Teräsrakenteisten rautatiesiltojen vahventaminen

Abstract

Työssä tarkasteltiin teräsrakenteisten rautatiesiltojen vahventamista ja päätavoitteena työssä oli arvioida vahventamisen kannattavuutta sillan uusimiseen nähden. Suomessa terässiltojen vahventamista on tehty vielä varsin vähän, mutta rautateiden aiempaa suuremmat kuormitukset ja kuljetuskapasiteettitavoitteet aiheuttavat kasvavia kantavuusvaatimuksia olemassa oleville silloille. Lisäksi iso osa terässiltakannastamme on tulossa peruskorjausikään, minkä vuoksi vahventamista onkin syytä tutkia ja harkita toteutettavaksi siltojen peruskorjausten yhteydessä sillan uusimisen sijasta. Alkuun työssä perehdyttiin rautateiden ja rautatiesiltojen historiaan ja kehitykseen, jotta saatiin käsitys vanhoissa silloissa käytetyistä materiaaleista ja mitoituskuormista. Tämän jälkeen tehtiin nykytilan selvitys, jossa selvitettiin teräksisten rautatiesiltojen määrä, kunto ja käytetyt suunnittelukuormat. Lähteenä nykytilaselvityksessä käytettiin Taitorakennerekisteriä. Nykytilaselvityksen tarkoituksena oli saada kokonaiskäsitys Suomen rautatiesiltakannasta ja arvioida, minkä verran mahdollisia vahventamiskohteita lähivuosina alkaa ilmetä. Työn varsinaisessa teoriaosuudessa perehdyttiin siltojen vahventamiseen yleisesti ja esiteltiin pääpiirteittäin erilaisia terässiltojen vahventamismenetelmiä. Lisäksi kerrottiin, milloin sillan vahventamista on syytä harkita ja mitkä tekijät voivat vaikuttaa sopivan vahventamismenetelmän valintaan. Menetelmien toteutusta ei tarkasteltu detaljitasolla, mutta työteknistä toteutettavuutta arvioitiin rataympäristön vaatimukset huomioiden. Esimerkkivahventamiskohteiksi valittiin nykytilaselvityksen perusteella kaksi yleisintä terässiltatyyppiä. Tarkasteltava ristikkosilta oli ajorata alhaalla tyyppinen yli 80 metriä pitkä vesistösilta. Valittu levypalkkisilta puolestaan oli ajorata ylhäällä tyyppinen noin 13 metriä pitkä alikulkusilta. Taitorakennerekisteristä löytyvien kantavuustarkasteluiden perusteella arvioitiin näiden esimerkkisiltojen kantavuuspuutteita. Ongelmarakenteiden vahventamiseksi esitettiin erilaisia mahdollisia vahventamismenetelmiä ja tehtiin karkeat laskelmat menetelmien vertailun tueksi. Molempien siltojen tarkasteluissa teräspalkkien poikkileikkauksen kasvattaminen teräslevyillä osoittautui laskennallisesti tehokkaimmaksi menetelmäksi. Toteutuksen puolesta jälkijännitettyjen hiilikuitunauhojen käyttö vaikutti varsin lupaavalta, mutta kantavuuden kasvuun nähden sillä ei saatu yhtä hyviä tuloksia. Esimerkkikohteiden tarkastelun jälkeen arvioitiin vahventamisen kannattavuutta eri näkökulmista. Vahventamistyön taloudellisuuden lisäksi vanhojen terässiltojen vahventamisen kannattavuuteen vaikuttaa mm. vahventamalla saavutettava kantavuus ja käyttöikä, sillan elinkaarikustannukset, ekologisuus ja sillan maisemahistoriallinen merkitys. Rakentamiskustannukset ovat vain yksi osa sillan koko elinkaaren kustannuksista ja vahventamisen kustannuksia tulee peilata saavutettavaan käyttöiän pidentymiseen, sillä se vaikuttaa oleellisesti sillan elinkaarikustannuksiin. Vahventamisessa materiaalikustannukset ovat yleensä pienemmät ja työmenekki selvästi suurempi. Lisäksi telineistä ja työmaajärjestelyistä syntyy merkittäviä kustannuksia. Rautatiesilloilla korostuu työmaalla tehtävien töiden tehokkuus ja töiden tarkka suunnittelu. Hyvällä toteutussuunnittelulla mahdollistetaan aikataulussa pysyminen ja töiden vaatimat junaliikennekatkot pystytään minimoida. Terässiltojen vahventaminen vaikuttaa taloudellisesti kannattavalta etenkin silloin, kun vahvennustyö on mahdollista toteuttaa sillan peruskorjauksen yhteydessä. Pitkien vesistösiltojen uusiminen on sekä kustannuksiltaan että työmäärältään huomattavan vaativa projekti, mistä syystä vahventamista tulisikin ehdottomasti tutkia. Lyhyiden levypalkkisiltojen uusiminen sen sijaan on suhteellisen yksinkertaista, mistä syystä vahventamisen on oltava tehokasta ja suoraviivaista ollakseen kannattavaa.