Syvästabiloinnin suunnittelu - Liikennevirasto

11 2010LIIKENNEVIRASTONOHJEITASyvästabiloinnin suunnitteluTien pohjarakenteiden suunnitteluohjeet

Syvästabiloinnin suunnitteluTien pohjarakenteiden suunnitteluohjeetLiikenneviraston ohjeita 11/2010LiikennevirastoHelsinki 2010

Kannen kuvat: Liikenneviraston arkistoISSN-L 1798-663XISSN 1798-663XISBN 978-952-255-030-9Verkkojulkaisu pdf (www.liikennevirasto.fi)ISSN-L 1798-663XISSN 1798-6648ISBN 978-952-255-031-6Juvenesprint OyTampere 2010Julkaisua myy/saatavanamyynti@juvenesprint.fiLiikennevirastoPL 3300521 HELSINKIPuhelin 020 637 373

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 5Syvästabiloinnin suunnitteluohjeEsipuheOhjeen laatimista varten perustettiin syksyllä 2009 työryhmä, johon ovat kuuluneetohjeen kirjoittaja Antti Junnila Innogeo Oy:stä sekä tilaajan edustajina Pentti Salo ja2010 alkaen myös Tiina Perttula. Luvun 7 sekä kappaleiden 8.7 ja 8.3–8.6 sekä liitteen4 tekstien luonnokset on laatinut sivukonsulttina Juha Forsman Ramboll FinlandOy:stä.Varsinaiseen ohjetekstiin kuulumattomat selittävät lisäykset on esitetty kursiivilla.Helsingissä lokakuussa 2010LiikennevirastoTieosasto

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 7Syvästabiloinnin suunnitteluohje6.8 Ympäristövaikutukset ................................................................................................. 436.9 Syvästabilointi tärinän leviämisen estämisessä ................................................... 447 MASSASYVÄSTABILOINNIN SUUNNITTELU ........................................................ 467.1 Massasyvästabiloidut rakenteet ............................................................................... 467.2 Tutkimukset ................................................................................................................... 477.3 Massasyvästabiloinnin vakavuustarkastelut .......................................................... 487.4 Massasyvästabiloinnin painumatarkastelut ........................................................... 498 SYVÄSTABILOINTISUUNNITELMAN SISÄLTÖ JA LAADUNVALVONTA .......... 528.1 Piirustukset .................................................................................................................... 528.2 Laatuvaatimukset ja työselitykset ............................................................................. 528.3 Syvästabiloinnin laadunvalvonnan sisältö ............................................................. 538.4 Toteutuneen syvästabiloinnin tutkimusmenetelmät ............................................ 538.5 Valvontakairausten edustavuus ................................................................................ 548.6 Tutkimusraportti .......................................................................................................... 55KIRJALLISUUS .......................................................................................................................... 56LIITTEETLiite 1Liite 2Liite 3Liite 4Myötäävän pilaroinnin mitoitusEsimerkkimitoitus 2,5 m penkereelle.Esimerkkitarkastelu putkijohtojen perustamisestaLaadunvalvonta

8 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohje1 Johdanto1.1 Ohjeen soveltamisalaTässä julkaisussa esitetään suunnittelu- ja mitoitusohjeet tiehankkeiden penkereidenja luiskien sekä putkijohtojen perustamisesta syvästabiloimalla vahvistetulle maapohjalle.Ohjetta voidaan soveltuvin osin käyttää myös muiden rakenteiden perustustensuunnittelussa ja mitoituksessa.Tässä ohjeessa käsitellään ns. kuivamenetelmällä tehtävä pilaristabilointi sekä massasyvästabilointi.Tässä ohjeessa käsitellään pilareita, joiden− leikkauslujuus on korkeintaan 200 kPa− halkaisija on 500–800 mm− maksimipituus on 20 m.Tätä ohjetta voidaan soveltaa käytettäessä sideaineena kalkkia tai kalkkisementtiäsekä myös muita sideaineita edellyttäen, että niistä tunnetaan:−−−seoksen osa-aineet, jotta voidaan arvioida työturvallisuustekijät sekä ympäristökelpoisuuslujuus- ja muodonmuutosominaisuudet (erityisesti mahdollinen murtumisen hauraus)työtekninen kelpoisuus, joka on todettu työmaaolosuhteissaOhjeessa esiintyvät keskeiset termit ovat:Kimmoisa pilariMyötäävä pilariMäärämittainen pilariPilarikuorma ei ylitä myötörajaa.Pilarikuorma ylittää myötörajan ja rakenne painuu rakennusaikana.Myötäävät pilarit on käsitelty liitteessä 1, jokaotetaan tarvittaessa käyttöön hankekohtaisella päätöksellä.Pilarien alapuolelle jätetään painuvia maakerroksia ja rakennepainuu myös käyttöaikana.1.2 Suunnittelussa käytettävät ohjeetEurokoodit on laadittu käytettäväksi erityisesti kantavien rakenteiden suunnittelussa,mutta ne on otettu käyttöön myös maarakenteiden suunnittelussa. Eurokoodijärjestelmäänkuuluvat eurokoodeja täydentävät kansalliset liitteet.Maarakenteiden suunnittelussa käytetään hyväksi geoteknistä suunnittelua koskevaaeurokoodi 7:n osaa 1 ja Liikenne- ja viestintäministeriön siihen laatimaa kansallista

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 9Syvästabiloinnin suunnitteluohjeliitettä 1 , jota sovelletaan maanteiden ja muiden LVM:n alaisten väylien (rautatiet, vesiväylät)suunnittelussa ja rakentamisessa.Suunnittelujärjestelmää täydentävät Liikenneviraston ohjeet:− Eurokoodin 1997-1 ja kansallisen liitteen (LVM) sovellusohje− ohje Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet TIEH 2100002-01.Liikenne- ja viestintäministeriön eurokoodi 7:aan laatima kansallinen liite ja Liikennevirastonsiihen laatimat sovellusohjeet julkaistaan vuoden 2010 aikana. Ohje Teidenpohjarakenteiden suunnitteluperusteet TIEH 2100002-01 on toistaiseksi voimassakuitenkin siten, että ristiriitatapauksessa kuten varmuuslukujen osalta pätevät LVM:nkansallinen liite, standardi ja sovellusohje tässä järjestyksessä.Em. ohjekokonaisuus pätee suhteessa tähän ohjeeseen.Muita syvästabiloinnin suunnittelussa käytettäviä ohjeita ovat:− Geotekniset laskelmat TIEH 2100018-v-03− Geotekniset tutkimukset ja mittaukset TIEH 2100057-08Em. ohjeet ovat geoteknisiä suunnitteluohjeita. Kaikki pohjarakentamista koskevatohjeet ja tietekniset suunnitteluohjeet on lueteltu Liikenneviraston ohjeluettelossa.Suunnittelun tulee perustua tieteknisen ja geoteknisen suunnittelun yhteensovittamiseen,jolloin ratkaisuja arvioidaan molemmista näistä näkökulmista ja otetaan huomioontekniset, taloudelliset, turvallisuus- ja ympäristövaikutukset.1.3 Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset(InfraRYL)InfraRYL 2010 sisältää kaksi osaa:− toiminnalliset laatuvaatimukset ja− tekniset laatuvaatimukset, sisältäen myös työlle esitettävä vaatimukset (yleisettyöselostukset)Liikennevirasto on ottanut käyttöön InfraRYL:n yleiset tekniset laatuvaatimukset siten,että sopimusasiakirjoissa viitataan aina InfraRYL:n teknisiin vaatimuksiin. Tiehankkeillelaaditaan aina hankekohtaiset työselostukset ja laatuvaatimukset ne pätevätsuhteessa yleisiin laatuvaatimuksiin. Hankekohtaisissa materiaalivaatimuksissavoidaan poiketa useimmista InfraRYLl:ssä esitetyissä vaatimuksista, mutta osa vaatimuksistaon säädetty LVM:n hallinnonalan ohjeistuksella pakollisiksi.InfraRYL:ssä esitettyjä toiminnallisia vaatimuksia voidaan hyödyntää suunnittelussa,mutta sopimusasiakirjoissa niihin ei viitata.1 Ympäristöministeriö on laatinut talonrakentamista koskevan kansallisen liitteen, jonka sisältöpoikkeaa LVM:n kansallisen liitteen sisällöstä. YM:n kansallista liitettä ei käytetä Liikennevirastontöissä.

10 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeSuunnittelu perustuu pääsääntöisesti suunnittelua koskeviin ohjeisiin. Suunnittelussaon tarkistettava mahdolliset InfraRYL:n hankekohtaiset muutostarpeet. Tarvittaessateknisen osan vaatimuksia täydennetään ja korjataan työkohtaisessa osassa suunnitellunrakenteen tarpeita vastaaviksi. Hankekohtaiset laatuvaatimukset ja työselostukset-asiakirjan pohjaksi otetaan käytännössä InfraRYL:n laatuvaatimukset, joihinpoikkeamat ja täydennykset merkitään selvästi.InfraRYL:n yleisistä työselostuksista käytetään aina viimeisintä voimassa olevaa versiota

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 11Syvästabiloinnin suunnitteluohje2 Syvästabilointimenetelmä2.1 Tuotantotekniikan perusteet2.1.1 PilaristabilointiPilaristabiloinnissa pilarointikoneen sekoitinkärki upotetaan pilarin suunnitellunalapään tasoon ja sideaineen syöttö ja pilarin sekoitus aloitetaan yleensäsekoitinta ylös vedettäessä. Suomessa on käytetty lähes yksinomaan kuivamenetelmää,jossa jauhemainen sideaine syötetään paineilmaa käyttäen. Mm.Japanissa yleinen märkämenetelmä on Suomessa ainakin toistaiseksi rajoittunutmuutamaan kokeiluun.Pilarin halkaisijana on käytetty 500–800 mm. Yleisimpiä ovat 1990-luvun alkupuoleltaasti olleet 600–700 mm pilarit. Mitä suurempi pilarin halkaisija on,sitä vaikeammaksi voi tulla tavallista kovemman kuivakuorikerroksen tai muidenlujien maakerrosten läpäisy. Suurilla pilarihalkaisijoilla saattaa myös tullaongelmalliseksi saada sideaine jakautumaan tasaisesti koko pilarin poikkileikkausalalle.Toisaalta pienen pilarihalkaisijan ja suuren pilaripituuden yhdistelmävoi olla riskialtis sideaineen syötön ”melkein katko”-tilanteiden (alkavatukkeuma, joka aukeaa aiheuttamatta täystukosta ja sekoittimen nousunpysähtymistä) kannalta. Pitkän pilarin vaatimassa pitkässä letkussa tukkeumavaaraon suurin ja pieniläpimittaisissa pilareissa sideaineen syötönpieni häiriö saattaa helpommin muodostua haitalliseksi kuin isompiläpimittaisessa.Pilarien maksimipituus nykyisellä kalustolla on yleensä noin 18-20 m (jopa 24m), mutta maksimia lähentelevät pilaripituudet ovat harvoin taloudellisia.Sideaineen sekoituksella on suuri merkitys pilarin lujuuteen ja tasalaatuisuuteen.Oleellisimpia asioita ovat sideaineen syötön tasaisuus ja hallittavuus,riittävän tehokas sekoitustyö sekä paineilman käytön minimointi.Sideaineen syöttömäärä rekisteröidään nykyisin yleensä 0,2 metrin mittaistapilarinosaa kohden. Mittaus perustuu yleensä säiliön massan vähenemiseensideainetta syötettäessä, mikä asettaa rajoitukset todelliselle mittaustarkkuudelle.Erillinen säiliö saattaa parantaa tarkkuutta, kun koneen liike ei häiritsepunnitusta. Tyypillisesti nykyisin päästään noin 1 kg mittaustarkkuuteen pilarimetriäkohden.Sideaineen syöttömäärää pystytään säätämään syvyyssuunnassa, ja tätämahdollisuutta käytetään yhä useammin.Sekoitustyön tehokkuus (terätasokierrosta/pilarimetri) on riippuvainen terän nousustakierrosta kohti ja sekoittimen terätasomäärästä kaavan 1 mukaisesti.sekoitustyön tehokkuus = n/nousu kierrosta kohti (1)n onterätasojen määrä sekoitinkärjessä (nykyisin tavallisesti 2–4) terän nousu/kierros(nykyisin yleensä 8–15 mm/r)Pilarikoneen terää maahan upotettaessa ilmaa työnnetään suuttimista ulosniiden tukkeutumisen estämiseksi. Ilman määrä ja paine pyritään minimoimaan,jotta saven häiriintyminen pysyisi vähäisenä. Tarvittavaa ilmamääräävoidaan pienentää mm. terän nopealla upottamisella sekä mahdollisesti myös

12 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjekehittämällä suljettavat suuttimet. Sekoitustyön aikana syöttöpaine pyritäänpitämään siinä minimiarvossa, jolla sideaine juoksee häiriöttä. Suuret pilarointisyvyydetlisäävät tarvittavaa painetta. Työssä noudatettava paine määritetäänennen varsinaisen työn aloitusta. Osassa pilarointikalustoja on nykyisinmahdollista pienentää syöttöpainetta, kun pilarin syvimmät osat on tehty. Tästäon hyötyä pilarointisyvyyksien ylittäessä 15 m ja yli 20 m pilareilla paineenvaihtamismahdollisuusolisi lähes välttämätön. Toisaalta paineen pienentämishetkelläkasvaa sideaineen syöttöhäiriön riski. Pilariin syötetyn ilman poistumistavoidaan todennäköisesti edistää käyttämällä nelikulmaista sekoittimentankoa. Nelikulmaiset tangot ovat yleistyneet.Stabilointityö saattaa aiheuttaa savipohjan häiriintymistä myös työkoneenliikkumisen, huojumisen ja tärinän vaikutuksesta. Koneiden painopisteen sijoittaminenmahdollisimman alas lieventää näitä vaikutuksia.Toisinaan esiintyvä ongelma on aivan pilarin pintaosaan, nimenomaan kuivakuorenkohdalle, syntyvä heikko ja epähomogeeninen kohta ja ääritapauksissalähes tyhjä reikä. Ongelma lienee osittain kalustokohtainen (sekoittimen teränmuoto liian auraava, syöttöreiän sijainti epäedullinen), mutta osittain sen syytovat edelleen hämärän peitossa. Jopa samalla työmaalla ja samalla kalustollasaattaa osalla pilareista olla yläosa lähes tyhjää ja osalla muodostua moitteetontapilaria pintaan saakka. Joka tapauksessa kuivakuoren pieni vesipitoisuusvaikeuttaa sekoitustyötä ja stabilisoitumisreaktioita. Kuivakuoreen tehtävänpilarin yläpään onnistumista auttaa pystysuunnassa tapahtuva sekoittumienpehmeämmän saven kanssa. Kuivakuoren reikiintymisriskiä voidaanminimoida hiekasta tehtävän työalustan käytöllä, jolloin pilarit on helpompionnistua ulottamaan ehjinä kuivakuoren yläpintaan saakka.Stabilointikoneen terällä ei pystytä läpäisemään kivisiä ja lohkareisia täyttöjäeikä tiivistettyjä mursketäyttöjä. Työalustana voidaan haluttaessa käyttääenintään noin 0,5 m tiivistämätöntä mursketäyttöä tai noin 1 m hiekkatäyttöä.Hiekkatäytön käyttö on Ruotsissa varsin yleistä. Sillä saavutettavia etuja onpilarien lievä kuormittuminen ja tiivistyminen jo lujittumisvaiheessa sekä parempimahdollisuus estää edellä selostettua pilarin yläosan rikkonaisuusongelmaaja saada pilarit ulottumaan ehjinä saven yläpintaan saakka.Pelkkä poltettu kalkki oli 1980-luvun loppupuolelle asti selvästi yleisin sideaine.Kalkin hyviä ominaisuuksia on hyvä diffuntoituvuus, joka saattaa jossainmäärin kompensoida epätasaista sekoitustyötä, sekä kalkkipilarien sitkeysominaisuudetja lujittumisen jatkuminen vielä käyttöaikana. Huonoja puoliaovat yleensä melko matalaksi jäävä lujuus sekä soveltumattomuus humuspitoistensavien stabilointiin.Pelkällä sementillä voidaan laboratorio-olosuhteissa saavuttaa erittäin hyviälujuuksia, mutta maastossa tehtävän sekoitustyön epätasaisuus aiheuttaamaastolujuuksien jäämisen yleensä selvästi pienemmiksi. Pilarit ovat yleensähauraita ja lähinnä puristusrasituksia kestäviä.Yleisin sideaine on 1990-luvun alusta asti ollut kalkin ja sementin seos, jotakäytettäessä saadaan useimmiten parempi lujuus kuin pelkällä kalkilla ja hyvälujittuminen myös humuspitoisissa savikerroksissa, ainakin riittäviä sideainemääriäkäyttäen. Lisäksi kalkin mukanaolo estää edellä mainittuja pelkänsementin epäedullisia vaikutuksia. Yleisin kalkin ja sementin seossuhdeon 1:1, mutta nykyisin muutkin sekoitussuhteet ovat työteknisesti mahdollisia.2000-luvun alussa tulivat melko yleiseen käyttöön myös kipsin, sammutetunkalkin ja sementin seokset, jotka ovat monissa tapauksissa osoittautuneet hyvintoimiviksi liejuisissakin savissa.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 13Syvästabiloinnin suunnitteluohjeOn myös käytetty sideaineita, joissa em. ainesten lisäksi voi olla mm. jauhettuamasuunikuonaa, lentotuhkaa ym. teollisuuden sivutuotteita.2.1.2 MassasyvästabilointiMassasyvästabiloinnissa sekoituskoneen kärkeä liikutellaan stabiloitavassamaakerroksessa sekä pysty- että vaakasuunnassa. Stabilointisyvyyden käytännöllinenraja on noin 5 metriä, ihanteellisissa olosuhteissa hiukan suurempi. Sekoitustyöntasalaatuisuuden varmistaminen vaatii vielä kehittämistä. Massasyvästabilointiavoidaan käyttää myös turpeessa. Massasyvästabilointi voidaantehdä myös pilarointikoneella aivan vieri viereen tehdyin pilarein, jolloin päästääntasalaatuisimpaan sekoitustulokseen.Massasyvästabilointia käytetään usein maalajeissa, joiden stabiloituvuus on liianhuono pilaristabilointia ajatellen. Näiden maalajien stabilointi edellyttääuseimmiten muita kuin tavanomaisia kalkista ja sementistä koostuvia sideaineita.2.2 Pilarin ja maan yhteistoimintaPilaroidussa maassa jännitykset jakautuvat pilareille ja pilareita ympäröivälle maallemuodonmuutosmoduulien suuruudesta riippuvalla tavalla. Pilaroinnin mielekäs toimintatapasaavutetaan, kun ei pyritä kohtuuttoman suuriin pilarilujuuksiin hyvinpehmeässä pohjamaassa. Pilari on lujitettua maata eikä kantava rakenne.2.3 Pilaroinnin vaikutus stabiliteetinparantamisessaStabilointi lisää maapohjan lujuutta, sillä pilarien lujuus on yleensä 5–15-kertainen alkuperäisen pehmeän pohjamaan lujuuteen nähden. Koska pilarienlaatu vaihtelee ja koska pilarit kestävät varsin heikosti muita kuin puristusrasituksia,stabiloinnin vaikutus stabiliteettiin voi kuitenkin jäädä tavoiteltua heikommaksija epävarmemmaksi..Stabiloinnilla voidaan varsin hyvin parantaa tasaiselle maalle tehtävän penkereenvakavuutta. Jos alkutilanteen vakavuus on heikko, maanpinta on kaltevatai penkereen sivulle tehdään kaivanto, stabiloinnin tehokkuus on huonompija lopputulos on herkempi stabiloinnin epäonnistumiselle. Tällaisissa tapauksissapilareista yleensä muodostetaan yhtenäisiä seinämärakenteita, jotkaparemmin kestävät sivusuuntaisia kuormia.Luiskien ja kaivantojen vahvistamisessa pilarointi on osoittautunut epävarmaksimenetelmäksi, sillä luiskassa liukupinnat hakeutuvat stabiloinnin huonoimminonnistuneisiin kohtiin aivan eri tavalla kuin penkereen alla olevassamaapohjassa, jossa satunnaiset laadunvaihtelut aiheuttavat stabiliteetin kannaltavaaratilanteita korkeintaan sivukaltevassa maastossa. Nykykäsityksenmukaan luiskissa ei tule käyttää yksittäisiä pilareita.

14 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKäytettäessä stabilointia luiskien vahvistamiseen erillisiä pilareita ei käytetä, vaanpilareista muodostetaan aina seinämärakenteita.2.4 Pilaristabilointien mitoitusperiaatteetKimmoisa pilarointi määritellään tässä ohjeessa siten, että pilareille tuleva kuormitusjää alle myötörajan, jonka oletetaan olevan 70 % murtokuormituksesta. Tämä menettelyon luonteeltaan vahvistetun maapohjan painumamitoituksen ohjaamista oikeallealueelle, eikä sitä pidä käsittää analogiseksi pohjarakenteiden mitoituksen kanssa.Kimmoisassa pilaroinnissa pilarilujuudet ovat maltillisia ja pilarien ja pohjamaan yhteistoiminnallaon merkitystä.Käytettäessä kimmoisia pilareita, jolloin pilarien myötörajaa ei ylitetä, penkereenpainumat rajoittuvat rakennusaikana lähes välittömästi tapahtuvaan pieneen painumaan.Pilarointia käytetään eniten penkereiden perustamiseen. Tyypillisissä tapauksissapenkereen vakavuus kasvaa minimivaatimuksia paremmaksi ja samallakäyttövaiheen aikaiset painumat käytännöllisesti katsoen poistuvat. Painumamitoituson kimmoisien pilarien tapauksessa lähes aina määräävämpi kuinvakavuus.Myötäävä pilarointi määritellään tässä ohjeessa siten, että pilarien myötökuorma(70 % murtokuormasta) ylittyy, jolloin ylijäävän kuormituksen oletetaan siirtyvän pilareitaympäröivän maan kannettavaksi ja pilarien kantavan jatkuvasti myötökuormansuuruisen kuorman, ks. kuva 7. Pilareita ympäröivälle maalle tuleva kuormitus aiheuttaakonsolidaatiopainumaa, jonka pilarien pystyojamainen vaikutus nopeuttaa, japainuma tapahtuu yleensä muutamassa kuukaudessa.Myötäävien pilarien käyttö edellyttää, että pilarien jäännöslujuus on vähintään oletetunmyötörajan suuruinen ja että pilarien vedenläpäisevyys on riittävän suuri pystyojamaisenvaikutuksen aikaansaamiseksi taikka että myötäävän kerroksen paksuuson niin pieni, ettei pystyojamaistakaan vaikutusta välttämättä tarvita. Jäännöslujuusvaatimuksensekä pystyojamaisen vaikutuksen voidaan katsoa täyttyvän ainakin käytettäessäsideaineena kalkkia tai kalkkisementtiä, josta vähintään puolet on kalkkia.Myötääviä pilareita on käytetty Ruotsissa laajasti, mutta Suomessa varsin harvoin.Myötäävä pilarointi esitetään tässä ohjeessa liitteessä 1, joka astuu voimaan vainhankekohtaisella päätöksellä.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 15Syvästabiloinnin suunnitteluohje2.5 Määrämittaisten pilarien käyttöMäärämittaisilla pilareilla tarkoitetaan pilareita, joita ei uloteta painuvanmaakerroksen alarajaan, vaan joiden alapuolelle jätettävissä maakerroksissaharkitusti sallitaan penkereen käyttövaiheen aikaisia painumia.Määrämittaisten pilarien painumien laskenta on vaativaa laskentaotaksumien epätarkkuudentakia ja vaatii myös tavallista perusteellisempia pohjatutkimuksia painumaominaisuuksiltaanratkaisevissa savikerrostumien alaosissa. Toisaalta jälkipainumattapahtuvat syvällä ja paksu stabiloitu maakerros tasoittaa lievien epätasaisuuksienheijastumista tienpintaan. Kuitenkin erityisesti kovan pohjan syvyyden vaihtelutmuodostavat riskin ratkaisun onnistumiselle.Koska määrämittaisten pilarien mitoitus sisältää merkittäviä epävarmuuksia ja saavutettavapainumastandardi on joka tapauksessa selvästi heikompi kuin tavanomaisillatäyssyvillä pilareilla, ratkaisun teknistaloudellinen edullisuus on harkittava tapauskohtaisestija varovaisesti.Määrämittaisten pilarien käyttämisestä siirtymärakenteissa on lupaavia kokemuksia.Siirtymärakenteet ovat varsin paikallisia, jolloin pohjasuhteiden vaihteluriski jää pieneksija muutenkin mitoitusperusteiden epävarmuudesta aiheutuva haitta on paremminhallittavissa kuin laajemmissa määrämittaisissa stabiloinneissa.2.6 Pilarien käyttö yhtenäisinä rakenteinaKun stabiloinnilta vaaditaan erityisen hyvää kestokykyä vinoja kuormituksiavastaan, pilarit tehdään toisiinsa kiinni yhtenäisiksi rakenteiksi, jotka voivatolla seinämäisiä, blokkimaisia tai kaarevia. Pilarit voidaan tehdä toisiaan leikkaavina,jos stabilointityössä ei ole liian pitkiä taukoja.2.7 Stabilointia käyttäen perustettavatrakenteetStabiloinnin käyttökohteita ovat:− penkereiden perustaminen− putkijohtojen perustaminen− leikkauspohjan vahvistaminen− tärinähaittojen lieventäminenStabiloinnin käyttökohteista selvästi yleisin on tie- ja katupenkereiden perustaminen.Perinteisesti on etenkin alle 2,5 m korkeita penkereitä on perustettukimmoisia pilareita käyttäen. Kun käytettävät pilarilujuudet ovat kasvaneet,menetelmän käyttöalue on laajentunut korkeampiinkin penkereisiin. Pilaroinnillaparannetaan penkereen stabiliteettia ja yleensä käytännöllisesti katsoen estetäänkäyttövaiheen aikaiset painumat. Myötääviä pilareita, määrämittaisia pilareitatai pilareita, jotka ovat tässä ohjeessa esitettyä lujempia, on käytetty muutamissakohteissa.

16 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjePilarointia käytetään usein putkijohtojen perustamiseen sekä nauhamaisena perustusrakenteenaettä muuta tarkoitusta varten tehtävän pilarointikentän osana.Pilarointia lyhyillä (esimerkiksi 2-3 m) pilareilla käytetään joskus pehmeän leikkauspohjanvahvistamiseen. Syyt ovat lähinnä työtekniset ja pilaroinnilla rajoitetaanpohjan häiriintymistä kaivutyön ja työkoneiden liikkumisen vaikutuksesta.Pilarointia voidaan käyttää kevyiden kantavien rakenteiden perustamiseen. Tällaisiaovat alikulkukäytävät, porttaaliperustukset, pumppaamot jne. Yleensä pilaroinnilleperustettavan rakenteen tulee olla staattisesti määrätty.Pilarointia voidaan käyttää liikennetärinähaittojen lieventämiseen. Liikenneväylänpohjanvahvistuksena toimiva syvästabilointi lieventää tärinää. Tärinänleviämistä pehmeässä maaperässä voidaan myös rajoittaa liikenneväylän sivullesijoitettavilla syvästabilointiseinämillä.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 17Syvästabiloinnin suunnitteluohje3 SideaineetSideaine sisältää yhtä tai useampaa stabiloivaa ainetta. Yleisimmät sideaineen komponentitovat kalkki ja sementti, mutta myös muita stabiloivia aineita kuten kipsiäkäytetään. Teollisuuden sivutuotteista on käytetty mm jauhettua masuunikuonaa jalentotuhkaa. Sideainetta voidaan kutsua seossideaineeksi, mikäli se sisältää useampaakuin yhtä stabiloivaa ainetta.Sideaineen vaatimuksenmukaisuus eli materiaalin ominaisuuksien varmennusosoitetaan ensisijaisesti CE-merkinnällä. Toissijaisesti vaatimuksenmukaisuus voidaanosoittaa sideaineen valmistajan dokumenttien perusteella ja/tai rakennuspaikkakohtaisillakokeilla kolmannen osapuolen valvonnassa.Sementin vaatimuksenmukaisuus osoitetaan CE-merkinnällä.Muiden sideainekomponenttien ja seossideaineen vaatimuksenmukaisuus osoitetaansideaineen valmistajan dokumenttien perusteella ja/tai rakennuspaikkakohtaisillakokeilla.Kaikkien sideaineessa käytettyjen stabiloivien aineiden koostumus ilmoitetaan. Sideaineestailmoitetaan ympäristön kannalta merkittävien kemiallisten aineiden määrät.Kokeiden tulokset ja havainnot dokumentoidaan.Haitallisten aineiden määrä selvitetään tarvittaessa Liikenneviraston ohjeen ”Sivutuotteidenkäyttö tierakenteissa”, TIEH 2100041-07 perusteella.Sideaineen kelpoisuus eli soveltuvuus käyttökohteeseen selvitetään suunnittelussa.Käytetään sellaista sideainetta, joka reagoi tunnetulla tavalla sekoitettavien maakerrostenkanssa. Sideaineen soveltuvuus suunnittelukohteeseen osoitetaan laboratoriokokeinja tarvittaessa koestabiloinnilla.Käytettävät stabilointiaineet eivät saa sellaisenaan, tai keskenään tai maaperässäolevien ainesten kanssa reagoidessaan aiheuttaa rakennuspaikalla tai sen ympäristössäpohjaveden tai maapohjan pilaantumista.Sideaineen juoksevuuden tulee olla sellainen, että sideaineen tasainen syöttö onmahdollista.Halutun vaikutuksen saavuttamiseen soveltuvan stabilointiaineen laadusta, vaikutuksenkehittymisajasta ja vaikutuksen pysyvyydestä varmistutaan riittävillä ennakkokokeilla.Niiden määrää ja laatua arvioitaessa voidaan käyttää hyväksi mahdollisia aikaisempiakokemuksia vastaavissa olosuhteissa.Ennakkokokeet stabilointiaineiden teknisen käyttökelpoisuuden ja ympäristöturvallisuudenselvittämiseksi aloitetaan riittävän ajoissa, jotta muun muassa käytettävänaineen avulla saavutettavasta käsittelytehosta sekä lujuuden ja muiden ominaisuuksienkehitysnopeudesta saadaan luotettava kuva.

18 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeEnnakkokokeiden yhteydessä pyritään aina selvittämään myös käytettävän aineen jakäsittelytekniikan soveltuvuusalueen rajat ottaen huomioon, että rakennuspaikanpohjasuhteet voivat poikkeavat ennakkokokeiden aikana oletetuista olosuhteista.Käytettävä kalkki on yleensä kovaksi poltettua sammuttamatonta kalkkia CaO. Kalkinaktiivinen CaO-pitoisuus on vähintään 75 %.Stabilointiaineena käytettävä poltettu kalkki on hienojakoista, rakeisuudeltaan 0/0,2siten, että vähintään 80 % läpäisee seulakoon 0,2 mm ja enimmäisraekoko on< 1 mm.Jos aktiivisen CaO:n määrä alittaa 75 %, lisätään suunnitelma-asiakirjoissa osoitettuakalkkimäärää vastaavasti, Seossideaineessa pidetään tällöin muiden stabiloivienkomponenttien määrä suunnitelman mukaisena. Työ- ja laatusuunnitelmassa kalkinoletetaan yleensä olevan 100-prosenttisesti aktiivista CaO:ta, mikä on otettava huomioonsuhteutuksessa. Toimitetussa kalkissa aktiivinen CaO:n määrä on yleensä75 %.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 19Syvästabiloinnin suunnitteluohje4 Pilaristabiloinnin mitoituksen lähtötiedot4.1 PohjatutkimuksetPilarien tavoitetason määrittämiseen tarvittavat pohjatutkimukset vaihtelevat huomattavastimm. seuraavissa eri tapauksissa:−−−Pilarit ulotetaan selväpiirteiseen maakerrosrajaan (esimerkiksi savi/moreeni).Pilarit ulotetaan maakerrosrajaan, jonka toteaminen rakentamisvaiheessa on vaikeampaa(esimerkiksi savi/siltti).Pilarit tehdään määrämittaisina ja niiden alle jää painuvaa maata.Kun pilarit ulotetaan selväpiirteiseen ja toteutusvaiheessa selkeästi todettavaan maalajirajaan(esimerkiksi saven ja moreenin rajaan), pilaripituuden määrittämiseen riittävätpainokairaukset. Jos pilarien alle jätetään jokseenkin painumatonta silttiä taiylikonsolidoitunutta savea, pilarien tavoitetaso on määritettävä tiheämmin ja tarkemmintutkimuksin, sillä ko. maakerrosraja ei ole pilarointikoneen sekoitinkärjellätodettavissa. Painokairausten tueksi pilarien alapään tason määrityksessä tarvitaantällöin myös näytteitä ja/tai CPTU-kairauksia.Kun pilareiden alle jätetään painuvia maakerroksia, ko. kerrosten maalajit ja niidenvaihtelut on tutkittava sekä CPTU-kairauksin että näytteenotolla.Stabiloitavien maakerrosten rakeisuus, humuspitoisuus, vesipitoisuus ja hienouslukuon selvitettävä, jotta voidaan:−−−alustavasti valikoida sopivimpia sideaineitavalita edustavat kohdat stabiloinnin laboratoriokokeille ja maastossa tehtävillekoestabiloinneillearvioida stabiloinnin laboratoriokokeiden ja maastossa tehtävien koestabilointienalueellista edustavuutta.Maapohjan lujuusominaisuudet on selvitettävä.Maapohjan lujuusominaisuudet määritetään useimmiten siipikairauksin ja erikoistapauksissakolmiaksiaalikokein.Maapohjan painumaominaisuudet on selvitettävä ödometrikokein, joiden määräksisuositellaan:−−−1 piste/100–200 m tietä, kun kimmoisat pilarit ulotetaan painuvien maakerrostenalarajaan1 piste/60–100 m tietä, kun painuvan kerroksen alarajaan ulottuvien pilariensuunnitellaan myötäävän1 piste/40–80 m tietä, kun pilarit suunnitellaan määrämittaisiksi ja ödometrikokeetkeskitetään tällöin painuvien kerrosten alaosaan.

20 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeErityisesti määrämittaisia pilareita varten tehdään mieluiten portaittaisia ödometrikokeita,jotta esikonsolidaatiojännitys σc saadaan mahdollisimman luotettavastimääritetyksi sekä myös sekundääripainumaparametrit voidaan määrittää.Ödometrikokeiden tueksi ja niiden tarvittavaa määrää pienentämään suositellaanvarsinkin määrämittaisia pilarointeja varten tehtäviksi sähkövastusluotauksia,joilla voidaan määrittää savikerrostuman jatkuva vesipitoisuusprofiili.Pohjavedenpinta ja sen vaihtelut on selvitettävä.Stabilointityötä mahdollisesti vaikeuttavat täytemaakerrokset on tutkittava kairauksinja tarvittaessa koekuopin.4.2 Stabiloidun maan mitoitusparametrienmäärittäminenStabiloidun maan mitoitusparametrit voidaan määrittää:−−−maastossa tehtävällä koestabiloinnillalaboratoriokokeillasamassa geologisessa muodostumassa tehtyjen aikaisempien stabilointien toteutumatiedoista.Erityisesti alustavissa suunnitteluvaiheissa voidaan tukeutua lähiympäristön toteutumatietoihin.Tärkeää on kuitenkin tarkistaa, että savikerrosten indeksiominaisuudetvastaavat riittävästi toisiaan. Tällöin tulee kiinnittää huomiota varsinkin humuspitoisuuksienja vesipitoisuuksien vastaavuuteen.Sekä maastossa tehtävien koestabilointien että laboratoriokokeiden ohjelmointi aloitetaanmäärittämällä selvitettävien asioiden tärkeysjärjestys ja kunkin selvittämiseentarvittava vaihtoehtojen määrä esimerkiksi seuraavaan tapaan:−−−−sideaineen valintasideaineen määrätyötekniset detaljit, kuten esimerkiksi sekoitinkärjen nostonopeuslujittumisaika.Koepilarin halkaisija ja muut tutkittavan asian kannalta vähäiset tekijät pidetäänkokeessa vakioina. Oleellista on myös jo alkuvaiheessa valita koestusmenetelmätja havaintojen tarvittava määrä, jotta hajonnan vaikutus ei pilaa tulostentulkintaa. Yleensä samanlaisiksi tarkoitetuista pilareista tulisi koestaa samallatavalla vähintään neljä kappaletta. Laboratoriossa voi kolme rinnakkaisnäytettäolla riittävä määrä. Varsinkin maastossa tehtävässä koestabiloinnissasuurin osa kustannuksista syntyy vasta koestusvaiheessa eikä koepilarien määrääpidä mitoittaa liian niukaksi.Stabiloinnin lujuustavoite arvioidaan ainakin suuntaa-antavasti jo stabilointikokeidenohjelmointivaiheessa. Yleensä stabiloidun maan leikkauslujuudeksi pitääsaada vähintään noin 70 kPa, jotta stabilointiratkaisu olisi taloudellisesti kilpailukykyinen.Matalien (alle 2,5-3 m) penkereiden perustamisessa leikkauslujuus-

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 21Syvästabiloinnin suunnitteluohjetavoite on useimmiten noin 80–120 kPa ja korkeammilla penkereillä 120–200 kPa. Kokeiltavat sideaineet ja sideainemäärät valitaan kokemusperäisestialustavan lujuustavoitteen ja maakerrosten indeksiominaisuuksien (rakeisuus,vesipitoisuus, humuspitoisuus, rikkipitoisuus) mukaan. Maastossa tehtävienkoestabilointien ohjelmoinnissa käytetään hyväksi stabiloitujen maanäytteidenlaboratoriokokeiden tuloksia, mikä helpottaa ohjelmointia.Maastossa tehtävät koepilarit koestetaan yleensä useammalla eri menetelmällä. Joskäytetään vain yhtä menetelmää, on sen oltava pilarikairaus, ellei pilarin suuri lujuustee pilarikairausta soveltumattomaksi. Pilareista otettavat näytteet antavat useinharhaanjohtavan kuvan pilarin lujuudesta: joko liian huonon tai liian hyvän. Näytteenottoavoidaan näin ollen käyttää vain muita menetelmiä täydentävänä tietona.Laboratoriossa tehtävistä koekappaleista määritetään aina vähintään puristuslujuussekä muodonmuutosmoduuli E. Merkittävissä kohteissa on suositeltavaa määrittäästabiloidun maan lujuusparametrit ja muodonmuutosominaisuudet kolmiaksiaalikokeilla,jotka jäljittelevät maassa vallitsevaa kuormitustilannetta sekä pilarissa tapahtuviamuodonmuutoksia paremmin kuin yksiaksiaalinen puristuskoe.Luotettavimmat lähtötiedot pilarien lujuuden osalta saadaan hankekohtaisellamaastossa tehtävällä koestabiloinnilla. Tämä on usein taloudellisesti edullistapienehköissäkin stabilointikohteissa.Laboratoriokokeilla saatu leikkauslujuuden arvo tulee kertoa korjauskertoimella, jonkamaksimiarvot on esitetty kuvassa 1.Laboratoriolujuutta voidaan sellaisenaan ilman korjauskerrointa käyttää mitoituslujuutenavain silloin, kun seuraavat ehdot täyttyvät:−−−pilarien leikkauslujuustavoite on alle 120 kPa jasideaineena käytetään kalkkisementtiä, jossa kalkin osuus on vähintään 50 % jasideainemäärää korotetaan 10 % laboratoriossa käytetystä.Kuva 1.Laboratoriolujuuden korjauskertoimen maksimiarvo.Tärkeää on varmistaa koestabiloinnin edustavuus sikäli, ettei tuloksia käytetä stabiloinninmitoitukseen kohdilla, joissa maakerrosten humuspitoisuus on suurempi kuinkoekohdalla.

22 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohje4.3 KuormitusotaksumatMaakerrosten tilavuuspainot määritetään ohjeen Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteetTIEH 2100002-01 mukaisesti.Liikennekuormana käytetään vakavuustarkasteluissa 10 kPa. Kimmoisten pilarienmyötörajatilatarkastelussa käytetään 10 kPa liikennekuormaa, jonka oletetaan siirtyvänkokonaisuudessaan pilareille. Painumamitoituksessa liikennekuormaa ei otetahuomioon minkään pilarityypin osalta. Erikseen harkittaessa käytetään suurempiakuormituksia esimerkiksi raskaiden kuljetusten väylillä tai työnaikaisissa tilanteissa,kun käytetään raskaita työkoneita.Penkereen massa vaikuttaa kuormana stabiloituun pohjamaahan aina täysimääräisesti.Penkereestä pohjamaahan kohdistuvaa kuormaa ei saa vähentää, vaikka luonnollistamaanpintaa leikattaisiinkin tai olemassa oleva painumaton penger poistettaisiinennen stabilointia. Määritettäessä pengerkuormituksen jakautumista pilareille jamaalle käytetään maalle ylikonsolidoituneen alueen muodonmuutosmoduuleja, josmaalle tuleva kuormituksenosa on pienempi kuin poistettavan maakerroksen paino japoistettava maakerros on ehtinyt konsolidoida maapohjan. Tätä havainnollistaa kuva2.Kuva 2.Pilareille tulevan kuorman laskentaperiaate.Pohjavedenpinnan mahdollinen aleneminen on otettava huomioon kuormituksena.Maapohjalle siirtyvän kuormaosan kautta myös pilariin kohdistuva sivutuki lisääntyyja tämä voidaan ottaa huomioon pilarin kapasiteettia laskettaessa, ks. kaava 11.4.4 Rakentamisen reunaehdotStabilointi mitoitetaan useimmiten 1-3 kuukauden lujittumisajalle ja 1 kk lujittumisaikaon tavallisin valinta. Lujittumisajan valinnassa puntaroidaan, kummalla on suurempimerkitys, hiukan suuremmalla mitoituslujuudella vai nopealla rakentamisella.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 23Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKimmoisan pilaroinnin tapauksessa penkereen annetaan olla täydessä korkeudessaanpilarien lujittumisajan jälkeen vähintään 1 kk ajan ennen tien päällystämistä. Tässäajassa ehtii kimmoisien pilarien pieni painuma useimmiten tapahtua. Jos esimerkiksikorjauskohteissa tarvitaan nopeampaa rakentamista, on tapauskohtaisesti harkittavamm. seuraavia vaihtoehtoja:−−−−hiekasta, sorasta tai murskeesta tehdyn paksuhkon työalustan käyttö, jolloin pilareillesaadaan heti alusta asti tiivistävää ja lujittumista edistävää kuormaapilaroinnin lievä ylimitoituspilarien toteutuneen lujuuden hyväksikäyttö, mikäli se ylittää tavoitelujuudensen hyväksyminen, että myöhemmän päällystyksen yhteydessä korjataan pieniäpainumiaToisaalta pitempikin seisonta-aika kuin 1kk on hyvä varmistus, varsinkin jos pilarointion harva tai pilarit ovat pitkiä tai pilaroinnin lopputuloksen tasalaatuisuudesta onepäilystä.Pilarien kuormittaminen jo lujittumisaikana, kuitenkin lopullista pienemmälläkuormalla, on yleensä pilarien lujittumisen kannalta vain hyväksi. Jos kyseessäon määrämittainen pilarointi, varhaisessa vaiheessa tapahtuva kuormitus saattaaolla haitallista, jos pohjamaa on häiriintyneessä tilassa pilarien alapuolella.Vakavuuden kannalta kriittisissä tilanteissa, kuten esimerkiksi sivukaltevassa maastossataikka erityisen häiriintymisherkän saven ollessa kyseessä, on tarkistettava,yleensä siipikairauksin, että pilarien välisen saven lujuus on ehtinyt palautua työnaikaisenhäiriintymisen jälkeen. Tämä saattaa ainakin joissain tapauksissa viedäenemmän aikaa kuin pilarien lujittuminen.Laajoissa ja ajallisesti eri jaksoihin jakautuvissa stabilointitöissä voi olla mahdollistatarkistaa mitoitus ensiksi tehtyjen stabilointien toteutumatietojen pohjalta.

24 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohje5 Pilaristabiloinnin mitoitus5.1 Pilaristabiloidun maarakenteen vakavuus5.1.1 Erilaiset kohteet ja vaatimuksetKaikissa stabilointikohteissa on tarkistettava maarakenteen vakavuus sekä ilman stabilointiaettä stabilointi huomioonottaen. Ensin mainittu laskelma vaikuttaa siihen,missä määrin stabiliteetti on merkitsevä tekijä stabiloinnin mitoituksessa. Vakavuusilman stabilointia lasketaan yleensä ympyräliukupintamenetelmällä ja laskelmassaotetaan huomioon penkereen tai leikkauksen muoto mahdollisine vastapenkereineenja kevennysleikkauksineen sekä mahdolliset pengerkevennykset tai massanvaihdot.Esimerkiksi geovahvisteet jätetään tässä tarkastelussa huomiotta.Vakavuus ilman stabilointia vaikuttaa siihen, kuinka pilarien ja maan voidaan olettaatoimivan yhdessä.Pilarit on asetettava yhtenäisiksi pengerluiskaa vastaan kohtisuoriksi rakenteiksi:−−−kun kysymyksessä on penger tasaisessa maastossa ja kokonaisvarmuus ilmanliikennekuormaa ja maan kestävyyden ominaisarvolla laskettaessa on alle 1,0 taikun kysymyksessä on meluvalli ja kokonaisvarmuus ilman liikennekuormaa jamaan kestävyyden ominaisarvolla laskettaessa on alle 0,9.kun kysymyksessä on penkereen ja kaivantoluiskan (tai yli 1 m syvän ojan) yhdistelmätai penger kaltevassa (yli 1:20) maastossa ja kokonaisvarmuus ilman liikennekuormaaja maan kestävyyden omaisarvolla laskettaessa on alle 1,2, tai kunkysymyksessä on meluvalli ja kokonaisvarmuus maan kestävyyden omaisarvollalaskettaessa on alle 1,1.kun kysymyksessä on kaivanto- tai leikkausluiskaLähtötilanteen vakavuutta voidaan tarvittaessa parantaa pengerluiskan loiventamisellatai vastapenkereellä.Lähtötilanteen vakavuusvaatimuksesta voidaan tarkan harkinnan mukaan tapauskohtaisestijoustaa seuraavilla perusteilla:−−Suunnittelu perustuu erityisen hyviin lähtötietoihin (erityisesti maastossa tehtyynkoestabilointiin)tai stabiloinnin onnistuminen varmistetaan tavanomaista varmemmin.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 25Syvästabiloinnin suunnitteluohje5.1.2 Vakavuus- ja siirtymätarkastelutVarmuus stabiloidun rakenteen sortumaa vastaan käsitellään eurokoodijärjestelmänmukaan (kappale 1.3). Kuormitusotaksumat on esitetty kohdassa 4.3. Vakavuuslaskennassakäytettävät varmuusluvut on esitetty Liikenne- ja viestintäministeriön eurokoodiin7 laatimassa kansallisessa liitteessä. Näitä varmuuslukuja käyttämällä saavutetaanrakenteen riittävä vakavuus.Jotta penkereen, luiskien ja tiehen liittyvien ja lähialueella sijaitsevien rakenteidensiirtymät voidaan hallita, suoritetaan vakavuuden laskenta myös käyttäen normaalienosavarmuuslukujen lisäksi korotettuja maan osavarmuuslukuja, jotka on esitetty Liikennevirastonsoveltamisohjeessa taulukossa 5.1 'Käyttörajatilatarkastelussa käytettävätmaapohjan lujuusparametrien osavarmuusluvut stabiliteetin laskentaan, kuntarkastellaan maapohjan siirtymiä'. Mikäli stabiloitu alue rajautuu siltaan, tukimuuriintms. rakenteeseen tai tiealueen ulkopuolella sijaitsevaan rakennukseen tms, johon eisaa aiheutua kuormituksia maamassojen liikkeestä, lasketaan vakavuus käyttäen taulukossaannettuja suurempia osavarmuuslukuja. Muissa tapauksissa laskenta tehdäänkäyttäen taulukossa annettuja pienempiä osavarmuuslukuja. Jos maakerrostenhumuspitoisuus ylittää 6 %, ei soveltamisohjeessa mainittu varmuustaso välttämättäriitä riittävään siirtymien vähentämiseen vaan varmuustason tulisi olla vielä korkeampikuin mitä em. taulukossa on vaadittu.Jos maanpinta on tasainen, pilaroinnin mitoittaminen kimmoisana johtaa useimmitenselvästi minimivaatimusta suurempaan varmuustasoon.Stabiloidun rakenteen vakavuustarkasteluissa otetaan huomioon pilarien sijainti liukuympyränkeskipisteeseen nähden, sillä liukupinnan passiivipuolella oleville pilareilletulee lähinnä sivusuuntaisia kuormia, joita pilarin kaltainen hauras materiaali varsinheikosti kestää.Yksinkertaisin vyöhykejakotapa on keskimääräiseen leikkauslujuuteen perustuva menetelmäsillä korjauksella, että kaikkien liukuympyrän keskipisteeseen nähden passiivipuolellaolevien pilareiden vaikutus jätetään huomiotta, ks. kuva 3.Laskelmassa huomioonotettavan pilaroidun vyöhykkeen leveys vaihtelee liukupintakohtaisestimutta suuntaa-antava mitoitus kannattaa tehdä aluksi ottaenhuomioon koko pilarointi.

26 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKuva 3.Vakavuuslaskenta leikkauslujuuden painotetun keskiarvon mukaisellamenetelmällä sillä korjauksella, että passiivipuolen pilarien vaikutustaei oteta huomioon.Maan keskimääräinen leikkauslujuus pilaroidulla alueella aktiivipuolella liukuympyränkeskipisteeseen nähden:sua= a ⋅τ + (1 − a) ⋅ μ ⋅ s(2)pilusua pilaroidun maan keskimääräinen leikkauslujuus aktiivipuolellaa pilarisuhde, ks. kaava 6τpil pilarin leikkauslujuussu pohjamaan leikkauslujuusμ redusointikerroin, ks. kuva 4 (lisäksi siipikairauslujuuden mahdollinen redusointiwL:n perusteella)Maan leikkauslujuus pilaroimattomalla alueella sekä pilaroidun vyöhykkeen passiiviosalla:s= μ ⋅(3)ups usupsuμmaan leikkauslujuus pilaroimattomalla alueella ja passiivipuolellapohjamaan leikkauslujuusredusointikerroin, ks. kuva 4 (lisäksi siipikairauslujuuden mahdollinen redusointiwL:n perusteella)

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 27Syvästabiloinnin suunnitteluohjeRedusointikerroin, μKuva 4.10,90,80,70,60,50,46 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Pilarin leikkauslujuuden ja pohjamaanleikkauslujuuden suhdeKuvassa 3 ja kaavoissa 2-3 esitetyn redusointikertoimen μ riippuvuuspilarin ja pohjamaan leikkauslujuuksien suhteesta (ylemmässä kuvassatämän perustelu pilarin ja saven leikkausjännityksen erilaisella mobilisoitumisella).Tämän lisäksi tehdään siipikairalujuuden redusointi juoksurajanwL (tai hienousluvun F) perusteella.Tarkempi vyöhykejako on seuraavassa, varsinkin Ruotsissa käytetyssä, menetelmässä,ks. kuva 5:−−Pilarin leikkauslujuus lasketaan c’φ’-menetelmällä.Pilarin koheesion suurin mahdollinen ominaisarvo on 100 kPa ja se kerrotaan aktiivivyöhykkeessäkertoimella 0,3, leikkausvyöhykkeessä kertoimella 0,1 ja passiivivyöhykkeessäkertoimella 0.

28 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjePilarin koheesion ominaisarvoksi voidaan valita esimerkiksi laboratoriokokein taikairauksin määritetty suljetun leikkauslujuuden arvo.−−−Pilarin kitkakulmana voidaan käyttää kalkkipilareilla 30° ja kalkkisementtipilareilla35°.Stabiloimattomalle maalle käytetään normaaleja c’φ’-arvoja.Laskelmissa käytettävät huokosvedenpaineet määritetään kulloisenkin kuormitustilanteenmukaisesti.Kuva 5.Ruotsissa käytetty /Björkman, Ryding/ vyöhykejako vakavuuslaskelmassa.Aktiivivyöhykkeessä pilareihin kohdistuu lähinnä puristusta, leikkausvyöhykkeessäleikkausta ja passiivivyöhykkeessä vetoa. Vyöhykkeidenrajat riippuvat jonkin verran penkereen geometriasta ja maakerrosrakenteesta.5.1.3 Lamellirakenteiden mitoitusKun pilareista muodostetaan yhtenäisiä luiskaa vastaan kohtisuoria lamellirakenteita,niiden vakavuusmitoituksessa voidaan toisissaan kiinni oleville pilareille käyttää täyttälujuutta myös passiivipuolella. Tällöin ei kuitenkaan maan leikkauslujuutta otetahuomioon.Lamellirakenteiden tarvittava minimilaajuus määritetään kuvan 6 mukaan.Yhtenäisten lamellirakenteiden pilarit tulee sijoittaa niin, ettei niiden väliin jää rakenteentoimintaa heikentäviä rakoja. Pilarit tulee tällöin suunnitella aina vähintään 50mm toisiaan leikkaaviksi. Pitkillä (yli 10 m) pilareilla tai muuten vaativissa olosuhteissapilarit tulee suunnitella leikkaamaan toisiaan enemmänkin.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 29Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKuva 6.Pilareista muodostettavien yhtenäisten lamellirakenteiden vähimmäislaajuusvaatimuksiakaivanto- tai leikkausluiskatapauksissa.Pilarilamelleja käytetään usein myös tukiseinällä tuettujen kaivantojen seinien alapäidentuennassa.5.2 Penger kimmoisille pilareille5.2.1 Kimmoisen pilaroinnin mitoitusperiaatteetSyvästabiloitu pengerrakenne ymmärretään pohjanvahvistukseksi. Tämän edellytyksenäon kohtuullinen tavoitelujuus (pilarin leikkauslujuus korkeintaan 200 kPa) ja riittävänmatala pilarin ja maan tavoitteellinen lujuussuhde (korkeintaan 15). Rakenteenvakavuus varmistetaan normaalein liukupintalaskelmin käyttäen eurokoodijärjestelmänavulla laskettuja mitoitusarvoja.Kimmoisan pilaroinnin mitoituksessa kuorma jakautuu pilareille ja maalle kohdassa5.2.2 esitettyjä periaatteita noudattaen. Pilarin kantavuus varmistetaan siten, että pilarilletuleva kuorma (ominaiskuorma) määritetään myötökuorman suuruiseksi kuitenkinniin, että se on enintään 70 % murtokuormasta.Pilarin myötörajaolettamus perustuu toisaalta kuormitus-muodonmuutos-käyränmuotoon, joka on materiaalikohtainen, ja toisaalta johtaa varsin hyvään todennäköisyyteen,että erittäin harva yksittäinenkään pilari murtuu. Yksittäisten harvojen pilareidenkuormittuminen myötörajan yli ei käytännössä tee ko. pilareista toimimattomiaeikä vaaranna syvästabiloidun maapohjan toimintaa.

30 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKimmoiselle pilarille asetettavat vaatimukset ovat:− Pilarin mitoituslujuus ei ylitä 15-kertaista pohjamaan lujuutta. Tällöin tarkastellaanpilarin mitoituslujuutta ja pystysuunnassa 2 m matkalla laskettua maan lujuudenkeskiarvoa.− Penkereen vakavuus ilman pilarointia tarkistetaan ja pilarien mahdollinen asettaminenyhtenäisiksi rakenteiksi tarkistetaan kohdan 5.1 mukaan.− Sideaine on kalkkisementtiä tai muuta ominaisuuksiltaan tunnettua, ks. luku 3.Teoreettisesti oikeampaa olisi tarkastella pilarin ja maan lujuussuhteen sijastamuodonmuutosmoduulien suhdetta, mutta molempien moduulien määrityksessäon epätarkkuuksia ja tulkintavaikeuksia, joten käytännön suunnittelussa lujuus ovatkäyttökelpoisempi.Pilareille perustetun rakenteen painumaa tarkasteltaessa pitää selkeästi erottaakolme luonteeltaan ja nopeudeltaan täysin erilaista painumalajia:−−−Pilarien painuma kuormitettaessa niitä alle myötörajan. Painuma tapahtuu välittömästieikä sillä ole merkitystä esimerkiksi tiepenkereen käytönaikaista painumattomuuttaarvioitaessa.Pilarien välisen maan konsolidaatiopainumat silloin, kun pilarien myötökuormaylitetään.Määrämittaisten pilarien alapuolisen maan konsolidaatiopainumat.5.2.2 Kimmoisen pilaroinnin painumamitoitusKimmoisan pilaroinnin mitoituksessa määritetään kuorman jakautuminen pilarin jamaan kesken sekä verrataan pilarille tulevaa kuormaa myötörajan suuruiseen sallittuunkuormaan (kuva 7). Murtokuorman ja sen perusteella laskettavan myötökuormanmäärityksessä otetaan huomioon ympäröivän maan antama sivutuki.Kuva 7.Kimmoisen pilarin kuormitus-muodonmuutos -käyrä. Kimmoisan pilarinmitoitus perustuu siihen, että pilarin kuormitus ei ylitä myötörajaa(70 % murtolujuudesta).

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 31Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKuormitusten jakautuminen pilarien ja maan välillä riippuu pilarien ja maan muodonmuutosmoduuliensuhteesta. Maan ja pilarin oletetaan painuvan yhtä paljon. Menetelmäperustuu Bromsin ja Bomanin (1977) esittämään tasaisen painuman periaatteeseen.Tarkastelu on iteratiivinen.Painuman laskeminen aloitetaan tekemällä aluksi laskentatekninen oletus pilarivälinja kuormajakautuman suuruusluokasta (pilarien ja maan osuus kuormasta):−Käyttökelpoinen alkuoletus kuormituksen jakautumisesta pilareille ja maalleon yleensä se, että pilarit kantavat 90 % kokonaiskuormasta, jolloin maalle jää10 % kuormasta.Pilarien painuma lasketaan kaavalla 4 kaavaa 5 apuna käyttäen.sΔh⋅qpilpil= (4)a ⋅Epil∆h on pilarin pituusspil pilarille siirtyvän kuormaosuuden aiheuttama painumaqpil pilareille tuleva osa kokonaiskuormasta q0 (ei liikennekuormaa)a pilarien suhteellinen pinta-ala, ks. kaava 6Epil pilarien muodonmuutosmoduuliPilarin muodonmuutosmoduulin voidaan olettaa olevan kaavan (5) mukainen.E= 20⋅(5)1,6pilc kritEpil onckritpilarien muodonmuutosmoduulipilarin kriittinen leikkausjännitys eli myötörajaa vastaava leikkausjännityseli 70 % pilarin leikkauslujuudesta (pilarin leikkauslujuutena käytetään jokopilarista mitattua leikkauslujuutta taikka laboratoriossa määritettyä jäännöslujuutta)ap= (6)ApA+ Ama on pilarien suhteellinen pinta-alaAppilarin pinta-alaAm maan pinta-ala, ks. kuva 8

32 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKuva 8.Pinta-alojen Ap, Am ja A määrittäminen.Maan painuma yksinkertaisimmassa laskentatapauksessa (homogeeninen normaalikonsolidoitunutpohjamaa) voidaan laskea kaavalla 7 käyttäen hyväksi kaavoja 8 ja 9.Koska maa ja pilari painuvat yhtä paljon, voidaan maalle siirtyvä kuormitus laskeakaavalla 9.smaaΔh⋅ qmaa= (7)( 1- a) ⋅ M∆h on pilaroidun maakerroksen paksuussmaa maalle siirtyvän kuormaosuuden aiheuttama painumaqmaa maalle tuleva osa kokonaiskuormasta q0a pilarien suhteellinen pinta-ala, ks. kaava 6M kokoonpuristuvuusmoduuli1- β⎛ σ ⎞M = m ⋅100⋅ ⎜ ⎟ (8)⎝100⎠m onβσmoduulilukujännityseksponenttimaassa vallitseva pystyjännitysqmaa( 1- a)⋅ M ⎞⎟ ⋅ q0+ ( 1 − a) ⋅ M⎛= ⎜(9)⎝ a ⋅ Epil⎠Painuman laskemisen jälkeen tarkistetaan pilarijännityksen suhde pilarin myötörajaan.Ensiksi lasketaan pilarille tuleva kuormitus kaavalla 10. Liikennekuorma otetaantässä tarkastelussa huomioon.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 33Syvästabiloinnin suunnitteluohjeσq− qaqa0 maa liikpil= +(10)σpil onqliikpilarille tuleva puristusjännitys (tarkastelutaso penkereen ja maanpinnanrajapinta)tasainen liikennekuorma (10 kPa)Kaavalla 10 määritetty puristusjännitys σpil edustaa pilarin puristusjännityksen maksimiarvoa.Kun penkereen alla on kuivakuori, kuormitus siirtyy maanpinnassa pääosinmaapohjalle, ja pilarijännityksen voidaan olettaa olevan maksimissaan (= σpil) kuivakuorenalapinnassa, jota käytetään tarkastelusyvyytenä.Tarkemman laskennallisen tarkastelun perusteella (esimerkiksi elementtimenetelmääkäyttäen) voidaan valita muukin taso. Asiaa on käsitellyt mm Nikkinenjulkaisussa Syvästabiloitujen pilarien ja maan yhteistoiminta.Jos pilareiden ja penkereen välissä käytetään lujitteita, tarkastelusyvyys on kussakintapauksessa valittava erillisen tarkastelun perusteella, koska lujitteet tehostavatkuormien keskittymistä pilareille.Pilarin puristuskapasiteetti koostuu pilarin omasta leikkauslujuudesta ja ympäröivänsaven antamasta sivutuesta kaavan 11 mukaisesti. Pilarin sivutuki lasketaan kaavalla12 ja sen suuruus riippuu valittavasta tarkastelusyvyydestä. Tarkastelusyvyyden valintaon selostettu edellä.σmurto= 2 ⋅τ+ k ⋅ σ(11)pilh'hσmurto on pilarin puristuskapasiteettiτpil pilarin leikkauslujuuskh horisontaalijännityksen kerroin (=1)σh ’ pilareihin vaikuttava maan tehokas horisontaalijännitysσ'' Δσ= σv(12)2'h+σv ’ onΔσ ’maan pystysuora tehokas jännitys alkutilanteessa tarkastelusyvyydelläkuormituslisäys (ilman liikennekuormaa)Pilarille tulevaa puristusjännitystä (kaava 10) verrataan pilarin myötörajaan (kaava13). Pilarijännitys saa olla korkeintaan myötöjännityksen suuruinen.σ ≤ σ ≤ 0,7⋅(13)pilmyötöσ murtoKimmoisaa pilaria ei työnaikaisissakaan tilanteissa saa kuormittaa yli myötörajan.Sen sijaan pilarien kuormittaminen työn aikana senhetkistä myötörajaa kevyemminon edullista pilarien lujittumiselle.Stabiloidun rakenteen vakavuus on tarkistettava luvussa 5 esitetyillä menetelmillä.

34 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeYleensä vakavuus on kimmoisan pilaroinnin mitoituksessa määräävä vain, kunmaanpinta on kalteva, penkereen vierellä on kaivantoja tai penger on korkea.Kun kysymyksessä on matalahko penger tasaisessa maastossa, kimmoisaksi mitoitettupilarointi nostaa varmuustason sortumaa vastaan minimivaatimuksetylittäväksi.Kimmoisan pilaroinnin mitoitus ei ole erityisen herkkä pohjamaan painumaparametrienepätarkkuuksille silloin, kun maa on normaalikonsolidoitunutta. Sensijaan mahdollinen ylikonsolidaatio vaikuttaa mitoitukseen merkittävämmin.Ylikonsolidoitunut pohjamaa pystyy pienellä painumalla ottamaan vastaan selvästienemmän kuormaa kuin normaalikonsolidoitunut maa, mikä pienentää pilareilletulevaa kuormitusta.5.3 Pilaritiheyden tarkistaminenYleensä pilarien k/k-väli on vähintään pilarin halkaisija + 0,2 m. Tiheämmille pilaroinneilleei ole teknisiä esteitä, mutta usein jokin muu ratkaisu on taloudellisempi.Jos pilariväli on suuri, ei tasaisen painuman oletus (pilari ja maa painuvat yhtä paljon)päde vaan maa voi painua enemmän ja tämä voi heijastua myös tien pintaan. Erityisestikimmoisilla pilareilla kuormien riittävä siirtyminen pilareille on syytä varmistaa.Tarkasteluita pilaritiheyden riittävyydestä tarvitaan, jos laskettu pilariväli ylittää jokoarvon pilarin halkaisija + 0,7 m tai pengerkorkeuden. Kuivakuorikerros siirtää tehokkaastikuormia pilareille, joten em. laskutavalla saatua enimmäispilariväliä voidaankasvattaa jokaista täyttä kuivakuoren 0,5 metrin paksuutta kohti 0,1 metriä, ei kuitenkaanenempää kuin 0,3 m. Kuivakuoren leikkauslujuuden tulee olla vähintään 30 kPa.5.4 Pilarien keskinäinen sijoitusPilarit voidaan useimmissa tapauksissa sijoittaa yksinkertaiseen neliöverkkoon. Kolmioverkkojenyleistynyt käyttö pohjautunee analogiaan pystyojaverkoston kanssa jasiitä on hyötyä:−−erityisen harvoilla pilaroinneilla ja matalilla penkereillä, kun halutaan varmistaakuormien mahdollisimman tehokas siirtyminen pilareillemyötäävillä pilareilla painumien nopeuttamiseksi.Erilaisia pilariverkkoja on esitetty kuvassa 9.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 35Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKuva 9. Pilarien sijoituskaavioita. Vasemmalla yksinkertainen neliöverkko(useimmiten aivan hyvä), keskellä neliöverkko, jossa joka toinen rivialoitetaan ”puolivälipisteestä” (pieni parannus erityisen harvoilla pilaritiheyksillä),oikealla tasasivuinen kolmio (paras, mutta harvoin tarpeen).Oikeanpuoleista kaaviota käytettäessä tulee muistaa, että pilarivälinlaskeminen neliön sivuna ja saman mitan käyttäminen tasasivuisenkolmion sivuna johtaisi 15 % ylimitoitukseen.5.5 Putkijohtojen perustaminensyvästabiloinnilleSyvästabiloinnille perustettavien putkijohtojen kuormitusotaksumat on esitetty kuvassa10.Putkijohtojen alle tuleva pilarointi mitoitetaan kimmoisana. Sen lisäksi, että tarkistetaanpilarikuormien jäävän alle myötörajan, voidaan pilarointia joskus joutua tihentämäänenemmänkin, jotta putkijohdon painuma saadaan pysymään sallituissa rajoissa.Kimmoisan pilaroinnin rakennusaikainen nopea painuma, joka on tie- tai katupenkereelletavallisesti merkityksetön, on otettava putkijohdon painumana huomioon.Jos putkijohto rakennetaan syvästabiloidun kohdan esikuormittamisen jälkeen, esikuormituksenaikaista painumaa ei tarvitse ottaa painumamitoituksessa huomioon japilaroinnin tihentämistarve putkijohdon kohdalla jää vähäiseksi.Vyöhyke a:Vyöhyke b:Vyöhyke c:Putkijohdolla ei vaikutusta pilaritiheyteenPutkijohdon arinan alla tihennetty pilarointiJos vyöhykkeen leveys ylittää 3 m, harkitaan pilaroinnin tihennystarvevyöhykkeellä c tapauskohtaisestiVyöhykkeellä b pilareille tuleva kuorma lasketaan korkeuden h1 ja täytön tilavuuspainonmukaan. Lisäkuormana otetaan huomioon mahdollinen pohjaveden aleneminen.Jos putken halkaisija ylittää 1,0 m, putken tyhjä sisäosa voidaan ottaa huomioon kevennyksenä.Putken sisällä virtaavaa vettä ei oteta huomioon kuormituksena.Vyöhykkeen b pilaroinnin painumamitoituksessa (kimmoisan pilaroinnin mitoitus)otetaan poiskaivettavan maan paino (korkeutta h2 vastaava) huomioon ylikonsolidaationa.Vyöhykkeen b tihennettyyn pilarointiin lasketaan mukaan ne pilarit, joiden keskikohtaosuu vyöhykkeelle b.

36 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKuva 10.Syvästabiloinnille perustettavan putkijohdon kuormitusotaksumat. Samassakuvassa on esitetty sekä tuettu kaivanto (vasen puoli) että luiskattukaivanto (oikea puoli).Joskus voidaan ponttiseinien alapään tuentaan käyttää poikittaisia pilarilamelleja,jotka voivat toimia myös putkijohdon perustamisen vaatimina pilaritihennyksinä.Roudasta aiheutuvat siirtymäkiilat mitoitetaan ohjeen Tierakenteen suunnittelu TIEH2100029-04 mukaan.5.6 Määrämittaisen stabiloinnin mitoitus5.6.1 Määrämittaisten pilarien käytön edellytyksetTämän luvun ohjeita käytetään määrämittaisen stabiloinnin mitoituksessa silloin, kunpilareilla lisätään vakavuutta tai vähennetään painumia.Määrämittainen pilarointi soveltuu parhaiten painumien rajoittamiseen sellaisissakohteissa, joissa välittömästi kuivakuoren alapuolella sijaitsevat savikerrokset ovatpainuman kannalta kriittisiä ja joissa savikerrosten kokonaispaksuus on suuri. Määrämittainenpilarointi ei sovellu kohteisiin, joissa pilaroinnin upotustason alle jääpaksuudeltaan tai painumaominaisuuksiltaan pienipiirteisesti vaihtelevia savikerroksia.Siirtymärakenteiden suunnitteluun on kiinnitettävä erityistä huomiota.Määrämittaisten pilarien alapuolelle ei saa jättää maakerroksia, joiden suljettu leikkauslujuusalittaa 15 kPa tai vesipitoisuus ylittää 100 % taikka humuspitoisuus ylittää2 %. Nämä vaatimukset eivät ole ehdottomia, kun kyseessä on suppea-alainensiirtymärakenne.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 37Syvästabiloinnin suunnitteluohjeMäärämittaisten pilareiden mitoittavana leikkauslujuutena saa käyttää enintään arvoa120 kPa. Jos lujitettavan kerroksen pienin leikkauslujuus on alle 12 kPa, saa pilarinleikkauslujuutena käyttää enintään kymmenkertaista maan leikkauslujuutta.5.6.2 Stabiliteetti ja mitoitus pilariryhmänäPerustettaessa tiepenger määrämittaista stabilointia käyttäen on penkereen kokonaisvarmuudensortumista vastaan ilman stabilointia oltava vähintään 1,2 laskettaessamaan kestävyyden ominaisarvolla ja ilman liikennekuormaa. Vakavuuden stabiloinninvaikutus huomioon ottaen tulee täyttää kohdassa 5.1.2 esitetyt vaatimukset.Pohjamaan mahdollinen häiriintyminen pilarien alapään alla tulee ottaa huomioonvakavuutta laskettaessa. Tämä on merkittävää erityisesti silloin, kun maanpinta onkalteva tai stabiloinnin sivulle tulee kaivanto.Määrämittaiset pilarit mitoitetaan yleensä kimmoisina tai myötäävinä, jos määrämittainenpilarointi rajautuu täyssyvään myötäävään pilarointiin.Määrämittaisen stabiloinnin mitoituslaskelmissa otaksutaan pilarien ja niitä ympäröivänmaan toimivan yhtenäisenä vyöhykkeenä. Määrämittaisen stabiloinnin toimiminenvyöhykkeenä on aina arvioitava. Vyöhykkeenä toimimiseen vaikuttavia tekijöitäovat:−−−−riittävä pilaritiheyspilarin ja maan muodonmuutosominaisuuksien riittävän hyvä yhteensopivuusmaan lujuus ja myös häiriintymisominaisuudet silloin, kun rakennetta kuormitetaanpian stabiloinnin jälkeenriittävä pilaripituusMäärämittaisen pilarin minimipituus on 5 metriä. Tästä voidaan poiketa kun määrämittaisiapilareita käytetään siirtymärakenteena tai tieleikkausten pohjan stabilointiin.Kun määrämittaista pilarointia käytetään pehmeiköllä siirtymärakenteena (ks. kohta6.6) ja käytetään lyhenevää pilaripituutta, on tärkeää tarkistaa stabiliteetin riittävyys.Tarvittaessa stabiliteettia voidaan parantaa esimerkiksi pengerkevennyksellä.5.6.3 Painuman laskentaMäärämittaisen syvästabiloinnin painuman laskennassa on otettava huomioon sekästabiloitujen maakerrosten että sen alla olevien stabiloimattomien kerrosten painuma.Stabiloitujen maakerrosten painuma lasketaan luvun 5 mukaan.Määrämittaisten pilarien alapuolisen maan konsolidaatiopainuma lasketaan normaaliintapaan esimerkiksi tangenttimoduulimenetelmällä. Jännitysten oletetaan jakautuvanmäärämittaisen pilaroinnin alapuolella olevassa maakerroksessa kuvan 11 mukaisesti.Tätä olettamusta noudatetaan, kun pilarointileveys ylittää pilaripituuden.Kun pilarointi on kapea pilaripituuteen verrattuna, jännitysten jakautuminen voidaantarkastella ottaen tarkemmin huomioon kuormitusten jakautuminen stabiloidun alueenrajapintojen välityksellä pohjamaahan.

38 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKuva 11.Jännitysten jakautuminen määrämittaisen pilaroinnin alapuolella.Koska lisäkuormitukset syvemmissä maakerroksissa ovat usein pieniä esikonsolidaatiojännityksenmääritystarkkuuteen verrattuina, painumalaskelmia täydennetäänherkkyystarkasteluilla, joissa otetaan huomioon sekä jännitysjakaumaan että esikonsolidaatiojännitykseenliittyvät epätarkkuudet.5.6.4 Painuma-aika ja painumanopeuden laskentaStabiloitu maakerros painuu yleensä lyhyessä ajassa eikä painuma ole suuri. Pilarienalapuolisen maakerroksen painuma on suurempi ja nopeudeltaan usein vaikeasti hallittava.Rakentamisen jälkeistä painumaa on usein edullista pienentää esikuormitustakäyttäen.Määrämittaisten pilarien alapuolisen saven oletetaan konsolidoituvan kaksisuuntaisestikuvan 12 mukaisesti ainakin silloin, kun sideaineesta vähintään 50 % on kalkkia.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 39Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKuva 12.Määrämittaisen pilaroinnin painumanopeuslaskennan periaate.Savikerrosten alaosat ovat usein epähomogeenisia, kerroksellisia ja kerrallisia jaödometrinäytteiden edustavuus painumanopeuden määrittämisessä on tavallistahuonompi. Painumanopeuslaskelmissa on aina tarkasteltava sekä minimi- että maksimiarvot.Varsin suuretkaan epävarmuudet painumanopeudessa eivät aina ratkaisevastivaikuta mitoituspainumaan (painuma mitoitusaikana, esimerkiksi 20 vuodenpainuma vähennettynä rakennusaikaisella painumalla), sillä cv-kertoimen muuttuessaem. painumien erotuksen muutos voi joskus olla pieni.

40 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohje6 Stabiloidun rakenteensuunnittelunäkökohtia6.1 Stabiloinnin leveyden määritysKun stabilointileveyttä määritetään pitäen tavoitteena penkereen tasaista painumaakoko leveydellään, voidaan yleensä noudattaa kuvan 13 mukaista ohjetta, jos stabiliteettiei vaadi suurempaa leveyttä.Kuva 13.Pilaroinnin leveys, kun stabiliteetti ei vaadi suurempaa leveyttä. Jos käytetäänmuuta kuin yksinkertaista neliöverkkoa, uloimman pilaririvin reunalinjatulkitaan keskiarvona eikä uloimman (harvan) rivin mukaisena.6.2 TyöalustaSuunnitelmassa on määrättävä pilaroinnin työalustan tarve. Yleissuosituksena onmäärätä hiekasta (tai murskeesta) tehtävä työalusta pakolliseksi, sillä se edesauttaapilareiden muodostumista yläpäästään ehjiksi ja edistää tiivistämisvaikutuksen vuoksipilarien lujittumista. Työalustan merkitystä vähentää pilaroinnin jälkeinen tasoituskaivu,jossa pilarien mahdolliset huonosti onnistuneet yläpäät leikkautuvat pois,tai sellaisen pilarointikoneen käyttö, jossa syöttöpainetta voidaan pienentää pilarointikoneenterän lähestyessä maanpintaa.6.3 Pilarien kaltevuusPilarit suunnitellaan yleensä pystysuoriksi. Esimerkiksi kun pilarien leikkauslujuus onsuurehko (yli 120 kPa) ja penger korkeahko, voi joskus olla tarpeen harkita pilarienvähäistä kallistusta penkereen reuna-alueilla luiskassa, jossa pengerkuorman resultanttion vino. Tällöin pilarien kaltevuus harkitaan jokaisessa tapauksessa erikseen

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 41Syvästabiloinnin suunnitteluohjerakenteen toiminnan kannalta edullisimmaksi ottaen huomioon myös tien mahdollinenmyöhempi leventäminen.Vinoista pilareista voi joskus olla hyötyä, kun tilanahtaus on ongelmana. Ratkaisutovat tapauskohtaisia.6.4 Lujitteiden käyttöLujitteilla voidaan syvästabiloinnin yhteydessä:− tehostaa kuormien siirtymistä pilareille tavallista suuremmillakin pilariväleillä.− parantaa penkereen reunaosan stabiliteettia ”ankkuroimalla” penkereen reunapilaroinnin päälle.− vähentää kaltevien pilarien tarvetta, vrt. kohta 6.3.Lujite keskittää kuormia pilareille. Tämän takia on lujitteella varustetuissa pilaroinneissatehtävä pilarien puristusmurtotarkastelu välittömästi kuivakuoren alapinnassa.Lujitteen valinnassa tulee ottaa huomioon ominaisuuksien säilyvyys emäksisissä olosuhteissa.6.5 Esikuormituksen käyttöKuten kimmoisten pilarien osalta on esitetty kohdassa 4.4 ja myötäävien pilareidenosalta liitteessä 1, syvästabilointia kuormitetaan aina rakentamisaikana lopulliseenkorkeuteen rakennetulla penkereellä ennen tien päällystämistä. Perusteellisempi esikuormitus(joko normaalipenkereellä kuormittamisajan pidentäminen taikka pienehkönylipenkereen käyttö) voidaan liittää muun muassa:−−−myötäävään pilarointiin, jotta saadaan varmistetuksi painumien tapahtuminenrakentamisaikanamäärämittaiseen pilarointiin, jotta saadaan merkittävämpi osuus painumista tapahtumaanrakentamisaikanamuuhunkin pilarointiin, kun halutaan erityisesti varmistua sen toiminnasta.Normaalimitoituksella syvästabiloinnille perustettu penger kestää 0,5 m ylipenkereen,koska mitoituksessa on otettu huomioon kyseisen suuruinen liikennekuorma.

42 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohje6.6 Siirtymärakenteet syvästabiloinninyhteydessäSiirtymärakenteiden suunnittelussa pidetään lähtökohtana, että syvästabilointi onkäyttötilassa täysin painumaton rakenne ja siihen rajautuvan penkereen pienikin käytönaikainenpainuma aiheuttaa terävän epätasaisuuden.Syvästabiloinnin yhteydessä käytettäviä siirtymärakenneratkaisuja on esitetty julkaisussaTiepenkereen siirtymärakenteet pehmeiköllä TIEL 3200248. Seuraavassa onesitetty täsmennyksiä ko. julkaisun tekstiin.Kun syvästabilointi rajautuu painuvaan rakenteeseen, esimerkiksi maanvaraiseenpenkereeseen, pilarikentän reunimmaiset pilarit suunnitellaan määrämittaisiksi jajonkin verran painuviksi kuvassa 14 esitetyn periaatteen mukaisesti.Kuva 14.Syvästabiloinnin rajautuminen maanvaraiseen penkereeseen tien pituussuunnassa.Siirtymäratkaisun periaate.Kun syvästabilointi rajautuu pengerkevennykseen, ainakin kahden reunimmaisen pilaririvintekeminen edellä kuvatulla tavalla on suositeltavaa. Jos reunimmaiset pilarittehdään täyspitkinä, pengerkevennys on mitoitettava siten, että penger stabiloidun jastabiloimattoman penkereenosan rajakohdalla on painumaton.Pengerpaalutukseen rajautuva pilarointi ulotetaan painumattomiin maakerroksiin.Pilarointi mitoitetaan kimmoisena vähintään paalutusta lähimpänä olevalta 5 m taipuolen pehmeikkösyvyyden mittaiselta osuudelta. Paalulaatta varustetaan siirtymälaatalla.Siirtymälaatasta aiheutuvaa kuormituksen keskittymistä ei tarvitse ottaahuomioon pilaroinnin mitoituksessa. Paalutusta ja pilarointia ei tarvitse limittää.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 43Syvästabiloinnin suunnitteluohje6.7 Syvästabilointi poikkisuuntaisissasiirtymärakenteissaJoissain erikoistapauksissa voidaan määrämittaista syvästabilointia käyttää vanhanmaanvaraisen tiepenkereen leventämisessä, jos liian painumaton levennys olisi haitallinenpoikkisuuntaisten kaltevuusmuutosten takia, ks. kuva 15. Levennyksen painumamitoituson haasteellista ja parhaassakin tapauksessa epätarkkaa, mutta epätarkkuuksiaja mitoitusriskejä tulee verrata muiden vaihtoehtoisten ratkaisujen vastaaviinriskeihin. Epävarmuutta ratkaisun onnistumiseen aiheuttaa vanhan penkereenpainumatilan määrittämisen epätarkkuus sekä vaihtelu tien pituussuunnassa, lievästimäärämittaisen pilaroinnin onnistumisen epätarkkuus sekä painumanopeuskäyttäytymisenvaihtelu tien poikkisuunnassa.Kuva 15.Maanvaraisen tiepenkereen leventäminen lievästi määrämittaista syvästabilointiakäyttäen. Nykyisen penkereen sivukaltevuuden suunnan takialiian painumaton levennys olisi hyvin haitallinen. Jos kaltevuus olisi levennyksenpuolelle nouseva, tavallisen täyssyvän pilaroinnin mahdollisuusparanisi.6.8 YmpäristövaikutuksetSyvästabilointityö aiheuttaa savikerroksiin tilapäistä häiriintymistä, joka useimmitenon paikallista ja nopeasti ohimenevää. Häiriintymisen minimointiin ja tarkkailuun onkiinnitettävä huomiota, kun stabilointia tehdään stabiliteetiltaan heikkojen kaivantojen,penkereiden tai luonnontilaisten rinteiden välittömässä läheisyydessä. Häiriintymisenvaikutusta voi vähentää esimerkiksi stabiloinnin tekeminen hiekasta tai sorastatehdyn työalustan päältä, joka toisaalta vähentää työkoneesta pohjamaalle tuleviapaikallisia kuormituksia ja toisaalta tasaisesti kuormittaa ja lujittaa juuri stabiloituamaata. Häiriintymistä voi lisätä tarpeettoman suuren syöttöpaineen ja ilmamääränkäyttö sekä huonosti onnistuva ilman poistuminen maasta pilarikoneen varren suuntaisesti.

44 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeJos stabiloitavalla alueella esiintyy paineellista pohjavettä, voi joskus olla edullistasuunnitella pilarit määrämittaisiksi niin, että ne eivät puhkaise savikerrosta.Sideaineesta ei saa liueta haitallisia aineita pohjaveteen.Sideaineen pölyäminen pilarin yläpäätä tehtäessä on usein todettu ongelmaksi. Pölyämistävoidaan vähentää tekemällä pilarointi työalustan päältä, jolloin sideaineensyöttö voidaan haitatta lopettaa jo vähän ennen maanpintaa.6.9 Syvästabilointi tärinän leviämisenestämisessäSyvästabilointia voidaan käyttää liikenne- ja junatärinän ehkäisemiseen. Syvästabilointiavoidaan käyttää tien tai junaradan alla maapohjan vahvistamiseen tai eristysseinämänätärinälähteen ja tärinästä kärsivien rakennusten välillä (kuva 16). Syvästabiloinninkäyttö maapohjan vahvistamiseen tärinälähteen alla pienentää useimmitentärinäherätteen aiheuttaman tärinän amplitudia. Lisäksi jäykkä ja tasainen liikenneväylä(rata, tie, katu), vähentää syntyvää tärinää. Eristysseinämän toiminta perustuupääasiassa aaltojen heijastumiseen, vaimentamiseen ja levittämiseen siten, että värähtelynvoimakkuus pienenee seinämän toisella puolella tärinälähteestä.Kuva 16.Syvästabiloinnin käyttö erilaisissa tärinäsuojausrakenteissa.Eristysseinämän vaimennusvaikutus riippuu seinämän dimensioiden suhteesta toisiinsasekä aallonpituudesta. Seinämän pituuden tulee olla vähintään kolme kertaaeristettävän alueen leveys ja syvyyden tulee olla samaa luokkaa kuin pisin ehkäistäväaallonpituus. Seinämän vaimennusteho pienenee etäisyyden kasvaessa tärinälähteestä,esim. junaradasta.Maassa etenevät tärinäaallot voidaan jakaa kahteen päätyyppiin, runkoaaltoiihin japinta-aaltoihin. Runkoaalloista tunnetuimpia ovat puristusaallot (P-aallot) sekä leikkausaallot(S-aallot) ja pinta-aalloista Rayleigh-aallot. Suurin osa aaltoenergiasta(45…80 %) leviää Rayleigh-aaltoina.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 45Syvästabiloinnin suunnitteluohjePohjasuhteiltaan ongelmallisimpia alueita tärinän kannalta ovat pehmeistä maalajeista,kuten siltistä ja savesta sekä turpeesta ja liejuista muodostuneet alueet, joissatärinän amplitudi on yleensä suurin ja tärinän vaikutusalue ulottuu kauimmaksi. Näilläalueilla ongelmallisin värähtely muodostu heikosti vaimenevista matalista taajuuksista(2…8 Hz). Suomalaisissa stabilointiseinämäkoerakenteissa (mm. Koria) on havaittusaavutettavan hyvä vaimennusteho taajuuksilla 5…10 Hz. Vaimennusteho alle5 Hz ja yli 13 Hz taajuuksilla vaikuttaisi olevan heikompaa. Joissakin tutkimuksissa onraportoitu radan alle tehtyjen pilareiden voimistavan taajuudella 20…100 Hz, jotkaovat taajuuksia, jotka vaimenevat nopeammin kuin matalammat taajuudet.Ihmisten kokema tärinä on subjektiivista ja vaihtelee suuresti eri ihmisten kohdalla.Ihmisten kokeman värähtelyn merkittävin taajuusalue on yleensä välillä 1…80 Hz. Yli10 Hz taajuuksilla useimmat ihmiset kokevat yli 1 mm/s värähtelyt epämiellyttäväksi,kun värähtely on liikenteestä aiheutuvaa.Tärinän vaimennukseen käytettävän syvästabilointiseinämän suunnitteluun ei oletällä hetkellä olemassa viimeisteltyjä riittävästi koekäytettyjä ohjeita. Apuna syvästabilointiseinämänsuunnittelussa voidaan käyttää joitakin kansainvälisiä tutkimuksiasekä joidenkin ruotsalaisten ja suomalaisten koerakenteiden tuloksia.Kansainvälisiä tutkimuksia ovat mm. Al-Hussainin & Ahmadin [1996] ja Avisilésin& Sänchez-Sesman [1988] tutkimukset katkaisuseinämistä ja paalujen tärinänvaimennustehosta.Ruotsalaisia ja suomalaisia koerakenteita, joissa pilaristabilointiaon käytetty tärinän vaimentamiseen ovat mm: Kåhög, Sledskoden, Poppelitie2004, Koria 2007 ja Raunistola 2009. Poppelitien (Vantaa) kohteessa tutkittiinliikennetärinän vaimenemista, muissa kohteissa on tutkittu ratatärinän vaimenemista.Ruotsissa stabiloinnin käyttöä ratojen tärinähaittojen vähentämisessä ontutkittu laajemmin mm. seuraavissa laajoissa projekteissa FreighVib 1999…2001,PrognosVib 2001…2002 sekä yhteispohjoismainen NordVib 2000…2007. Suomalainenmerkittävin projekti, jossa on tutkittu tärinän vaimentamista syvästabiloinnilla,on LITES I, II ja III 2003…2010.

46 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohje7 Massasyvästabiloinnin suunnittelu7.1 Massasyvästabiloidut rakenteetKuvassa 17 on esitetty erilaisia massasyvästabilointirakenteita.Kuva 17.Massasyvästabiloituja rakenteita.Massastabiloinnissa sideaine pyritään sekoittamaan mahdollisimman tasaisesti kokostabiloitavaan massamäärään. Massastabilointi voidaan tehdä suoraan käsiteltäväänmaaperään (in situ) tai käsiteltävä massa voidaan kaivaa ylös ja stabiloida aumassa,kasassa tai altaassa tai asemasekoittimella. Maaperässä tehtävää massastabilointiakutsutaan massasyvästabiloinniksi erotukseksi kaivetun massan stabiloinnille.Massastabilointia voidaan käyttää myös heikkolaatuisten ylijäämämassojen lujittamiseensiten, että massastabiloitu turve, lieju, savi tai siltti voidaan hyödyntäähankkeessa täyttömateriaalina esim. pengertäytöissä, meluvalleissa, luiskissatai maisemointirakenteissa. Tällöin stabiloinnin lujuusvaatimukset ovatyleensä alhaisemmat, koska stabiloinnilla pyritään saamaan pehmeä maamassalujitetuksi käsiteltävään ja tiivistettävään tilaan. Tämän käyttömuodon merkityson korostunut viime aikoina ylijäämämassojen läjitysalueista ollessa pulaa.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 47Syvästabiloinnin suunnitteluohjeMassasyvästabiloinnin maksimisyvyys nykyisillä laitteilla on n. 5 m. Massastabilointiurakoitsijoidenmukaan syvemmällekin (jopa 6…7 m) tehtävä massasyvästabilointion hyvissä olosuhteissa (esim. ruoppausmassa, pehmeä savi, …) mahdollista massastabilointilaitteistolla.Vaativissa olosuhteissa jo 5 m syvyisen massasyvästabiloinninalaosan sideainejakauma saattaa olla hyvin epätasalaatuinen. Massasyvästabiloinninsuunnittelusyvyys on syytä tarkistaa tapauskohtaisesti ja harkiten syvästabilointiurakoitsijoiltakysyen jo suunnitteluvaiheessa, mikäli suunnittelijalla ei ole riittävästituoretta kokemusta toteutetusta massasyvästabiloinnista vastaavissa olosuhteissa.Massastabilointilaitteistot luonnollisesti kehittyvät, joten edellä esitetty kuvaa ohjeenkirjoittamisen aikaista tilannetta. Syvemmälle tehtävä massasyvästabilointi on luonnollisestimahdollista tehdä käyttäen pilaristabilointilaitteistoa ja toisiaan leikkaaviapilareita, jolloin geotekninen mitoitus tapahtuu massastabiloidun maan periaatteillaja työselitys laaditaan pilaristabilointikohteen periaatteiden mukaisesti.Massasyvästabiloinnissa sideaineen syöttö ja sekoitustyö tehdään blokeittain. Blokkienkoko on riippuvainen mm. stabiloinnissa käytettävän laitteiston ulottuvuudesta,stabiloitavan kerroksen syvyydestä, stabiloitavasta maa-aineksesta. Blokkien koko onnormaalisti 4…5 m × 4…5 m. Stabilointityötä tehtäessä on kiinnitettävä erityistähuomiota sideaineen sekoituksen tasalaatuisuuteen sekä blokkien rajakohtien riittäväänlimitykseen.7.2 TutkimuksetMassasyvästabilointia varten tehtävät pohjatutkimukset ovat periaatteessa varsinsuuressa määrin samankaltaisia kuin pilaristabilointia varten tehtävät tutkimukset.Tutkimuksilla selvitetään:−−−−maakerrosrajatmaakerrosten indeksiominaisuudet, aina vesipitoisuus, hienousluku, humuspitoisuus(massastabilointimenetelmälle on ominaista, että sitä usein käytetään humuspitoisissamaalajeissa, jolloin humuksen määrä ja sen vaihtelut vaikuttavathuomattavasti stabiloituvuuteen ja sideaineen tarpeeseen) ja harkinnan mukaisessamäärin rakeisuus sekä tarvittaessa pH, SO4 tai Clmaakerrosten lujuusominaisuudet, yleensä siipikairauksinmaakerrosten painumaominaisuudet, yleensä ödometrikokeinMaakerrosten stabiloituvuus selvitetään:−−−stabiloituvuuskokein laboratoriossakoestabiloinnilla maastossasaman geologisen muodostuman aikaisempien stabilointikokemusten perusteellaMassasyvästabiloinnissa usein stabiloidaan erityyppisiä päällekkäisiä maakerroksiakeskenään. Esimerkiksi savikerroksen päällä oleva turve sekoitetaan alapuolisen savi-,siltti- tai hiekkakerroksen tai kerroksen yläosan kanssa taikka yläpuolisen hiekkakerroksenkanssa, jolloin turpeen sekaan saadaan mineraalista maa-ainesta parantamaanturpeen stabiloitavuutta. Näin ollen massasyvästabilointia varten tehtävissästabiloitavuuskokeissa on usein mielekästä sekoittaa päällekkäisiä maakerroksia stabiloitavuuskokeidenrunkoaineeksi. Turpeen tai liejun stabiloituvuutta on myös mah-

48 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjedollista tehostaa sekoittamalla stabiloitavan kerroksen pinnalle levitetty hiekka taikivituhka stabiloitavaan maakerrokseen.Massasyvästabiloinnin leikkauslujuustavoite vaihtelee yleensä välillä 30…70 kPa,ollen harvemmin yli 100 kPa.Massasyvästabiloidulle massalle on tyypillistä epähomogeenisuus, joten tutkittaessastabiloitavuutta koestabiloinnilla kairauksia on tehtävä riittävästi myös stabilointiblokkienlimitysalueilta. Koestabiloinnilla tavoiteleikkauslujuutta ja sideainemääriämääritettäessä tulisi tehdä noin 8-10 kpl edustavia kairauksia sideaineyhdistelmää(laatu + määrä) kohden.7.3 MassasyvästabiloinninvakavuustarkastelutMassasyvästabiloidun rakenteen stabiliteetti voidaan määrittää käyttäen ympyräliukupintoja.Mikäli massastabiloidun kerroksen alle jää heikko ja/tai vino stabiloimatonkerros, suositellaan stabiliteettilaskenta tehtäväksi käyttäen myös yhdistelmäliukupintoja.Massasyvästabiloinnin alapinnan ollessa kitkamaakerroksessa on esimerkiksikaltevan maanpinnan tai sivukuormitetun rakenteen yhteydessä laskelmiavarten arvioitava massasyvästabiloinnin ja kitkamaakerroksen kontaktin laatu eli onkomahdollista, että rajapintaan jää heikkousvyöhyke vai saadaanko massasyvästabilointihyvin ulotetuksi kitkamaakerroksen pintaan.Massastabiloidun rakenteen vakavuustarkastelussa voidaan huomioida myös passiivipuolellasijaitseva massastabilointi, kuten tehdään pilaristabiloitujen seinämärakenteidenmitoituksessa.Vakavuustarkastelussa käytetään massasyvästabiloinnin leikkauslujuutena valittuamitoituslujuutta redusoimattomana. Massasyvästabiloinnissa käytettävä sideainemäärävalitaan varovaisesti siten, että mitoituslujuus varmasti saavutetaan. Stabiloimattomanpohjamaan lujuus redusoidaan kuten pilaristabiloinnin yhteydessä.Massastabiloinnin laajuus penkereen sivusuunnassa määritetään kokonaisstabiliteetinperusteella tai soveltaen pilaristabiloinnin yhteydessä esitettyä 3:1-periaatetta.Kapeaa massastabilointikohdetta stabiloitaessa (kun kone joutuu etenemään juuritehdyn stabiloinnin päällä, esim. pitkä ja kapea tie suoalueen poikki) saattaa työnaikainenvakavuus olla liian alhainen. Tämän stabiliteetin varmistamiseksi on mahdollistaasentaa suodatinkantaan sijaan geovahviste tiivistyspenkereen alle. Tämä vahvistevoidaan tarvittaessa huomioida myös lopullisen rakenteen vakavuustarkastelussa.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 49Syvästabiloinnin suunnitteluohje7.4 Massasyvästabiloinnin painumatarkastelutMassasyvästabiloidun kerroksen painuma tapahtuu seuraavasti (vrt. kuva 18):−−−−Stabilointityötä tehtäessä massasyvästabiloitu kerros usein löytyy ja sen pintakohoaa stabiloitavan kerrokseen syötetyn paineilman ja sekoittamisen aiheuttaessamaa-aineksen "kuohkeutumista".Massasyvästabiloidun maa-aineksen alkutiivistys tehdään esitiivistyspenkereelläkuormittaen. Esitiivistyspenkereen paksuus on yleensä 0,5…1 m. Joissakin tapauksissaesitiivistys voidaan tehdä tela-alustaisella kaivinkoneella yliajaen. Esitiivistyspengerannetaan vaikuttaa massasyvästabiloinnin lujittumisajan. Massasyvästabiloidunrakenteen suurin painuma tapahtuu usein esitiivistyspenkereenkuormittamana.Massasyvästabiloinnin lujituttua riittävästi, rakennetaan varsinainen penger tiivistyspenkereenpäälle (tai tarvittaessa tiivistyspenkereen materiaalin korvaten).Mikäli on tarpeen minimoida käytön aikaiset painumat, esikuormitetaan massasyvästabiloitukerros ylipenkereellä. Mikäli massasyvä-stabiloidun kerroksenalle jää painuvia stabiloimattomia kerroksia, joiden painumaa ei saada poistetuksiesikuormittamalla, jatkuu käytön aikainen painuma pidempään ja painuma onsuurempi.Kuva 18.Massasyvästabiloinnin painuman vaiheet esikuormitettuna ja ilman.

50 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeMassasyvästabiloinnin, joka on tehty koko painuvan kerroksen osuudelle, kokonaispainumavoidaan arvioida vastaavalla tavalla kuin pilaristabiloinnin painuma (kaava14).stotalq= ⋅Δh(14)E50stotal = kokonaispainumaq = pysyvä kuormaE50 = moduuliΔh = massastabiloinnin paksuusMassasyvästabiloidun kerroksen painuma on kuitenkin syytä laskea vähintään kahdessavaiheessa (kaava 15):−−tiivistyspenkereen aiheuttama painumalopullisen penkereen aiheuttama painumastotal = sinitial + sfinal (15)Tiivistyspenkereen aiheuttaman painuman suuruudella arvioidaan tarvittavan pengermateriaalinmäärää. Lisäksi esitiivistysvaiheen painuman suuruutta tarvitaan lopullisenrakenteen painuman suuruutta arvioitaessa – lopullisen penkereen ja massasyvästabiloidunkerroksen paksuus lopullisessa painumalaskennassa määritetäänesitiivistymisvaiheen painumien perusteella. Esitiivistymisajan/lujittumisajan moduulinsuuruus on riippuvainen mm. stabiloitavan massan laadusta. Pehmeällä turpeellamoduuli on pienempi ja jäykällä savella suurempi.Tiivistyspenkereen aiheuttama painuma arvioidaan kaavalla 16.sqtiivistyspengerinitial=Einitial⋅ Δ h(16)Einitial = esitiivistymis- /lujittumisajan moduuli (usein ≈ 0,1…0,3 MPa), joka voidaantarkemmin määrittää mittaamalla stabiloiutuvuuskokeissa lujittumisajan painumaYleensä massastabiloidun kerroksen esitiivistymän voidaan arvioida olevan 15…30 %massastabiloitavan kerroksen alkuperäisestä paksuudesta.Lopullisen penkereen painuma arvioidaan kaavalla 17.sfinal= total(17)Efinalq⋅(Δ h − s)initialsfinal = lopullisen penkereen aiheuttama painumaqtotal = lopullinen pengerkuorma, jossa huomioidaan esikuormitusajan painumaEfinal = lujittuneen massasyvästabiloidun maan moduuli (usein ≈ 350…450 × τ )

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 51Syvästabiloinnin suunnitteluohjeMikäli käytetään esimuormituspengertä, suositellaan ko. penkereen aiheuttama painumaja sen jälkeen tapahtuva painuma arvioitaviksi erikseen.Tässä esitetyt massastabiloidun kerroksen moduulit ovat tarkkuudeltaan suuntaaantavia,ja mitoituksessa käytettävät moduulit on arvioitava tapauskohtaisesta laboratoriokoetulostenperusteella tai kokemusperäisesti. Moduuleihin vaikuttavat mm.maa-aineksen laatu, sideainemäärä, sideaineen tyyppi ja lujittumisaika tiivistyspenkereenalla.Massasyvästabiloitu kerros on yleensä matala verrattuna kuormittavan penkereenleveyteen ja lisäksi massasyvästabiloitu kerros on yleensä huomattavasti viereisiästabiloimattomia maakerroksia jäykempi, joten pengerkuoman voidaan olettaa kohdistuvankokonaisuudessaan massastabiloituun kerrokseen ilman kuorman jakautumistamassasyvästabiloinnin vierelle.Mikäli massasyvästabiloinnin alle jää painuvia maakerroksia tai alapuolelle tehdäänpilaristabilointi, on painumatarkastelu tehtävä ko. seikat huomioiden.Massasyvästabiloidun kohteen rakentamisaikataulu on aina suunniteltava tapauskohtaisesti,mutta suuntaa antavana aikatauluna päällystetyn rakenteen rakentamisaikataulunarvioinnissa voidaan käyttää:−−−−−0,5…3 kk - tiivistyspenger1…3 kk lopullinen tiepenger (vaiheittain korottaen)1…6 kk yli-/esikuormituspenger (stabiliteetti yms. huomioiden)2…6 kk kantava kerros3…9 kk päällysteRakentamisen aikaisen aikataulun tarkistamiseen ja seurantamittaushavaintojen kerryttämiseksisuositellaan tehtäväksi painumamittauksia massasyvästabiloiduissakohteissa. Seurantamittaukset voidaan tehdä esim. painumalevyillä tai -letkuilla.

52 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohje8 Syvästabilointisuunnitelman sisältö jalaadunvalvonta8.1 PiirustuksetSyvästabilointisuunnitelman tärkein piirustus on kartta. Kartan mittakaavana käytetään1:200 ainakin, kun pilarikenttien muoto on vaihteleva, pilarikenttä rajautuu epäsäännöllisenmuotoiseen paalukenttään tai pilarikentän alueella on pienipiirteisestivaihtelevia muita pohjanvahvistuksia. Yksinkertaisissa tapauksissa voidaan käyttäämittakaavaa 1:500.Pilarikartalla esitetään:−−−−−−−pilarikenttien rajat ja pilaritiheydetpilarikenttien nurkkapisteiden koordinaatitmonissa tapauksissa yksittäiset pilarittarvittaessa esimerkiksi pohjatutkimuspisteetpilarien pituus tai tavoitetaso kentänosittain: syvyyskäyrät tai maakerrosraja/määrätasopilarikentän rajautuminen muihin pohjanvahvistuksiin tai pohjarakenteisiinpilarien halkaisija, tavoitelujuus, sideaineen laatu ja määrä kentänosittainKartan lisäksi pilarointi esitetään pohjanvahvistussuunnitelman pituusleikkauksissa(mittakaava yleensä 1:200/1:200) ja paalukohtaisissa poikkileikkauksissa (mittakaavayleensä 1:200). Leikkauspiirustuksissa esitetään yksityiskohtaisesti pohjatutkimuksetja pilarien tavoitetaso sekä siirtymärakenteet.8.2 Laatuvaatimukset ja työselityksetSyvästabiloinnin työkohtaisissa laatuvaatimuksissa ja työselityksissä on esitettäväseuraavat asiat sikäli kuin ne eivät riittävästi käy ilmi yleisistä laatuvaatimuksista jatyöselityksistä:− pilarikenttien ja pilarien sijaintitoleranssit− pilarien kaltevuustoleranssit− sideaineen laatuvaatimukset− sideaineen määrä ja sen sallitut poikkeamat− pilaroinnin sekoitustyövaatimukset (terätasomäärä, sallittu nousunopeus)− tarvittaessa muita työohjeita: syöttöpaineen maksimiarvo, varoitus tarpeettomansuuren ilmamäärän käytöstä jne.− miten em. työohjeiden noudattaminen on osoitettava− pilarien lujuusvaatimus ja sallitut poikkeamat, tarvittaessa syvyystasoittain eriteltyinä− ennakkosuunnitelma, miten pilarien lujuusvaatimusten täyttymistä seurataan− alustavat laadunvalvontatutkimusten tulkintaohjeet, esimerkiksi Nc-kerroin− ohjeet, missä vaiheessa pilareita saadaan kuormittaa− tarvittaessa ohjeet pilarien välisen saven lujuudenpalautumisen tarkkailusta.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 53Syvästabiloinnin suunnitteluohje8.3 Syvästabiloinnin laadunvalvonnan sisältöSyvästabilointi on prosessi, jolle suunnitelma-asiakirjoissa annetaan ohjeita sekäasetetaan tavoitteita ja vaatimuksia. Ohjeet, tavoitteet ja vaatimukset koskevat käytettävääsideainetta, stabilointityötä ja lopullista rakennetta. Stabilointityötä koskevientavoitteiden ja vaatimusten toteutumisen osoittaa urakoitsija dokumentoimallatehdyn stabilointityön. Toteutuneesta rakenteesta tutkitaan sen yksittäisten osien(pilarien tai massastabilointiblokkien) ominaisuuksia ja verrataan niitä asetettuihintavoitteisiin ja vaatimuksiin yksittäisinä havaintoina ja toisaalta koko rakenteen kannalta.Lopulliseen rakenteeseen kohdistuvista laadunvalvontatoimenpiteistä vastaavatriippumaton laadunvalvoja ja paikallisvalvoja.Stabilointityön dokumentointi ja toteutuneesta rakenteesta tehtävien laadunvalvontatoimenpiteidenlaajuus on esitetty suunnitelma-asiakirjoissa. Liitteen 4 taulukoissaon esitetty stabilointityön laadunvalvontatoimenpiteitä, joiden avulla voidaan arvioidastabilointityön onnistuminen.8.4 Toteutuneen syvästabiloinnintutkimusmenetelmätLaadunvalvontakairauksina ovat yleisimmin käytössä pilari- ja pilarisiipikairaus. Mikälipilari- tai massastabilointi on niin lujaa, ettei pilarikaira tunkeudu siihen (rajanayleensä pilarin leikkauslujuus 200–250 kPa eli aletaan olla tämän ohjeen soveltamisalueenulkopuolella), käytetään yleensä puristinheijarikairausta. Lujissa ja pitkissäpilareissa suositellaan käytettäväksi esiporausta ennen laadunvalvontakairauksensuoritusta. Kairaukset suoritetaan esiinkaivetun pilaroinnin päistä tai massastabiloinninpinnalta. Mahdollisen suodatin-/lujitekankaan takertuminen kairaan on estettäväesim. tekemällä laadunvalvontakairaus kankaaseen viilletyn reiän läpi.Sekä pilari- että puristinheijarikairauksella mitataan pilarin saavuttamaa leikkauslujuuttavälillisesti. Pilarisiipikairausta käytetään pilari- ja puristinheijarikairausten kalibroinnissakantavuuskertoimen arviointiin. Pilarikairauksella tutkittavan stabiloinninleikkauslujuus on yleensä enintään 300 kPa, mutta tarkkuus heikkenee vaippakitkanvaikutuksesta jo 150–200 kPa jälkeen.Puristinheijarikairauksella (kärjen pinta-ala A = 16 cm 2 ) voidaan korvata tai täydentääpilarikairauksia, jos pilareiden leikkauslujuus on yli 100 kPa. Tulosten tulkinnassa onkuitenkin otettava huomioon pilarikairan kärkeä pienempi muodoltaan kartiomainenkärki.Heijarikairausvastus tulkitaan pilarinleikkauslujuudeksi tämän ohjeen soveltamisalueellayleensä olettaen kairausvastuksen 10 lyöntiä/0,2 m vastaavan kärkivastuksen qcarvoa 1 MPa. Kun tulosten tulkinnassa yleensä käytetään kantavuuskertoimen Nc arvona10, vastaa 10 lyöntiä/0,2 m heijarikairausvastus pilarin leikkauslujuutta 100 kPaja 20 lyöntiä/0,2 m pilarin leikkauslujuutta 200 kPa.

54 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeCPTU-kairausta (A = 10 cm 2 ) suositellaan käytettävän ainoastaan kohtuullisen alhaisenlujuuden omaavien pilareiden ja massastabiloinnin tutkimuksissa. CPTU-kairankärjen poikkipinta-ala verrattuna koestettavan pilarin poikkipinta-alaan on niin pieni,että koestuksen yleistäminen koskemaan koko pilarin poikkipinta-alan lujuusominaisuuksiaon kyseenalaista (Larsson, 2005). CPTU-kairan kärjen pinta-ala on pieni, jotenyhden kairauksen edustavuus saattaa olla vähäinen. Näin ollen CPTU-kairauksiasuositellaan tehtäväksi vähintään enemmän kuin esim. pilarikairauksia eikä sillä suositellatäysin korvattavaksi pilarikairauksia. Varsinkin, jos pilarin halkaisija on suuri,voidaan tehdä vertailevia CPTU-kairauksia muualtakin kuin pilarin keskeltä. EtunaCPTU-kairauksessa on vaippavastuksen eliminoituminen mitattaessa kärkivastustasuoraan kärjestä eikä tangon yläpäästä kuten pilarikairassa. Pilarikairaustulosten tulkinnassaei toistaiseksi ole vakiintunutta käytäntöä mahdollisen vaippavastuksenhuomioimisesta.Jos stabiloinnin leikkauslujuutta mitataan välillisillä menetelmillä (esim. pilarikairauksella),tulisi InfraRYL:in mukaan suunnitelma-asiakirjoissa esittää vaadittu vähimmäisarvosuunniteltua leikkauslujuutta vastaavana kairausvastuksena.Näytteenoton huonona puolena pilarien tutkimisessa on, että ehjän näytteen ottaminenonnistuu varsin vaihtelevasti eri pilarin toteutuneesta lujuudesta riippuen (ts.näytteen ottaminen saattaa epäonnistua vaikkapa pilarin erityisen hyvän lujuudentakia).Mikäli stabiloinnista otetaan jatkuva näyte niin lujuuden (erityisesti lujuusvaihtelu)arvioinnissa voidaan käyttää tehokkaasti penetrometrimittauksia. Lisäksi, jatkuvatnäytteet kannattaa aina valokuvata ja tehdä silmämääräinen arviointi tasalaatuisuudesta/vaihtelustayms. Näytteiden puristuskoe on suositeltavaa tehdä 3-aksiaalikokeena.Mikäli näyte on vähänkin häiriintynyt tai murtunut näytettä otettaessa, saadaan1-aksiaalisella puristuskokeella liian alhainen lujuus.8.5 Valvontakairausten edustavuusKairausten edustavuus arvioidaan pääasiassa kairausmäärän ja kairauspisteiden sijainninsekä kairausten onnistumisen perusteella. Laadunvalvontakairausten määräesitetään usein osuutena koko stabilointityöstä. Lisäksi kairausten tulee olla kattavastikoko rakennuskohteen alalta. Leikkauslujuuden määrittämiseksi pilareista onsuositeltavaa tutkia vähintään 1 %, ellei suunnitelma-asiakirjoissa toisin mainita.Suurissa kohteissa voidaan käyttää pienempää määrää kuin 1 %. Samoin voidaankoestusmäärää pienentää työn aikana, jos tulokset ovat erityisen hyviä. Tilastollisenluotettavuuden saavuttamiseksi suositeltava vähimmäiskoestusmäärä on vähintään 5pilaria käytettyä pilarityyppiä tai rakennetta ja aluetta kohden. Massastabiloinnillasuositeltava kairausten minimimäärä yhtä massastabiloinnin sideaine + stabiloitavamateriaali -yhdistelmää ja aluetta kohden on 8…10 kairausta.Koestettavia pilareita valittaessa ja tuloksia käsiteltäessä tulee jo suunnitteluvaiheessahuomioida kohteeseen mahdollisesti eri rakennetyypeiksi suunniteltu pilarointi.Tulokset tulee käsitellä rakennetyyppikohtaisesti edustavasti sekä alueen geologisetvaihtelut huomioiden. Mikäli esim. saven ominaisuudet muuttuvat stabilointi-

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 55Syvästabiloinnin suunnitteluohjealueella, ei yhdistetä eri savialueiden pilareita keskenään samoihin keskiarvodiagrammeihin,vaikka pilarihalkaisija ja sideaine olisivatkin samat.Yksittäisten kairaustulosten tilastollisen riippumattomuuden varmistamiseksi tulisiyksittäisten kairausten olla vähintään 2,5…3 metrin etäisyydellä toisistaan (Larsson& Nilsson, 2009, esitetty suositus vähintään 4 m). Käytännössä pilareiden yläpäidentai massastabilointipinnan esiinkaivu esikuormituspenkereen alta voi olla työlästä,jolloin samasta kuopasta tehdään useampia kairauksia. Samasta kuopasta ei kuitenkaansaisi tehdä enempää kuin 2-3 kairausta ja silloinkaan kairauksia ei saa tehdävierekkäisistä pilareista. Ensisijaisesti koestukset tulee kuitenkin jakaa tasaisesti kokotutkimusalueelle ja koestukset tulee suorittaa pilaria mahdollisimman hyvin edustavallakairauslajilla.Lisäksi laajoissa tai hankalissa kohteissa suositellaan suoritettavaksi referenssikairauksialuonnonmaasta samoilla koestusmenetelmillä kuin stabiloidusta massasta.8.6 TutkimusraporttiTutkimusraportissa tulee esittää:−−−−−kairaustulokset tulkittunakoestettujen pilarien ikä koestushetkelläkairausten perusteella lasketut pilarien leikkauslujuudetleikkauslujuuksien keskiarvot ja vaihtelulujuuspoikkeamat suunnittelulujuuteen verrattuna.Lisäksi esitetään arvio suoritettujen kairausten edustavuudesta kohteessa.Jos syvästabiloinnin päällä on suodatinkangas ja täyte, niin täyte sekä kangas on kaivettavapois ja pilarikaira asennettava stabiloinnin päälle sekä tarvittaessa putkitettavakairatangot. Yleensä jo n. 0,5 metrin täytekerros on kaivettava pois (riippuu täytteenlaadusta).

56 Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeKirjallisuusBaker, S. Deformation Behavior of Lime/Cement Column Stabilized Clay. Departmentof Geotechnical Engineering. Chalmers University of Technology. Göteborg 2000.Björkman, J., Ryding, J. Kalkcementpelares mekaniska egenskaper. Master Thesis.Royal Institute of Technology, Department of Soil and Rock Mechanics, Stockholm.Broms, B. B. Can Lime/Cement Columns be used in Singapore and South-east Asia,3rd GRC Lecture, 19 November 1999. Nanyang Technological University. NTU-PWDGeotechnical Research Centre. Singapore 1999.Kalk- och kalkcementpelare. Vägledning för projektering, utförande och kontroll.Rapport 2:2000. Svenska Geotekniska Föreningen.Kalkkipilariohje KPO 2000. Ohjeluonnos koekäyttöön. Espoon kaupungin tekninenkeskus, geotekniikkayksikkö. Espoo 2000.Kivelö, M. Stabilization of embankments on soft soil with lime/cement columns. Doctoralthesis 1023. Royal Institute of Technology. Division of Soil and Rock Mechanics.Stockholm 1998.Larsson, S. 2005. On the use of CPT for quality assessment of lime-cement columns.DeepMixing ’05, Stockholm, Sweden, May 23-25, 2005Larsson, S. & Nilsson, A, 2009. Horizontal strength variability in lime-cement columns– field study. Deep Mixing 2009 Okinawa Symposium, International Symposium onDeep Mixing & Admixture Stabilisation. 19.-21.5.2009, Japan.)Mäkelä, H. Kehä III – Massastabilointi koerakenteena. Uudenmaan tiepiirin sisäinenjulkaisu. Tielaitos, Uudenmaan tiepiiri. Helsinki 1994.Nikkinen, J. Syvästabiloitujen pilarien ja maan yhteistoiminta. Tielaitoksen selvityksiä15/2000. Tielaitos. Helsinki 2000. TIEL 3200604.Pohjarakennusohjeet 1988. RIL 121-1988. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL r.y.Tien perustamistavan valinta. Tiehallinto. Helsinki 2003. TIEH 2100019-03.Porbaha, A. State of the art in deep mixing technology. Part IV: design considerations.Ground Improvement, July 2000.Syvästabiloinnin kehittäminen. Osaprojekti B: Harvennettu pilarointi lujitteita käyttäen.Koekohteen mittaustulosten raportti vuodelta 2000. Tielaitoksen tutkimuksia2000. Tielaitos. Helsinki 2000.Syvästabilointi Tielaitoksen kohteissa. Osa 1: Toteutetut kohteet. Tielaitoksen selvityksiä2/1999. Tielaitos. Helsinki 1999. TIEL 3200540.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 57Syvästabiloinnin suunnitteluohjeSyvästabilointi Tielaitoksen kohteissa. Osa 2: Laadunvalvontatutkimukset ja laadunalitustenvaikutus. Tielaitoksen selvityksiä 3/1999. Tielaitos. Helsinki 1999. TIEL3200541.Teiden pehmeikkötutkimukset. Tielaitos. Helsinki 1998. TIEL 3200520.Teiden pohjarakenteiden suunnitteluperusteet. Tiehallinto. Helsinki 2001. TIEH2100002-01.Tiesuunnitelman pohjatutkimukset. Tielaitos. Helsinki 1998. TIEL 2180003.Tekniska Kravdokument Geo (TK Geo). Banverket BVS 1585.001, Vägverket 2009:46.Tukholma 2009.Tyynelä, P. Määrämittaisen syvästabiloinnin mitoitus. Diplomityö. Tampereen teknillinenkorkeakoulu. Rakennustekniikan osasto. Tampere 2000.Uotinen, V-M. Syvästabiloinnin ennakkokokeet. Sideaineen valinta maalajin ja vesipitoisuudenperusteella. Pohjarakennuksen ja maamekaniikan erikoistyö Rak-50.150.Teknillinen korkeakoulu. Espoo 1994.Vepsäläinen, P. Tiepenkereen holvaantuminen, teoreettinen osa. Tielaitoksen selvityksiä3/1990. Tielaitos. Helsinki 1990.Viljanen, J. Eurokoodin vaikutus pilaristabiloidun maan varaan perustetun ratapenkereenmitoitukseen. Diplomityö. Teknillinen korkeakoulu. Espoo 2010.Vt 12 Veittostensuon syvästabilointi. Tutkimusraportti. Tielaitoksen selvityksiä81/1993. Tielaitos. Geokeskus. Oulu 1993. TIEL 3200205.Åhnberg, H. Strength of Stabilised Soil – A Laboratory Study on Clays and OrganicSoils Stabilised with Different Types of Binder. Lund 2006.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 LIITE 1 / 1 (3)Syvästabiloinnin suunnitteluohjeMyötäävän pilaroinnin mitoitusTämän liitteen sisältö otetaan tarvittaessa käyttöön hankekohtaisella päätöksellä.Samalla voidaan harkita numeroarvojen valintaa.Myötäävän pilaroinnin painumamitoitusMyötäävälle pilarille asetettavat vaatimukset ovat:−−−−−Sideaineena käytetään kalkkia tai kalkkisementtiä, jossa kalkin osuus on vähintään50 %, tai sideaineella osoitetaan olevan vastaavat ominaisuudet, mitä tuleejäännöslujuuteen ja pilarin vedenjohtavuuteen.Pilarin lujuus ei ylitä 10-kertaista pohjamaan lujuutta. Tällöin tarkastellaan pystysuunnassa2 m matkalla laskettua lujuuden keskiarvoa.Penkereen varmuus sortumaa vastaan ilman pilarien vaikutusta on riittävä (lasketaankuten kimmoisilla pilareilla, ks. kohta 5.1), jotta pilareita ei tarvitse asettaayhtenäisiksi rakenteiksi.Laskettu painuma ei yhdessäkään geoteknisessä kerroksessa (ei tarvitse tarkastellaalle 2 m paksuisina kerroksina) ylitä 5 % pilaripituudesta eikä laskettu kokonaispainumaylitä 250 mm.Penkereelle varataan painumanopeuslaskelmien mukainen, vähintään 3-6 kuukaudenpituinen, seisonta-aika täydessä korkeudessaan ennen tien päällystämistä.Myötäävän pilaroinnin mitoitus voidaan aloittaa suoraan ottamalla alustavaksi pilaritiheydeksiesimerkiksi vakavuuden perusteella määritetty minimitiheys tai jokin muusopiva arvio.Kuva L1.Myötäävän pilarin kuormitus-muodonmuutos-käyrä. Myötäävän pilarinmitoitus perustuu siihen, että kuormitus ylittää myötörajan (70 % murtolujuudesta)ja painumat lasketaan olettaen käyrän loppuosa myötörajanjälkeen korvatuksi kuvaan piirretyllä alemmalla katkoviivalla

LIITE 1 / 2 (3) Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeMyötäävän pilaroinnin painumamitoituksen lähtökohtana on tasaisen painuman periaatekuten kimmoisellakin pilarilla. Myötökuorman oletetaan olevan 70 % murtokuormastakuten kimmoisellakin pilarilla (kuva L1). Maalle tuleva kuorma lasketaanmyötäävän pilarin tapauksessa kaavalla L1. Pilarikuorma laskentaan kaavalla 10, muttaliikennekuorman vaikutusta ei oteta huomioon.qmaa= q − 0,7⋅a ⋅ σ(L1)0murtoqmaa on maalle tuleva osa kuormituksestaq0 kokonaiskuorma (liikennekuorma jätetään tässä pois)a pilarien suhteellinen pinta-alaσmurto pilarin puristuslujuus, kaava 11Yksinkertaisimmassa tapauksessa (homogeeninen, normaalikonsolidoitunut pohjamaa)painuma voidaan laskea aikaisemmin esitetyllä kaavalla 7.Myötäävän pilaroinnin painumamitoituksen osalta oleellista on laskelmin varmistaa:−−etteivät painumat ole niin suuria, että pilarit eivät säilytä muotoaan (raja-arvo on5 % pilaripituudesta geotekniset kerrokset erikseen tarkasteltuna, ei kuitenkaantarvitse jakaa alle 2 m paksuihin kerroksiin) ja ettei laskennallinen kokonaispainumaylitä 250 mm (tähän lasketaan mukaan painuma sillä syvyydellä, jossa pilarienmyötökuorma ylitttyy)että painumat ehtivät riittävän varmasti tapahtua rakentamisaikana.Painuman suuruuden laskentaan liittyy merkittävä epätarkkuus pilarien todellisenmyötökäyttäytymisen arvioinnin osalta, joten painumalaskelman menetelmällä eiole ratkaisevan tärkeää merkitystä. Pilareita ympäröivän maan osalta pitää kuitenkintutkia, voidaanko käyttää ylikonsolidoituneen alueen parametreja, jolloin painumatjäävät pieniksi. Laskelmien lähtötiedoiksi tarvitaan jo alustavissa tarkasteluissaödometrikokeita, jotta myötäävän pilaroinnin käyttömahdollisuudet voidaanselvittää.Pilarin vedenjohtavuuskerroin oletetaan ruotsalaisissa ohjeissa (TK Geo 2009) savenvedenläpäisevyyteen verrattuna 1000-kertaiseksi käytettäessä sideaineena kalkkia ja500-kertaiseksi käytettäessä kalkkisementtiä tai sementtiä. Ruotsissa on havaittupenkereiden painumanopeuksien olleen laskettua suuruusluokkaa. Pilarin suuri vedenjohtavuusluonnontilaiseen saveen verrattuna johtunee pilarin epähomogeenisuuksistavarsinkin pilarin keskikohdalla sekä vaipalla, sillä laboratorio-olosuhteissastabilointi ei yleensä lisää savinäytteen vedenläpäisevyyttä. Pilarin hyvä vedenjohtavuuspätee siis ainakin tähänastisella pilarointitekniikalla. Pilarin tasalaatuisuudenparaneminen voisi muuttaa tilanteen.Myötäävien pilarien painumanopeustarkastelu aloitetaan laskemalla, mihin syvyyteenasti pilarit kuormittuvat yli myötörajan. Jos ko. syvyys kuivakuoren alarajasta mitattunaon alle 2 m, voidaan painumien olettaa tapahtuvan 3 kuukaudessa ja jos ko. syvyyson 2–3 m, voidaan painumien olettaa tapahtuvan 6 kuukaudessa. Suuremmillamyötäävän kerroksen paksuuksilla suoritetaan seuraavassa esitettävä tarkempi painumanopeuslaskelmakäyttäen riittävän varovaista olettamusta pilarin vedenläpäisevyyskertoimelle.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 LIITE 1 / 3 (3)Syvästabiloinnin suunnitteluohjePilaristabiloidun pohjamaan konsolidaatioaste voidaan laskea yhtälöllä L2:−2⋅ch⋅t2R ⋅f(n)U = 1 − e(L2)f(n) =2n ⎡2 ⋅−⎢lnn 1 ⎣( n)1 − 0,75 +2n⎜⎛ 1 ⋅ 1 −⎝ 4n2⎡2⎞⎤n −11⎟⎥+ ⎢ ⋅2 2⎠⎦⎢⎣n rk⋅kmaapil⋅ L2D⎤⎥⎥⎦Rn =rU on konsolidaatioastech vaakasuuntainen konsolidaatiokerroint aikaR pilarin vaikutussäde (sen ympyrän säde, jonka pinta-ala on yhtä suuri kuinyhdellä pilarilla lujitetun alueen pinta-ala)r pilarin sädekmaa maan vedenläpäisevyyskerroinkpil pilarin vedenläpäisevyyskerroinLD puolet pilaripituudesta (2-suuntainen konsolidaatio) tai pilaripituus (1-suuntainen konsolidaatio)Myötäävää pilarointia on ehdottomasti suositeltavaa kuormittaa mahdollisimmanpian pilarointityön jälkeen ja niin suurella kuormalla, kuin vakavuus sallii. Varmuudensortumaa vastaan on myös työn aikana oltava lopputilanteen vaatimusten mukainen.Myötäävän pilaroinnin todellinen painuma saattaa usein alittaa lasketun painuman,mihin syynä on lähinnä myötörajaolettamuksen yksinkertaistus.Myötäävän pilaroinnin tarkkailuMyötääväksi mitoitettujen pilarointien painumia on tarkkailtava vähintään suunnitellunpainuma-ajan kerran kuukaudessa ja painumatarkistimia asennetaan:−−alle 1000 m 2 stabilointikohteeseen vähintään kaksi kappalettaja lisäksi vähintään yksi painumamittari kutakin alkavaa 2000 m 2 kohden.Myötäävän pilaroinnin käyttöedellytyksiä voidaan hankekohtaisesti harkita tiukennettaviksi.Tällöin voidaan esimerkiksi rajoittaa sallittua laskennalilsta painumaatai lisätä painumatarkkailua.Muuta myötäävän pilaroinnin suunnittelustaMyötääväksi mitoitettujen pilarointien suunnittelussa noudatetaan tämän ohjeentekstiä niiltä osin, kuin teksti ei nimenomaisesti ole suunnattu kimmoisien pilareiden,myötäävien pilareiden tai massasyvästabiloinnin suunnitteluun.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 LIITE 2 / 1 (4)Syvästabiloinnin suunnitteluohjeEsimerkkimitoitus 2,5 m penkereelleMuut lähtötiedot:vastapenkereille ei tilaasideaine kalkkisementtiä (kalkkia 50 %)pilarin vedenjohtavuus/maan vedenjohtavuus 100Tarkistetaan luonnontilainen vakavuus ilman liikennekuormaa (kohta 4.1). Maan kestävyydenosavarmuusluku 1,21. OK1. Aloitetaan kimmoisan pilaroinnin mitoitus (kohta 5.2):Lujuuskokeiden perusteella pilarin leikkauslujuudeksi on määritetty 100 kPa. Pilarinhalkaisijaksi valitaan 600 mm. Arvioidaan (kursivoitu teksti kohdassa 5.2) k/k-väliksitällöin 0,90 m. Pilarien suhteellinen pinta-ala a (kaava 6) on tällöin 0,349.Arvioidaan kaavalla (5) pilarin muodonmuutosmoduuliksi 17900 kPaKaava 4: (pilarien arvioidaan ottavan 90 % kuormasta, kohdan 5.2 kursivoitu teksti)sΔh⋅ q=a ⋅ E7 ⋅ 0,9 ⋅ (2,5⋅20)=0,349 ⋅17900pilpil=pil50,4 mmKaava 7: (maan ottaessa vastaavasti 100-90 = 10 % kuormituksesta)sΔh⋅ qmaa7 ⋅ 0,1⋅50= =(1−a) ⋅ M (1−0,349) ⋅550maa=98 mm

LIITE 2 / 2 (4) Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeToinen iterointikierros:Kaava 4: (tarkempi arvio: pilarit ottavat 95 % kuormasta)7 ⋅ 0,95⋅(2,5⋅20)s pil== 53,2 mm0,349 ⋅17900Kaava 7: (maan ottaessa vastaavasti 100-95 = 5 % kuormituksesta)7 ⋅ 0,05 ⋅ 50s maa== 48,9 mm(1−0,349) ⋅ 550Nytspil ≈ smaa riittävällä tarkkuudellaKaava 10: pilarille tuleva puristusjännitysσq=− qaq+a50 − 0,05⋅5010=+0,349 0,3490 maa liikpil=165 kPaPuristusmurtotilan tarkastelusyvyydeksi valitaan kuivakuorikerroksen alapinta kohdan5.2 mukaisesti.Kaava 11:σmurto= 2⋅τ= 247 kPapil+ kh⋅σh2,5⋅20= 2⋅100+ 1⋅(1,5⋅15+ )2Kaava 13:σmyötö = 0,7 ⋅ σmurto= 0,7 ⋅ 247 kPa = 173 kPa > 165 kPaVerrataan kaavan 10 ja kaavan 13 tulosta toisiinsa ja todetaan, että pilarin puristusjännitysei ylitä myötörajaa.Määritetään pilarointileveys (kuva 13).Tarkistetaan pilaroidun penkereen vakavuus. Minimivaatimukset ylitetään. OK

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 LIITE 2 / 3 (4)Syvästabiloinnin suunnitteluohje2. Mitoitetaan sama kohde myötäävänä pilarinaTarkistetaan kriteerit:−−−−−sideaine OKpilarilujuudeksi 10-kertainen pohjamaan lujuus eli 90 kPavarmuus ilman pilareita 1,01 eli riittäväpehmeän savikerroksen painumaksi sallitaan enintään 0,21 mpenkereelle varattava ainakin 3-6 kk painuma-aikaaAloitetaan myötäävän pilaroinnin mitoitus (liite 1). Tarvittava k/k-väli vakavuuden perusteellaon enintään 1,20 m. Pilarien suhteellinen pinta-ala a on tällöin 0,196.Kaava L1:qmaa= q0− 0,7⋅a ⋅ σmurto= 2,5⋅20 − 0,7⋅0,196⋅227 = 18,9 kPaKaava 7:Δh⋅ qmaa 7 ⋅18,9smaa= == 299 mm > 250(1−a) ⋅ M (1−0,196) ⋅550smaa0,299εmaa = = = 0,043

LIITE 2 / 4 (4) Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeTämä esimerkkitapaus, jossa savikerrostuman ominaisuudet ja oletettu pilarilujuusjatkuvat vakiona saven pohjaan saakka johtaa siihen, että myötäävän kerroksen paksuuson varsin herkkä lähtötietojen, varsinkin pilarilujuuden, muutokselle. Esimerkiksi2,5 m syvyydessä (siis 1 m kuivakuoren alapinnasta) pilarin puristusjännitys on71,5 % murtokuormasta (>70 %, siis myödön puolella). Tarkasteltaessa syvyyttä4,5 m pilarin puristusjännitys on 68,6 % (

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 LIITE 3 / 1 (1)Syvästabiloinnin suunnitteluohjeEsimerkkitarkastelu putkijohtojenperustamisestaMuut lähtötiedot:Pohjaveden alenema 0,8 m1. Aluksi penkereen alle normaali kimmoisan pilaroinnin mitoitus (kohta 5.2):Lujuuskokeiden perusteella pilarin leikkauslujuudeksi on määritetty 120 kPa. Pilarinhalkaisijaksi valitaan 600 mm.Päädytään pilarien k/k-väliin 1,20 m. Pilarien puristusjännitys on tällöin 63,8 % murtokuormastaja laskettu painuma 56 mm. Tällä 56 mm painumalla ei ole käytännön merkitystä,sillä se tapahtuu varsin varmasti ennen kuin tietä ehditään päällystää.2. Mitoitetaan tihennetty pilarointi putkijohtojen kohdalleKokeillaan, millä k/k-välillä päästään siihen, että pilarit eivät myötää. Päädytään k/kväliin1,00 m. Pilarien puristusjännitys on tällöin 68,2 % murtokuormasta ja laskettupainuma 45 mm. Tämä on putkijohdon kannalta todellista ja huomioonotettavaa painumaa,ja on harkittava,voidaanko se varmasti sallia.Jos neliöverkkoon 1,20 m k/k-välillä sijoitettujen pilarien väliin kunkin neliön keskelletehtäisiin lisäpilari, pilaroinnin k/k-väli vastaisi 0,85 metriä. Pilarien puristusjännityson tällöin 50,4 % murtokuormasta ja laskettu painuma 33 mm.

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 LIITE 4 / 1 (4)Syvästabiloinnin suunnitteluohjeLaadunvalvontaTaulukko L1. Pilaristabiloinnin kelpoisuuden osoittamisen vaiheet ja menetelmät.Asia Mittausmenetelmä Vastuua. Käytettävä materiaali (sideaine)Sideaineen kelpoisuusSideaineen suunnitelmanmukaisuusCE-tuoteseloste, tuotehyväksyntä tai rakennuspaikkakohtaisetkokeetNäyteUrakoitsija ja sideainetoimittajaUrakoitsija ja paikallisvalvojab. Pilaristabilointityön tekeminenPilarikenttien ja yksittäistenpilarien sijaintiTyössä käytettävä laitteistoStabilointityön dokumentointipilarointipöytäkirjallaSideaineen syötön tasaisuusPilareiden sijainnista laaditaan alueittaintarkepiirustukset, joista ilmenevät vähintäänpilarikenttien uloimpien pilareidenyläpäiden sijainti (xyz) ja yksittäisten pilariennumerointi (kartta).Hyväksyttäminen rakennuttajalle (ja tarvittaessasuunnittelijalla) ennen pilarointityönaloitusta.Suunnitelma-asiakirjoissa esitettyjen havaintojenkirjaaminen (automatiikka ja/taimanuaalinen), mm: pilaritunniste, tekopäivämäärä,sijainti, kaltevuus, käytettäväsideaine, pilarin halkaisija, pilarin ylä- jaalapään korkeustaso, sekoituskärjen nousu-ja pyöritysnopeus sekä pyöritykseentarvittava vääntömomentti (pilarin syvyydenmukaan), syötettävän sideaineenmäärä ja syöttöpaine (pilarin syvyydenmukaan kg/pilarimetri ja kokonaisuutenakg/pilari) ja mahdolliset häiriön pilarinteossa.Määrän mittaus vähintään 200 mm välein.Mittauksen tarkkuus. Yksittäinen ja keskimääräinenpoikkeama suunnitelmissaesitettyyn nähden.Urakoitsija ja paikallisvalvojaUrakoitsija ja suunnittelijaUrakoitsija ja paikallisvalvojaUrakoitsija ja paikallisvalvojac. Toteutunut rakennePilareiden sijaintiTarkemittaukset (x, y ja z). Tutkitaan pilareidenkeskinäinen sijainti ja sijaintisuunnitelmiin nähden. Mittaukset esiinkaivettujenpilarien yläpäistä. Suositellaantehtäväksi laadunvalvontakairausten yhteydessä.Urakoitsija, paikallisvalvojaja riippumatonlaadunvalvoja

LIITE 4 / 2 (4) Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjePilareiden lujuus ja tasalaatuisuusSideaineensyötön tasaisuusja toteutuman seurantaLaadunvalvontakairaustenraportointiValvoja valitsee tarkemitattavat ja laadunvalvontakairauksintutkittavat pilarit. Laadunvalvontakairausmenetelmätja tutkimusmääräton esitetty suunnitelma-asiakirjoissa.Normaaleissa pilareissa kairausmenetelminäovat mm. pilari- ja pilarisiipikairaus,puristinheijari- ja CPTU-kairaus,näytteenotto + puristuskoe laboratoriossaja monikanavaporaus. Korkeissa pilarilujuuksissavoidaan käyttää harkinnan mukaanpuristinheijari- ja CPTU-kairaustasekä monikanavaporausta. Näytteenotto +puristuskoe (1 tai 3-aks. näytteen laadustariippuen) laboratoriossa täydentävät kaikkiakairaustuloksia.Laadunvalvontakairaukset ja tutkittujenpilarien pilarointipöytäkirjojen havainnotja poikkeamat suunnitelmissa esitettyynnähden. Tarvittaessa näytteenotto ja sideainepitoisuudenmäärittäminen tutkimuslaboratoriossa(titraamalla, XRF, pHmittaus).Suoritettujen laadunvalvontakairaustenanalysointi ja vertaaminen asetettuihinvaatimuksiin pilarikohtaisesti ja keskimäärin.Arvio suoritettujen kairaustenedustavuudesta.Paikallisvalvoja jariippumaton laadunvalvojaRiippumaton laadunvalvojaja paikallisvalvojaRiippumaton laadunvalvojaTaulukko L2. Massastabiloinnin kelpoisuuden osoittamisen vaiheet ja menetelmät.Asia Mittausmenetelmä Vastuua. Käytettävä materiaali (sideaine)Sideaineen kelpoisuusSideaineen suunnitelmanmukaisuusCE-tuoteseloste, tuotehyväksyntä tai rakennuspaikkakohtaisetkokeetNäyteUrakoitsija ja sideainetoimittajaUrakoitsija ja paikallisvalvojab. Massastabilointityön tekeminenMassastabiloinnin ja blokkiensijaintiTyössä käytettävä laitteistoMassastabilointiblokkien sijainnista laaditaanalueittain tarkepiirustukset, joistailmenevät blokkien sijainti ja numerointi.Hyväksyttäminen suunnittelijalla ennenmassastabilointityön aloitustaUrakoitsija ja paikallisvalvojaUrakoitsija ja suunnittelija

Liikenneviraston ohjeita 11/2010 LIITE 4 / 3 (4)Syvästabiloinnin suunnitteluohjeStabilointityön dokumentointistabilointipöytäkirjallaTiivistyspengerSideaineen syötön tasaisuusSuunnitelma-asiakirjoissa esitettyjen havaintojenkirjaaminen (automatiikka ja/taimanuaalinen), mm: blokin tunniste, tekopäivämäärä,sijainti, käytettävä sideaine,blokin vaakamitat, blokin ylä- ja alapinnankorkeustaso (yläpinta myös sekoituksenjälkeen), sekoitustyön määrä (sekoitusaika/blokki,työn aluksi määritetään riittävävaaka- ja pystysekoitusten määrä), blokkiinsyötettävän sideaineen määrä(kg/blokki) ja mahdolliset häiriön stabiloinnissa.Valvotaan suodatin-/lujitekankaan laatuja limitys sekä tiivistyspengermateriaalinlaatu ja paksuus. Tarvittaessa tarkennetaantiivistyspenkereen paksuus.Blokkiin syötetyn sideaineen määrä verrattunatavoitearvoon ja suunnitelmissaesitettyyn sekä mittauksen tarkkuus.Urakoitsija ja paikallisvalvojaUrakoitsija ja paikallisvalvojaUrakoitsija ja paikallisvalvojac. Toteutunut rakenneBlokkien sijaintiTiivistyspengerBlokkien lujuus ja tasalaatuisuusSideaineensyötön tasaisuusja toteutuman seurantaTarkemittaukset (xyz). Tutkitaan blokkienkeskinäinen sijainti ja sijainti työpiirustuksiinnähden. Mittaukset esiinkaivettujenblokkien reunoista. Suositellaan tehtäväksilaadunvalvontakairausten yhteydessä.Uloimpien blokkien sijainti ainatarkemitataan (xyz)Tiivistyspenkereen paksuuden ja materiaalintarkistus koekuopista.Valvoja valitsee tarkemitattavat ja laadunvalvontakairauksintutkittavat blokit. Laadunvalvontakairausmenetelmätja tutkimusmääräton esitetty suunnitelmaasiakirjoissa.Kairausmenetelminä ovatmm. pilari- ja pilarisiipikairaus, puristinheijari-ja CPTU-kairaus, näytteenotto +puristuskoe laboratoriossa.Laadunvalvontakairaukset ja tutkittujenblokkien stabilointipöytäkirjojen havainnotja poikkeamat suunnitelmissa esitettyynnähden. Tarvittaessa näytteenotto jasideainepitoisuuden määrittäminen tutkimuslaboratoriossa(titraamalla, XRF,pH-mittaus).Urakoitsija, paikallisvalvojaja riippumatonlaadunvalvojaRiippumaton laadunvalvojaPaikallisvalvoja jariippumaton laadunvalvojaRiippumaton laadunvalvojaja paikallisvalvoja

LIITE 4 / 4 (4) Liikenneviraston ohjeita 11/2010Syvästabiloinnin suunnitteluohjeLaadunvalvontakairaustenraportointiSuoritettujen laadunvalvontakairaustenanalysointi ja vertaaminen asetettuihinvaatimuksiin blokkikohtaisesti ja keskimäärin.Arvio suoritettujen kairaustenedustavuudesta.Riippumaton laadunvalvoja

ISSN-L 1798-663XISSN 1798-6648ISBN 978-952-255-031-6www.liikennevirasto.fi