Kaivantorakenteisiin kohdistuvien kuormien vaikutusten arviointi geoteknisen monitoroinnin perusteella

Abstract

Tämän insinöörityön tavoitteena oli selvittää teräsponttiseinin tuetun vaativan kaivannon mitoitustarkkuutta tutkimuskohteessa. Mitoituksen tarkkuutta parantamalla päästään tulevaisuuden kohteissa taloudellisempaan suunnittelutulokseen turvallisuutta heikentämättä. Työssä pohdittiin tulosten perusteella myös monitoroinnin tarkoitusta, hyötyjä ja haasteita.

Tutkimus suoritettiin arvioimalla ja vertailemalla laskennallisia ja monitoroituja kuormituksia. Mittausaineisto työtä varten kerättiin kaivantotyömaalta Helsingistä vuoden 2017 aikana ja tutkimustyö tehtiin keväällä 2018. Mittaustietoa oli kaivannon ympäristön painumista, pohjavedentasosta ja tärinästä. Lisäksi seurattiin tukirakenteissa tapahtuvia siirtymiä ja niihin kohdistuvia tukivoimia. Laskelmat tehtiin kaivutyövaiheittain MsTuki-, GeoCalc- ja Plaxis 2D -ohjelmilla.

Työn aikana todettiin, että eri ohjelmilla voidaan saada toisistaan eriäviä tuloksia. Laskennan tulokset vastasivat silti suurimmaksi osaksi hyvin monitoroituja arvoja. Laskennan avulla onnistuttiin arvioimaan ja saamaan tietoa monitoroitujen suureiden vaihteluiden syistä tutkimuskohteessa. Tutkimuksen aikana havaittiin sekä laskennallisesti että monitoroimalla pintakuormien vaikutuksen tukirakenteen siirtymiin ja ankkurivoimiin olevan lähtöoletusta pienempi.

Tutkimuksen aikana huomattiin, että laskennassa syntyy epävarmuuksia lähtöaineistosta riippumatta. Laskentaohjelmissa käytetyt mallit nykyisellään yksinkertaistavat aina todellista tilannetta tavalla tai toisella. Suunnittelijan arvioitavaksi jäävät täten sekä laskentamallin oikeellisuus että lähtöaineiston laatu. Tutkimuksesta voidaan päätellä, että mitoituslaskennan tuloksia riittävän kriittisesti tarkastelemalla ja ottaen huomioon eri ohjelmien laskentamallien rajoitukset voidaan mitoituksessa päästä hyvään tarkkuuteen. Työn perusteella monitoroinnin suunnittelussa ja toteutuksessa on kehitettävää, mikäli monitorointia halutaan hyödyntää tulevaisuudessa laajemmin kuin loppuraportointia varten.

The purpose of this thesis was to find out the accuracy of computational geotechnics and retaining wall structure analysis applied in a deep excavation project. By improving the accuracy of the analysis, the projects in the future can be designed more economically without compromising safety. In this study the purpose, benefits and challenges of geotechnical monitoring are being investigated based on observations during this project.

The study was carried out by evaluating and comparing a range of loads and displacements from computational and monitored sources. The data was collected from a deep excavation site in Helsinki in 2017 and the analysis was carried out in the spring of 2018. Monitoring data gathered from the site comprised of settlement, displacement, reaction force, vibration and level of groundwater data. Parallel calculations were made using MsTuki, GeoCalc and Plaxis 2D software. The calculations were carried out in stages so that each phase of excavation could be analyzed.

During this study it was found that the software used yielded differing results in certain stages. Majority of the results represented the monitored values well. Based on calculations made, it was possible to evaluate and obtain information of the causes for the variations in the monitored variables. It was found that the effect of surface loading on the deflection and reacting forces on the support structures were of lesser magnitude than presumed.

It was noted during the research that regardless of the quality of the input data for calculations, some uncertainties will always exist in the results. This is due to the fact that all of the soil models in use simplify the circumstances to some extent. Hence when dealing with complicated geotechnical problems, both the values of geotechnical parameters and the mathematical model should be evaluated with prudence. This research shows that when the computational results are carefully analyzed, considering the restrictions of the soil model in use, reliable and realistic results can be obtained. From the results it was found that the planning of and carrying out geotechnical monitoring in deep excavation projects requires further development in order to be applied to its full potential.