Tielaitos Teräsputkipaalut - Väylävirasto

IT

Tielaitos

Sillansuunnittelu

TIEHALLINTOSiltayksikkö

Helsinki 1999

Teräsputkipaalut

TIEHALLINTO

Helsinki 1999

Teräsputkipaalut

TIEHALLINTOSiltayksikköPL 3300521 HELSINKIPuhelinvaihde 0204 44 150

ISBN 951-726-523-9TIEL 2173448-99

Edita OyHelsinki 1999

Julkaisua myy:Tiehallinto, julkaisumyyntitelefax 0204 44 2652

Alkusanat

Teräsputkipaalujen käyttö siltojen perustamisessa on lisääntynyt vuoden1989 jälkeen, jolloin otettiin koekäyttöön ohje Teräsputkipaalut, TVH 723448.Tänä aikana on saatu lisää kokemusta ja tutkimustietoa teräspaalujen suun-nittelusta, valmistamisesta ja paalutustyöstä. Nämä kokemukset on siirrettyuudistettuun ohjeeseen.

Ohjeen muutoksia ja täydennyksiä käsitelleen toimikunnan jäseninä ovatolleet dipl.ins. Matti Kuusivaara (pj.), dipl.ins. Jouko Lämsä ja insinööri EskoPalmu tiehallituksen siltayksiköstä, dipl.ins. Pentti Salo tiehallituksen geo-palvelukeskuksesta, ins. Kari Väliaho Rautaruukki Oy:n putkiryhmästä sekäprof. Jorma Hartikainen ja dipl.ins. Juha Heinonen Tampereen teknillisenkorkeakoulun geotekniikan laitokselta.

Ohjeen kirjoitustyön on tehnyt GT-Geotieto konsulttityönä. Ohje perustuu AkiHyrkkösen diplomityöhön: Suuren teräsputkipaalun geotekninen kantavuusja Mauri Koskisen lisensiaattityöhön: Teräsputkipaalun sivukapasiteetti.

Uusitussa ohjeessa on pyritty ottamaan huomioon tehdystä teräsputki-paalutustöistä saadut kokemukset. Erityisesti Heinolan Tähtiniemen sillankokemuksia on systemaattisesti kerätty. Tutkimustyötä on pääosin tehtyTampereen teknillisen korkeakoulun geotekniikan laitoksen toimesta ja oh-jeen täydentämisessä on käytetty seuraavia diplomitöitä ja julkaisuja: JuhaHeinonen, Tähtiniemen sillan paalutus, 1992, Sami Punkari, Teräsputki-paalutuksen valvonta, 1992, Minna Leppänen, Teräspaalujen korroosio,1992, Hannu Jokiniemi, Teräsputkipaalujen kalliokärjet, 1992 sekä JormaHartikainen, Bohdan Zadroga, Mauri Saari, Plugging of open ended steelpipe piles. Own test results, 1992. Tutkimustyötä ovat rahoittaneet tiehallitus,Rautaruukki Oy ja GT-Geotieto Oy.

Helsingissä joulukuussa 1992

Siltayksikkö

Kolmannen painoksen alkusanat

Kolmas painos on asiasisällöltään sama kuin toinen painos vuodelta 1993.Pieniä täydennyksiä siihen on esitetty ohjeessa "Sillansuunnittelun täyden-tävät ohjeet". Päivitykset on tehty kirjallisuusluettelon ohjeviittauksiin.

Helsingissä huhtikuussa 1999

Siltayksikkö

Teräsputkipaalut 5

SISÄLTÖ

MÄÄRITELMIÄ 8

1 OHJEIDEN SOVELLUTUSALUE 9

2 POHJATUTKIMUKSET 10

2.1 Yleisvaatimukset 102.2 Paalujen toimintatavan vaikutus 10

2.2.1 Tukipaalut 102.2.2 Kitkapaalut 102.2.3 Sivukuormitetut paalut 112.2.4 Vetopaalut 112.2.5 Negatiivinen vaippahankaus 112.2.6 Korroosiotutkimukset 12

3 TERÄSPUTKIPAALUJEN VALINTAPERUSTEET 13

3.1 Paalujen toimintatapa 133.1.1 Tukipaalu 133.1.2 Kitkapaalu 143.1.3 Koheesiopaalu 15

3.2 Erilaisiin pohja- ja ympäristösuhteisiin soveltuvat paalutyypit 153.2.1 Suljetut paalut 16

3.2.1.1 Kalliokärjellä varustetut paalut (kuva 4a ja 4b) 163.2.1.2 Pohjalevyllä varustetut paalut (kuva 4c) 173.2.1.3 Franki-putkipaalut (kuva 4d) 17

3.2.2 Avoimet paalut 183.2.2.1 Tulppaantuva paalu (kuva 5a) 183.2.2.2 Tulppaantumaton paalu (kuva 5b) 18

3.2.3 Teräskuorellinen betonipaalu (kuva 5c) 193.3 Paalutuksen ympäristövaikutukset 19

3.3.1 Maan syrjäytymisestä aiheutuvat haitat 203.3.1.1 Maanpinnan painuminen 203.3.1.2 Maakerrosten vaakasiirtymät ja

maanpinnan kohoaminen 203.3.1.3 Huokospaineen kasvu 203.3.1.4 Maakerrosten häiriintyminen 21

3.3.2 Tärinävauriot 213.3.2.1 Paalutuksen aiheuttama tärinä 213.3.2.2 Tärinätason valvonta ja alentaminen 22

3.3.3 Meluhaitat 233.3.3.1 Paalutuksesta aiheutuva melutaso 233.3.3.2 Melutason pienentäminen ja valvonta 23

4 GEOTEKNINEN KANTAVUUS 24

4.1 Kantavuuden määritystavat 244.1.1 Staattiset kantavuuskaavat 25

4.1.1.1 Kärkivastus homogeenisessä kitkamaakerroksessa 254.1.1.2 Kärkivastus kalliossa 264.1.1.3 Vaippavastus kitkamaakerroksessa 274.1.1.4 Vaippavastus koheesiomaakerroksessa 28

6 Teräsputkipaalut

4.1.2 Kairausvastukseen perustuvat menetelmät 284.1.2.1 Paalun geotekninen murtokuorma

heijarikairausvastuksen perusteella 294.1.3 Dynaamiset paalutuskaavat 294.1.4 Dynaamiset koekuormitukset 30

4.2 Kärjestä avoimen paalun sisäpuolinen vaippavastus 314.3 Tulppaantuneen paalun kantavuus 314.4 Negatiivinen vaippahankaus 324.5 Paalujen vetokapasiteetti 324.6 Varmuustasovaatimukset 324.7 Paalun painuma 334.8 Kuormitukset 354.9 Geotekninen mitoitus sivusuuntaan 35

4.9.1 Paalun sivukapasiteetti 354.9.2 Paalun sivukuormitus 364.9.3 Paalun murtomekanismit 364.9.4 Sivuvastuksen ja sivupaineen ääriarvot 394.9.5 Siirtymien laskeminen 404.9.6 Mitoitus staattiselle sivukuormitukselle 434.9.7 Mitoitus sykliselle sivukuormitukselle 444.9.8 Varmuuden huomioon ottaminen mitoituksessa 454.9.9 Sivukapasiteetin kasvattaminen 45

5 PAALUN RAKENTEELLINEN KANTAVUUS 47

5.1 Paalun rakenteellisen kantavuuden suunnittelu 475.2 Rakenteellinen mitoitus 47

5.2.1 Betonoimaton teräsputkipaalu 475.2.1.1 Lyöntijännitykset 475.2.1.2 Käyttöjännitykset 485.2.1.3 Nurjahdus 48

5.2.2 Liittorakennepaalu 495.2.2.1 Lyöntijännitykset 495.2.2.2 Käyttöjännitykset 495.2.2.3 Nurjahdus 49

5.2.3 Teräskuorellinen betonipaalu 495.2.3.1 Lyöntijännitykset 505.2.3.2 Käyttöjännitykset 505.2.3.3 Nurjahdus 50

5.3 Korroosion huomioon ottaminen 505.3.1 Ylimitoitus 515.3.2 Erikoisteräkset 525.3.3 Katodinen suojaus 525.3.4 Orgaaniset ja epäorgaaniset pinnoitteet 525.3.5 Betoniverhoilu 53

6 PAALUT JA NIIDEN VARUSTEET 55

6.1 Putkien materiaali- ja laatuvaatimukset 556.1.1 Teräslajit 556.1.2 Laatuluokan valinta 556.1.3 Mitat ja tekniset toimitusehdot 55

6.2 Kalliokärki ja kalliokärjen kiinnitys paaluputkeen 57

Teräsputkipaalut 7

6.3 Pohjalevy 586.4 Kärkivahvistus 596.5 Jatkoksen ja kärjen liitoshitsaukset 60

6.5.1 Hitsaussuunnitelma 606.5.2 Railomuodot 606.5.3 Hitsauslisäaineen valinta 616.5.4 Putkien sovitus ja silloitus 616.5.5 Hitsaus 626.5.6 Hitsausliitosten laatuvaatimukset ja tarkastus 63

6.6 Yläpään kiinnitys betonirakenteisiin 63

7 PAALUJEN SIJOITUS 65

7.1 Keskinäiset etäisyydet paaluryhmissä 657.2 Etäisyydet muista rakenteista 657.3 Poikkeamat 66

8 TERÄSPUTKIPAALUTUKSEN POHJARAKENNUSSUUNNITELMA 67

9 PAALUTUSTYÖ 68

9.1 Soveltuvat paalutuskalustot 689.2 Lyönnin keskittäminen 699.3 Lyöntienergian tarkistaminen 699.4 Lyöntiohjeen laadinta ja tarkistaminen 709.5 Paalun tuenta ja ohjaus lyönnin aikana 71

10 PAALUTUSTYÖN VALVONTA 72

10.1 Asiantuntijavalvonta 7210.2 Työkohdevalvonta 7210.3 Paalutustyönjohtajan tehtävät 7310.4 Geoteknisen kantavuuden varmistaminen 7410.5 Todellisten paalukuormien ja rakenteellisen kantavuuden varmistaminen 7410.6 Paalutuksen hyväksymisen dokumentointi 75

KIRJALLISUUSLUETTELO 76

LIITTEET

8 TeräsputkipaalutMÄÄRITELMIÄ

MÄÄRITELMIÄ

1) TeräsputkipaaluPaalu muodostuu halkaisijaltaan yli 300 mm teräsputkesta. Eri teräsputki-paalutyypit eroavat toisistaan paalun kärjen ja paalun varren rakenteen mu-kaan sekä paalun upotukseen käytettävän paalutuskaluston mukaan. Josteräsputkipaalu betonoidaan ja betonin sekä teräsrakenteen välinen tartuntaon riittävä, voidaan rakenne mitoittaa liittorakenteena.

2) Tulppaantumaton avoin teräsputkipaaluPaalu on molemmista päistään avoin teräsputki, joka upotetaan maahanlyömällä paalun yläpäähän. Lyöntityön jälkeen maanpinta putken sisällä onlikimäärin samalla tasolla kuin paalun ulkopuolella.

3) Tulppaantunut avoin teräsputkipaaluPaalu on molemmista päistään avoin teräsputki, joka upotetaan maahanlyömällä paalun yläpäähän. Lyöntityön jälkeen maanpinta putken sisällä onselvästi alempana kuin sen ulkopuolella. Paalun tulppaantumisaste määri-tetään sisä- ja ulkopuolisen maanpinnan korkeuseron perusteella. Yleensämaatulpan muodostuminen edellyttää, että paalu tunkeutuu tulppaavaanmaakerrokseen vähintään matkan 10⋅d, jossa d on paalun halkaisija.

4) Pohjalevyllä suljettu teräsputkipaaluPaalun muodostavat paalun vartena toimiva teräsputki ja teräsputken ala-päähän hitsaamalla kiinnitetty levy. Levy sulkee putken alapään. Paalu ontarkoitettu tukeutumaan kantavaan maakerrokseen. Paalun upotus tehdäänpaalun yläpäähän lyövällä paalujuntalla tai Franki-paalujuntalla.

5) Kalliokärjellinen teräsputkipaaluPaalu muodostuu teräsputkesta, jonka alapäähän on hitsaamalla kiinnitettykalliokärki. Kalliokärjen tehtävänä on siirtää paalun kuorma kallioon ja estääkärjen liukuminen. Kalliokärjen tulee kestää siihen rakenteen käytön aikanasekä paalun lyöntityön aikana kohdistuvat rasitukset. Kalliokärjellisen teräs-putkipaalun upotus tehdään paalun yläpäähän lyövällä paalujuntalla taipaalun alapäähän lyövällä Franki-paalujuntalla.

6) Franki-putkipaaluFranki-putkipaalu eroaa Franki-paalusta siten, että työputkena käytettäväteräsputki jää pysyväksi rakenteeksi.

7) Teräskuorellinen betonipaaluPaaluputken upotus ei edellytä loppulyöntiehtojen täyttymistä, ja paalungeotekninen kantavuus mitoitetaan kaivinpaalun tapaan.

Teräsputkipaalut 9OHJEIDEN SOVELLUTUSALUE

1 OHJEIDEN SOVELLUTUSALUE

Tämä ohje on laadittu noudatettavaksi suunniteltaessa ja tehtäessä paalu-tustöitä, joissa käytetään halkaisijaltaan yli 300 mm suuruisia teräsputki-paaluja. Paalutus tehdään pudotusjärkäleellä tai muulla iskevällä laitteellavarustettua paalutuskonetta käyttäen. Paalutuskoneen lyöntienergian onoltava riittävä niin, että paalujen kantavuus on todettavissa paitsi tunkeutu-missyvyyden myöskin käytetyn lyöntivoiman ja paalun kärjen voimavastuk-sen perusteella, jolloin paaluja voidaan pitää lyöntipaaluina. Tässä ohjeessasovelletaan Lyöntipaalutusohjeen LPO-87 paalutusluokan I periaatteita.

Erikoistapauksissa voidaan käyttää myös muunlaisia paalutuskoneita eten-kin avoimien putkien upotuksessa. Jos paalutuskoneesta paaluun välittyvälyöntienergia ei ole riittävä kantavuuden varmistamiseksi tai sitä ei voidatodeta, paalun kantavuuden toteaminen perustuu vain tunkeutu-missyvyyteen. Tällöin paalut on yleensä pääosiltaan tyhjennettävä maasta jatäytettävä betonilla. Tällaisia paaluja käsitellään kitkapaaluina tai mo-reenikerrokseen tukeutuvina kaivinpaaluina. Tällöin niiden geoteknisenkantavuuden mitoitus tehdään tämän ohjeen kappaleiden 4.1.1 ja 4.1.2 mu-kaan.

Paalujen valmistuksessa, pohjarakennussuunnittelussa ja paalutustöissä onnoudatettava Suomen rakentamismääräyskokoelman määräyksiä, yleisiätyöturvallisuutta koskevia säännöksiä ja näitä ohjeita sekä soveltuvin osinkäytössä olevia normeja ja ohjeita, joista erityisesti mainittakoon

- Suomen Rakennusinsinöörien Liitto ry:n Pohjarakennusohjeet 1988 RIL 121

- Suomen Geoteknillinen Yhdistys ry:n Lyöntipaalutusohjeet LPO-87, Suurpaaluohjeet SPO-78 tai voimassa olevat suurpaaluohjeet

- Suomen Betoniyhdistys ry:n ja Teräsrakenneyhdistys ry:n Liittora- kenteet, suunnitteluohjeet 1988

- Tielaitoksen Siltojen pohjatutkimukset (TIEL 3200537), Pohjarakennus- ohjeet sillansuunnittelussa (TIEL 2172068), Siltojen kuormat (TIEL 2172072) ja Teräsrakenneohjeet (TIEL 21723449) sekä Sillanrakenta- misen yleiset laatuvaatimukset SYL ja Sillanrakentamisen valvontaohje SVO.

10 TeräsputkipaalutPOHJATUTKIMUKSET

2 POHJATUTKIMUKSET

2.1 Yleisvaatimukset

Rakennushankkeeseen ryhdyttäessä on tehtävä riittävän seikkaperäisetpohjatutkimukset eri suunnitteluvaiheita vastaavasti ensin perustamistavanvalintaa ja sitten perustusrakenteiden sekä muiden pohjarakennustöidensuunnittelua ja rakentamista varten.

Pohjatutkimukset tehdään julkaisun Siltojen pohjatutkimukset(TIEL 3200537) /31/ mukaisesti.

2.2 Paalujen toimintatavan vaikutus

2.2.1 Tukipaalut

Tukipaaluperustuksia käytettäessä kairauksilla selvitetään kallionpinnan si-jainti ja kallion pintaosan rakenne pääpiirteittäin. Kallionpinnan sijainti jamuodot selvitetään erityisesti silloin, kun koheesiomaakerrokset ulottuvatkallionpintaan asti, kun kaltevan kallionpinnan päällä on löyhä karkearakei-nen maakerros tai moreenikerros ja kun kaltevan kallionpinnan päällä olevatiivis karkearakeinen maakerros tai moreenikerros on ohut. Kun kallionpäällä oleva karkearakeinen maakerros tai moreenikerros on niin tiivis japaksu, että paalut saavuttavat riittävän geoteknisen kantavuuden tukeutu-matta kallioon, voidaan kairaukset päättää kovaan pohjakerrokseen.

Yleensä kallionpinnan sijainti on selvitettävä porakonekairauk-sin. Paalujen tunkeutuvuuden ja maakerrosten tiiviyden selvit-tämiseksi on tehtävä heijarikairauksia.

Käytettäessä kallioon ulottuvia tukipaaluja selvitetään kallionpinnan sijainti aina porakonekairauksin jokaisen paaluryhmän kohdalta. Erityistapauksissa on tarpeen tehdä myös kallion pintaosan rakenteen selvityksiä kallionäytekairauksin.

2.2.2 Kitkapaalut

Kitkapaaluja käytettäessä selvitetään maakerrosten väliset rajat ja tiiviyssekä paaluilla läpäistävien kerrosten että varsinkin paaluja kantavien maa-kerrosten osalta.

Pohjatutkimukset tehdään pääasiassa heijari-, puristin- tai pu-ristinheijarikairauksin. Tutkimusmenetelmiä valittaessa ja tutki-musta tehtäessä on kiinnitettävä huomiota erityisesti siihen,että myös kitkamaakerrosten välissä mahdollisesti esiintyvätkoheesiomaakerrokset voidaan luotettavasti todeta ja paikallis-taa.

Maakerroksista, joihin paalut tukeutuvat, on otettava maanäyt-teitä rakeisuuden määritystä varten. Vaippavastuksen määrit-tämiseksi on suositeltavaa tehdä maan lujuusarvojen määrityk-siä esimerkiksi kolmiaksiaalikokein.

Teräsputkipaalut 11POHJATUTKIMUKSET

Avointa paalua lyötäessä voi sen kärkeen muodostua maatulp-pa. Jos maatulppaa käytetään hyväksi paalun geoteknistäkantavuutta mitoitettaessa, on tulppaavasta maakerroksestaotettava maanäytteitä, joista määritetään vähintään rakeisuus,mutta mieluummin myös lujuusarvot.

2.2.3 Sivukuormitetut paalut

Käytettäessä sivukapasiteettia hyväksi tai rakennusjärjestelmän pakkovoi-mien aiheuttaessa paaluille sivukuormaa on erityisesti paalun yläosaa tuke-vien maakerrosten lujuus- ja muodonmuutosarvot selvitettävä.

Lujuusarvot selvitetään hienorakeisissa ja eloperäisissä maa-kerroksissa siipikairauksin ja karkearakeisissa maakerroksissaja moreenikerroksissa välillisesti maalajimääritysten ja kairauk-silla tehdyn tiiviysmäärityksen avulla tai näytteistä kolmiak-siaalikokein.

2.2.4 Vetopaalut

Käytettäessä paaluja, joille tulee pysyvästi tai toistuvasti vetoa enemmänkuin paalu tehollisesti painaa, on pohjatutkimuksen avulla voitava selvittääpaalun vaipan ja maakerrosten välinen kitka ja adheesio.

Paaluille voidaan sallia pitkäaikaista vetovoimaa vain karkeara-keisten tai moreenikerrosten osalla. Tätä varten tarvitaan kit-kapaaluja vastaavat pohjatutkimukset. Hetkellistä vetovoimaavoidaan sallia myös koheesiomaakerroksille. Tätä varten tarvi-taan siipikairaustuloksia, joiden perusteella arvioidaan vaipanadheesio.

2.2.5 Negatiivinen vaippahankaus

Sillä osalla paalun vaippaa, missä hienorakeiset tai eloperäiset maakerrok-set painuvat yli 5 mm enemmän kuin paalu, esimerkiksi täytön vaikutuk-sesta, on paalun vaipan ja maakerrosten välinen adheesiovoima voitavamäärittää negatiivisen vaippahankauksen huomioonottamiseksi.

Painumien määrittämiseksi tarvitaan häiriintymättömistä näyt-teistä ödömetrikokein määritettyjä kokoonpuristuvuusarvoja.Koheesion määrittämiseksi tarvitaan siipikairauksin selvitettyjälujuusarvoja.

12 TeräsputkipaalutPOHJATUTKIMUKSET

2.2.6 Korroosiotutkimukset

Teräspaaluja käytettäessä on selvitettävä mahdollinen korroosioriski.

Luonnontilaisen ja homogeenisen maaperän syövyttävyys onyleensä pieni. Merkittävää korroosiota voi tapahtua vain hapellisissaolosuhteissa. Hapellisia olosuhteita esiintyy PohjarakennusohjeidenRIL-121 /20/ esittämän alimman mitoittavan pohjavedenpinnan ylä-puolella.

Maaperän syövyttävyys on tutkittava korroosiotutkimuksilla, jos alu-eella esiintyy eloperäisiä maalajeja, täyttöjä tai sulfidisavia tai jospaalua ympäröivä vesi on saastunut. Erityisen syövyttäviä voivatolla sellaiset maa-alueet, joiden ominaisvastus ja pH-lukuarvo onpieni.

Maaperäkorroosioon vaikuttavat monet tekijät, joiden yhteisvaiku-tusta on vaikea ennustaa. Korroosiotutkimuksilla voidaan tutkia yk-sittäisten tekijöiden vaikutusta. Tärkeimpiä tekijöitä ovat vesi- jahumuspitoisuus, maan happamuus, ominaisvastus, huokosvedenkemiallinen koostumus sekä pohjavedenpinnan sijainti ja vaihtelu.

Ominaisvastus määritetään maastossa Wennerin nelipistemenetel-mällä tai Wennerin sauvaelektrodilla. Laboratoriossa ominaisvastusvoidaan määrittää maalaatikkomenetelmällä tai levymäisillä pis-toelektrodeilla.

Korroosiotutkimuksissa voidaan käyttää myös korroosiosondia taitehdä soveltuvia sähkökemiallisia mittauksia.

Pohjatutkimusten yhteydessä tulisi varata näytteitä myös laboratori-ossa tehtäviä korroosiotutkimuksia varten. Näytteiden käsittelyssäja säilytyksessä on pyrittävä estämään näytteen häiriintyminen jahapettuminen. Laboratoriotutkimukset tulee tehdä mahdollisimmannopeasti, jotta näytteiden ominaisuudet eivät ehdi muuttua.

Rakennuskohteen lähellä sijaitsevat sähkölaitokset, voima-johtopylväät ja sähköinen raideliikenne voivat aiheuttaa hajavirta-korroosiota, jonka suuruutta voidaan arvioida mittaamalla laitteidenvuotovirrat ja selvittämällä maaperän sähkönjohtokyky. Korroosio-olosuhteiden muuttumiseen paalujen suunniteltuna käyttöaikanatulee tarvittaessa varautua suoja-aluevarauksilla tms. rakennuttajanpäätettävissä olevilla toimenpiteillä.

Rikkipitoisessa maassa, mm. sulfidisavissa, voi tapahtua mikrobio-logista korroosiota hapettomassa tilassa. Sitä voidaan arvioida tut-kimalla maaperässä olevien mikrobien määrää, lajivalikoimaa ja ak-tiivisuutta. Sulfidisavien esiintyminen on mahdollista Litorinasavienesiintymisalueella ja joskus myös Ancylus-savissa.

Korroosiotutkimustenperusteella valitaan sopiva korroosionestome-netelmä. Niitä käsitellään luvussa 5.3.

Teräsputkipaalut 13TERÄSPUTKIPAALUJEN VALINTAPERUSTEET

3 TERÄSPUTKIPAALUJEN VALINTAPERUSTEET

Tehtäessä valintaa toimintatavaltaan erilaisten paalutyyppien välillä vaikutta-vat ratkaisuun ensisijaisesti rakennuspaikan pohjasuhteet ja rakenteidenasettamat vaatimukset.

3.1 Paalujen toimintatapa

3.1.1 Tukipaalu

Tukipaalu siirtää pääosan kuormastaan kärjen välityksellä kallioon tai tiivii-seen pohjakerrokseen. Osa kuormasta voi siirtyä ympäröivään maakerrok-seen vaippakitkan avulla (kuva 1).

Paaluperustusta suunniteltaessa on yleensä ensin selvitettävätukipaalujen teknillinen ja taloudellinen käyttömahdollisuus.Käytettäessä suuria teräsputkipaaluja tukipaaluina voidaanmateriaalin lujuus käyttää tehokkaasti hyväksi.

Kuva 1. a)Kallioon tukeutuvan tukipaalun toimintatapa ja b) maahan tukeutuvan tukipaalun toimintatapa /5/.

14 TeräsputkipaalutTERÄSPUTKIPAALUJEN VALINTAPERUSTEET

3.1.2 Kitkapaalu

Kitkapaalu siirtää pääosan kuormasta vaippavastuksen välityksellä maaker-roksille. Kärjestä avoimen kitkapaalun toimintatapa voidaan rajata kahteeneri tapaukseen.

1) Kitkapaalu siirtää pääosan kuormasta ulko- ja sisäpuolisen vaippakitkan välityksellä ympäröivään maakerrokseen. Osa kuormasta siirtyy putken kärjen välityksellä (kuva 2a).

2) Kitkapaalu siirtää osan kuormasta ulkopinnan vaippakitkan väli- tyksellä viereiseen maakerrokseen. Osa kuormasta siirtyy paalun alapäähän muodostuneen maatulpan välityksellä. Maatulppa muodostuu paalun sisään tunkeutuneen maan ja sisäpuolisen vaippapinnan välisen kitkan vaikutuksesta (kuva 2b).

Kitkapaalujen käyttö tulee kysymykseen silloin, kun kallion tai tiivis-rakenteisen pohjakerroksen päällä oleva karkearakeinen maakerrostai moreenimaakerros on paksu.

Kuva 2. Kitkapaalun toimintatapa /5/. a) Ulko- ja sisäpuolinen vaippakitkaja b) ulkopuolinen vaippakitka ja maatulppa


3.1.3 Koheesiopaalu

Koheesiopaalu siirtää paalun kuorman vaippapinnalla syntyvän adheesionvälityksellä. Kärkivastus on pieni (kuva 3). Koheesiopaaluilla perustettu ra-kenne tavallisesti painuu, koska paalut kuormittavat kokoonpuristuvia maa-kerroksia. Rakenteelle sallittavat painumat ja syntyvien painumien tasaisuusmääräävät ratkaisun käyttökelpoisuuden.

Koheesiopaalujen käyttö tulee pysyvissä rakenteissa kysymyk-seen ainoastaan silloin, kun koheesiomaakerros on erityisenpaksu tai kova. Suomessa ei esiinny maakerroksia, joissa te-räspaalujen käyttö koheesiopaaluina on järkevää.

Kuva 3. Koheesiopaalun toimintatapa /5/.

3.2 Erilaisiin pohja- ja ympäristösuhteisiin soveltuvat paalutyypit

Suuret teräsputkipaalut soveltuvat moniin vaikeisiin käyttöolosuhteisiin jarakenteisiin, kuten esimerkiksi - suurille paalujen kuormille, - paalujen saadessa taivutusrasituksia, - vaikeisiin pohjaolosuhteisiin, - vesirakentamiseen, erityisesti satamarakenteisiin ja vesistösiltoihin, - paalutettaessa lähellä helposti vaurioituvia rakenteita soveltuvat erityisesti avoimet paalut.

Teräsputkipaalut, erityisesti liittorakenteisena toimivat teräsputkipaalut, sietävät suuria puristus- ja taivutusrasituksia.


Kun pehmeät maakerrokset ovat paksut tai vesisyvyys on suu-ri, tarvitaan suurten teräsputkipaalujen hyvää kestävyyttä nur-jahdusta vastaan. Tämä mahdollistaa paaluanturan suunnitte-lemisen lähelle vesirajaa. Jos käytetään kasuunia, paaluanturavoidaan valaa kuivatyönä. Kun on läpäistävä tiiviitä maakerrok-sia tai saavutettava suuri geotekninen kantavuus, teräsputki-paalujen hyvä tunkeutuvuus on merkittävä etu. Vesirakentami-sessa etuina ovat myöskin paalujen helppo käsittely yleensä jaerityisesti mahdollisuus uittaa niitä. Lisäksi teräsputkipaalujenlyöntikaluston, erityisesti hydrauli- ja dieseljunttien, soveltuvuuslautalta työskentelyyn on tärkeä etu.

Jos lähellä on vaurioitumisherkkiä rakenteita, voidaan avoimiapaaluja käyttämällä vähentää paalutuksessa syntyviä tärinöitäja siirtymiä sekä vähentää maan lujuuden alenemista häiriinty-misen ja huokosvedenpaineen nousun seurauksena. Suljetuil-lakin paaluilla maan syrjäytyminen on suhteessa kantavuuteenpienempi kuin lyötävillä betonipaaluilla.

3.2.1 Suljetut paalut

Suljettuja paaluja ovat kalliokärjillä ja pohjalevyllä varustetut teräsputkipaalutsekä betonitulpalla alapäästä suljetut Franki-putkipaalut.

Suljetut paalut soveltuvat käytettäviksi pääasiassa silloin, kunpaalut tunkeutuvat kiviseen moreeniin ja aina, kun paalut tu-keutuvat kallioon.

3.2.1.1 Kalliokärjellä varustetut paalut (kuva 4a ja 4b)

Kalliokärjen tarkoituksena on estää paalun kärjen liukuminen vinolla kallionpinnalla. Lisäksi kalliokärkeä käytettäessä pyritään keskistämään paalunkuorma paalun kärjessä ja vähentämään paalua rasittavan taivutusmomen-tin syntymistä.

Kalliokärkeä käytetään kohteissa, joissa paalun kärki tukeutuukallioon tai joissa paalua lyödään lohkareiseen moreeniin. Kal-liokärjellinen paalu voidaan lyödä joko ylä- tai alapäästä. Kal-liokärkeä käsitellään tarkemmin kohdassa 6.2.

Jos kalliopinta on jyrkästi viettävä ja tukeva karkearakeinenmaa- tai moreenikerros on ohut, voidaan paalu luotettavan kal-lioon tukeutumisen varmistamiseksi varustaa kalliokärjen läpiporattavalla terästapilla.


3.2.1.2 Pohjalevyllä varustetut paalut (kuva 4c)Pohjalevyllä varmistetaan paalun kärjen kantaminen koko paalun bruttopoik-kileikkausalalla.

Pohjalevyä käytetään kohteissa, joissa kallion päällä on niinpaksu kantava maakerros, että paalun geotekninen kantavuusmaakerroksessa on riittävä ilman sen ulottamista kallioon.

3.2.1.3 Franki-putkipaalut (kuva 4d)Franki-putkipaalu suljetaan kärjestään maakostealla betonitulpalla. Franki-putkipaalu mahdollistaa suuren lyöntienergian käytön ja samalla hyvän tun-keutuvuuden paaluputken rakenteellisen kapasiteetin sitä rajoittamatta.

Betonitulpalla varustettu Franki-putkipaalu soveltuu samoihinolosuhteisiin kuin pohjalevyllä varustettu paalu.

Kuva 4. a) Kalliokärjellä varustettu yläpäästä lyötävä paalu, b) kallio-kärjellä alapäästä lyötävä paalu, c) pohjalevyllä varustettu ylä-päästä lyötävä paalu, d) Franki-putkipaalu


3.2.2 Avoimet paalut

Avoimina lyötäviä paaluja ovat avoin tulppaantuva paalu, avoin tup-paantumaton paalu sekä teräskuorellinen betonipaalu. Avointa paalua eivoida ulottaa kallioon.

Avoimien tulppaantumattomien paalujen syrjäyttämä maamas-sa on pieni ja maan häiriintyminen on vähäistä. Täten ne so-veltuvat käytettäväksi helposti vaurioituvien rakenteiden lähellä.Lisäksi paalutustyö on helpompi ja vaipan kautta kulkevat jän-nitykset pienemmät verrattuna vastaaviin suljettuihin lyöntipaa-luihin.

Avoimia paaluja käytetään ensisijaisesti kitkapaaluina. Avoi-men paalun käyttö edellyttää, että karkearakeinen maakerrostai moreenikerros kallion päällä on paksu eikä siinä esiinnyhuomattavaa kivisyyttä tai lohkareisuutta. Kun avoimia paalujaei uloteta kallioon, paalun on saavutettava maakerroksissa riit-tävä geotekninen kantavuus.

3.2.2.1 Tulppaantuva paalu (kuva 5a)Tulppaantuva paalu soveltuu kohteisiin, joissa paalun sisään muodostuukantavassa maakerroksessa maatulppa kitkan vaikutuksesta. Tällöin paalutoimii lähes kuten suljettu paalu. Avoimen ja tulppaantuvan paalun suositel-tavia käyttökohteita on esitelty luvussa 3.3.

Avoin tulppaantuva paalu on geoteknisesti edullinen teräspaa-lutyyppi, jonka käyttö edellyttää kuitenkin tulpan muodostumi-sen toteamista. Tulppaantuminen voi tapahtua, kun tulppaavanmaakerroksen paksuuden suhde paalun halkaisijaan on riittä-vä, ja jos tulppaava maakerros on keskitiivis tai tiivis, riittävänsuhteistunut ja silttipitoisuudeltaan vähäinen. Jos tulpan muo-dostumista ei voida todeta lyönnin yhteydessä, se on todettavakairauksilla. Jos riittävää tulpan muodostumista ei voida todeta,paalut on mitoitettava tulppaantumattomina ja ulotettava sy-vemmälle.

3.2.2.2 Tulppaantumaton paalu (kuva 5b)Tulppaantumatonta kärjestä avointa paalua voidaan käyttää kohteissa, jois-sa tulppaantumista ei tapahdu ja olosuhteiden vuoksi suljettua paalua ei voi-da käyttää.


3.2.3 Teräskuorellinen betonipaalu (kuva 5c)

Teräskuorellista betonipaalua käytetään mm. silloin, kun teräsputki upote-taan kalustolla, jonka lyöntienergia ei ole todettavissa. Teräskuorellinen be-tonipaalu on kaivettava tyhjäksi. Paalun alapäähän voidaan kuitenkin jättääohuehko tiivis maakerros. Paalu betonoidaan vedenalaisena työnä. Teräs-kuorellinen betonipaalu voidaan kantavuudeltaan rinnastaa moreeniin tu-keutuvaan tai kitkapaaluna toimivaan kaivinpaaluun kuitenkin niin, että vaip-pavastus on enintään 70% vastaavan kokoisen kaivinpaalun vaippavastuk-sesta.

Teräskuorellista betonipaalua käytettäessä putket voidaanupottaa lyömällä, täryttämällä, painamalla tai hiertämällä. Te-räskuorellisen betonipaalun teräsputken seinämä voi ollaohuempi ja teräslaatu alempi kuin teräsputkipaaluilla.

Kuva 5. a) Avoin tulppaantunut paalub) avoin tulppaantumaton paaluc) teräskuorellinen betonipaalu

3.3 Paalutuksen ympäristövaikutukset

Paalutuksesta aiheutuvia ympäristöhaittoja ovat maanpinnan painuminen taikohoaminen ja siirtyminen, maakerrosten häiriintyminen ja huokosvedenpai-neen kasvu sekä tärinä ja melu. Ympäristöhaittojen on pysyttävä sallituissarajoissa, joissa pysyminen on varmistettava tarvittaessa jatkuvin tarkkailumit-tauksin. Ympäristöhaittoja voidaan pienentää oikealla paalutyypin valinnalla.Avoimen teräsputkipaalun käyttö on suositeltavaa kohteissa, joissa on maansiirtymille herkkiä rakenteita kuten esimerkiksi satamissa sekä työkohteissa,jotka sijaitsevat rakennusten läheisyydessä.


3.3.1 Maan syrjäytymisestä aiheutuvat haitat

Maan syrjäytymisestä aiheutuvia haittoja voidaan välttää käyttämällä avoimiateräsputkipaaluja, jolloin syrjäytetty pinta-ala on pienin mahdollinen eli teräs-poikkileikkauksen pinta-ala ennen tulppaantumisen alkamista.

Kuitenkin suljetuillakin paaluilla maan syrjäytyminen on suh-teessa kantavuuteen vähäisempää kuin betonipaaluilla.

3.3.1.1 Maanpinnan painuminenLyötäessä paaluja löyhään karkearakeiseen maakerrokseen paalutus aihe-uttaa maaperän tiivistymistä, joka näkyy maanpinnan painumisena paalutus-alueella.

Painumat voivat aiheuttaa viereisten rakennusten painumia.Painumanotkon tilavuus voi olla jopa 50% maahan lyötyjenpaalujen tilavuudesta. Painumia esiintyy 1/4 - 1 kertaa paalunmaassa olevan pituuden suuruisella etäisyydellä paalusta.Löyhässä kitkamaassa paalutus on edullista aloittaa riskialt-tiimmalta kohdalta poispäin edeten. Maanpinnan ja ympäröi-vien rakenteiden painumista valvotaan vaaituksilla.

3.3.1.2 Maakerrosten vaakasiirtymät ja maanpinnan kohoaminenLyötäessä paaluja hienorakeiseen maakerrokseen paalutus aiheuttaa maansyrjäytymistä, kun savi tai siltti eivät tiivisty. Tämä ilmenee maanpinnan ko-hoamisena ja maakerrosten sivusiirtyminä.

Kohouman tilavuus voi vastata lyötyjen paalujen tilavuutta.Maan kohoamista esiintyy alueella, joka ulottuu savi- tai siltti-kerroksen syvyyden verran paalutuksen ulkopuolelle. Paalujenlyönti on syytä aloittaa riskialtteimmasta kohdasta poispäin.Syrjäytyminen voi aiheuttaa esimerkiksi viereisten putkien taijopa rakennusten vaurioitumisen. Maanpinnan sekä paalujen jaympäröivien rakenteiden kohoamista valvotaan vaaituksilla se-kä paalujen ja ympäröivien rakenteiden siirtymiä siirtymämitta-uksilla.

3.3.1.3 Huokospaineen kasvuPaalujen lyönti maakerroksiin aiheuttaa huokosvedenpaineen kasvua, mikäpienentää maapohjan leikkauslujuutta.

Rinnealueilla, maaluiskien ja kaivantojen lähellä paalutettaessatulee paalutuksen aiheuttamia huokosvedenpaineita mitata jaottaa ne huomioon vakavuuslaskelmissa. Huokosvedenpai-neen kehittymistä voidaan rajoittaa käyttämällä avoimia paa-luja tai minimoimalla suljettujen paalujen bruttopoikkileik-kausala. Huokosvedenpaineen nousua voidaan vähentää myös


- poistamalla hienorakeisia maakerroksia paalun kohdalta esimerkiksi putken avulla,- varustamalla paalut liuskapystyojilla tai pystyojittamalla paalu- tettava alue sekä- jaksottamalla paalujen lyöntiä tai pidentämällä paalutuksen kestoa.

3.3.1.4 Maakerrosten häiriintyminenPaalujen lyönti hienorakeisiin maakerroksiin aiheuttaa niiden häiriintymisentakia lujuuden alenemista, joka palautuu hitaasti, mutta ylikonsolidoituneidenmaakerrosten osalta vain osittain.

Rinnealueilla, maaluiskien ja kaivantojen lähellä paalu-tettaessa tulee paalutuksen aiheuttama leikkauslujuuden ale-neminen ottaa huomioon vakavuuslaskelmissa. Leikkaus-lujuutta on syytä seurata siipikairauksin paalutuksen aikana.Häiriintymistä voidaan ehkäistä ensisijaisesti käyttämällä avoi-mia paaluja tai rajoittamalla suljettujen paalujen bruttopoikki-leikkausalaa. Lisäksi haittoja voidaan vähentää poistamallahienorakeiset maakerrokset paalun kohdalta. Jaksottamallapaalujen lyöntiä tai pidentämällä paalutuksen kestoa voidaanantaa aikaa lujuuden palautumiselle.

3.3.2 Tärinävauriot

3.3.2.1 Paalutuksen aiheuttama tärinäTärinästä johtuvaa rakennusten vaurioitumisriskiä voidaan yleensä arvioidasuurimman pystysuoran heilahdusnopeuden perusteella.

Paalutuksesta aiheutuvien tärinöiden taajuudet vaihtelevat 2 -50 Hz. Suurimmat tärinät esiintyvät taajuusalueella 5 - 20 Hz.

Paalutustyöstä aiheutuva maanpinnan suurin pystysuora hei-lahdusnopeus, jota voidaan käyttää alustaviin tarkasteluihin,saadaan kaavasta /16/

rW

5,1=vmax (1)

vmax = suurin pystysuora heilahdusnopeus, [mm/s]W = lyöntienergia, Nm/lyöntir = etäisyys paalusta mittauspisteeseen, [m]


Maalajin ja kyllästysasteen vaikutusta tärinän etenemiseen eikaavassa ole otettu huomioon. Tärinä etenee pisimmälle peh-meässä savessa ja siltissä, joiden vesipitoisuus on korkea. So-rassa ja moreenissa tärinä vaimenee nopeimmin.

Paalutuspaikan lähellä sijaitsevaan rakennukseen siirtyvän täri-nän heilahdusnopeus on eräiden havaintojen mukaan noin 10 -60 % kaavalla (1) saaduista arvoista rakennuksen perustamis-tavasta riippuen.

Rakennusten suurimpia sallittuja heilahdusnopeuden arvoja onesitetty taulukossa 1.

Taulukko 1. Rakennusten suurimpia sallittuja pystysuoria heilahdusnopeuden arvoja /16/.

Rakennuksenluokka Rakennuksen laatu Suurin pystysuora

heilahdusnopeus [mm/s]1 Vanhat historialliset rakennukset 2

2 Halkeilleet rakennukset,tiilirakennukset 5

3 Hyväkuntoiset vauriottomatrakennukset 10

4 Hyvin vahvat rakennukset 10 – 40

Rakennuksen laadun lisäksi heilahdusnopeuden ja vau-rioriskin vuorosuhde riippuu paikallisista olosuhteista, muunmuassa pohjasuhteista sekä tärinän ominaisuuksista, kesto-ajasta ja taajuudesta.

3.3.2.2 Tärinätason valvonta ja alentaminenTärinätasoa valvotaan tärinämittauksin rakenteista ja mahdollisesti laitteista.

Yleensä riittää tärinän heilahdusnopeuden mittaaminen, muttavaativissa tapauksissa ja laitteiden osalta tulee mitata kiihty-vyyksiä ja taajuutta. Tärinämittauspisteet asennetaan lähellelyötävää paalua rakennuksen kantaviin rakenteisiin. Kipsisilto-jen ja teippien asentaminen vaurioille herkkiin paikkoihin onmyös suositeltavaa.

Tärinätasoa voidaan alentaa ensisijaisesti minimoimalla paa-lujen bruttopoikkileikkausala. Muita toimenpiteitä, joilla voidaanehkäistä tärinää ovat

- ko. paalujen lyöntiin hyvin soveltuvan, tehokkaan ja hyväkun- toisen paalutuskoneen käyttäminen,


- järkäleen iskujen pitäminen keskeisinä ja paalun pituusakselin suuntaisena,- tarpeettoman lyönnin välttäminen suunnittelemalla paalun tavoitesyvyys ja loppulyöntiohje tarkasti,- alkureiän poraaminen paalulle täytteen, roudan tai tiiviin pintakerroksen läpi sekä- täryjuntan käytön välttäminen koheesiomaassa

3.3.3 Meluhaitat

3.3.3.1 Paalutuksesta aiheutuva melutaso

Paalutuksesta aiheutuvan melutason määrittämiseen soveltuvia lasku-menetelmiä ei ole käytettävissä. Suurin sallittu melutaso LAeq saa olla enin-tään 80 dB tiloissa, joissa pääsääntöisesti oleskelee työmaalle kuulumatto-mia henkilöitä.

Taulukossa 2 on esitetty eräitä ohjearvoja, joita voidaan käyt-tää erityyppisten paalutuskoneiden aiheuttaman melutason ar-vioimiseen.

Taulukko 2. Erilaisten paalutuslaitteiden aiheuttama melu ja sen vaimeneminen avoimessa maastossa.

Paalutuslaite Melutaso 10 m etäisyydellä[dB]

Arvioitu etäisyys, jollamelutaso on 80 dB [m]

Pudotusjärkäle 90 – 100 40 – 160

Täryjuntta 90 – 100 40 – 160Diesel- ja hydraulijärkäle 100 – 105 160 – 320Franki-paalutuskone 80 – 90 10 – 40

3.3.3.2 Melutason pienentäminen ja valvontaMelutasoa voidaan pienentää melulähteen eristämisellä sekä sopivien isku-tyynyjen käyttämisellä.

Paalutuskoneisiin asennettavilla melusuojaimilla melutasoa onvoitu pienentää noin 20 dB. Lisäksi suojain estää öljyn roisku-misen ja pakokaasujen leviämisen.

Melutason valvonta tehdään äänitasomittauksin.

24 TeräsputkipaalutGEOTEKNINEN KANTAVUUS

4 GEOTEKNINEN KANTAVUUS

Paalun kantavuus määritetään siten, että paalu lyöntirasitusten jälkeen riittä-vällä varmuudella kestää eri kuormitustapauksissa sille tulevat kuormat pai-numien ja sivusiirtymien pysyessä rakenteen sietämissä rajoissa.

Paalun kantavuus määräytyy joko rakenteellisen tai geoteknisen kantavuu-den perusteella, jolloin pienempi kantavuusarvo on määräävä.

Geotekninen kantavuus määritetään pohjasuhteiden ja paalutustyölle ase-tettavien vaatimusten sekä tarkastustoimenpiteiden mukaan.

Paalun geotekninen kantavuus koostuu paalun kärjen kanta-vuudesta eli kärkivastuksesta ja vaipan kantavuudesta eli vaip-pavastuksesta. Kärkivastuksen mobilisoituminen vaatii huo-mattavasti suuremman painuman kuin vaippavastuksen mobi-lisoituminen. Negatiivisen vaippahankauksen ja avoimen paa-lun tulppautumisen vaikutus geotekniseen kantavuuteen tar-kistetaan erikseen silloin, kun negatiivista vaippahankausta ke-hittyy tai kun paalu tulppautuu. Paalun mahdollinen korroosio eivähennä geoteknistä kantavuutta.

4.1 Kantavuuden määritystavat

Tässä ohjeessa käsitellään pääosin lyöntipaaluja, joiden geotekninen kanta-vuus on määritettävä sekä paalujen tunkeutumissyvyyden että loppulyöntienperusteella. Erikoistapauksina käsitellään teräskuorellisia betonipaaluja, joi-den teräsputki on upotettu niin, ettei lyöntienergia lyöntipaalutuksen kannaltaole ollut riittävä. Näiden paalujen kantavuus määritellään tunkeutumissyvyy-den tai kaivinpaalutusta koskevien ohjeiden perusteella.

Paalun geotekninen kantavuus voidaan määrittää monella eritavalla. Menetelmät voidaan karkeasti ryhmitellä epäsuoriin jasuoriin menetelmiin. Epäsuoria menetelmiä ovat- staattiset kantavuuskaavat,- empiiriset kairausvastukseen perustuvat menetelmät,- dynaamiset paalutuskaavat sekä- iskuaaltoteoreettiset laskelmat ilman rakennuspaikalla tapah- tuvaa iskuaaltomittausta.

Suoria menetelmiä ovat- iskuaaltoteoriaan perustuvat dynaamiset koekuormitukset ja- staattiset koekuormitukset.

Epäsuorilla menetelmillä tehdään suunnitteluvaiheessa sekäpaalun koon ja tunkeutumissyvyyden mitoitus että lyöntikalus-ton mitoitus. Nämä tarkistetaan työmaalla suorilla menetelmillä,yleensä dynaamisilla koekuormituksilla.

Teräsputkipaalut 25GEOTEKNINEN KANTAVUUS

Suljetun paalun kantavuus muodostuu kärkivastuksesta ja ul-kopuolisesta vaippavastuksesta. Avoimen paalun kantavuusmuodostuu kärkivastuksesta, sisäpuolisesta vaippavastukses-ta ja ulkopuolisesta vaippavastuksesta. Avoimen tulppaan-tuneen paalun kantavuus muodostuu tulppaantuneen paalunkärkivastuksesta (kohta 4.3) ja ulkopuolisesta vaippavas-tuksesta.

Paaluryhmän kantavuus on pienin seuraavista- yksittäisten paalujen kantavuuksien summa; yleensä tukipaa- luryhmillä,- kantavuus, joka saadaan otaksumalla paaluryhmä yhtenäi- seksi pilariperustukseksi tai- kuormitus, joka aiheuttaa paaluryhmän suurimman sallitun painuman.

4.1.1 Staattiset kantavuuskaavat

Paalun geotekninen murtokuorma Pu määritetään yhtälöstä

WqAdZfdP ppks

z

u −+π= ∫0

(2)

Z = paalun maassa olevan osan pituusd = paalun halkaisijafs = vaippavastusApk = paalun kärjen poikkileikkauspinta-alaqp = kärkivastusW = paalun paino

4.1.1.1 Kärkivastus homogeenisessä kitkamaakerroksessa

Kärkivastus qp määritellään yhtälöstä

qp = s vp' Nq (3)

s vp' = tehokas pystysuora jännitys paalun kärjen tasolla. Tehokas pystysuora jännitys lasketaan ottamalla huomioon maakerrosten tehokas paino enintään 10*d paalun kärjen yläpuo- lella.Nq = kantavuuskerroin (kuva 6). Kantavuuskertoimen määritykses- sä kitkakulma otetaan keskimääräisenä 5d paalun kärjen ylä- puolelta 3d paalun kärjen alapuolelle. Kitkakulman ϕ > 40° käyttö edellyttää kolmiaksiaalikokeita laboratoriossa tai in- situ kokeita.

Kärkivastukseksi voidaan ottaa enintään qp ≤ 20 MPa, jos lujuus-parametrien määritykset eivät perustu laboratorio- tai in-situ kokei-siin. Franki-putkipaalun kärkivastus määritetään Franki-paalua kos-kevien voimassa olevien ohjeiden mukaan.


Kuva 6. Kantavuuskerroin Nq maan kitkakulman φ funktiona /11/.

4.1.1.2 Kärkivastus kalliossaKallioon tukeutuvan paalun (vrt. 3.2.1.1) kärkivastus qp määritetäänyhtälöstä 4.

Lukuisten lyöntikertojen (5000 - 10000) jälkeen kärkivastus on

qp = 2 qcyl (4)

qcyl = kallion yksiaksiaalinen puristuslujuus [MN/m2]

Kalliomassan lujuutta voidaan arvioida yksiaksiaalisen puristus-murtolujuuden perusteella. Kiven yksiaksiaalinen puristuslujuus onyleensä 100 ... 300 MN/m2. Tarkemmin kivien yksiaksiaalisia pu-ristuslujuuksia on käsitelty lähteessä /19/.


4.1.1.3 Vaippavastus kitkamaakerroksessaLyötävien teräsputkipaalujen vaippavastus fs määritellään yhtälöstä

fs = Ks s v' tanφa (5)

Ks = maanpainekerroin (kuva 7)φa = teräsputkipaalun ja maan välinen kitkakulma; tan φa = 0,7 tan φs v' = tehokas pystysuora jännitys maassa

Maanpainekerroin Ks määritetään maan kitkakulman φ funktiona.Todellisuudessa vaippavastukseen vaikuttaa maan kokoonpuristu-vuus, maan alkuperäinen vaakasuora jännitys sekä paalun koko jamuoto. Vaippavastuksen tarkka määritys edellyttää koekuormituk-sia.

Paalun ja maan välinen kitkakulma φa on pienempi kuin maan kit-kakulma φ. Redusointi tehdään termille tan φ. Kitkamaan ja teräk-sen välinen tan φa saadaan redusoimalla tan φ kertoimella 0,7.

Teräsputkipaalujen vaippavastukseksi voidaan ottaa enintään fs ≤0,15 MPa.

Jos paalussa on kärkivahvistus, on sen vaippavastusta pienentävä vaikutusotettava huomioon (kohta 6.4).

Kuva 7. Maanpainekerroin Ks maan kitkakulman φ funktiona /5/.


4.1.1.4 Vaippavastus koheesiomaakerroksessaVaippavastusta koheesiomaakerroksessa ei voida käyttää hyväksi kanta-maan teräsputkipaalujen pysyviä kuormia.

Vedellä kyllästetyssä savessa vaippavastus on sama kuin ad-heesio, kun paalutuksen aiheuttama huokosveden ylipaine onpääosin hävinnyt. Vaippavastus fs määritetään yhtälöstä

fs = sa = a su (6)

sa = adheesioa = teräspaalujen adheesiokerroin (kuva 8)su = suljettu leikkauslujuus

Kuva 8. Adheesiokerroin a teräspaaluille savessa /10/

4.1.2 Kairausvastukseen perustuvat menetelmät

Paalun kantavuus voidaan arvioida suoraan heijari-, paino- tai puris-tinkairausvastuksien perusteella. Perusteet eri kairausmenetelmilläsaatujen kairausvastuksien karkealle keskinäiselle vertailulle on esi-tetty ohjeessa Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa(TIEL 2172068) /22/.


4.1.2.1 Paalun geotekninen murtokuorma heijarikairausvastuk-sen perusteellaPaalun geotekninen murtokuorma Pu määritellään yhtälöstä (2).

Vaippavastus fs ja kärkivastus qp määritetään teräspaaluille kuvasta9. Materiaalin vaikutus vaippakitkakulmaan on otettu huomioon ku-van 9 vaippavastuskäyrässä. Kuvan 9 perusteella paalun kärkivas-tusta määritettäessä keskimääräinen heijarikairausvastus otetaanalkaen 5 d paalun kärjen yläpuolelta syvyyteen 3 d paalun kärjenalapuolelle.

Kuva 9. Vaippavastus fs ja kärkivastus qp teräspaaluille heijarikairauksenkeskimääräisen lyöntivastuksen perusteella.

Kärkivastusta voidaan extrapoloida lineaarisesti arvoon qp ≤ 20MPa asti. Vaippavastus ei kasva arvoa fs = 15 MPa suuremmaksikairausvastuksen kasvaessa.

4.1.3 Dynaamiset paalutuskaavat

Dynaamiset paalutuskaavat perustuvat energiatarkasteluihin, joissastaattista kantavuutta arvioidaan yksinkertaistetun lyöntivastuksenavulla. Paalun kantavuus määritetään mitatun painuman avulla Gate-sin kaavalla tai mitatun painuman ja jouston avulla Hileyn kaavalla.


Gatesin kaava

( ) HWeslog4,296P hfu −= (7)

ef = lyönnin tehokkuuskerroinWh = järkäleen paino [kN]H = järkäleen pudotuskorkeus [m]s = mitattu paalun painuma/lyönti [m]

Hileyn kaava

ph

p2

hjfu WW

WnW

c21

s

EeP

+

+

+= (8)

Ej = iskuenergia [kNm]ef = lyönnin tehokkuuskerroinn = kova puinen iskutyyny n=0,5, kova muovinen iskutyyny n=0,8 ja teräksinen vastin ilman iskutyynyä n=1,0 /12/s = paalun pysyvä painuma [mm]c = jousto [mm]Wp = paalun paino [kN]

Paalutuskaluston lyönnin tehokkuus on yleensä tarkistettava työ-maalla dynaamisten koekuormitusten yhteydessä.

4.1.4 Dynaamiset koekuormitukset

Dynaaminen koekuormitus on suora paalun kantavuuden määritys-menetelmä, joka perustuu rakennuspaikalla tehtäviin iskuaaltomit-tauksiin (PDA-mittauksiin). Mittaustuloksista lasketaan paalun staatti-nen kantavuus ottamalla huomioon dynaamisen kuormituksen nopeu-den vaikutukset.

Dynaamisia mittauksia voidaan analysoida usealla eri tavalla, esimer-kiksi CASE-menetelmällä. Saatuja tuloksia voidaan käsitellä edelleentietokoneella. Sovittamalla maaparametreinä käytetyt vaimennus- jajoustokertoimet siten, että laskettu iskuaalto yhtyy mitattuun aaltoon,saadaan kuormitusjakauma paalussa selvitetyksi ja kantavuus voi-daan jakaa vaippa- ja kärkivastukseksi. Yleisimmin käytetyt menetel-mät ovat CAPWAP ja SIGNAL MATCHING- analyysi.

Osasta PDA-mittaustuloksia voidaan tehdä kantavuuden määritysCAP-WAP-analyysillä tai vastaavalla analyysillä, kun paalujen murto-kuorman ensisijainen määritys on tehty CASE-menetelmällä.


4.2 Kärjestä avoimen paalun sisäpuolinen vaippavastus

Jos paalussa ei tapahdu minkäänlaista tulppaantumista, voidaan sisä-puolisen vaippavastuksen olettaa olevan puolet ulkopuolisesta vaippa-vastuksesta. Sisäpuolisesta vaippavastuksesta ja paalun teräspoikki-leikkausalan kärkivastuksesta muodostuva kantavuus ei kuitenkaan saaylittää vastaavan kokoisen tulppaantuneen paalun kärkivastuksestamuodostuvaa kantavuutta.

4.3 Tulppaantuneen paalun kantavuus

Kärjestä avoin paalu tulppaantuu kitkamaakerroksessa, jos tulppaavamaakerros sisältää vain vähän hienoainesta ja on riittävän suhteistunutja tiiviydeltään vähintään keskitiivis ja jos paalu upotetaan riittävän sy-välle tulppaavaan maakerrokseen. Lisäksi paalutustyö on tehtävä hidas-iskuisella lyövällä järkäleellä. Paalun tulppaantuminen tehostuu, kunpaaluun iskusta aiheutunut kiihtyvyys pienenee. Upotettaessa paaluatäryjuntalla tulppaantumista ei tapahdu. Jos paalu suunnitellaan kanta-maan tulppaantuneena, on tehtävä koepaalutus, jossa tulppaantuminenluotettavasti todetaan.

Kärjestä avoimen tulppaantuneen paalun geotekninen murtokuorma Pu

määritetään yhtälöstä

∫ −η+π=z

0ppksu WqAdZfdP (9)

Z = paalun maassa olevan osan pituusd = paalun ulkohalkaisijafs = vaippavastus ulkovaipallaη = tulppaantumiskerroinApk = vastaavan kokoisen suljetun paalun kärjen poikkileikkauspinta-alaqp = kärkivastusW = paalun paino

Tulppaantumiskerroin η määritetään seuraavasti /1,2/ moreenissa:

η = 0,8 jos 10dz

= (10)


ja hiekassa tai sorassa:

η = 0,8 jos 15dz

= (11)

z = upotussyvyys tulppaavaan maakerrokseend = paalun halkaisija

Suhteen z/d pienentyessä tulppaantumiskerrointa pienenne-tään lineaarisesti.

Tulppaantuminen voidaan todeta, jos tulppaavassa maakerroksessamaanpinnan painuma putken sisällä on vähintään puolet paalun painu-masta. Tulppaantumista ei voida todeta lyönninaikaisista PDA-mittauksista. Tulppaantuminen voidaan todeta aikaisintaan kahden vii-kon kuluttua paalun lyömisestä paalun läpi tehtävillä heijarikairauksilla.Arvioitaessa tulppaantumisastetta PDA-mittauksin voidaan mittauksettehdä jälkilyönneistä aikaisintaan kahden viikon kuluttua paalun lyön-nistä.

4.4 Negatiivinen vaippahankaus

Negatiivinen vaippahankaus määritetään Lyöntipaalutusohjeiden LPO-87 /16/ mukaan.

4.5 Paalujen vetokapasiteetti

Mitoitettaessa paalujen vetokapasiteettia pitkäaikaisessa vetorasituk-sessa voidaan paalun tehokkaan painon lisäksi ottaa huomioon vaippa-vastusta vain kitkamaakerroksissa. Tällöin puristetun paalun vaippa-vastus jaetaan kertoimella kv = 2. Hetkellisessä kuormituksessa puris-tetun paalun vaippavastus jaetaan kertoimella kv = 1,5, ja vaippavastusvoidaan ottaa huomioon myös koheesiomaakerroksissa.

4.6 Varmuustasovaatimukset

Aiemmin esitetyillä menetelmillä (vrt. 4.1 - 4.3) voidaan määrittää teräsputki-paalujen geotekninen murtokuorma. Varmuustasovaatimus riippuu paalungeoteknisen murtokuorman määritysmenetelmän luotettavuudesta kyseessäolevissa olosuhteissa.

Paalun geotekninen kantavuus määritetään paalun murtokuormasta jaka-malla tämä kokonaisvarmuuskertoimella. Suositeltavia kokonaisvarmuus-kertoimen arvoja on esitetty taulukossa 3. Käytettäessä taulukon 3 kertoimiakantavuuden laskennassa kuormien vaikutukset lasketaan ominaiskuormiakäyttäen.


Taulukko 3. Geoteknisen kantavuuden määrityksessä käytetyt kokonaisvarmuus-kertoimet.

Geoteknisen murtokuorman määritysmenetelmä Varmuuskerroin F

Staattiset kantavuuskaavat 2,5 - 3,0Kairausvastukseen perustuvat menetelmät 2,5 - 3,0Dynaamiset paalutuskaavat 2,5 - 3,0Dynaaminen koekuormitus 2,0Staattinen koekuormitus 1,8

Suurille teräsputkipaaluille on yleensä tehtävä dynaamisia koekuormituksia.Jos dynaamisia koekuormituksia ei tehdä, paalun kantokyky määritetäänpaalutuksen jälkeen sekä tunkeutumissyvyyden että loppulyöntien perus-teella. Tällöin määritettäessä kantokyky kahdella eri perusteella sekä staatti-silla kantavuuskaavoilla tai kairausvastukseen perustuvilla menetelmillä ettäpaalutuskaavoilla voidaan käyttää taulukkoon 3 nähden hieman alennettuavarmuustasoa F ≥ 2,2. Kaivinpaaluihin rinnastettavilla teräskuorellisilla beto-nipaaluilla, joiden kantavuuden määritys perustuu paalun tunkeutumissyvyy-teen, on varmuustasovaatimus F ≥ 2,5. Jos kohteessa tehdään paljon dy-naamisia tai staattisia koekuormituksia, varmuustasovaatimus voi olla taulu-kossa 3 esitettyjä varmuuskertoimia alempi.

4.7 Paalun painuma

Maakerrokseen päättyvien tukipaalujen painuman arvioiminen on epä-tarkkaa ilman koekuormituksia. Staattiset koekuormitukset pitää tehdäsiten, että paalun kärjen painuma voidaan havaita. Tukipaaluperus-tusten painumatarkastelu tapahtuu usein yksittäisten paalujen painuma-arvioiden pohjalta.

Suljetun tukipaalun pään painuma S0 koostuu paalun kimmoisesta ko-koonpuristumasta Se ja kärjen alapuolisten kerrosten muodonmuutok-sesta Ss. Paalun yläpään painuma S0 on

spppse EA

dPEALP

SSS +=+=0 (12)

P = paalun kuormaL = paalun pituusd = paalun halkaisijaAp = paalun poikkileikkausalaEp = paalun kimmomoduuliEs = paalun kärjen alapuolisen kerroksen kimmomoduuli


Moduulille Es lyöntipaalun kärjen alla suositellaan taulukon 4 mukaisia arvo-ja.

Taulukko 4. Maan ja kallion kimmomoduulit Es yksittäisen, suljetun paalun kärjen alla lyöntityön jälkeen.

Maalaji Es [MPa]

Hiekka, sora 1000 – 2000

Moreeni 2000 – 10000

Kallio 50000 – 100000

Tulppaantumattoman paalun ja teräskuorellisen kaivinpaalun upotuksessapaalun kärjen alapuolinen maa ei tiivisty. Tällöin käytetään paalun painumanlaskennassa kärjen alapuoliselle maalle maan luonnontilaista kokoonpuris-tuvuusmoduulia.

Tukipaaluryhmän painuma vastaa yksittäisten paalujen painumaa, jos paaluttukeutuvat kallioon tai paalujen kärjen ja kallion väliin jäävä moreenikerroson ohut ja tiivis. Yksittäisten paalujen painuma voidaan arvioida samalla pe-riaatteella ottaen huomioon myös vaippavastuksen vaikutus.

Kitkapaaluryhmien painuma voidaan laskea kuvan 10 mukaista mallia käyt-täen. Tällöin maakerrosten kokoonpuristuvuusmoduulit määritetään kutenluonnontilaisten maakerrosten kokoonpuristuvuusmoduulit.

Kuva 10. Kitkapaaluryhmän painuman laskeminen /14/.


4.8 Kuormitukset

Paalun mitoituksessa vaakasuuntaiset kuormat ja momentit on otettavahuomioon paalunsuuntaisten kuormien lisäksi. Mitoitus on tehtävä vaaralli-simmille kuormitusyhdistelmille. Kuormitukset on määritettävä ohjeen Silto-jen kuormat (TIEL 2172072) /23/ ja muiden voimassa olevien ohjeiden mu-kaisesti. Paalujen kuormissa on otettava huomioon myös paalurakenteensijainti- ja kaltevuusvirheiden sekä ylärakenteen sijaintivirheiden ja siirtymänaiheuttamat lisärasitukset.

Paalujen sallitut sijaintipoikkeamat on määritettävä kohdassa7.3 esitettyjä pienemmiksi, jos kohdan 7.3 mukaiset sijaintipoik-keamat voivat aiheuttaa sallitun kantavuuden ylittymisen15%:lla. Jos todelliset mittapoikkeamat ylittävät sallitut arvot,tehdään tarkistuslaskelmat kappaleen 10.5 mukaisesti. Tällöinyksittäiselle paalulle voidaan sallia 15% ylitys kantavuuteen.Tarvittaessa sijaintipoikkeamiin voidaan varautua käyttämällämitoituksessa sallittua kantavuutta pienempää paalun kuormaa

4.9 Geotekninen mitoitus sivusuuntaan

4.9.1 Paalun sivukapasiteetti

Paalun sivukapasiteetilla tarkoitetaan yleensä paalun sietämää suurintavaakakuormitusta, joka vastaa maan murtokuormaa tai joskus paalun myötö-momenttia. Sivukapasiteetti muodostuu siten ympäröivän maan vastuksesta,paalun yläpään kiinnitysasteesta ja paalun omasta taivutusjäykkyydestä.Ympäröivän maan käyttäytyminen saattaa muodostua määrääväksi erityi-sesti, jos kuormitus on toistuvaa tai dynaamista.

Sivukapasiteetin määrää sillan suunnittelussa kuitenkin yleensä sallittu vaa-kasiirtymä, koska muodonmuutokset saattavat kasvaa siltarakenteiden kan-nalta liian suuriksi paljon ennen sivukapasiteetin ylittymistä. Sallitut vaaka-siirtymät määräytyvät tällöin muiden rakenteiden sallimista siirtymistä.

Paaluryhmän sivukapasiteetti on yleensä pienempi kuin paalu-jen lukumäärä kertaa yksittäisen paalun sivukapasiteetti, jospaalujen keskiöväli vaakavoiman suunnassa on pienempi kuin6 - 8 kertaa paalun halkaisija. Sivuvastus ja -kapasiteetti piene-nevät edelleen peräkkäisten paalurivien lisääntyessä voimanvaikutussuunnassa ja paalujen keskiöetäisyyksien pienentyes-sä.

Paaluryhmän mitoitus palautuu periaatteessa yksittäisten paa-lujen mitoitukseksi, kun paaluanturan kautta paaluille tulevatkuormat on määritetty jollakin yleisesti hyväksytyllä menetel-mällä.


4.9.2 Paalun sivukuormitus

Paalun sivukuormitus syntyy siirtymän aiheuttamasta pakkovoimasta, vaaka-kuormien aiheuttamasta tukivoimasta tai maanpaineesta paalua vasten.

Pakkovoimia aiheuttavat lähinnä ylärakenteen lämpötilanmuutokset, kiertymät, kutistumat ja viruminen.

Maanpaine aiheutuu maanpintojen korkeuseron, kaivannon taikaltevan luiskan heikon vakavuuden aiheuttamasta maamas-san siirtymisestä paalua vasten. Kun varmuus maamassan liu-kusortumalle paalujen alueella on F<1,8, maassa syntyy plasti-sia liikkeitä, ja maanpaine paaluja vastaan on otettava huomi-oon. Tätä suuremmalla varmuustasolla syntyy kuormituse-roista vain kimmoisia siirtymiä, jotka voivat pehmeissä maaker-roksissa olla niin suuria, että niiden huomioon ottaminen paa-lua kuormittavana taivutuksena on tarpeen. Sivukuormitustapaaluille syntyy myös maan painuessa vinopaalujen ympärilläsekä routimispaineesta, jonka syntyminen on yleensä estettä-vä.

Sivukuorman suuruus riippuu maan leikkauslujuudesta, paalunmuodosta ja kuormitusnopeudesta. Sivukuorma on suurimmil-laan silloin, kun paalu leikkautuu maamassan läpi. Tällöin sivu-kuorman ääriarvo saadaan kappaleen 4.9.4 mukaan. Mitoitet-taessa paalua pakkovoimasta tai maapaineesta aiheutuvallesivukuormalle voidaan käyttää moduuli- tai alustalukumetelmänmukaisia sivupainesiirtymäyhteyksiä (vrt. kappale 4.9.5).

4.9.3 Paalun murtomekanismit

Sivukuormitetun paalun murtomekanismit riippuvat maan ja paalun suhteel-lisesta jäykkyydestä sekä paalun kiinnityksestä rakenteeseen.

Suhteellista jäykkyyttä voidaan arvioida parametrilla R kohee-siomaassa ja parametrillä T kitkamaassa.

4

s

pp

E

IER = (13)

5

h

pp

n

IET = (14)

EpIp = paalun jäykkyysEs = koheesiomaan vaakasuuntainen moduulinh = kitkamaan vaakasuuntainen alustalukukerroin


Kun paalun upotussyvyyden ja parametrien suhde L/R tai L/Teli jäykkyyssuhde on enintään kaksi, käsitellään paalua jäykästimaassa kiertyvänä kappaleena ja paalun muodonmuutoksetvoidaan jättää huomioon ottamatta. Maan murtuminen tapah-tuu tällöin ennen paalun murtumista. Kiertokeskuksen paikkalasketaan siten, että vaikuttavat momentit ovat tasapainossa.Kiertokeskuksen sijainniksi voidaan homogeenisessä maape-rässä olettaa likimäärin 70% upotussyvyydestä. Tällöin voidaanarvioida sivukapasiteettia myös käsinlaskentana määrittämälläensin sivuvastuksen ääriarvo ja jakautuma (vrt. 4.9.4).

Kun upotussyvyyden ja parametrien suhde L/R ja L/T on vähin-tään neljä, on laskelmissa otettava huomioon myös paalunmuodonmuutokset. Paalun murtuminen tapahtuu tällä jäykkyysasteella ennen maan murtumista. Jäykkyyssuhteen ollessa vä-lillä 2 - 4 voidaan väliarvot interpoloida riittävällä tarkkuudella.Jäykkyyssuhteen arvoa neljä vastaavaa paalun pituutta voi-daan pitää paalun toiminnallisen pituuden ääriarvona, jonkajälkeen upotussyvyyden lisääminen ei vaikuta paalun toimin-taan.

Kuvassa 11 on esitetty jäykkyyssuhteen vaikutus paalun mur-tomekanismiin. Kuvat 11 a ja c edustavat jäykkyyssuhteen ar-voja pienempi tai yhtäsuuri kuin 2, kuva 11 d arvoja 2 - 4 ja ku-vat 11 b ja e arvoja suurempi tai yhtäsuuri kuin 4.


Kuva 11. Jäykkyyssuhteen vaikutus paalun murtomekanismiin /8/


4.9.4 Sivuvastuksen ja sivupaineen ääriarvot

Sivuvastus syntyy, kun paalu siirtyy ulkoisesta kuormasta johtuen maatavasten. Sivuvastuksella tarkoitetaan maamassan aiheuttamaa vastusta pin-tayksikköä kohti. Sivuvastusta käytetään hyväksi laskettaessa paalun sivu-kapasiteettia.

Sivupaine syntyy, kun maa siirtyy paalua vasten. Käsitettä käytetään sivu-kuormitusta laskettaessa.

Sivuvastuksen ja sivupaineen ääriarvot riippuvat maan lujuusominaisuuksis-ta ja kitkamaalla myös tehokkaasta tilavuuspainosta.

Sivuvastuksen ja sivupaineen ääriarvot määritetään maan murtotilan mu-kaan maanpaineteoriaan perustuen. Varmuus sijoitetaan sivuvastuksen jasivupaineen laskentaan kappaleen 4.9.8 mukaan siten, että epäedullisin vai-kutus sivukapasiteettiin tai sivukuormituksiin tulee huomioon otetuksi.

Kuvassa 12 esitetty kitka- ja koheesiomaan sivuvastuksen ää-riarvot eri lähteiden mukaan /3/.

Kitkamaassa sivuvastuksen ja -paineen ääriarvojen oletetaankasvavan lineaarisesti syvyyden kasvaessa. Koheesiomaassaarvot oletetaan vakioksi syvyydestä riippumatta. Koheesio-maan pintakerroksen osuus syvyyteen 1,5 d asti otetaan huo-mioon sivukuormitusta laskettaessa, mutta ei sivukapasiteettialaskettaessa.

Kuva 12. Sivuvastuksen ja sivupaineen pm ääriarvot a)kitkamaassa ja b) koheesiomaassa.


4.9.5 Siirtymien laskeminen

Siirtymät lasketaan alustalukumenetelmällä. Sivuvastuksen tai sivupaineenja siirtymien välistä vuorosuhdetta kuvataan yleensä alustalukujen avulla.Alustaluvut eivät ole maan materiaaliparametrejä, jolloin ne riippuvat myösrakenteen mitoista. Siirtymät lasketaan käyttörajatilassa käyttäen materiaali-parametrien ja kuormien ominaisarvoja. Varmuus otetaan huomioon sallit-tujen siirtymien arvoissa.

Kitkamaan vaakasuoran alustaluvun ks oletetaan kasvavan li-neaarisesti syvyyteen z = 10 d asti ja pysyvän tämän jälkeenvakiona. Kitkamaan alustaluku staattisessa kuormituksessamääritetään kaavalla

dz

nk hs = (15)

jossa alustalukukerroin nh saadaan kuvasta 13 kitkakulmanfunktiona. Kitkakulma voidaan arvioida ohjeen Pohjaraken-nusohjeet sillansuunnittelussa (TIEL 2172068) /22/ mukaan.Alustaluku syklisellä kuormituksella voidaan määrittää kohdan4.9.7 taulukon 5 mukaan. Alustaluku syklisessä tai dynaami-sessa kuormituksessa voidaan määrittää staattiseen alustalu-kuun nähden samassa suhteessa kuin dynaamisen (muo-donmuutostasosta riippuvan) ja staattisen kimmo- tai leikkaus-moduulin suhde.

Kuva 13. Kitkamaan alustalukukertoimen arviointi kitkakulman perusteella.Pohjaveden pinnan alapuolella nh on 60% kuvan arvoista /16/.


Kuvassa 14 on esitetty tapa, jolla voidaan kuvata kitkamaanalustaluvun likimääräinen sivupainesiirtymäyhteys.

Koska alustaluku riippuu kuitenkin suoraan maan kokoonpu-ristuvuudesta, voidaan sitä tarkastella myös maan kokoonpu-ristuvuusmoduulin M tai avoimen tilan kimmomoduulin Ed kaut-ta, jolloin alustalukukerroin saadaan kaavasta

zE

zM

n dh αβα == (16)

a = 0,74 (Terzaghin mukaan) /8/a = 1,0 (Poulosin mukaan) /8/ß = 0,83 - 0,95 hiekalle Poissonin vakion vaihdellessa vastaa-

vasti välillä 0,25 - 0,15.

Lyhytaikaisessa kuormituksessa koheesiomaan vaakasuoraalustaluku vaihtelee rajoissa

ds

150...50k us = (17)

Pitkäaikaisessa kuormituksessa koheesiomaan alustalukuvaihtelee rajoissa

ds

50...20k us = (18)

Kuva 14. Kitkamaan alustaluvun määritys. pm on sivuvastuksen ääriarvoja ym on sitä vastaava siirtymä /8/.


Kuvassa 15 a on esitetty koheesiomaan alustaluvun likimääräi-nen sivupaine-siirtymäyhteys lyhytaikaisessa kuormituksessaja kuvassa 15 b pitkäaikaisessa kuormituksessa. Murtokuor-maa vastaavaa sivupainetta vastaa kuvassa 15 merkintä pm jasitä vastaavaa paalun sivusiirtymää on merkitty ym.

Koheesiomaan alustaluku oletetaan vakioksi syvyydestä riip-pumatta.

Pitkäaikaisessa kuormitustilanteessa koheesiomaan alustalukuvoidaan määrittää myös kokoonpuristuvuusmoduulin (M) kaut-ta, jolloin alustaluku ks on

dM

k s β= (19)

ß = 0,46 - 0,74 savelle Poissonin vakion vaihdellessa vastaavasti välillä 0,4 - 0,3

ß = 0,62 - 0,83 siltille Poissonin vakion vaihdellessa välillä 0,35 - 0,25.

Lyhytaikaisessa kuormitustilanteessa koheesiomaan alustalukuvoidaan määrittää suljetun tilan kimmomoduulin Eu kautta, jol-loin määritys voidaan tehdä esimerkiksi suljetulla kolmiaksiaali-kokeella. Kuvassa 16 on esitetty alustaluvun määritys erilaisis-sa kerrosrajoissa.

Kuva 15. Koheesiomaan alustaluvun määritys a) lyhytaikaisessa kuormituk-sessa ja b) pitkäaikaisessa kuormituksessa.


Kuva 16. Alustaluku kerrosrajassa a) kitkamaan ollessa koheesiomaan ala-puolella ja b) kitkamaan ollessa koheesiomaan yläpuolella /16/.

4.9.6 Mitoitus staattiselle sivukuormitukselle

Mitoituksella staattisille sivukuormituksille tarkoitetaan paalun analysointiakuormitustilanteelle, jossa kuorma on ajan suhteen vakio ja jossa hitaus-voimilla ei ole vaikutusta rakenteen rasituksiin.

Sivukuormitetun paalun analysoimiseksi on nykyisin käytössäuseita kohtuullisen tarkkuuden omaavia käsinlaskentamene-telmiä. Tarkkuusvaatimusten kasvaessa on kuitenkin syytätehdä analyysi tietokoneen avulla, koska maan epälineaarinenkäyttäytyminen johtaa laskennassa useisiin iteraatiokierroksiin.

Seuraavassa on esitetty mikrotietokoneelle soveltuva lasken-tamalli, jossa maan staattiset ominaisuudet on kuvattu epäline-aaristen vaakasuuntaisten jousien avulla ja paalu elementtime-netelmän (FEM) avulla. Paalun liikkeistä aiheutuvat reaktiovoi-mat keskitetään jousina elementtimallin solmupisteisiin. Jousi-en arvot voidaan määrittää esimerkiksi alustalukumenetelmänmukaan (vrt. kohta 4.9.5). Laskennan tarkkuuden kannalta lä-hinnä maanpintaa olevien jousien arvojen tarkka määritys onensisijaisen tärkeää. Siirtymän ylittäessä vastaavan maan mur-tolujuuden eli sivuvastuksen ääriarvon iteroidaan elastoplastis-ta sivupaine-siirtymäfunktiota. Menetelmän mukainen element-ti-jousimalli, joka on käsittelyltään riippumaton jäykkyyssuh-teen L/R ja L/T arvoista, on esitetty kuvassa 17. Paalun pään jakärjen reunaehdot mallinnetaan myös jousien avulla ja niidentulee vastata mahdollisimman hyvin ylärakenteen toimintaa jakärjen olosuhteita.


Kuva 17. Paalun ja maan välistä vuorovaikutusta kuvaava elementti-jousimalli

4.9.7 Mitoitus sykliselle sivukuormitukselle

Mitoituksella sykliselle sivukuormitukselle tarkoitetaan paalun analysointiakuormitustilanteelle, jossa kuormitus on ajan suhteen muuttuva eikä hitaus-voimilla pääsääntöisesti ole merkitystä rakenteen rasituksiin. Kuormitus voiolla suunnaltaan yksisuuntaista tai vaihtuvaa. Syklinen eli toistuva kuormitusheikentää maan lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksia ja lisää siten vaa-kasiirtymän suuruutta verrattuna staattiseen kuormitustilanteeseen. Lisäyson sitä suurempi mitä löyhempää maa on. Syklisen kuormituksen taajuudenylärajaksi oletetaan yleensä f = 1 Hz. Hiekalla tiiviyden ollessa alle kriittisenarvon, joka vastaa heijarikairausvastusta 15 lyöntiä/0,2 m, tulee ottaa huo-mioon maan nesteytymisvaara.

Syklisiin kuormituksiin voidaan lukea aaltokuormat, joiden merkitys suoraanpaalua tai siltapilaria kuormittavana on pienehkö. Kuitenkin aaltokuormituk-set suurten perustuskasuunien, laivojen tai ahtojään välityksellä vaikuttavi-na on otettava huomioon.

Analysoitaessa sivukuormitettua paalua syklisille kuormille voi-daan käyttää staattista alustalukumenetelmää, jossa käytetääntaulukon 5 mukaisia muunnettuja alustalukuja. Taulukon arvotpätevät kitkamaalle ja määräytyvät maan tiiviyden mukaan.


Taulukko 5. Kitkamaan vaakasuorat alustaluvut kss syklisellä kuormituksella /8/. ks = staattinen alustaluku.

Suhteellinen tiiviys DrAlustalukusyklisellä

kuormituksella < 0,35Löyhä

0,35 - 0,65Keskitiivis

> 0,65Tiivis

kss 0,25 ks 0,33 ks 0,5 ks

Löyhän kitkamaan juoksettumisvaara tarkistetaan ja otetaantarvittaessa huomioon.

4.9.8 Varmuuden huomioon ottaminen mitoituksessa

Mitoitettaessa paalua sivusuuntaan suositellaan käytettäväksi rajatilamene-telmää. Tällöin osavarmuusluvut sijoitetaan materiaaliparametreihin ja vaa-kakuormaan, mutta joissakin tapauksissa myös siirtymään. Myöskin koko-naisvarmuuslukumenetelmää voidaan käyttää.

Kun mitoitetaan paalun sivukapasiteettia, maan materiaalipa-rametrit jaetaan osavarmuusluvuilla. Jos sivukapasiteetin var-muutta arvioidaan siirtymän mukaan, voidaan varmuus sisäl-lyttää sallitun siirtymän arvoihin. Tällöin kuormat lasketaanominaiskuormina.

Kun paalu mitoitetaan pakkovoimasta tai maapaineesta aiheu-tuvalle sivukuormalle, materiaaliparametrit puolestaan kerro-taan osavarmuusluvuilla ja varmuus sivukuormalle tulee tätäkautta.

Käytettäessä kokonaisvarmuuslukumenetelmää, on kokonais-varmuuden oltava vähintään F≥ 2,2 laskennallisesti mitoitettu-na ja vähintään F≥1,8 staattisesti koekuormitettuna. Joskus ontarpeen tarkistaa rajatilamenetelmää käytettäessä kohtuullinenvarmuustaso myös kokonaisvarmuuslukumenetelmällä.

4.9.9 Sivukapasiteetin kasvattaminen

Paalun sivukapasiteettia voidaan lisätä maata lujittamalla tai muilla raken-teellisilla keinoilla, joilla ensisijaisesti kasvatetaan paalun yläosan poikkileik-kausta.

Maan lujuutta on mahdollista parantaa tiivistämällä tai injektoi-malla maaperää.

Rakenteellisia keinoja voivat olla esimerkiksi paaluun hitsatutsiivekkeet tai betonikaulus. Näitä esittävät kuvat 18 a ja b.Huomattava vaakakapasiteetin lisäys voidaan saada aikaankuvassa 18 c esitetyllä teräskehikkoratkaisulla. Muita keinojaon lisätäyttö maan pinnalla (kuva 18 d).


Käänteisiä keinoja voivat olla sivukuormien vähentämiseksitehtävät kevennyskaivut ja kevyet täytöt.

Kuva 18. Mahdollisia ratkaisuja sivukapasiteetin lisäämiseksi /6/.

Teräsputkipaalut 47PAALUN RAKENTEELLINEN KANTAVUUS

5 PAALUN RAKENTEELLINEN KANTAVUUS

Paalun rakenteellisen kantavuuden määrää paalun rakenteen kestävyys.Rakenteellinen kantavuus tarkistetaan perustettavasta rakenteesta tulevillekuormille. Paaluun voi kohdistua myös taivutusta vaakakuormista, epäkes-kisyyksistä tai kiinnitysmomenteista. Perustettavan rakenteen asettamienvaatimusten lisäksi paalun rakenteellinen kantavuus on tarkistettava nurjah-dukselle, maan painumisen aiheuttamille lisäkuormille kuten negatiivisellevaippahankaukselle ja vinopaalujen taivutukselle sekä toispuoleisen maan-paineen tai sivuvastuksen aiheuttamalle taivutukselle. Yläpäästä lyötävänteräsputkipaalun pienin suositeltava seinämävahvuus on 10 mm. Halkaisijal-taan alle 600 mm putkilla voi seinämävahvuus olla 8 mm. Paalun korroosioon otettava huomioon paalun pitkäaikaista rakenteellista kantavuutta määri-tettäessä.

5.1 Paalun rakenteellisen kantavuuden suunnittelu

1) Määritetään paalun sallitut materiaalijännitykset paalumateriaalin ja pohjasuhteiden perusteella. Lohkareisissa pohjasuhteissa saattaa olla paikallaan pienentää normaalisti sallittuja materiaalijännityksiä.

2) Tarkistetaan paalun rakenteellinen kapasiteetti määräävissä kuormitustapauksissa korroosiovähennys huomioon ottaen.

3) Määritetään sallitun geoteknisen kantavuuden vaatima lyöntivoima ja tarkistetaan lyöntijännitykset huomioon ottaen varmuuskerroin. Paa- lun korroosiota ei tarvitse tällöin ottaa huomioon.

5.2 Rakenteellinen mitoitus

5.2.1 Betonoimaton teräsputkipaalu

Teräsputkipaalun sisäosa on valmiina rakenteena maatäytteinen ja joskusyläosaltaan tyhjä kärjestä avoimella paalulla ja tyhjä suljetulla paalulla. Paa-lun rakenteellinen kantavuus muodostuu teräsputken kantavuudesta.

5.2.1.1 LyöntijännityksetPaalun sallittu lyöntijännitys on enintään σdsall = 0,9 σsa, jolloin σsa on paalu-materiaalin alempi myötöraja tai 0,2 raja. Paalun korroosiota ei oteta huo-mioon.

Paalun lyönti aiheuttaa paaluun sekä puristus- että vetojän-nityksiä. Iskun aiheuttama voima saadaan kertomalla jännityspaalun pinta-alalla. Lyöntijännitystä voidaan alustavasti arvioi-da kaavalla

48 TeräsputkipaalutPAALUN RAKENTEELLINEN KANTAVUUS

EHffcE

vff ww γσ 000max == (20)

γ = teräksen tilavuuspaino = 77 kN/m3

E = teräksen kimmomoduuli = 2,1 x 108 kN/m2

c = iskuaallon nopeus teräksessä ≈ 5100 m/sf0 = lyöntikalustosta riippuva kerroin f0 = ef 2 , jossa ef on lyön- tikaluston tehokerroinfw = rakennuspaikan pohjaolosuhteista riippuva iskuaallon hei-

jastuskerroinv0 = järkäleen nopeus [m/s]H = järkäleen pudotuskorkeus [m]

Ellei paalutuskalustosta ole tarkempaa tietoa, voidaan kertoi-melle f0 antaa arvoja f0 = 0,7 - 0,85. Lyötäessä teräsputkipaaluakalliota vastaan saa iskuaallon heijastuskerroin arvoja fw = 1,5 -1,7. Paalun kärjen ollessa tiiviissä maassa fw = 1,3 - 1,5.

Paalutuskaluston tehokkuus ja lyöntijännitykset määritetään is-kuaaltomittauksin, esimerkiksi PDA-mittauksin.

5.2.1.2 KäyttöjännityksetTeräsputkipaalun sallittu keskeinen puristusjännitys määräytyy paalutusluo-kan perusteella. Suuret teräsputkipaalut suunnitellaan yleensä paalutus-luokkiin IA tai IB, jolloin sallittu keskeinen puristusjännitys on enintään 0,58σsa luokassa IA ja 0,50 σsa luokassa IB.

Jos teräsputkipaaluun kohdistuu taivutus- tai leikkausrasituksia, määritetäänpaalun rakenteellinen kantavuus normaalivoimalle ja taivutukselle sekä leik-kaukselle Suomen rakentamismääräyskokoelman teräsrakenteita koskevienohjeiden ja niitä täydentävien Tielaitoksen Teräsrakenneohjeiden (TIEL2173449) /32/ mukaan.

Käyttöjännityksiä määritettäessä on otettava huomioon paalun korroosiovä-hennys.

5.2.1.3 NurjahdusTeräsputkipaalun rakenteellinen kantavuus nurjahdukselle määritetäänLyöntipaalutusohjeiden LPO-87 /16/ kohdan 3.475 mukaan ottaen huomioonpaalun korroosiovähennys.


5.2.2 Liittorakennepaalu

Liittorakennepaalun sisäosa on valmiina rakenteena teräsputkipaalu, joka ontäytetty betonilla siten, että teräksen ja betonin välinen tartunta on riittäväyhteistoiminnan varmistamiseksi. Liittorakennepaalu mitoitetaan rakenteenaSuomen rakentamismääräyskokoelman liittorakenteita koskevien ohjeidenmukaisesti.

5.2.2.1 LyöntijännityksetLiittorakennepaalun teräsputken upotuksessa sallittavat lyöntijännityksetmääritetään kohdan 5.2.1.1 mukaan.

5.2.2.2 KäyttöjännityksetLiittorakennepaalun rakenteellinen kantavuus puristukselle, normaalivoimal-le ja taivutukselle sekä leikkaukselle määritetään Liittorakenteiden suunnit-teluohjeiden 1988 kohdan 3.1 /15/ ja niitä täydentävien Tielaitoksen Teräsra-kenneohjeiden (TIEL 2173449) /32/ mukaan ottaen huomioon paalun korroo-siovähennys.

5.2.2.3 NurjahdusLiittorakennepaalun rakenteellinen kantavuus nurjahdukselle määritetäänLyöntipaalutusohjeiden LPO-87 /16/ kohdan 3.475 mukaan ottaen huomi-oon paalun mahdollinen korroosiovähennys. Paalun taivutusjäykkyys määri-tetään kaavasta

rrssccd IEIEIEEI ++= (21)

Ecd = betonin kimmomoduuliIc = betonipoikkileikkauksen jäyhyysmomenttiEs = betoniterästen kimmomoduuliIs = betoniterästen jäyhyysmomenttiEr = teräsputken kimmomoduuliIr = teräsputken neliömomentti

5.2.3 Teräskuorellinen betonipaalu

Teräskuorellisen betonipaalun teräskuori toimii ainoastaan kaivu- ja valu-muottina. Paalun rakenteellinen kantavuus määräytyy teräskuoren sisäänvaletun teräsbetonin kantavuudesta.


5.2.3.1 LyöntijännityksetTeräskuoren upotuksessa sallittavat lyöntijännitykset tarkistetaan kohdan5.2.1.1 mukaisesti.

5.2.3.2 KäyttöjännityksetTeräskuorellisen betonipaalun rakenteellinen kantavuus puristukselle, nor-maalivoimalle ja taivutukselle sekä leikkaukselle määritetään Suomen raken-tamismääräyskokoelman betonirakenteita koskevien ohjeiden ja niitä täy-dentävien ohjeiden (TIEL 2172073) /30/ sekä Tielaitoksen ohjeiden Siltojenkuormat (TIEL 2172072) /23/ mukaan.

Vedenalaisessa valussa betonin lujuusluokka on yleensä K 30,joka edellyttää sementtimäärää 350 - 400 kg/m3 vesisementti-suhteen ollessa enintään 0,6.

5.2.3.3 NurjahdusTeräskuorellisen betonipaalun rakenteellinen kantavuus nurjahdukselle mää-ritetään kohdassa 5.2.3.2 mainittujen ohjeiden sekä voimassa olevien Suur-paaluohjeiden mukaan.

5.3 Korroosion huomioon ottaminen

Teräspaalun korroosio on otettava huomioon, kun määritetään paalun raken-teellista kantavuutta käyttötilassa. Umpinaisessa teräsputkipaalussa tapah-tuu merkittävää korroosiota yleensä vain paalun ulkopinnalla. Avoimessateräsputkipaalussa on otettava huomioon myös paalun sisäpinnan syöpymi-nen. Jos kuitenkin avoimen paalun kärki on pysyvästi pohjavedenpinnanalapuolella ja paalun yläpää on suljettu ilmatiiviisti, muodostaa paalun sisä-osa umpinaisen, ilmatiiviin kotelon, jolloin paalun sisäpinnan korroosio onyleensä vähäistä.

Teräsputkipaalujen korroosionestomenetelmiä ovat - seostaminen, - katodinen suojaus, - orgaaniset ja epäorgaaniset pinnoitteet sekä - betoniverhoilu tai betonointi.

Korroosion arvioidut vaikutukset voidaan ottaa huomioon lisäksi ylimitoi-tuksella.


5.3.1 Ylimitoitus

Ylimitoituksella kasvatetaan paalun seinämän ainepaksuutta siten,että rakenteen seinämäpaksuus on vielä arvioidun käyttöiän aikanatapahtuvan syöpymisen jälkeenkin riittävä kantamaan rakenteellesuunnitellut kuormat. Tarvittava korroosiovara riippuu rakenteensuunnitellusta käyttöiästä ja paalua ympäröivän maan tai veden kor-roosio-ominaisuuksista.

Korroosiovara teräsputkipaaluissa mitoitetaan 100 vuoden käyt-töiälle. Korroosiovara maassa mitoittavan alimman pohjaveden pin-nan alapuolella tai 1,5 m vesistön pohjan alapuolella on korroosioal-tista pintaa kohti 2 mm/100 vuotta luonnontilaisessa maassa, jossa eiesiinny humusta, sulfideja tai epäpuhtauksia ja jonka pH-arvo tai omi-naisvastus ei ole huomattavan alhainen.

Ylimitoituksen käyttö ainoana keinona varautua korroosioon mitoitta-van alimman pohjaveden pinnan yläpuolella tai vesistön pohjakerrok-sen (vesistönpohja -1,5 m) yläpuolella edellyttää yleensä, että maa-perän korroosio on tutkittu korroosiotutkimuksella (vrt. 2.2.6). Pienissäsiltakohteissa ja maaperässä tai vedessä, jossa syövyttävyys voidaanperustellusti arvioida vähäiseksi, voidaan käyttää taulukon 6 mukaistaylimitoitusta.

Taulukko 6. Normaaleissa korroosio-olosuhteissa suositeltavat korroosiovarat [mm] ruostuvaa pintaa kohti 100:ssa käyttövuodessa.

VESIALUE MAA-ALUEVyöhyke Meri Sisävesi Vyöhyke

> HW+1,5 4 3 Maanpinta+1,0 3*

HW+1,5 ... NW-1,5 10 6 Maanpinta+1,0... HW+1,0 4*

NW-1,5 ... Pohja-1,5 4 3 HW+1,0 ... NW-1,0 4

< Vesistönpohja-1,5 2 2 < NW-1,0 2

*Jos paalut ovat alttiina tiesuolan vaikutukselle, korroosiosuojaus tai korroosiovaraon harkittava erikseen.


5.3.2 Erikoisteräkset

Teräksen korroosiokestävyyden parantaminen seostamalla ei myös-kään ole varsinainen korroosionestomenetelmä. Pienet määrät kupa-ria, nikkeliä, mangaania tai kromia parantavat teräksen korroosiokes-tävyyttä ilmassa. Maahan sijoitetuissa rakenteissa ei tavanomaisillapienillä seosmäärillä ole merkitystä. Merkittävä suoja saavutetaan ai-noastaan käyttämällä ns. haponkestävää molybdeeniseosteista ruos-tumatonta terästä, jonka hinta on noin kymmenkertainen tavalliseenhiiliteräkseen verrattuna.

5.3.3 Katodinen suojaus

Katodinen suojaus on korroosionestomenetelmä, jossa korroosiovirtakumotaan vastakkaissuuntaisella suojavirralla. Metallin elektrodi-potentiaali laskee immuniteettialueelle, jolloin korroosioreaktiot käy-tännössä hidastuvat merkittävästi. Potentiaalin lasku voidaan toteut-taa joko epäjalomman metallin kontaktilla, ns. uhrautuvilla anodeillatai ulkoisella tasavirtalähteellä.

Katodisen suojauksen käytön edellytyksenä on, että suojattavia teräs-putkipaaluja ympäröi sähköä johtava väliaine, kuten vesi tai kosteamaa.

Käytettävä menetelmä riippuu suojattavasta rakenteesta, tarvittavansuojavirran suuruudesta, ympäristön sähkönvastuksesta, tasavirransaatavuudesta sekä taloudellisista tekijöistä. Katodisen suojauksenkäyttö edellyttää hyväksyttyä suunnitelmaa.

Katodisen suojauksen suunnittelussa on otettava huomioon muutmaan kanssa kosketuksissa olevat metallirakenteet, jotka on myösotettava suojauksen piiriin, jottei niissä aiheutettaisi hajavirtakorroo-siota.

5.3.4 Orgaaniset ja epäorgaaniset pinnoitteet

Orgaanisilla pinnoitteilla pyritään estämään tai hidastamaan kor-roosioparien toimintaa. Tavallisimmat teräsputkipaaluissa käytetytorgaaniset pinnoitemateriaalit ovat epoksi, tervaepoksi, bitumi, po-lyuretaani ja polyeteeni.

Teräsputkipaaluja käytetään yleensä lyöntipaaluina, jolloin pinnoit-teiden käyttö on ongelmallista. Lyöntityön aikana pinnoitteet naar-muuntuvat tai repeytyvät helposti. Nostolaitteet, ohjausrakenteet jakarkearakeiset maakerrokset aiheuttavat pinnoitteeseen naarmuja,jotka keskittävät korroosiota. Naarmuuntuneen pinnoitteen anta-maa suojaa voidaan täydentää katodisella suojauksella. Jos pin-noitetta halutaan käyttää, voidaan vaurioitumisriskiä pienentääesimerkiksi rakentamalla täyttökerrokset vasta lyöntityön jälkeen taipinnoittamalla paalun yläosa kaivannossa.


Tavallisin epäorgaaninen pinnoite on sinkki. Sinkki suojaa terästämyös katodisesti. Jos sinkkikerros vaurioituu ja teräspinta paljas-tuu, alkaa sinkki syöpyä. Sinkkikerroksen suojausvaikutus loppuu,kun sinkkikerros on syöpynyt pois. Teräsputkipaalujen sinkitys onyleensä hankala toteuttaa paalujen suuren koon takia.

5.3.5 Betoniverhoilu

Teräspaalu voidaan erottaa ympäröivästä maasta myös betonivaipal-la (kuva 19). Betonin alkalisuus saa lisäksi aikaan suojaavan oksi-dikerroksen teräksen pinnalle. Betoniverhoilu tarvitaan suojaamaanvain paalun ylintä osaa, joka usein on syövyttävimmässä ympäristös-sä. Betoni voidaan valaa joko esiporattuun reikään tai työputkeen, jo-ka lyödään paalun ympärille paalun lyönnin jälkeen. Työputkessa onpaalun muotoon sovitettu päätelevy.

Teräsputkipaaluissa voidaan käyttää myös sisäpuolista betonointia,jolloin betoni ja raudoitus mitoitetaan tarvittaessa kantamaan kaikkipaalulle tulevat kuormat. Teräsputkipaalu toimii tavallaan valumuot-tina, joka voi syöpyä kokonaan pois. Tästä huolimatta putkipaalu tu-lee mitoittaa lyöntijännityksille, jos kantavuus halutaan todeta lyönti-vaiheessa. Betonointi tarvitaan vain paalun yläosan korroosioaltteim-malle alueella (kuva 20).


Kuva 19. Korroosiosuojaus betoniverhouksella /9/

Kuva 20. Varautuminen korroosioon suunnittelemalla paalun yläosa teräs-kuorellisena betonipaaluna /9/.

Teräsputkipaalut 55PAALUT JA NIIDEN VARUSTEET

6 PAALUT JA NIIDEN VARUSTEET

6.1 Putkien materiaali- ja laatuvaatimukset

Silloissa käytettävät teräsputkipaalut ovat yleensä hitsattuja teräsputkia.Putket valmistetaan kuumavalssatusta teräsnauhasta joko pituus- tai kierre-saumahitsaamalla. Myös muilla menetelmillä valmistettuja teräsputkia voi-daan käyttää, kun ne täyttävät tässä ohjeessa esitetyt laatuvaatimukset.

6.1.1 Teräslajit

Teräsputkipaalujen materiaaleina käytetään SFS 200 mukaisia yleisiä raken-neteräksiä. Vakioteräslaji on Fe 510 ja laatuluokka C tai D rakenteen taipaalutustyön edellyttämästä laatuluokasta riippuen (vrt. 6.1.2). Kohteissa,joissa paaluilta vaaditaan suurta rakenteellista kapasiteettia, putkien teräs-määrää voidaan vähentää käyttämällä korkealujuuksista terästä, kuten stan-dardin API 5L mukaisia putkiteräksiä X 60 ja X 70.

6.1.2 Laatuluokan valinta

Yleisemmin teräsputkipaalutuskohteissa on käytetty laatuluokkaa D. Erityi-sesti laatuluokan D käyttämistä suositellaan, kun rakenteen alin käyttöläm-pötila on alle -20 °C ja yläpuoliset rakenteet liitetään suoraan hitsaamallapaaluihin tai paalutustyö tehdään lämpötilassa alle -20 °C.

Yksityiskohtaisemmin laatuluokan valintaa on käsitelty Tielaitoksen Teräsra-kenneohjeissa (TIEL 2173449) /32/.

6.1.3 Mitat ja tekniset toimitusehdot

Mittojen teknisten toimitusehtojen osalta paaluputkiin sovelletaan putki-palkkistandardia SFS 5001 seuraavin toleransseja koskevin tarkennuksin:

Ulkohalkaisija ± 0,5% ympärysmitasta laskettuna

Seinämäpaksuus + 10 % - 5 %

Pituus - 0 + 50 mm

Suoruus < 0,1% pituudesta

Pään tasomaisuus < 2 mm

Paalun pään tasomaisuudella tarkoitetaan paalun katkaisujäl-jen tarkkuutta (kuva 21). Tasomaisuus voidaan mitata paalunpäähän asetettavan levyn avulla. Tällöin virheet paalun pääntasomaisuudessa näkyvät levyn ja paalun pään välisenä rako-na.

56 TeräsputkipaalutPAALUT JA NIIDEN VARUSTEET

Kuva 21. Paalun pään tasomaisuus /13/.

Pään suorakulmaisuus < 0,5 % ulkohalkaisijasta d tai ≤ 4 mm

Paalun pään suorakulmaisuus tarkoittaa paalun katkaisupinnansuorakulmaisuutta paalun pituusakseliin nähden (kuva 22).Paalun pään suorakulmaisuus voidaan mitata esimerkiksi suo-rakulmalla tai paalun ympäri asetettavalla leveällä teräspan-nalla.

Kuva 22. Paalun pään suorakulmaisuus /13/.

Pyöreys

R ≤ 2%; %dddd

200Rminamaxa

minamaxa

+−

=

damax = suurin mitattu ulkohalkaisijadamin = pienin mitattu ulkohalkaisija


6.2 Kalliokärki ja kalliokärjen kiinnitys paaluputkeen

Kallioon tukeutuvissa teräsputkipaaluissa, joiden kärkien odotetaan tukeu-tuvan kallioon, käytetään liukumisen estämiseksi kovametallipalalla varus-tettuja kalliokärkiä. Kalliokärki mitoitetaan puristusrasitukselle siten, että kär-kikappale ja -tappi kestävät kuormaa vähintään yhtä paljon kuin paalu. Kärki-tapin ja kärkikappaleen kiinnitys mitoitetaan vetorasitukselle siten, että lyön-nin aiheuttamat vetoaallot eivät irrota kärkitappia tai -kappaletta. Kalliokär-jen taivutusrasitus ennen kovametallipalan tunkeutumista kallioon riippuukallion pinnan kaltevuudesta ja lyöntivoimasta. Kärkitapin kunnollinen kiin-nittyminen suomalaiseen kovaan kallioon saattaa edellyttää tuhansia lyön-tejä pienellä lyöntienergialla.

Puristusrasitusta kohdistuu paaluun sekä paalun upotuksessa ettävalmiissa rakenteessa. Kärkitapin ja paalun välissä kärkikappale mi-toitetaan teräsrakenteena siten, että se siirtää lyönninaikaiset javalmiin rakenteen kuormitukset kärkitapin ja paalun välillä. Lyönnin-aikaisten jännitysten mitoitus tehdään kohdan 5.2.1.1 mukaan.

Taivutusrasitusta kalliokärkeen kohdistuu lyötäessä paalua lohka-reisen tai kivisen maakerroksen läpi sekä kärjen kohdatessa vinonkalliopinnan, jolloin rasittavan momentin suuruus riippuu lyöntivoi-masta ja kalliopinnan kaltevuudesta. Kalliokärki mitoitetaan taivu-tukselle siten, että paalua tukevan maapaineresultantin ollessa 1,5detäisyydellä paaluputken alapäästä kärjen mahdollinen liukuminenkallion pinnalla ei aiheuta kärjen taivutuskapasiteetin ylittymistä en-nen paaluputken taivutuskapasiteetin ylittymistä.

Vetorasitusta kärkitappiin kohdistuu paalun upotuksessa kärjen ol-lessa vielä löyhässä kerroksessa. Lyötäessä suuria teräsputkipaa-luja vapaapudotus- tai dieseljuntilla voi kiihtyvyys olla 6000 m/s2.

Kalliokärjen kärkitapin mitoitus tarkistetaan käyttötilassa LPO-87:ntaulukon 4.3225 mukaiselle momentille ja veto- ja leikkaus voimallepaalutusluokan 1A mukaisia sallittuja jännityksiä käyttäen.

Kalliokärki kiinnitetään paaluun hitsaamalla.

Kovametallipalalla varustetut kalliokärjet (kuva 23) tehdään tielai-toksen kohteissa tiehallituksen hyväksymän tyyppipiirustuksen mu-kaan.

Tielaitoksen hyväksymiä rakenneteräksestä tehtyjä kalliokärkiä (ku-va 24) voidaan käyttää suojelemaan paalun kärkeä kivien ja lohka-reiden aiheuttamilta vaurioilta tai keskistämään kuormituksia ja sitenestämään taivutusrasituksen syntymistä. Liukumisvaaraa kallionpinnalla ei ole, jos kallion pinta on riittävän tasainen tai tukeva maa-kerros on riittävän tiivis ja paksu estämään liukumisen.

Poikkeuksellisen vaativissa olosuhteissa (vrt. 3.2.1.1) voidaan liu-kuminen estää kalliokärjen läpiporattavalla terästapilla. Tällöin käy-tetään kalliokärkiä, joissa on betonilla suljettu reikä läpiporattavaatappia varten. Tästä seuraa, että kärjen poikkileikkausala tulee niinsuureksi, ettei kärjen lyöminen kallioon rikkoutumatta ole yleensämahdollista.


Kuva 23. Periaatepiirros kovametallipalalla varustetusta kalliokärjestä.

Kuva 24. Periaatepiirros rakenneteräksestä varustetusta kalliokärjestä.

6.3 Pohjalevy

Pohjalevyn tarkoituksena on saada paalu toimimaan suljettuna paaluna.Pohjalevy mitoitetaan kestämään kärkivastus sekä lyönnin aikana että val-miissa rakenteessa. Pohjalevyn kiinnitys paaluputkeen mitoitetaan kestä-mään lyönnistä aiheutuvat vetorasitukset.

Pohjalevyn ja samalla paalun kärjen vaurioitumisvaara voi ollasuuri lyötäessä paalua kivisessä ja lohkareisessa moreenissa.Tällöin on suositeltavaa käyttää kalliokärkeä.


Paaluun kohdistuu puristusrasitusta sekä paalun upotuksessaettä valmiissa rakenteessa. Pohjalevy mitoitetaan teräsraken-teena siten, että se kestää maan vastuksesta aiheutuvat kuor-mitukset sekä lyönnin aikana että valmiissa rakenteessa.Lyönninaikaiset jännitykset mitoitetaan kohdan 5.2.1.1 mukaan.

Pohjalevyyn aiheutuu vetorasitusta paalun upotuksen aikanapaalun kärjen ollessa löyhässä maakerroksessa. Lyötäessäsuuria teräspaaluja vapaapudotus-, hydrauli- tai dieseljuntillavoi kiihtyvyys olla 6000 m/s2.

Pohjalevy tehdään yleensä teräslevystä, joka kiinnitetään paa-luun hitsaamalla. Pohjalevyä voidaan vahvistaa erilaisin teräs-jäykistein, joista on esitetty esimerkki kuvassa 25.

Kuva 25. Teräslevyillä vahvistettu pohjalevy.

6.4 Kärkivahvistus

Kärkivahvistuksen tarkoitus on vahvistaa avoimena lyötävän paalun kärkeä.Kärkivahvistusta käytetään kärjestä avoimissa paaluissa sellaisissa pohja-olosuhteissa, joissa on vaarana kärjen rikkoutuminen paalua upotettaessa.Kärkivahvistus lisää geoteknistä kärkivastusta kärjen poikkileikkauspinta-alan suurentuessa. Ulkopuolinen vaippavastus sen sijaan pienenee tiiviissäkarkearakeisessa maakerroksessa tai moreenikerroksessa 50% ja löyhässämaakerroksessa 25%

Kärkivahvistus on tavallisesti vähintään 100 mm leveä teräs-panta, joka hitsataan paalun kärkeen vaipan ulkopinnalle (kuva26).

Kuva 26. Kärkivahvistettu teräspaalu.


6.5 Jatkoksen ja kärjen liitoshitsaukset

Teräsputkipaalujen jatkos tehdään asennushitsauksena. Jatkos voidaan hit-sata joko puikkohitsaus- tai kaasukaarimenetelmällä. Työmaaolosuhteissaon suositeltavaa käyttää puikkohitsausmenetelmää, koska kaasukaarimene-telmä on herkkä tuulelle ja ilmavirtauksille.

6.5.1 Hitsaussuunnitelma

Hitsauksesta laaditaan yksityiskohtainen suunnitelma osana paalutustyö-suunnitelmaa. Suunnitelmasta tulee käydä ilmi vähintään seuraavat asiat - selvitys perusaineen hitsattavuudesta, - hitsausolosuhteet, - mahdollisesti tarvittava esilämmitys kärjen valmistuksessa ja kiinnihit- sauksessa, - hitsausjärjestys, - railon muodot ja railon viimeistely, - hitsausasennot, - jatkettavan paalun hitsaustyön aikainen tuenta, - hitsausmenetelmät ja -laitteet, - käytettävät lisäaineet: puikot, langat, jauheet ja suojakaasut, - perustelut lisäaineiden, hitsausmenetelmän ja hitsausarvojen valinnal- le tarvittaessa menetelmäkokein, - palkojen lukumäärä ja järjestys piirroksena, - hitsaajien pätevyys, - mahdollinen hitsien jälkikäsittely, - mahdollinen hitsattujen kappaleiden lämpökäsittely ja - hitsausliitosten tarkastaminen.

Menetelmäkoetta ei yleensä vaadita, kun hitsaus perustuu lisä-tai perusainevalmistajien suosituksiin. Menetelmäkoe tulee teh-dä, jos käytetty putkimateriaali tai lisäaine on sellainen, että ai-empien putken- tai lisäaineen valmistajan tekemien hitsausko-keiden perusteella ei voida osoittaa hitsausliitosten täyttävänannettuja laatuvaatimuksia. Menetelmäkoe tehdään noudatta-en standardia SFS 3326 soveltuvin osin.

6.5.2 Railomuodot

Teräsputkipaalujen hitsaaminen tapahtuu yleensä yhdeltä puolelta,jolloin railomuodon on oltava sellainen, että saavutetaan riittävä läpi-hitsautuminen ja mahdollisimman tasainen kupu putken sisäpuolelle.Railomuodot valitaan standardin SFS 2143 tai SFS 4594 mukaan.

Tavallisimmin käytettyjä railomuotoja ovat ½V- ja V-railo. V-railonkäyttöä suositellaan vaakahitsin ja ½V-railoa pystyhitsin hitsaami-sessa.


6.5.3 Hitsauslisäaineen valinta

Hitsauslisäaine valitaan putken raaka-aineen mukaan putken tai lisä-aineen valmistajan suosituksia noudattaen.

6.5.4 Putkien sovitus ja silloitus

Railon valmistuksen ja puhdistuksen jälkeen putket sovitetaan hit-sausta varten. Sovituksen huolellisuuteen ja tarkkuuteen sekä oikeintehtyyn kestävään silloitukseen tulee kiinnittää erityistä huomiota.Putkien ympyrästä poikkeava muoto ja sisähalkaisijoiden mittaerot ai-heuttavat sovitusvaikeuksia, jotka vaikuttavat hitsausaikaan ja hitsinlaatuun. Huomattavat juuripinnan korkeusvaihtelut on korjattava en-nen sovitusta. Ympyrästä poikkeava muoto ja halkaisijaero aiheut-tavat sen, ettei juurisärmiä saada samaan tasoon. Jos putken sovi-tuksen aikana on mahdollista pyörittää putkea, voidaan sovitusvirhet-tä pienentää ja usein päästä riittävän hyvään sovitukseen jatkoksenonnistumisen kannalta. Sallittuna tasopoikkeamana on 1,6 mm, koskamuuten sisempää juurisärmää ei kyetä varmuudella sulattamaan.

Ilmarakoa sovitettaessa on otettava huomioon silloituksen ja hitsauk-sen ilmarakoa supistava vaikutus. Jos raon suuruus vaihtelee, onhuolehdittava, että se pienimmilläänkin täyttää läpihitsauksen edelly-tykset. Sovituksessa tulee pyrkiä käyttämään apulaitteita silloituksenvälttämiseksi.

Paras silloitustapa on hitsata pitkä siltahitsi huolellisesti läpihitsaten jajättää se osaksi pohjapalkoa (kuva 27). Siltahitsin päät on ohennet-tava virheettömän läpihitsauksen varmistamiseksi liittymäkohdissa.Lyhyiden siltahitsien hitsaamista suoraan railoon ei suositella.

Kuva 27. Hitsiin jätettävä silloitus /18/.

Silloituksessa on usein edullista käyttää railon kohdalta lovet-tuja sidepaloja. Tällaisen silloituksen etuna on, että palat autta-vat raskaiden putkien sovituksessa ja hitsattava railo jää avoi-meksi. Sidepalojen hitsaus on tehtävä siten, ettei putki vioitusilloituksen tai palan irrotuksen takia (kuva 28).


Kuva 28. Silloitus sidepaloilla /18/.

6.5.5 Hitsaus

Hitsaajien tulee olla pätevöityneitä standardin SFS-EN 287-1 mukaisellapätevyystodistuksella. Hitsaajien pätevyystodistukset tai kopiot pätevyysto-distuksista tulee esittää hitsaustyön valvojalle ennen hitsaustyön aloittamis-ta. Hitsausolosuhteet on järjestettävä sellaisiksi, että suunnitelman mukainenlaatutaso voidaan saavuttaa. Erityisesti railojen ja lisäaineiden kuivana japuhtaana pitämiseen on kiinnitettävä huomiota.

Hitsausohjeet sekä vaaka- että pystyasentoiselle hitsaukselle on annettuviitteessä /18/.

Putkien jatkohitsauksessa voidaan käyttää juuritukea. Juurituenmateriaaliksi valitaan saman laatuluokan teräs kuin jatkettavaputki. Juurituen leveyden tulee olla riittävä, kuitenkin vähintään60 mm, ja se asennetaan symmetrisesti hitsisaumaan nähden.Juurituki kiinnitetään valmiiksi jatkoputkeen. Ennen juurituenkiinnittämistä putken sisäpuolinen hitsisauma hiotaan perusai-neen tasoon. Juurituki kiinnitetään putkeen katkohitsein, joidenpituus on 50 mm ja väli noin 50 mm sekä a-mitta sama kuinjuurituen ainevahvuus. Juurituen ja putken seinämän väliin eisaa jäädä ilmarakoa. Juurituen ainevahvuus valitaan hitsaus-menetelmän ja hitsausarvojen perusteella, jotka esitetään hit-saussuunnitelmassa. Juurituen ainevahvuuden tulee kuitenkinolla vähintään 4 mm.

Hitsin rakenteellinen mitoitus tulee tarkistaa standardin SFS2378 kyseistä railomuotoa vastaavalla tavalla.


6.5.6 Hitsausliitosten laatuvaatimukset ja tarkastus

Paaluissa, joissa putki ei toimi kantavana rakenteena, jatkoshitsin hitsiluok-kavaatimus on WC.

Paaluissa, joissa putki toimii osittainkin kantavana rakenteena, hitsausluok-kavaatimus on WB.

Hitsaajan pätevyys todetaan standardin SFS-EN 287-1 mukaisella pätevyys-kokeella.

Luokassa WC hitseille tehdään silmämääräinen laadun tarkastus koko sau-man pituudelta.

Luokassa WB hitseille tehdään silmämääräisen tarkastuksen lisäksi vähin-tään 10%:lle hitsisaumoista ultraäänitarkastus ja dokumentoidaan sauma-kohtaisesti tarkastuspöytäkirjaan. Ultraäänitarkastus aloitetaan ensimmäi-sestä hitsisaumasta.

Juuritukea käytettäessä hitsin laatu tarkistetaan paalujatkoksia vastaavallastandardin SFS-EN 288-3 mukaisella menetelmäkokeella. Testauksessa eikuitenkaan vaadita iskusitkeys- ja kovuuskoetta. Asennuspaikalla paalujenjatkoshitsit tarkastetaan koko pituudeltaan.

Hitsien mitoitus paalun käyttöjännityksille ja lyönnin aikaisillerasituksille tehdään standardin SFS 2378 kyseistä railomuotoavastaavan väsytystapauksen mukaisesti tai standardin 2373mukaisesti, kun standardin 2378 taulukon 3 määrittelemää jän-nityksen vaihteluväliä vastaava kuormanvaihtoluku alittuu. Hit-siliitoksen lujuuslaskelmat esitetään suunnitelma-asiakirjoissaja hitsin laatuluokka merkitään piirustuksiin.

6.6 Yläpään kiinnitys betonirakenteisiin

Paalun yläpään ja betonirakenteen välinen liitos on suunniteltava siten, ettäse pystyy siirtämään kaikki betonirakenteelta paaluun kohdistuvat kuormat.

Liittorakennepaalun ja teräskuorellisen betonipaalun liitos be-tonianturaan tehdään käyttäen betonirakenteiden välisiä tar-tuntateräksiä. Samoin tehdään avoimen teräsputkipaalun liit-täminen, kun paalun yläosa on varmistettu korroosiota vastaansisäpuolisella betonipaalulla tai kun teräsputkipaalu jatkuu suo-raan pilarina ilman anturaa.

Tyypillisiä avoimen teräsputkipaalun ja betonianturan välisiäliitoksia on esitetty kuvassa 29.


Kuva 29. Tyypillisiä avoimen teräsputkipaalun ja betonianturan välisiä liitoksia.

Teräsputkipaalut 65PAALUJEN SIJOITUS

7 PAALUJEN SIJOITUS

7.1 Keskinäiset etäisyydet paaluryhmissä

Paalujen pienimmät keskiöetäisyydet valitaan sellaisiksi, etteivät paalut vai-kuta vähentävästi toistensa kantokykyyn, eivätkä lyötäessä vahingoita toisi-aan.

Paaluryhmässä yhdensuuntaisten paalujen vaippapintojen ly-hin etäisyys määritetään yleensä kaavan mukaan.

el = 300 + 0,7d (23)

el = yhdensuuntaisten paalujen vaippapintojen lyhin etäisyysd = paalun halkaisija [mm]

Vaikeissa pohjaolosuhteissa on syytä pidentää etäisyyksiä.Paalujen ohjautuessa toisistaan, esimerkiksi tehtäessä putki-paaluseiniä laatikkoperustuksia varten, voidaan edellä esitet-tyjä minimietäisyyksiä pienentää. Tällöin paalut on yleensä lyö-tävä kärjestä avoimina.

Jos paaluryhmä on alaspäin hajaantuva, voidaan paalujen ylä-päät sijoittaa pienemmin etäisyyksin kuin yllä on mainittu.

Jos paaluryhmässä on risteäviä paaluja, on risteyskohta pyrit-tävä suunnittelemaan mahdollisimman lähelle maanpintaa.Risteävien paalujen minimietäisyys toisistaan riippuu paalujenristeyskohdan syvyydestä. Minimietäisyys [mm/m] määritetäänyhtälöstä

er = 50 lr ≥ el (24)

er = risteävien paalujen minimietäisyys toisistaan [mm]lr = risteyskohdan syvyys [m]

7.2 Etäisyydet muista rakenteista

Paalun minimietäisyydet viereisestä rakenteesta on määriteltävä kulloinkinerikseen. Ne riippuvat viereisen rakenteen kunnosta, rakenteesta ja perus-tamistavasta ja maapohjan oletettavissa olevista siirtymistä.

Arkojen rakenteiden vieressä on syytä käyttää kärjestä avoimiapaaluja. Jos tulppaantumista ei tapahdu, voidaan paalut lyödäkohdan 7.1 mukaisin etäisyyksin. Lyötäessä suljettua tai tulp-paantuvaa paalua suurpaalujen vieressä on paalujen vaippa-pintojen lyhimmän etäisyyden oltava vähintään 2 d, jossa d tar-koittaa lyötävän paalun halkaisijaa. Vastaavasti paalujen vaip-papintojen välinen lyhin etäisyys betonipaaluryhmien vieressäon 3 d, yksittäisten betonipaalujen vieressä 4 d, puupaalujen,hoikkien teräspaalujen tai huonokuntoisen paalutuksen vieres-sä 5 d. Jos uusi paalu lyödään vanhaa paalutusta syvemmälle,on vanhalle paalutukselle aiheutuvat painumat arvioitava erik-seen.

66 TeräsputkipaalutPAALUJEN SIJOITUS

7.3 Poikkeamat

Paalun asemalle ja suunnalle sallitut poikkeamat tulee harkita tapauskohtai-sesti, koska liian kireät tarkkuusvaatimukset hidastavat paalutustyötä. Sallitutpoikkeamat (vrt. 4.8) merkitään suunnitelmiin ensisijaisesti paalujen sijainti-piirustuksiin. Taulukossa 7 on esitetty tavanomaisessa putkipaalutustyössäsallitut sijainti-, suunta- ja kaltevuuspoikkeamat, joita käytetään, jos suunni-telmassa ei ole muuta esitetty.

Taulukko 7. Paalujen sallitut sijainti-, suunta- ja kaltevuuspoikkeamat /17/.

Poikkeaman kohde Sallittu poikkeama

Yksittäisen paalun sijainti ±80 mm

Paalun sijainti paaluryhmässä ±100 mm

Paaluryhmän painopiste ±80 mm

Suuntapoikkeama, kaltevan paalun vaakatasoonprojisoidun suunnan poikkeama

±5°(±87 mm/m)

Kaltevuuspoikkeama, yksittäisen paalun poikkeamapystysuorasta tai kaltevasta suunnasta

±2 %(±20 mm/m)

Yläpinnan poikkeama tasauksen jälkeen ±50 mm

Teräsputkipaalut 67TERÄSPUTKIPAALUTUKSEN POHJARAKENNUSSUUNNITELMA

8 TERÄSPUTKIPAALUTUKSEN POHJARAKENNUS-SUUNNITELMA

Pohjarakennussuunnitelma esitetään siltakohtaisen työselityksen pohjara-kennusosassa, josta viitataan siltapiirustuksiin. Sillanrakentamisen yleisiinlaatuvaatimuksiin (SYL) viitataan siltä osin kuin pohjarakennussuunnitel-maan sisältyvät asiat on siinä esitetty riittävän tarkasti.

Kohteen pohjarakennussuunnitelmassa tulee esittää ainakin seuraavat asiat - yleinen työjärjestys, - paalutyypit ja paalujen koot, - paalujen tavoitetasot, - paalujen sallittu kantavuus, - sallitut sijainti- ja kaltevuuspoikkeamat, - sallitut käyryydet, - paalutusjärjestys, - paalujen jatkaminen, - kalliokärkien, pohjalevyjen, kärkivahvistusten yms. varusteiden käyttö, - alustava loppulyöntiohje ja menettelytapa sen tarkistamiseksi (vrt. 9.4), - paalutuskalusto ja siltä vaadittava tehokas paaluun siirtyvä lyöntiener- gia, - tehtävät koekuormitukset, - ohjeet kivisen ja lohkareisen täytemaan läpäisystä, - paalutuksen aiheuttamien siirtymien tarkkailu ja niiden estämiseen tarvittavat toimenpiteet, - ohjeet paalujen mahdollisen nousun tarkkailusta sekä alustavat ohjeet tarkistus- ja jälkilyönnistä, - ohjeet paalutuspöytäkirjan pitämisestä (pöytäkirjakaavakkeen malli liit- teenä 1), - mahdollinen betonointi, betonin laatu, valutapa ja betonoinnin tarvittava raudoitus sekä tarkistusputkien käyttö ja sijoitus, - vaatimukset toteutumapiirustuksesta Sillanrakentamisen yleiset laatuvaatimukset, SYL 2 (TIEL 2210004) /27/ sekä - mahdolliset jälkitarkkailumittaukset.

68 TeräsputkipaalutPAALUTUSTYÖ

9 PAALUTUSTYÖ

Paalutustyössä noudatetaan soveltuvin osin Sillanrakentamisen yleisiä laa-tuvaatimuksia (SYL).

9.1 Soveltuvat paalutuskalustot

Suurten teräsputkipaalujen lyöntiin soveltuvat juntat, joilla on paalujen halut-tuun kantavuuteen nähden riittävä lyöntienergia niin, että paalujen kantavuusvoidaan tarkastaa lyöntityön perusteella. Järkäleen lyöntikorkeuden tai män-nän iskunopeuden on oltava niin suuri, että teräksen rakenteellinen ka-pasiteetti voidaan käyttää lyötäessä hyväksi, jolloin paalutustyö tulee tehok-kaaksi.

Järkäleen lyöntikorkeuden ja männän iskunopeuden on oltava säädettävissäniin, että lyöntienergia on hallittavissa kaikissa lyönnin vaiheissa. Järkäleenpudotuskorkeuden tulee olla määriteltävissä lyönnin aikana vähintään 0,1 mtarkkuudella.

Järkäleen poikkileikkausalan suhde paalun teräspoikkileikkausalaan tulee ol-la mahdollisimman pieni, ei kuitenkaan pienempi kuin 1. Tällä varmistetaan,että paaluun siirtynyt lyöntienergia on mahdollisimman suuri.

Franki-putkipaalujen upotus tehdään Franki-paalujuntalla samoin kuin Fran-ki-paalun työputken upotus.

Teräsputkipaalujen loppulyöntejä ei voida lyödä täryjuntalla, koska paalujenkantavuutta ei voida arvioida upotustyön perusteella ja kantavuus jää pie-nemmäksi kuin vastaavan lyödyn paalun kantavuus. Kuitenkin teräsputki-paaluja voidaan upottaa täryjuntalla ennen loppulyöntejä niissä maakerrok-sissa, joissa vaippavastusta ei käytetä hyväksi geoteknisessä mitoitukses-sa.

Paalutuslaitteen on oltava rakenteeltaan sellainen, että paalun tunkeutumis-ta maahan voidaan seurata riittävän tarkasti ja lyönti keskeyttää tarvitta-essa.

Paalutuslaitteen maston paalujohteet on voitava asentaa riittävän tukevastikulloinkin tarvittavaan kaltevuuteen. Paalutettaessa nosturilla riiputetullapaalujuntalla on paalu tuettava riittävästi muilla tukirakenteilla. Koko paalu-tuslaitteisto on oltava siten tuettu ja kokoonpantu, ettei se heilu paalutetta-essa.

Lisäksi paalutuslaitteiden tulee täyttää työturvallisuuteen liittyvät näkökoh-dat.

Teräsputkipaalujen lyöntiin soveltuvat vapaapudotusjärkäleellävarustetut paalujuntat ja dieseljuntat sekä hydraulijuntat ja die-seljuntat, joissa järkäleen isku on kiihdytetty. Paalujunttienmahdollisen lyöntikorkeuden on oltava 1,5 - 2,0 m, jos järkäleputoaa vapaasti ja 2 - 2,5 m, jos järkäle on ripustettu vaijerilla.

Teräsputkipaalut 69PAALUTUSTYÖ

Jos järkäleen isku on kiihdytetty, sen nopeus saa olla enintään7 m/s. Paalumateriaalin teräsjännityksen hyväksikäyttöaste ontarkistettava järkäleen tai männän arvioidun iskunopeuden pe-rusteella. Lyöntijännitysten mittaaminen dynaamisten koekuor-mitusten yhteydessä on kuitenkin suositeltavin tapa. Teräsjän-nitysten on pysyttävä kappaleessa 5.2.1.1 esitetyissä rajoissa.

Paaluputken alapäästä lyötävien Franki-putkipaalujen lyönti-jännitykset eivät vaikuta merkittävästi paaluputken yläosaan.Tällöin voi Franki-paalujärkäleen pudotuskorkeus olla jopa 6 m.Franki-putkipaalujen paaluputken alaosan vahvistaminen voiolla tarpeen, kun putken lyönti tapahtuu kiviseen tai lohkarei-seen maakerrokseen.

9.2 Lyönnin keskittäminen

Paalun päähän kohdistuvan järkäleen tai iskumännän iskun tulee tapahtuakeskeisesti ja paalun pituusakselin suuntaisesti.

Käytettäessä hidasiskuisia junttia on iskun keskistämiseksi ja paalun päänsuojelemiseksi käytettävä iskutyynyä tai vastinta. Teräsputkipaaluja lyötäes-sä ei tarvitse käyttää iskutyynyä, jos paalu ja erityisesti paalun pää sietävätlyönnin aikaiset maksimijännitykset. Jos iskutyynyä ei käytetä, järkäleen taimännän ja paalun pään välissä on käytettävä paksusta teräslevystä valmis-tettua vastinta. Iskutyynyn tai vastimen tulee olla rakenteeltaan sellainen,että se voidaan keskistää järkäleen tai iskumännän ja paalun suhteen.

Iskutyyny tai vastin keskistetään suoraan paalun päähän tule-van teräslevyn ohjaimien avulla. Iskutyynyn tai vastimen ke-hysosan, johon iskutyyny tai vastin kiinnitetään tukevasti, tuleeolla keskeisesti teräslevyyn kiinnitetty.

Iskutyynyyn sopiva materiaali on azobe-puu. Iskutyynyn poik-kileikkausalan on oltava sama kuin järkäleen. Iskutyynyn sopi-va pituus on 300 - 800 mm. Iskutyyny vaihdetaan ennen kuinpuuosa on kulunut niin, että lyönti osuu kehyksiin. Iskutyynytulee valita painoltaan mahdollisimman kevyeksi.

Vastimen materiaalin tulee kestää lyönnistä aiheutuvat jänni-tykset. Vastimen dimensiot määräytyvät samoin perustein kuiniskutyynyn.

Täryjunttaa käytettäessä juntta kiinnitetään keskeisesti paalun päähän.

9.3 Lyöntienergian tarkistaminen

Paalutuslaitteen, mukaan lukien iskutyyny tai vastin, tehokas lyöntienergia,joka siirtyy paaluun, voidaan tarkistaa dynaamisten koekuormitusten yh-teydessä iskuaaltomittauksilla.

70 TeräsputkipaalutPAALUTUSTYÖ

Paaluun siirtyvän lyöntienergian tarkistaminen tehdään dynaa-misten koekuormitusten yhteydessä. Samalla lyöntikalustolla-kin tehokas lyöntienergia voi olla vinopaaluja lyötäessä merkit-tävästi pienempi kuin pystypaaluja lyötäessä. Paaluun siirtyvälyöntienergia on suositeltavaa tarkastaa paalutustyön alussa jauudestaan, jos paalutuskalusto tai sen osia, esimerkiksi isku-tyyny tai vastin vaihdetaan paalutustyön aikana.

Kun käytetään hydraulijunttia, lyöntienergian häviöt ovat pie-nimmillään. Vapaapudotusjärkälettä käytettäessä iskuenergiariippuu paalun kaltevuudesta ja iskutyynystä. Vaijerilla ripus-tettujen järkäleiden energiahäviöt ovat suuret. Vanhojen die-seljunttien tehokas lyöntienergia saattaa poiketa huomattavastivalmistajan ilmoittamista arvoista.

Niiden pohjalevyllä tai kalliokärjellä varustettujen paaluputkenalapäästä lyötävien paalujen tai Franki-putkipaalujen, joidenkantavuus tarkistetaan PDA-mittauksella, paaluputki on mitoi-tettava kestämään paalun yläpäähän tehtävä koelyönti.

9.4 Lyöntiohjeen laadinta ja tarkistaminen

Suunnittelija laatii kullekin paalutyypin ja pohjasuhteiden yhdistelmälle pohja-rakennussuunnitelmaan (vrt. 8) sisältyvät lyöntiohjeet, joita täsmennetäänpaalutuskalustosta saatujen tietojen sekä koepaalutusten ja koekuormitustenjälkeen.

Lyöntiohjeen laadinta etenee seuraavasti

1) suunnittelija laatii pohjasuhteiden, valitun paalutyypin ja -koonsekä tavoitetason perusteella lyöntiohjeen, jossa esitetään alus-tavasti paalutustyön vaiheet ja määritellään lyöntikalustolta vaa-dittava tehokas lyöntienergia. Kappaleessa 4.1.3 esitettyjä paa-lutuskaavoja hyväksikäyttäen voidaan saada kohtuullinen loppu-lyöntivaatimus, kun tavoitelluksi murtokuormaksi valitaan 2,5 -3,0 kertaa sallittu geotekninen kantavuus. Suurin sallittu pudotus-korkeus H saadaan kaavan (20) avulla niin, että σmax ≤ 0,9 σsa,kun σsa on paalumateriaalin myötöraja

2) urakoitsija valitsee soveltuvan paalutuskaluston siten, että vaa-dittava lyöntienergia saavutetaan sallittua järkäleen pudotus-korkeutta tai iskumännän nopeutta pienemmillä arvoilla ja il-moittaa siitä tiedot suunnittelijalle

3) suunnittelija tarkentaa tarvittaessa lyöntiohjeen käytettävänpaalutuskaluston mukaisiksi

4) jos työkohteessa ei tehdä koepaalutusta ennen varsinaisenpaalutuksen alkamista, aloitetaan paalutustyö koepaalutus-luonteisesti. Suunnittelija laatii lopullisen lyöntiohjeen dynaa-misten koekuormitusten perusteella.

Teräsputkipaalut 71PAALUTUSTYÖ

Lyöntiohjeessa tulee esittää ainakin - ohjeet lyöntikorkeudesta tai käytettävästä lyöntienergiasta lyönnin eri vaiheissa, - ohjeet suljettujen yläpäästä lyötävien paalujen täyttämisestä vedellä tunkeutumisen helpottamiseksi. Paalua ei saa osittainkaan täyttää betonilla ennen kuin geotekninen suunnittelija on varmistanut paalun geoteknisen kantavuuden ja rakennesuunnittelija on tarkistanut sijainti-, kaltevuus- ja suoruusmittausten perusteella paalujen todelliset kuormat (vrt. kappale 10.5), - ohjeet kalliokärjen kärkitapin varovaisesta lyömisestä kallioon, - ohjeet lyönnin lopettamisesta, loppulyöntiohjeet, - menettelyohjeet lyönnin aikana odotettavissa olevien erityistekijöiden ilmenemisen varalta, - ohjeet ilmoitusvelvollisuuksista ja täsmennetyt ohjeet paalutuspöytäkir- jan pitämisestä ja - mahdolliset dynaamiset koekuormitukset.

9.5 Paalun tuenta ja ohjaus lyönnin aikana

Paalu on tuettava lyönnin tai upotuksen alussa siten, että se pysyy suunni-tellulla paikalla ja suunnitellussa kaltevuudessa. Lyönti- tai upotustyön kes-täessä paalun tuennan on toimittava paalun ohjurina siten, että paalu onjatkuvasti tuettuna paikoilleen katkaisutasossa. Jos paalun yläpään riittävätuenta on kohtuuttoman vaikea toteuttaa, paalutustyön aikana on seurattavapaalun yläpään asemaa ja kaltevuutta. Jos paalun havaitaan poikkeavansuunnitellusta asemasta tai kaltevuudesta, paalun sijainti ja kaltevuus onpyrittävä korjaamaan oikeaksi.

Jos paalun kärki kohtaa maaperässä olevan kiven tai lohka-reen ja pyrkii muuttamaan siitä suuntaansa, ohjausta on voita-va väljentää siten, että paalu voi käyristymättä väistää esteen.Jos ohjausta on tarpeen väljentää enemmän kuin paalun si-jainnille ja kaltevuudelle määrätyt toleranssit sallivat, tämäedellyttää paaluperustuksen rakenteellisen mitoituksen tarkis-tamista (vrt. 10.5).

72 TeräsputkipaalutPAALUTUSTYÖN VALVONTA

10 PAALUTUSTYÖN VALVONTA

Paalutustöiden valvonnassa noudatetaan soveltuvin osin Sillanrakennustöi-den valvontaohjetta (TIEL 2220001 ja TIEL 2210002) /24, 25/.

10.1 Asiantuntijavalvonta

Teräsputkipaalutuksen geotekninen suunnittelija tekee asiantuntijavalvon-taa, jonka tarkoituksena on paalujen ja paaluryhmien geoteknisen kanta-vuuden varmistaminen ja hyväksyminen. Rakennesuunnittelija tekee paalu-jen osalta asiantuntijavalvontaa, jonka tarkoituksena on paalujen ja paalu-ryhmien rakenteellisen kantavuuden varmistaminen ja hyväksyminen.

10.2 Työkohdevalvonta

Työkohteessa on rakennuttajan nimeämä paalutustöiden valvoja. Paalu-tustyön valvoja huolehtii siitä, että paalutustyötä tehdään pohjarakennus-suunnitelman sekä työmaalla hyväksytyn paalutustyösuunnitelman mukai-sesti. Erityisesti paalutustyön valvojan tehtäviin kuuluu

1) tarkastaa, että paalumateriaalista on toimitettu rakennuttajalleainestodistukset ja putkimateriaali täyttää suoruudelle, pyörey-delle ja päiden tasomaisuudelle asetetut vaatimukset

2) varmistaa, että työmaalle toimitetut paalut ja niiden varusteetvastaavat suunnitelmia

3) varmistaa, että urakoitsijan työsuunnitelmat soveltuvat nouda-tettavaksi työmaan olosuhteissa sekä pyytää geoteknistä ja ra-kennesuunnittelijaa tarkastamaan työsuunnitelmat

4) varmistaa urakoitsijan paalutustyönjohtajan pätevyys sekä paa-lujen jatkoksia hitsaavien hitsaajien pätevyydet SYL 4 (TIEL2210006) /29/

5) huolehtia, että paalutustyönjohtaja on tietoinen kulloinkin voi-massa olevasta paalujen lyöntiohjeesta

6) valvoa, että paalumateriaalia käsitellään ja varastoidaan asian-mukaisesti

7) valvoa, että urakoitsija tekee ja raportoi viipymättä sille määrä-tyt paalutustöihin liittyvät mittaukset sekä että urakoitsija myösraportoi tekemänsä mittaukset

8) tarkastaa työmaalla tehdyt paalujen hitsaukset silmämääräi-sesti, määrätä ultraäänitarkastettavat hitsaukset työselityksenmukaisesti sekä valvoa tarkastusten tekeminen

9) tarkastaa paalujen jatkohitsauksien kulmapoikkeamat sekä ra-portoida sallitun poikkeaman ylittävät kulmapoikkeamat raken-nesuunnittelijalle

10) määrätä ja valvoa paalujen koekuormitukset työselityksen mu-kaisesti sekä huolehtia, että geotekninen suunnittelija saa teh-tyjen koekuormitusten tulokset mahdollisimman nopeasti

11) valvoa paalujen loppulyönnit, varmistaa paalutuspöytäkirjojentäyttämisen toteutuneen paalutuksen mukaisesti sekä välittäätäytetyt paalutuspöytäkirjat geoteknisen suunnittelijan tarkastet-tavaksi

Teräsputkipaalut 73PAALUTUSTYÖN VALVONTA

12) valvoa paalujen sijainti-, kaltevuus- ja suoruusmittaukset, tar-kastaa näiden raportointi ja huolehtia, että mittaustiedot toimi-tetaan rakennesuunnittelijalle mahdollisimman nopeasti

13) valvoa betonoitavien paalujen puhdistus ja valu sitten, kungeotekninen ja rakenteellinen kantavuus on varmistettu (vrt.kappaleet 10.4 ja 10.5)

14) huomauttaa urakoitsijaa työturvallisuuteen liittyvistä laiminlyön-neistä

15) valvoa, että urakoitsijan työtavat ovat oikeat.

LVR-urakassa valvonta on pistokoeluonteista ja keskittyy erityisesti urakoit-sijan laatu- ja työvaihekohtaisten suunnitelmien tarkastamiseen ja loppu-tuotteen hyväksymiseen.

10.3 Paalutustyönjohtajan tehtävät

Paalutustyönjohtajan tehtäviin kuuluu yleensä huolehtia mm. siitä, että

1) paalutustyösuunnitelma on laadittu ja hyväksytty2) paalu täyttää valmistustoleransseja ja paalun päiden kohtisuo-

ruutta koskevat vaatimukset3) kalliokärki on suunnitelman mukainen ja kiinnitetty suunnitel-

lulla tavalla4) paalua käsitellään ja nostetaan asiaan kuuluvalla tavalla5) paalu sijoitetaan suunnitellulle paikalle pystyyn tai suunnitel-

tuun kaltevuuteen paalutustyösuunnitelman mukaisesti tuettuna6) paalun jatkoksen hitsausrailot ovat suunnitelman mukaiset ja

hitsaus tehdään hitsaustöiden valvontaohjeiden mukaan sekäsuunnitellut jatkosten tarkastukset tehdään ultraäänimittauk-silla

7) suunnitellut koepaalutukset ja dynaamiset koekuormitukset(PDA) tehdään ja geotekniseltä suunnittelijalta saadaan paalu-jen tarkistetut lyöntiohjeet

8) suunnitellut jouston mittaukset tehdään9) järkäleen isku säilyy koko lyöntityön ajan keskeisenä ja paalun

suuntaisena10) iskutyynyn puuosa vaihdetaan ajoissa11) aikaisemmin lyötyjen paalujen korkeusasemaa tarkkaillaan

vaaituksilla paalutettaessa paalujen läheisyydessä ja otetaanyhteyttä geotekniseen suunnittelijaan tarkistus- ja jälkilyöntioh-jeiden saamiseksi, jos havaitaan paalujen nousua

12) loppulyönnit lyödään lyöntiohjeen mukaisella pudotuskorkeu-della

13) loppulyöntejä ei keskeytetä, ennen kuin paalun painuma täyttäälyöntiohjeessa annetun loppulyöntivaatimuksen

14) loppulyöntipainumat mitataan ja merkitään välittömästi paalu-tuspöytäkirjaan, jota pidetään jatkuvasti paalutustyön aikana japaalutuspöytäkirjat toimitetaan päivittäin geotekniselle suunnit-telijalle (liite 1)

15) suunnitelman mukaiset ja geoteknisen suunnittelijan työn aika-na määräämät tarkistus- ja jälkilyönnit tehdään

74 TeräsputkipaalutPAALUTUSTYÖN VALVONTA

16) paalutustyö keskeytetään, jos lämpötila alittaa kohdassa 6.1.2esitetyt ohjearvot

17) paalujen sijainti, kaltevuus ja suoruus mitataan ja mittaustulok-set toimitetaan selkeinä mittapiirustuksina rakennesuunnittelijal-le, jos vaaditut toleranssit ylittyvät

18) betonoitavat paalut puhdistetaan ja valetaan sitten, kun geotek-ninen ja rakenteellinen kantavuus on varmistettu (vrt. 10.4 ja10.5)

19) betonoiduissa paaluissa tehdään tarvittavat tarkistukset veden-alaisen valun varmistamiseksi

20) lisäpaalujen tarve tarkistetaan suunnittelijoilta kohtien 10.4 ja10.5 mukaisesti.

Edellä esitettyä toimenpideluetteloa tulee tarpeen mukaan täydentää käytet-tävän paalutyypin, lyöntikaluston ja rakennuspaikan olosuhteiden mukaan,jotta voidaan varmistua siitä, että tavoiteltu paalun kantavuus saavutetaan.

10.4 Geoteknisen kantavuuden varmistaminen

Geoteknisen kantavuuden varmistamiseksi paalujen on saavutettava tavoite-tasonsa, täytettävä loppulyöntiohjeessa asetetut vaatimukset ja niille ontehtävä määrätyt koekuormitukset. Tiedot paalujen tunkeumatasoista ja lop-pulyöntipainumista on toimitettava päivittäin paalutuspöytäkirjoina geotek-niselle suunnittelijalle. Samoin geotekniselle suunnittelijalle toimitetaanjoustomittaustulokset sekä tulokset dynaamisista koekuormituksista. Näidentietojen perusteella geotekninen suunnittelija määrittelee paalujen todellisengeoteknisen kantavuuden ja päättää mahdollisesta lisäpaalujen tarpeesta taimuista toimenpiteistä geoteknisen kantavuuden saavuttamiseksi.

Tarkimmin geotekninen kantavuus voidaan määrittää koe-kuormituksilla, joista suurille paaluille kysymykseen tulevat lä-hinnä dynaamiset koekuormitukset. Dynaamiset koekuormituk-set tulisi tehdä paalutustöiden alkaessa kullakin pohjasuhteil-taan ja paalupituudeltaan erilaisella paikalla, jotta paalutustyö-suunnitelma ja erityisesti loppulyöntiohje saadaan tarkennetuk-si niin, että paalujen suunniteltu kantavuus voidaan saavuttaa.

10.5 Todellisten paalukuormien ja rakenteellisen kantavuuden varmistaminen

Paalujen todellisten kuormien ja paaluryhmän rakenteellisen kantavuudenvarmistamiseksi mitataan paalujen kaltevuus ja sijainti.

Paalun rakenteellisen kantavuuden varmistamiseksi mitataan paalun suo-ruus. Lisäksi selvitetään, että paalu on ehjä ja että jatkokset on hitsattu jatarkastettu asiaan kuuluvalla tavalla.

Teräsputkipaalut 75PAALUTUSTYÖN VALVONTA

Jos suunnitelmissa edellytetyt sijainti- ja kaltevuustoleranssit ylittyvät, on sel-keästi ja yksikäsitteisesti esitetyt tulokset sijainti- kaltevuus- ja suoruusmit-tauksista toimitettava välittömästi rakennesuunnittelijalle. Mittaustulosten pe-rusteella rakennesuunnittelija laskee paalujen todelliset kuormat paaluryh-män tarkistuslaskennalla sekä mitoittaa paalujen ja paaluryhmän rakenteel-lisen kantavuuden sekä päättää mahdollisesta lisäpaalujen tarpeesta taimuista toimenpiteistä vaaditun rakenteellisen kantavuuden saavuttamiseksi.Yleensä vain sallitut sijaintipoikkeamat ylittävien paalujen kuormitukset ontarkistettava paalutustyön jälkeen. Kuitenkin paaluryhmät on yleensä ana-lysoitava kokonaisuutena toteutuneen paalutuksen mukaisesti.

Paalun saa katkaista ja valaa vasta geoteknisen ja rakenteellisen kantavuu-den hyväksymisen jälkeen. Rakenteellisen kantavuuden lopulliseksi varmis-tamiseksi on selvitettävä, että paalujen betonivalut on tehty suunnitellulla ta-valla.

Paalujen jatkaminen tehdään hitsaamalla. Hitsausliitosten tar-kastustoimenpiteet on esitetty kohdassa 6.5.6.

Myöskin vedenalaisen betonoinnin laatu on tarkastettava sitenkuin suunnitelmissa on edellytetty. Ellei suunnitelmassa oleesitetty tarkastusmenettelyä, noudatetaan Sillanrakentamisenyleisten laatuvaatimusten (SYL) mukaista kaivinpaalujen tar-kastustapaa, ts. ultraäänimittausta ja injektointia erikoisletkuis-ta. Halkaisijaltaan alle 600 mm:n paaluja ei ole suositeltavaabetonoida vedenalaisena työnä. Jos valu kuitenkin tehdään ve-denalaisena, pitää laadunvarmistustoimenpiteet esittää erik-seen suunnitelmassa.

10.6 Paalutuksen hyväksymisen dokumentointi

Paalutuksen valmistuttua sen hyväksyminen raportoidaan ja laaditaan Sillan-rakennustöiden valvontaohjeen (TIEL 2220001) /24/ mukainen toteutumapii-rustus. Toteutumapiirustus sekä kaikki mittaustiedot arkistoidaan sillan laatu-raportin liitteiksi.

76 TeräsputkipaalutKIRJALLISUUSLUETTELO

KIRJALLISUUSLUETTELO

/1/ Hartikainen, J., Zadroga, B., Plugging of Soil in Open-ended Steel Pipe Piles, Part I: A Litterature Review. Tampereen tek-nillinen korkeakoulu. Tampere 1992.

/2/ Hartikainen, J., Zadroga, B., Saari, M., Plugging of Soil in Open-ended Steel Pipe Piles, Part II: Own Model Test Results. Tampereen teknillinen korkeakoulu. Tampere 1992

/3/ Heikkilä, J., Putkipaalumerkkien geotekninen mitoitus. Diplo-mityö. Tampereen teknillinen korkeakoulu. Tampere 1988.

/4/ Heinonen, J., Tähtiniemen sillan paalutus. Diplomityö. Tampe-reen teknillinen korkeakoulu. Tampere 1992.

/5/ Hyrkkönen, A., Suuren teräsputkipaalun geotekninen kanta-vuus. Diplomityö. Tampereen teknillinen korkeakoulu. Tampere1988.

/6/ Japanese Association for Steel Pipe Piles. Steel pipe pilesdesign. Tokio 1982.

/7/ Japanese Association for Steel Pipe Piles. Teräspaalujen suunnittelu ja käyttö. Tokio 1985.

/8/ Koskinen, M., Teräsputkipaalun sivukapasiteetti. Lisensiaatti-työ. Tampereen teknillinen korkeakoulu. Tampere 1990.

/9/ Leppänen, M., Teräspaalujen korroosio. Diplomityö. Tampe-reen teknillinen korkeakoulu. Tampere 1992.

/10/ Norges Byggstandardiseringsråd. Peleveiledningen. Oslo 1991.

/11/ Poulos, H.G., Davis, E.h., Pile foundation analysis and desing. John Wiley and Sons. New York 1980.

/12/ Prakash, S., Sharma, H. D., Pile Foundation in Engineering Practice. John Wiley & Sons, Inc. New York 1991.

/13/ Punkari, S., Teräsputkipaalutuksen valvonta. Diplomityö.Tampereen teknillinen korkeakoulu. Tampere 1992.

/14/ Slunga, E., Paalun geoteknillisen kantavuuden määritys. Te-räspaalujen suunnittelu ja käyttö. RIL k 75 - 1987.

/15/ Suomen betoniyhdistys r.y.. Liittorakenteet: Suunnitteluohjeet. Helsinki 1988.

/16/ Suomen Geoteknillinen Yhdistys r.y.. Lyöntipaalutusohjeet LPO-87. Helsinki 1987.

Teräsputkipaalut 77KIRJALLISUUSLUETTELO

/17/ Suomen Geoteknillinen Yhdistys r.y.. Suurpaaluohjeet, SPO-78. Helsinki 1978.

Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL r.y.. Suurpaaluohje1995, SPO-95. Helsinki 1995.

/18/ Suomen Metalliteollissuden Keskusliitto. Putkistohitsauksen suoritustekniikka. MET tekninen tiedotus 37/84.

/19/ Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL r.y.. Maa- ja kalliora-kennus, RIL-98. Helsinki 1987.

/20/ Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL r.y.. Pohjarakennus-ohjeet, RIL-121. Helsinki 1988.

/21/ Suomen Standardisoimisliitto SFS r.y.. Standardit: SFS 200, SFS 2143, SFS 2218, SFS 2373, SFS 2378, SFS 3326, SFS 4594, SFS 5001, SFS-EN 287-1, SFS 288-3.

/22/ Pohjarakennusohjeet sillansuunnittelussa. Tielaitos. Helsinki 1999. TIEL 2172068

/23/ Siltojen kuormat. Tielaitos. Helsinki 1991. TIEL 2172072.

/24/ Sillanrakentamisen valvontaohje-SVO. Tielaitos. Helsinki 1993. TIEL 2220001.

/25/ Sillanrakentamisen valvontaohje, Teräsrakenteet. Tielaitos. Helsinki 1993. TIEL 2210002.

/26/ Sillanrakentamisen yleiset laatuvaatimukset – SYL 1. Tielaitos. Helsinki 1996. TIEL 2210003-96.




/30/ Betonirakenneohjeet. Tielaitos. Helsinki 1999. TIEL 2172073.

/31/ Siltojen pohjatutkimukset. Tielaitos. Helsinki 1999.TIEL 3200537.

/32/ Teräsrakenneohjeet. Tielaitos. Helsinki 1999. TIEL 2173449.

Documents

Tielaitos Teräsputkipaalut - Väylävirasto