Maanvaraisen ratapenkereen toimivuus turvepohjamaalla
Uotila, Antti (2014)
Uotila, Antti
2014
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-02-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201402011070
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201402011070
Tiivistelmä
Suomen rataverkko on rakennettu pääosin 1900-luvun alkupuolella. Aikoinaan rautateitä rakennettaessa pyrittiin massatöiden minimointiin, minkä vuoksi radat perustettiin suurilta osin maanvaraisesti luonnontilaiselle maaperälle ja tasamaalle. Soilla tämä tarkoitti ratojen perustamista maanvaraisesti turpeelle. Suomen maapinta-alasta on soita ja soistumia noin 30 %, ja vaikka nykyisin turvetta ei pääsääntöisesti sallita uusien ratojen alla, olemassa olevalla rataverkolla on turpeen varaan rakennettuja rautateitä useita satoja kilometrejä.
Radan kunnossapidosta tehtyjen havaintojen perusteella maanvaraisilla ratapenkereillä turpeen alapuolisen maan laatu vaikuttaa merkittävästi penkereen toimintaan. Etelä- ja Lounais-Suomessa turvekerroksen alla on usein savea tai liejua, jolloin maanvarainen ratapenger ei useimmiten toimi tyydyttävästi. Sen sijaan Pohjanmaalla ja Lapissa suot ovat usein muodostuneet kantavan pohjamaan päälle, jolloin vanhojen ratojen maanvaraiset ratapenkereet voivat toimia täysin kelvollisesti.
Työtä varten mitattiin radan palautuvia painumia ja otettiin näytteitä radan alla olevasta turpeesta Riipan ja Kannuksen väliseltä rataosalta noin kmv 580+500…580+750. Radan alla olevan turvekerroksen lujuusparametrien selvittämiseen rasialeikkauskoe osoittautui huomattavasti siipikairausta luotettavammaksi menetelmäksi. Leikkauskokeissa turpeessa ei tapahdu murtoa kohtuullisilla leikkausmuodonmuutoksilla, joten suunnittelijan on päätettävä kuinka suurilla leikkauskokeen siirtymillä mitoituksessa käytettävät lujuusparametrit määritetään.
Luotettavin palautuvan painuman määritystapa olemassa olevilla radoilla on kahden erisuuruisen raskaan kuormituksen aiheuttaman painuman mittaaminen ja mittaustulosten perusteella palautuvan painuman suuruuden arviointi mitoituskuormalla. Arvioitaessa olemassa olevan ratapenkereen toimintaa turvepehmeiköllä, on ehdottoman tärkeää selvittää todellinen ratapenkereen korkeus, radan alla olevan tiivistyneen turvekerroksen paksuus ja turpeen alla olevan maan laatu. Tarkempia tutkimuksia varten on tarpeen ottaa ratapenkereen alla olevasta turvekerroksesta häiriintymättömiä näytteitä ja määrittää turpeen geoteknisiä ominaisuuksia laboratoriokokein.
Laskennallisten tarkastelujen perusteella kantavankin pohjamaan päälle muodostuneilla soilla ongelmaksi voi muodostua ratapenkereen pysyvien painumien hallinta. Radan pystygeometrian ennallistaminen tukikerrospaksuutta kasvattamalla voi pahimmillaan johtaa jatkuvaan painuma-tuentakierteeseen. Stabiliteetti on heikoin tilanteissa, joissa paksun turvekerroksen päällä on korkea ratapenger. Radan jäykkyys taas pienenee huomattavasti pengerkorkeuden ollessa alle 2,0 m, mikä ilmenee suurina palautuvina painumina.
Radan kunnossapidosta tehtyjen havaintojen perusteella maanvaraisilla ratapenkereillä turpeen alapuolisen maan laatu vaikuttaa merkittävästi penkereen toimintaan. Etelä- ja Lounais-Suomessa turvekerroksen alla on usein savea tai liejua, jolloin maanvarainen ratapenger ei useimmiten toimi tyydyttävästi. Sen sijaan Pohjanmaalla ja Lapissa suot ovat usein muodostuneet kantavan pohjamaan päälle, jolloin vanhojen ratojen maanvaraiset ratapenkereet voivat toimia täysin kelvollisesti.
Työtä varten mitattiin radan palautuvia painumia ja otettiin näytteitä radan alla olevasta turpeesta Riipan ja Kannuksen väliseltä rataosalta noin kmv 580+500…580+750. Radan alla olevan turvekerroksen lujuusparametrien selvittämiseen rasialeikkauskoe osoittautui huomattavasti siipikairausta luotettavammaksi menetelmäksi. Leikkauskokeissa turpeessa ei tapahdu murtoa kohtuullisilla leikkausmuodonmuutoksilla, joten suunnittelijan on päätettävä kuinka suurilla leikkauskokeen siirtymillä mitoituksessa käytettävät lujuusparametrit määritetään.
Luotettavin palautuvan painuman määritystapa olemassa olevilla radoilla on kahden erisuuruisen raskaan kuormituksen aiheuttaman painuman mittaaminen ja mittaustulosten perusteella palautuvan painuman suuruuden arviointi mitoituskuormalla. Arvioitaessa olemassa olevan ratapenkereen toimintaa turvepehmeiköllä, on ehdottoman tärkeää selvittää todellinen ratapenkereen korkeus, radan alla olevan tiivistyneen turvekerroksen paksuus ja turpeen alla olevan maan laatu. Tarkempia tutkimuksia varten on tarpeen ottaa ratapenkereen alla olevasta turvekerroksesta häiriintymättömiä näytteitä ja määrittää turpeen geoteknisiä ominaisuuksia laboratoriokokein.
Laskennallisten tarkastelujen perusteella kantavankin pohjamaan päälle muodostuneilla soilla ongelmaksi voi muodostua ratapenkereen pysyvien painumien hallinta. Radan pystygeometrian ennallistaminen tukikerrospaksuutta kasvattamalla voi pahimmillaan johtaa jatkuvaan painuma-tuentakierteeseen. Stabiliteetti on heikoin tilanteissa, joissa paksun turvekerroksen päällä on korkea ratapenger. Radan jäykkyys taas pienenee huomattavasti pengerkorkeuden ollessa alle 2,0 m, mikä ilmenee suurina palautuvina painumina.