Seismisten tutkimusmenetelmien hyödyntäminen geoteknisessä suunnittelussa

Abstract

Seismisten tutkimusmenetelmien käyttäminen geoteknisten parametrien ja lähtötietojen selvittämiseksi on nykyisin vähäistä Suomessa. Seismisillä menetelmillä on kuitenkin mahdollista saada arvokasta ja käyttökelpoista tietoa geoteknisen suunnittelun tueksi kustannustehokkaasti. Ruotsissa seismisiä menetelmiä käytetään enemmän muun muassa maakerroksien ja kalliopinnan laadun selvittämiseen, mutta seismisillä menetelmillä on mahdollista selvittää muun muassa laskentaparametreja esimerkiksi tärinän mallintamiseen.

Tässä työssä tutkittiin miten seismiset tutkimusmenetelmät soveltuvat geotekniikan lähtötietojen tuottamiseen. Seismisten tutkimusmenetelmien tuottamia tuloksia verrattiin muun muassa saatavissa olevaan kairaustietoon sekä eri seismisten tutkimusmenetelmien kesken. Työn yhteydessä toteutettiin myös uusia seismisiä tutkimuksia Nakkilassa ja Ulvilassa. Kenttätutkimuksien suorittamista dokumentoitiin valokuvin ja kirjallisesti. Erityisesti kenttätöitä seuratessa kiinnitettiin huomiota siihen, mitä tutkimuksien tilaajan ja ohjelmoijan olisi syytä ottaa huomioon tutkimuksia suunniteltaessa ja tilatessa. Tehdyistä tutkimuksista toimitettujen tuloksien perusteella voitiin myös arvioida, kuinka seismiset tutkimusmenetelmät vertautuvat työsaavutukseltaan, laadullisesti ja käyttökelpoisuudeltaan mittalinjoille myöhemmin tehtyihin kairauksiin.

Työn tuloksena havaittiin, että seismiset menetelmät ovat käyttökelpoinen vaihtoehto kairauksille ja tietyissä sovelluksissa ne tarjoavat käyttökelpoisempaa tietoa kuin kairauksilla on mahdollista saada. Erityisesti seismisillä menetelmillä saadaan käyttökelpoisempaa tietoa leikkausaallon nopeudesta maaperässä ja kalliossa, minkä pohjalta voidaan laskea ja mallintaa pienen muodonmuutostason leikkausmoduulin arvoja maaperälle. Dynaamisissa tärinämallinnuksissa in-situ mittauksella saatu leikkausaallon nopeus on hyvä lähtötieto mallin parametrien määrittämiselle.

MASW analyysillä saavutettiin tämän työn kohteissa luotettavia tuloksia leikkausaallon nopeudesta maakerroksissa sekä kerrosrajoja ja maakerroksien paksuuksia. Pinta-aaltoihin perustuvalla MASW:lla on kuitenkin huono suorituskyky alueilla, joissa pohjaolosuhteiden kuten kalliopinnan tai maanpinna korkeusvaihtelut ovat voimakkaita. Suunnitellessa tutkimuksia alueelle onkin syytä arvioida alustavasti millaisia maaston ja kalliopinnan muotoja mahdollisella seismisellä mittauslinjalla olisi.

Passiiviseismisiä tutkimuksia tässä työssä olivat passiivinen MASW sekä HVSR luotaukset. Passiiviseismisillä menetelmillä havaittiin olevan hyvä syvyysulottuvuus, sillä menetelmien hyödyntämät luontaisesti esiintyvät värähtelyt sisältävät pinta-aaltoihin perustuvissa menetelmissä tietoa syvemmältä maasta kuin aktiivisessa MASW luotauksessa. Passiivi MASW ja HVSR kärsivät kuitenkin pinta-aaltoihin perustuessaan samasta kerroksien pinnanmuotojen voimakkaasta vaihtelusta aiheutuvasta epävarmuudesta kuin aktiivinen MASW.

Seismiset mittaukset osoittautuivat varteenotettaviksi vaihtoehdoiksi kairauksille tai niitä täydentäväksi tutkimusmenetelmäksi. Kairauksilla saadaan tarkennettua ja varmistettua myös seismisten tutkimuksien tuloksia ja tarvittaessa korjattua seismisten tulkinnan tuloksia. Seismiset menetelmät ovat toteutukseltaan kevyitä ja ne pystytään tekemään jalkaisin. Kevyestä suoritustavasta johtuen seismiset tutkimukset ovat myös kustannuksiltaan edullisia pohjatutkimuksia erityisesti, kun halutaan selvittää maaperän seismisiä tai pienen muodonmuutostason ominaisuuksia.