FI118901B - Menetelmä ja sovitelma maaperän parantamiseksi ja/tai rakenteiden nostamiseksi - Google Patents

Description

1 118901

Menetelmä ja sovitelma maaperän parantamiseksi ja/tai rakenteiden nostamiseksi

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on menetelmä maaperän parantamiseksi ja/tai 5 maanvaraisten rakenteiden nostamiseksi, missä menetelmässä muodostetaan maaperään tai rakenteeseen reikä, sovitetaan reikään injektointitanko ja sen yhteyteen sovitettu paisuntaelementti ja injektoidaan paisuntaelementtiin materiaalia.

Edelleen keksinnön kohteena on sovitelma maaperän parantami-10 seksi ja/tai rakenteiden nostamiseksi, johon sovitelmaan kuuluu reikään sovitettava injektointitanko, jonka yhteyteen on sovitettu paisuntaelementti, paisu n-taelementin sisälle injektoitava materiaali ja välineet materiaalin injektoimiseksi paisuntaelementtiin.

Maaperää parannetaan esimerkiksi maaperän kantokyvyn lisäämi-15 seksi tai maaperässä olevien tyhjien tilojen täyttämiseksi. Edelleen maaperän parantamista tarvitaan, mikäli halutaan vaimentaa maaperän kautta välittyviä värähtelyjä tai ennalta ehkäistä maanjäristysten yhteydessä tapahtuvaa maaperän nesteytymistä. Rakenteiden nostaminen taas tarkoittaa sitä, että vaurioituneita, vajonneita tai asemastaan poikenneita rakennuksia tai rakenteiden 20 perustusta tai lattioita nostetaan ja tasapainotetaan. Edelleen rakenteiden nostaminen käsittää sen, että esimerkiksi painuneita päällystettyjä teitä tai kenttiä, ;*·*; kuten betoni- ja asfalttiteitä tai kiitoratoja nostetaan ja tasapainotetaan.

Maaperän heikentymisen tai rakenteiden painumisen voi aiheuttaa I·,·. esimerkiksi huonosti tiivistetty maaperä, veden aiheuttama eroosio, väärä ! I 25 maaperätyyppi rakennusvaiheessa, maaperässä olevien kitkavoimien heiken- :'Y tyminen tai lämpötilan tai kosteusolosuhteiden vaihtelut. Edelleen maaperän • * · *”·/ heikentymisen voi aiheuttaa olosuhteiden muuttuminen mekaanisen vaurion :···: takia, kuten vesi- tai viemäriputken rikkoutumisen vuoksi. Edelleen maaperä- olosuhteet voivat muuttua dynaamisten voimien vaikutuksesta.

\v 30 Maaperän parantamiseksi suoritetaan kantokyvyltään heikon maa- j perän korvaamista kantokyvyltään paremmalla materiaalilla. Tällainen niin sa- : nottu massanvaihto on erittäin työlästä ja kallista. Edelleen käytetään paalutus- • ·* tekniikoita, kuten kitkapaaluja, jotka kitkan avulla tukeutuvat maaperään tai *"** pohjapaaluja, jotka tukeutuvat kovaan pohjakerrokseen. Paalutuksessa tarvit- :T: 35 tavat laitteet ovat raskaita ja monimutkaisia ja niistä aiheutuu ympäristöön me- ·:*·: lua ja muuta häiriötä. Koska paalutus kiinnitetään rakenteeseen, aiheuttaa se 2 118901 siihen pistemäisiä kuormituksia silloin kun rakenne tukeutuu paaluihin eikä maaperään.

Julkaisussa EP 0851064 on esitetty ratkaisu maaperän kantokyvyn parantamiseksi. Kyseisessä ratkaisussa porataan maaperään reikiä ja ruisku-5 tetaan reikään kemiallisen reaktion seurauksena laajenevaa ainetta. Julkaisussa EP 1314824 on esitetty vastaava ratkaisu, missä materiaalilla pyritään aikaansaamaan yli 500 kPa:n paine. Käytännössä on todettu, että kyseisissä ratkaisuissa ainoa tapa määrittää ruiskutettava annos on tarkkailla maan pintaa tai rakennuksen korkeustasoa ja lopettaa ruiskuttaminen kun havaitaan 10 kyseisissä seikoissa reaktio. Erityisesti huokoisissa ja pehmeissä maaperissä on näitä ratkaisuja käytettäessä ruiskutettavan aineen annosteleminen sekä paisuntavoiman kohdistaminen oikein ja aineen pysyttäminen halutussa kohdassa varsin haastavaa.

Julkaisussa JP 7018651 on esitetty ratkaisu, missä maahan porat-15 tuihin reikiin sovitetaan laajenevia pussirunkoja. Pusseihin pumpataan kovalla paineella kovettuvaa ainetta. Korkean hydraulipaineen käyttäminen aiheuttaa sen, että käytettävät laitteet ovat monimutkaisia ja joudutaan käyttämään esimerkiksi hankalissa olosuhteissa vikaantumisherkkiä venttiileitä. Edelleen pehmeässä maaperässä pussin paikallaan pysyminen on epävarmaa, joten 20 pehmeän maaperän osan tiivistäminen on kyseisellä ratkaisulla varsin hankalaa. Edelleen pussin rikkoutuminen aiheuttaa sen, että tiivistysprosessista tulee täysin hallitsematon. Julkaisussa JP 10195860 on esitetty vastaavantyyppinen ·· · v : ratkaisu, jossa käytetään joustavaa pussia. Myös tässä ratkaisussa esiintyvät vastaavat ongelmat kuin mitä edellä on esitetty. Julkaisussa JP 2003105745 25 on esitetty ratkaisu, missä muovilaastia injektoidaan maaperään tai maaperään * sovitettuun pussiin. Pussiin injektoitaessa myös tässä ratkaisussa esiintyvät . .·. edellä mainitut ongelmat.

Julkaisussa JP 9158235 on esitetty ratkaisu rakennuksen vinouden • · *** korjaamiseksi. Ratkaisussa porataan reikä, joka ulottuu rakennuksen perustuk- .. 30 sen alle. Tänne perustuksen alle sovitetaan joustava pussi, johon johdetaan • ♦ · **]** erillisiä putkia pitkin vettä ja tiivistyvää materiaalia. Rakennusta pyritään nosta- maan täyttämällä pussia. Myös tässä ratkaisussa joudutaan käyttämään erit-täin korkeaa hydraulipainetta, minkä vuoksi laitteistosta tulee monimutkainen ja • · ·***; vikaantumisherkkä. Laitteistoon kuuluu lisäksi useita putkia, mikä lisää sen 35 monimutkaisuutta. Edelleen pussin rikkoutuminen sen käytön aikana saattaa • · · ♦ · · • · 3 118901 aiheuttaa rakenteen romahduksen alaspäin kyseisen pussin kohdalta, joten menetelmä on erittäin riskialtis.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudentyyppinen 5 menetelmä ja sovitelma maaperän parantamiseksi ja/tai rakenteiden nostamiseksi.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että käytetään injektointiin kemiallisen reaktion seurauksena laajenevaa materiaalia, jolloin paisuntaelementtiä maaperää vasten painava voima synnytetään pää-10 osin kyseisellä kemiallisella reaktiolla.

Edelleen keksinnön mukaiselle sovitelmalle on tunnusomaista se, että paisuntaelementin sisälle injektoitava materiaali on kemiallisen reaktion seurauksena laajenevaa materiaalia, jolloin paisuntaelementtiä maaperää vasten painava voima syntyy pääosin kyseisestä kemiallisesta reaktiosta.

15 Keksinnön ajatuksena on, että porataan maaperään tai rakentee seen reikä ja asetetaan reikään injektointitanko, jonka yhteydessä on täytettävä paisuntaelementti. Paisuntaelementtiin injektoidaan kemiallisen reaktion seurauksena laajenevaa materiaalia. Reagoineella materiaalilla täyttynyt paisuntaelementti tiivistää, täyttää tai korvaa ympäröivää maata tai nostaa sekä 20 tasapainottaa maanvaraisia rakenteita. Paisuntaelementtiä maaperää vasten painava voima syntyy kemiallisesta reaktiosta, joka paisuttaa paisuntaelement-:T: tiin injektoitua materiaalia. Materiaali kiinteytyy myös varsin nopeasti, joten rat- kaisussa ei tarvita venttiileitä pitämään materiaalia paisuntaelementin sisällä.

·’·*: Paisuntaelementin ansiosta paisuva materiaali saadaan hallitusti haluttuun • · : .*. 25 kohtaan. Niinpä paisuntapaineen lokalisointi on täysin hallittu. Myös esimerkiksi·] si löysässä maaperässä saadaan materiaalille aikaan suuri puristuslujuus. In- • « · jektointitanko pystytään sovittamaan varsin pieneen reikään, eikä näin ollen *"·* tarvitse tehdä isoja kaivauksia. Koska materiaali kiinteytyy varsin nopeasti, ei paisuntaelementin rikkoutumisesta aiheutuisi olennaisia isoja hallitsemattomia v*: 30 materiaalin kulkeutumisia maaperässä. Edelleen rakenteiden nostamiseen ··· käytettäessä ei paisuntaelementin rikkoutuminen heikentäisi olennaisesti ra-kennuksen perustuksen tukevuutta. Kaiken kaikkeaan ratkaisussa käytettävät .···. koneet ja laitteet ovat varsin pienikokoisia ja yksinkertaisia ja lisäksi ratkaisu on työturvallisuuden kannalta erinomainen.

: 35 Erään sovellutusmuodon ajatuksena on, että injektointitanko jäte- tään maaperään paikoilleen ankkuroimaan paisuntaelementti ja sen sisäpuolet- 4 118901 le paisunut materiaali paikoilleen. Tällöin saadaan varmistettua paisuntaele-mentin pysyminen halutussa kohdassa myös pehmeässä maaperässä.

Erään toisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että injektointitanko sovitetaan siten, että se menee paisuntaelementin läpi, jolloin paisuntaele-5 menttiin ruiskutettavaa materiaalia varten on tangon kyljissä reikiä, joista materiaali pääsee paisuntaelementtiin. Tällainen ratkaisu on yksinkertainen ja käytössä toimiva ja tehokas.

Erään kolmannen sovellutusmuodon ajatuksena on, että paisunta-elementti on muodostettu oleellisesti ilmaa läpäisemättömäksi siten, että pai-10 suntaelementin sisällä on ilmatiivis paisuntatila, jolloin paisuntareaktio pystytään toteuttamaan hallitusti.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti injektointitankoa ja paisuntaelementtiä 15 sivultapäin katsottuna ja poikkileikattuna, kuvio 2 esittää kaavamaisesti kuvion 1 mukaista tankoa ja paisuntaelementtiä paikalleen asennettuna ja siten, että injektointimateriaali on reagoinut, kuvio 3 kuvaa kaavamaisesti erästä tapaa parantaa maaperän kan- 20 tokykyä, kuvio 4a esittää kaavamaisesti erästä toista injektointitankoa ja pai- ;’**; suntaelementtiä sivultapäin katsottuna ja poikkileikattuna, I*.., kuvio 4b esittää kuvion 4a mukaista ratkaisua paisuntaelementti täy- :v. tettynä, * · | 25 kuvio 5 esittää kaavamaisesti injektointitankoa ja paisuntaelementtiä ['V suojaputken sisälle sovitettuna sivultapäin katsottuna ja poikkileikattuna, kuvio 6 esittää kaavamaisesti injektointitankoja ja paisuntaelement- • · '···* tejä sovitettuna isomman putken yhteyteen, kuvio 7 esittää kaavamaisesti kuvion 6 tapaan injektointitankoja ja • · v.: 30 paisuntaelementtejä sovitettuna isomman putken yhteyteen ja kuvio 8 esittää kaavamaisesti rakenteen nostamista.

: Kuvioissa keksinnön eräitä suoritusmuotoja on esitetty selvyyden .···] vuoksi yksinkertaistettuna. Samankaltaiset osat on merkitty kuvioissa samoilla • · "* viitenumeroilla.

* ·· • * · • · · * • · s 118901

Keksinnön eräiden sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 on esitetty injektointisauva tai injektointitanko 1. Kuvion 1 esittämässä suoritusmuodossa injektointitanko 1 on yläpäästään ontto ja alapäästään umpinainen. Injektointitangon 1 ulkohalkaisija voi vaihdella esi-5 merkiksi 3 ja 200 mm:n välillä. Injektointitangon 1 pituus voi vaihdella esimerkiksi 0,5 ja 100 m:n välillä. Injektointitanko 1 voi olla valmistettu esimerkiksi metallista, kuten esimerkiksi teräksestä.

Injektointitanko 1 voidaan valmistaa myös jostain muusta materiaalista, kuten muovista, esimerkiksi polyeteenistä PE. Edelleen injektointitangon 10 1 ei välttämättä tarvitse olla jäykkä. Injektointitanko 1 voi siten olla esimerkiksi muovista valmistettu letku tai putki.

Injektointitangon 1 ympärille on sovitettu täytettävä paisuntaele-mentti 2. Paisuntaelementti 2 on edullisesti ilmaa läpäisemätöntä ja olennaisesti venymätöntä materiaalia. Eräs esimerkki tällaisesta materiaalista on geo-15 tekstiili. Edelleen voidaan käyttää jotain muuta taipuisaa ja kestävää materiaalia. Paisuntaelementin 2 seinämän paksuus voi vaihdella esimerkiksi 0,02 ja 5 mm:n välillä riippuen materiaalista, paisuntaelementin 2 koosta, paisuntapai-neesta jne. Injektointitanko 1 sovitetaan edullisesti paisuntaelementin 2 läpi, jolloin paisuntaelementti 2 on kiinnitetty injektointitankoon 1 esimerkiksi kuvion 20 1 osoittamalla tavalla alakiinnikkeellä 3a ja yläkiinnikkeellä 3b. Ennen injektointitangon 1 sovittamista maaperän sisään on paisuntaelementti 2 kietoutuneena tai laskostettuna injektointitankoa 1 vasten. Silloin kun paisuntaelementti 2 on ««· v : täynnä kiinteää materiaalia, voi sen ulkohalkaisija vaihdella esimerkiksi 20 f’·· cm:n ja 5 m:n välillä. Vastaavasti paisuntaelementin 2 pituus eli alakiinnikkeen 25 3a ja yläkiinnikkeen 3b etäisyys toisistaan voi vaihdella esimerkiksi 20 cm:n ja • 100 m:n välillä.

• t« i : Paisuntaelementti 2 voi olla esimerkiksi sylinterinmuotoisen hoikin .··*·. muotoinen. Edelleen paisuntaelementti 2 voi olla ylä- ja alapäästään kapeampi ja keskiosaltaan halkaisijaltaan suurempi. Ennen materiaalin injektointia pai-. 30 suntaelementin sisään on paisuntaelementin 2 ulkomuoto epäoleellinen. Sen ***** jälkeen kun materiaali on reagoinut paisuntaelementin sisällä, saavuttaa pai- *·;♦* suntaelementti lopullisen ulkomuotonsa.

Alakiinnike 3a ja yläkiinnike 3b voivat olla esimerkiksi letkunkiristi- :***: miä. Edelleen kyseiset kiinnikkeet voivat olla esimerkiksi metalliholkkeja, jotka ··· 35 on muodostettu katkaisemalla pala putkesta. Metalliholkki voidaan kiinnittää s · * *·’ j paikoilleen esimerkiksi säteispuristimella.

• * 6 118901

Kuviossa 1 on vielä viitteellisesti esitetty ruiskutuslaitteisto 4. Ruis-kutuslaitteistoon 4 kuuluu säiliöt, joissa paisuntaelementtiin 2 ruiskutettava aine säilytetään sekä välineet materiaalin johtamiseksi kyseisestä säiliöstä injek-tointitangon 1 onton yläosan sisälle. Välineet voivat olla varsin yksinkertaiset ja 5 kevytrakenteiset, koska niiden ei tarvitse muodostaa painetta, joka laajentaisi paisuntaelementtiä 2 maan sisällä. Välineet muodostavat painetta, jolla injektoitava materiaali saadaan letkuja ja putkia pitkin paisuntaelementtiin, mutta ne eivät muodosta itse paisuntapainetta, vaan paisuntapaine muodostetaan pai-suntaelementin 2 sisällä kemiallisesti. Ruiskutuslaitteistoa 4 ei tässä yhteydes-10 sä ole käsitelty sen tarkemmin, koska sen rakenne ja toiminta on alan ammattimiehelle ilmeinen.

Ruiskutettava materiaali virtaa kuviossa 1 esitettyjen nuolien mukaisesti injektointitangon 1 onton yläpään läpi ja injektointitangon 1 kyljessä olevien aukkojen 5 kautta paisuntaelementtiin 2. Paisuntaelementissä 2 tapahtuu 15 kemiallinen reaktio siten, että materiaali laajenee paisuntaelementin 2 sisällä.

Kuviossa 2 on esitetty tilanne, missä injektointitanko 1 on asennettu maaperän sisään ja paisuntaelementin 2 sisällä oleva materiaali on reagoinut paisuttaen paisuntaelementin 2.

Ensimmäisessä vaiheessa mitataan maaperän kantokyky ja muut 20 tarvittavat maaperäolosuhteet siihen tarkoitukseen sopivalla menetelmällä. Maaperän kantokyky voidaan mitata esimerkiksi penetrometrillä tai sitten voidaan käyttää jotain muuta geologista tai geoteknistä tutkimusmenetelmää. Mit-: tausten ja tutkimusten perusteella voidaan tehdä maaperää koskevia laskel- mia. Mittausten, tutkimusten ja laskelmien perusteella voidaan maaperästä 25 paikantaa käsiteltävät kohdat. Käsiteltävän kohteen lokalisointi riippuu maape-: .*. räolosuhteista. Tarkoitus on saada maaperästä selkeä kuva sekä pysty-, vaa- ka- että sivuttaissuuntaisesti, jotta käsittely pystyttäisiin tekemään tarkasti käsi-.*··’·, teltävään maaperään. Saadun tuloksen perusteella valmistetaan injektointitan- *** ko 1, johon kiinnitetään paisuntaelementti 2. Paisuntaelementin 2 korkeus ja ,. 30 tilavuus ja paisuntaelementtlen 2 lukumäärä valitaan maaperäolosuhteiden • » '·[** perusteella. Käytettäessä ratkaisua rakenteiden nostamiseen vaikuttaa paisun- taelementin kokoon myös luonnollisesti rakenteen koko, paino ja nostotarve. Maaperään porataan reikä 6. Paisuntaelementillä 2 varustettu injektiotanko 1 « · .*··. asennetaan kyseiseen reikään 6. Paisuntaelementtiin 2 injektoidaan paisuvaa *·[ 35 materiaalia. Paisuva materiaali voi olla esimerkiksi polymeeriä, paisuvaa hart- • It *·’ I siä tai orgaanisesti kiteytymätöntä, kemiallisesti paisuvaa monikomponent- • · 7 118901 tiainetta. Injektoitava materiaali on edullisesti sellaista, että se alkaa reagoida paisumalla 0,5 - 3600 sekunnin kuluessa siitä kun se on ruiskutettu paisunta-elementtiin 2. Eräässä sovellutusmuodossa materiaali alkaa reagoida yli 20 tai yli 25 sekunnin kuluttua injektoimista, jolloin paisuntaelementti 2 täyttyy tasai-5 sesti ja sen rikkoutumisvaara on varsin pieni. Edelleen eräässä sovellutus-muodossa materiaali alkaa reagoida alle 50 sekunnin kuluttua injektoinnista, jolloin prosessin hallinta on helppoa.

Materiaali paisuu esimerkiksi 1-120 -kertaiseksi alkuperäisestä tilavuudesta. Materiaalin paisuntakerroin eli materiaalin tilavuus reaktion lopu βίο sa verrattuna materiaalin tilavuuteen reaktion alussa voi olla esimerkiksi luokkaa 1,1 - 120. Edullisesti materiaali sovitetaan laajenemaan 1,5 - 20 -kertaiseksi alkuperäisestä tilavuudestaan.

Paisuva materiaali tiivistää, täyttää tai korvaa ympäröivää maata riippuen ympäröivän maan tyypistä tai tiheydestä. Lopullinen saavutettu tulos 15 voidaan mitata käyttäen jotain maaperän mittausmenetelmää. Tässäkin tapauksessa voidaan käyttää mittausten tekemiseen esimerkiksi penetrometriä tai jotain muuta geoteknistä mittauslaitetta.

Materiaali on edullisesti sellaista, että se saavuttaa varsin nopeasti varsin korkean puristuslujuuden. Se, miten nopeasti materiaali saavuttaa kor- 20 kean puristuslujuuden, riippuu useasti eri seikasta, kuten materiaalin määrästä, paisuntaelementin tilavuudesta, materiaalin reaktionopeudesta, vallitsevista lämpötilaolosuhteista, ympäröivästä maaperästä ja maaperään kohdistuvasta v : kuormasta. Materiaali voi saavuttaa esimerkiksi 80 - 90 prosenttia lopullisesta puristuslujuudestaan noin 10-15 minuutissa. Tällöin esimerkiksi rakenteiden 25 noston yhteydessä paisuva materiaali pystyy ottamaan kuormia vastaan, eikä j esimerkiksi paisuntaelementin 2 hajoamisesta aiheudu isoja haittavaikutuksia.

. .·. Paisuntaelementtiin 2 injektoitavan materiaalin määrä riippuu paisuntaelemen- .·*’·. tin 2 tilavuudesta sekä määritetystä maaperän kantokyvystä ja lisäksi halutusta vaikutuksesta. Materiaalin määrittämistä varten tarvitaan injektoitavan materi- . . 30 aalin paisuntaprofiili eli se, kuinka paljon materiaali paisuu, missä ajassa ja • · · *;];* kuinka suuren voiman se aiheuttaa. Määrään siis vaikuttaa kyseinen paisunta- :···: profiili ja sen jälkeen määritetään kuinka sitä hyödynnetään käytössä olevan tilan, eli paisuntaelementin 2 tilavuuden suhteen. Esimerkiksi nostotilanteessa • · .**·; ei ole aina tarpeen täyttää paisuntaelementtiä 2 äärimmilleen.

35 Materiaalin lopullinen puristuslujuus voidaan määritellä hallitusti en- • « · '·’ [ nen injektointia. Tällöin määritetään siis etukäteen eli ennen injektointia mate- • * 8 118901 naalin lopullinen puristuslujuus maaperän vastuksen ja käytettävissä olevan tilan eli paisuntaelementin 2 tilavuuden perusteella.

Käytettävän materiaalin aikaansaama paine eli voima pinta-alaa kohti voi vaihdella esimerkiksi 1 millibaarin ja 800 baarin välillä. Materiaalin 5 puristuslujuus voi vaihdella esimerkiksi 1 millibaarin ja 3000 baarin välillä. Materiaalin lopullinen tiheys voi vaihdella esimerkiksi välillä 10 - 1200 kg/m3.

Paisuntaelementti 2 voi siis olla esimerkiksi sylinterin muotoinen holkki tai joku muu vastaava rakenne, jonka määrittelee siis taipuisaa materiaalia oleva seinämä. Injektointitangon 1 ei välttämättä tarvitse mennä 10 paisuntaelementin 2 läpi, vaan paisuntaelementti 2 voi olla esimerkiksi kiinnitetty injektointitangon 1 päähän. Paisuntaelementti 2 voi tällöin olla esimerkiksi pussi tai säkki. Tällöin paisuntaelementti 2 on siis ainoastaan yhdestä kohdastaan kiinnitettynä injektointitankoon 1 ja materiaali virtaa onton injektointitangon 1 läpi sen päästä paisuntaelementtiin 2.

15 Mikäli maaperä on sopivan pehmeää ja injektointisauva 1 riittävän jäykkä, voidaan reikä 6 tehdä työntämällä injektointitanko 1 maaperän sisään. Tällöin siis reiän 6 tekeminen ja injektointitangon 1 asentaminen reikään tapahtuvat samanaikaisesti.

Maaperätutkimuksessa voidaan havaita, että maaperässä on joku 20 tietty onkalo, joka tulisi saada täytettyä. Injektointitanko 1 on varsin helppo sovittaa kyseiseen onkaloon ja esimerkiksi kuvion 1 mukainen injektointitanko 1 siten, että se menee kyseisen onkalon läpi. Tällöin paisuntaelementti 2 asettuu v : mainitun onkalon kohdalle. Paisuva materiaali paisuntaelementin 2 sisällä täyt- tää kyseisen onkalon ja paisuntaelementti 2 estää paisuvan materiaalin vael-:'·*.· 25 tamisen pois kyseisestä onkalosta.

a a :Haluttaessa voidaan toimia siten, että injektointitanko 1 poistetaan I’.·. maaperästä, jolloin ainoastaan paisuntaelementti 2 jää täyttämään halutun ,···. kohdan. Injektointitanko 1 voidaan kuitenkin myös jättää paikoilleen, jolloin se a a *** ankkuroi paisuntaelementin 2 ja sen sisällä olevan materiaalin tiiviisti paikoil- .. 30 leen.

a a a ’·[;* Kuviossa 2 on esitetty tilanne, missä ylemmän kantavan maaperä- :···: kerroksen 7a ja alemman kantavan maaperäkerroksen 7c välissä on kantoky- vyltään heikompi maaperäkerros 7b. Paisuntaelementti 2 on mitoitettu sellai- • a .·**. seksi, että se täyttää kantokyvyltään heikompaa maaperäkerrosta 7b. Injek- 35 tointitangon 1 alku- ja loppupää sen sijaan ankkuroituvat tiukasti kantaviin 4 * · ’·’ ) maaperäkerroksiin 7a ja 7c. Tällöin paisuntaelementti 2 ja sen sisällä oleva a · 9 118901 materiaali säilyy palkoillaan, vaikka kantokyvyltään heikompi maaperäkerros 7b olisi erittäin pehmeää.

Kuviossa 3 on kaavamaisesti esitetty, miten kantokyvyltään heikompaa maaperäkerrosta 7b pystytään parantamaan. Paisuntaelementeillä 2 5 varustettuja injektointitankoja 1 on sovitettu useita vierekkäin. Paisuntaele-menttejä 2 voidaan sovittaa tarvittaessa myös useita päällekkäin joko käyttäen yhtä injektointitankoa 1 useaa paisuntaelementtiä kohden tai käyttämällä jokaisen paisuntaelementin 2 yhteydessä omaa injektointitankoa 1. Tällä tavoin saadaan reagoinutta materiaalia sisältävillä paisuntaelementeillä 2 kannatettua 10 ylempää maaperäkerrosta 7a. Tällöin saadaan maaperän kantokykyä parannettua laajalta alueelta. Välttämättä kantokyvyltään heikompaa maaperäkerrosta 7b ei tiivistetä, mutta esimerkiksi kuvion 3 ratkaisulla kokonaiskantokykyä saadaan kuitenkin joka tapauksessa parannettua.

Oheisissa kuvioissa on esitetty, että injektointitangon 1 yhteydessä 15 on yksi paisuntaelementti 2, mutta haluttaessa voidaan yhden injektointitangon 1 yhteyteen sovittaa kaksi tai useampia paisuntaelementtejä 2, jotka täytetään paisuvalla materiaalilla.

Kuten kuviossa 4a on esitetty, paisuntaelementtiä 2 ei välttämättä tarvitse sovittaa injektointitangon 1 ulkopuolelle. Mikäli injektointitangon 1 sisä-20 halkaisija on riittävä, esimerkiksi vähintään 50 mm, voidaan paisuntaelementti 2 laskostaa injektointitangon 1 sisäpuolelle. Tällaisissa tapauksissa paisuntaelementti 2 voi olla esimerkiksi pussi tai säkki, joka on suuosastaan kiinnitetty :T: injektointitangon 1 loppupäähän. Tällöin kun materiaalia injektoidaan paisunta- elementin 2 sisään, työntää materiaali paisuntaelementin 2 ulos injektointitan-25 gon 1 sisäpuolelta kuvion 4b mukaisesti.

• .·. Injektointitangon 1 ja paisuntaelementin 2 ulkopuolelle voidaan so- • · · "V vittaa suojaputki 8 kuvion 5 osoittamalla tavalla. Injektointitanko 1 ja paisunta- elementti 2 viedään maaperään suojaputken 8 avulla. Suojaputki 8 vedetään • · ***** tällöin pois ennen kuin materiaali injektoidaan paisuntaelementin 2 sisään.

30 Kuviossa 6 on esitetty sellainen rakenne, että yhden halkaisijaltaan \v isomman putken 9 seinämiin on sovitettu useita paisuntaelementtejä 2. Injek- »·· '„.*· tointitankoina 1 toimivat letkut, joilla materiaalia injektoidaan paisuntaelement- .·! ; teihin 2. Kyseiset letkut voidaan sovittaa halkaisijaltaan suuremman putken 9 ,···[ sisäpuolelle.

· [*/ 35 Kuvion 7 suoritusmuodossa paisuntaelementit 2 on sovitettu isom- v : man putken 9 ulkopuolelle. Kuvion 7 suoritusmuodossa paisuntaelementtejä 2 • » 118901 10 on sovitettu kaksi päällekkäin ja ne on kiinnitetty kiinnikkeillä 3a, 3b ja 3c. Myös tässä suoritusmuodossa on injektointitankoina 1 toimivat letkut sovitettu halkaisijaltaan suuremman putken 9 sisäpuolelle.

Kuviossa 8 on esitetty perusperiaate maanvaraisen rakenteen 10 5 nostamisesta. Nostossa injektoitava määrä voidaan määrittää havainnoimalla maanvaraisen rakenteen 10 pystysuuntainen siirtyminen. Pystysuuntaisen siirtymisen havainnointi voi tarkoittaa sitä, että havainnoidaan se, koska rakenne alkaa liikkumaan tai sitten havainnoidaan se, koska rakenne on noussut halutun määrän. Kuviossa 8 maanvaraista rakennetta 10 kuvaa tien päällyste. 10 Maanvaraista rakennetta nostettaessa paisuntaelementti tukeutuu maaperään ainakin osittain.

Joissain tapauksissa tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan käyttää sellaisenaan, muista piirteistä huolimatta. Toisaalta tässä hakemuksessa esitettyjä piirteitä voidaan tarvittaessa yhdistellä erilaisten kombi-15 naatioiden muodostamiseksi.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Esitettyä ratkaisua voidaan siis käyttää maaperän parantamisen li-20 säksi maanvaraisten rakenteiden nostamiseen, jolloin siis esimerkiksi vaurioituneita, vajonneita tai asemastaan poikenneita rakennuksia tai rakenteiden perustuksia tai lattioita nostetaan ja tasapainotetaan. Edelleen ratkaisua voi-v *' daan käyttää esimerkiksi painuneiden, päällystettyjen teiden nostamiseen ja : ’·· tasapainottamiseen. Rakenteiden nostamisen saattaa aiheuttaa esimerkiksi • 25 se, että rakenteen alapuolella on tyhjä tila. Tällöin voidaan porata reikä rakensi*: teen läpi ja sovittaa injektointitanko reiän läpi siten, että paisuntaelementti : :** asettuu tyhjään tilaan. Tämän jälkeen paisuntaelementti täytetään edellä esi- ··· .*··. tetyllä tavalla siten, että paisuntaelementissä tapahtuva kemiallinen paisunta- reaktio täyttää tyhjän tilan. Injektointitanko 1 voidaan sovittaa joko suoraan 30 alaspäin tai viistosti alaspäin. Edelleen injektointitanko 1 voidaan sovittaa myös vaakasuuntaan käsiteltäessä esimerkiksi penkereen maaperää. Ratkaisua voi-daan käyttää myös sillan maatukien, sillan tuloteiden tai tuloramppien nostami-j seen ja korjaamiseen.

Edullisesti siis määritetään paisuntaelementin sisään injektoitavan ..I., 35 materiaalin määrä ennen injektointia maaperän ominaisuuksien, paisuntaeie- • ! mentin tilavuuden ja halutun vaikutuksen perusteella. Injektoitava määrä voi- • · 11 1 1 8901 daan myös määrittää monitoroimalla paisuntaelementin täyttymistä. Tämä monitorointi voidaan tehdä esimerkiksi maatutkan avulla. Tällöin esimerkiksi paisuntaelementin materiaali voidaan valita siten, että se näkyy tutkassa. Esimerkiksi paisuntaelementin seinämään voidaan sovittaa metallikuituja, jolloin pai-5 suntaelementti tulee tutkassa selkeästi näkyväksi. Edelleen injektoitavan materiaalin määrittäminen voidaan tehdä monitoroimalla maaperän tiiviyttä tai täyt-töaineen tiheyttä. Edelleen eräs ratkaisu on sovittaa paisuntaelementin sisään tai sen seinämään kiinni seinämän sisä- tai ulkopuolelle paineanturi. Paineanturi voidaan sovittaa myös maaperään lähelle paisuntaelementtiä eli siis pai-10 suntaelementin ulkopuolelle. Edelleen paisuntaelementin kokoa voidaan monitoroida lämpökameran avulla.

Paisuntaelementin täyttymisen monitorointi injektoitavan määrän määrittämiseksi voi tapahtua myös siten, että materiaalia injektoidaan paisun-taelementtiin niin paljon, että paisuntaelementti materiaalien laajentuessa rik-15 koutuu korjattavaa rakennetta vahingoittamatta. Tämä rikkoutuminen havaitaan äänen tai tärähdyksen perusteella. Ennen paisuntaelementin 2 rikkoutumista on paisuntaelementti 2 kuitenkin rajoittanut materiaalin pysymään tietyssä kohdassa. Materiaali jähmettyy niin nopeasti, että paisuntaelementin rikkoutumisesta huolimatta ei se vaella kauaksi injektointikohdasta pehmeässäkään 20 maaperässä.

Edullisesti paisuntaelementin seinämä on muodostettu ilmatiiviistä materiaalista. Tällöin paisuntaelementti voidaan muodostaa hapettomaksi. Kun v : paisuntaelementin sisäpuoli on hapeton, saadaan materiaalin reaktio hallittua {**.. erittäin hyvin. Toisaalta paisuntaelementtiä ei tarvitse sisäpuolelta muodostaa 25 kokonaan hapettomaksi. Ilmatiivis seinämä aikaansaa kuitenkin sen, että pai- • » : suntaelementin sisään ei tule olennaisesti ulkopuolelta happea. Kun paisunta- . X elementin seinämä estää lisähapen tulon, pysyy myös tällöin materiaalin pai- (···, suntareaktio hallittuna.

"* Paisuntaelementin seinämän ei välttämättä tarvitse jäädä ehjäksi .. 30 paisuntareaktion jälkeen. Paisuntareaktion alkuvaiheessa paisuntaelementti • ♦ · kuitenkin rajoittaa paisuvan materiaalin pysymään halutulla alueella, jolloin ma-!·.·: teriaali ei lähde vaeltamaan huokoisessakaan maaperässä. Mikäli materiaali reagoi eli kovettuu riittävän nopeasti, ei paisuntaelementin seinämän rikkoutu- • · ····· minen aiheuta materiaalin hallitsematonta vaeltamista maaperässä.

··# • 35 +·· « » · • e e e • ·

Claims (21)

1. Menetelmä maaperän parantamiseksi ja/tai maanvaraisten rakenteiden nostamiseksi, missä menetelmässä muodostetaan maaperään tai rakenteeseen reikä (6), sovitetaan reikään (6) injektointitanko (1) ja sen yhtey- 5 teen sovitettu paisuntaelementti (2) ja injektoidaan paisuntaelementtiin (2) materiaalia, tunnettu siitä, että käytetään injektointiin kemiallisen reaktion seurauksena laajenevaa materiaalia, jolloin paisuntaelementtiä (2) maaperää vasten painava voima synnytetään pääosin kyseisellä kemiallisella reaktiolla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että määritetään ennen injektointia maaperän ominaisuudet, määritetään pai- suntaelementin (2) sisään injektoitavan materiaalin määrä ennen injektointia maaperän ominaisuuksien, paisuntaelementin (2) tilavuuden ja halutun vaikutuksen perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että määritetään paisuntaelementtiin (2) injektoitavan materiaalin määrä monitoroimalla paisuntaelementin (2) täyttymistä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paisuntaelementin (2) täyttymistä monitoroidaan maatutkan avulla.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että paisuntaelementin (2) täyttymistä monitoroidaan paineanturin avulla.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paisuntaelementin (2) täyttymistä monitoroidaan lämpökameran avulla.

’·* * 7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, I *·* että paisuntaelementin (2) täyttymistä monitoroidaan kuulo- ja/tai tuntoaistin ·· t s V 25 avulla siten, että materiaalin injektointi paisuntaelementtiin (2) lopetetaan pai-suntaelementin (2) rikkoutumisen jälkeen.

: 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ·*·*· että rakenteen (10) nostossa injektoitava määrä määritetään havainnoimalla ··· rakenteen (10) pystysuuntainen siirtyminen.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, • · · tunnettu siitä, että materiaalin laajentumisen jälkeen jätetään injektointi- T tanko (1) injektoinnin jälkeen paikoilleen paisuntaelementin (2) yhteyteen. • · V··

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sovitetaan injektointitanko (1) paisuntaelementin (2) läpi .···. 35 ja sovitetaan materiaali virtaamaan paisuntaelementtiin (2) injektointitangon (1) l". kyljessä olevien aukkojen (5) kautta. t · 1 1 8901

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sovitetaan materiaalin laajentumisreaktio tapahtumaan paisuntaelementin (2) sisällä ilmatiiviissä tilassa.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että sovitetaan materiaali reagoimaan yli 25 sekunnin kulut- tua siitä, kun se on injektoitu pussiin (2).

12 1 1 8901

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sovitetaan materiaali reagoimaan alle 50 sekunnin kuluttua siitä, kun se on injektoitu paisuntaelementtiin (2).

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sovitetaan materiaali laajenemaan 1,5-20 -kertaiseksi alkuperäisestä tilavuudestaan.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään ennen injektointia injektoitavan materiaalin 15 lopullinen puristuslujuus.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään injektoitavan materiaalin lopullinen puristuslujuus maaperän vastuksen ja paisuntaelementin (2) tilavuuden perusteella.

17. Soviteima maaperän parantamiseksi ja/tai rakenteiden nosta- 20 miseksi, johon sovitelmaan kuuluu reikään (6) sovitettava injektointitanko (1), jonka yhteyteen on sovitettu paisuntaelementti (2), paisuntaelementin (2) sisälle injektoitava materiaali ja välineet (4) materiaalin injektoimiseksi paisunta- ·· v : elementtiin (2), tunnettu siitä, että paisuntaelementin (2) sisälle injektoita- ·· • 1·· va materiaali on kemiallisen reaktion seurauksena laajenevaa materiaalia, jol- 25 loin paisuntaelementtiä (2) maaperää vasten painava voima syntyy pääosin : kyseisestä kemiallisesta reaktiosta. Ml 1

• ·’· 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen soviteima, tunnettu siitä, .·1·. että injektointitanko (1) on sovitettu paisuntaelementin (2) läpi, jolloin paisunta elementti (2) on kiinnitetty injektointitankoon (1) alapäästä alakiinnikkeellä (3a) v> 30 ja yläpäästä yläkiinnikkeellä (3b) ja että injektointitangon (1) kyljessä on aukko- *;!:1 ja (5), joiden kautta materiaali pääsee virtaamaan paisuntaelementtiin (2). • · *···1

19. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen soviteima, tunnet- t u siitä, että paisuntaelementti (2) on muodostettu ilmatiiviistä materiaalista.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 17 -19 mukainen soviteima, t u n - ··· 35. e 11 u siitä, että laajeneva materiaali on ominaisuuksiltaan sellaista, että sen • 1 · # 14 1 1 8901 laajenemisreaktio alkaa yli 25 sekuntia sen jälkeen kun se on injektoitu paisun-taelementtiin (2).

21. Jonkin patenttivaatimuksen 17-20 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että laajeneva materiaali on ominaisuuksiltaan sellaista, että se 5 laajenee 1,5 - 20 -kertaiseksi alkuperäisestä tilavuudestaan. «·· • · · • · · ·· • · • ·« ·1 · • · · • · s · • · • · · * · 1 *·« « • · · • 1 · ·1· ··· • · • · ·«» • · • · · • · 1 • 1 *· • · • · ·»« • « • · s • ·· • « *** • · • · ·«1 ··· * · ♦ • · · · 118901