit ja ankkurivoimat saatiin HSsmall-mallilla. Suurimmat siirtymät saatiin Hardening Soil -mallilla ja suurimmat taivutusmomentit ja ankkurivoimat GeoCalcilla.

Tutkimuksessa analysoitiin ennen kaivannon tekemistä mitattuja tukiseinän siirtymiä, huokospaineita, maanpaineita, taivutusmomentteja ja lämpötiloja. Siirtymät mitattiin automaatti-inklinometreillä, huokospaineet ja maanpaineet huokospaine-, maanpaine- ja push-in-paineantureilla, taivutusmomentit venymäliuska-antureilla ja lämpötilat lämpötilaprofiilimittalaitteella sekä huokospaine-, maanpaine- ja push-in-paineantureilla. Siirtymä-, huokospaine- ja lämpötilamittaukset vaikuttavat mitattujen tulosten perusteella toimivan hyvin. Maanpaine- ja taivutusmomenttimittauksien toimivuudesta ei vielä voitu tehdä johtopäätöksiä. Tarkempaa tietoa mittalaitteiden toimivuudesta saadaan kokeen suorittamisen jälkeen.