Kallioankkureiden ja tartuntaterästen geo- ja rakennetekninen mitoitus

Abstract

Kallioankkureita käytetään tukiseinissä ja rakenteiden perustuksissa vetokuormien siirtämiseksi kuormitusta kestävään kallioperään. Tartuntateräksillä tarkoitetaan tässä työssä anturoiden ja tukimuurien kalliotartuntoina käytettäviä harjaterästankoja. Eurokoodi 7 mukaan maa- ja kallioankkureilla on tartuntapituuden lisäksi vapaa pituus, jolla ne eivät ole kiinnittyneitä ympäröivään rakenteeseen tai maaperään. Tartuntateräkset ovat koko pituudeltaan kiinnitettyjä ja niitä ei luokitella kallioankkureiksi Eurokoodin terminologian mukaan. Kallioankkureita ja tartuntateräksiä käytetään yleisesti kuitenkin samoihin tarkoituksiin, kallionvaraisen tukimuurin tai anturaperustuksen tasapainon saavuttamiseksi. Lähtökohtana työn kirjoittamiselle oli se, että kallioankkureita ja tartuntateräksiä koskeva suunnitteluohjeistus on osin tulkinnanvarainen ja tietyin osin puutteellinen. Työn tavoitteena on osaltaan toimia esiselvityksenä kallioankkureiden ja tartuntaterästen suunnitte-lua koskevan ohjeistuksen kehittämisessä.

Työssä selvitettiin kallioankkureiden ja tartuntaterästen geo- ja rakenneteknistä mitoitusta, korroosiosuojausta, vetokokeita ja vesimenekkikokeita koskevan suunnitteluohjeistuksen nykytilannetta ja vallitsevia käytäntöjä Suomessa. Työ toteutettiin pääosin kirjallisuustutkimuksena, jossa perehdyttiin kirjallisuuden ja standardien lisäksi suunnitteluohjeistukseen Suomessa ja muissa Pohjoismaissa. Suomessa vallitsevia käytäntöjä selvitettiin myös urakoitsijoiden ja suunnittelijoiden haastatteluiden ja suunnitelma-aineistojen perusteella.

Kallioankkureiden ja tartuntaterästen geotekninen mitoitus perustuu kallion ja juotoslaastin välisen kestävyyden sekä kalliomassan kestävyyden tarkasteluun. Näiden mitoitusta koskien havaittiin jonkin verran erilaisia tulkintoja Suomessa käytössä olevassa suunnitteluohjeistuksessa. Työssä koostettiin myös muissa pohjoismaissa käytössä olevia mitoitusmenettelyitä.

Pysyvien kallioankkureiden korroosiosuojaus tehdään kaksinkertaisena vesi- ja kosteussulkuna ja vaatimuksena on, että korroosiota ei pääse tapahtumaan ankkurin jänteessä. Tartuntateräksien korroosiosuojauksessa voidaan käyttää myös kuumasinkitystä tai ottaa korroosiovara huomioon poikkileikkauksen mitoituksessa. Tartuntateräksien korroosiosuojausta koskien on tulkinnanvaraisuutta esimerkiksi riittävän kuumasinkityskerroksen paksuudessa.

Typical functions of rock anchors are to transfer tensile loads to the bedrock from retaining walls or foundations. In this work, only the rock bolts, which are used to build a fixed connection between bedrock and slab or footing are considered. According to Eurocode 7, in addition to the bond length, ground anchors have a free length at which they are not attached to the surrounding structure or soil. Rock bolts are fixed along their entire length and that is why they are not classified as rock anchors according to the Eurocode terminology. However, rock anchors and rock bolts are commonly used for the same purposes. The need for writing the work was that the design guidelines for rock anchors and rock bolts are partly interpretable and in some cases incomplete. The aim of the work is to contribute as a preliminary study in the development of guidelines for the design of rock anchors and rock bolts.

The current situation and prevailing practices in Finland of the design guidelines for geotechnical and structural design, corrosion protection, pullout tests and geohydraulic tests of rock anchors and adhesive steels were investigated. The thesis is mainly implemented as a literary research. In addition to literature and standards, design guidelines were introduced from Finland and other Nordic countries. The prevailing practices in Finland were also investigated by interviewing contractors and designers. The thesis includes also a desk study based on structural plans from recently built structures.

The geotechnical resistance of rock anchors and rock bolts depends from strength between the rock and the grout and the strength of the rock mass. There are different interpretations observed about practices to calculate the geotechnical resistance in the design guidelines used in Finland. In this work, design methods were also studied from the design guidelines used in other Nordic countries.

Corrosion protection of permanent rock anchors is done as a double water and moisture barrier and the requirement is that no corrosion can occur in the anchor tendon. In the corrosion protection of rock bolts different rules apply and hot-dip galvanizing is also allowed to be used, or the corrosion rate can be taken into account in the cross-sectional dimension. There are different interpretations about sufficient corrosion protection and for example, there are not clear requirements about the zinc layer thickness with rock bolts.