Pohjatutkimuksen tavoitteena on selvittää maanpinnan alapuoliset olosuhteet pohjarakennustöitä varten. Pohjatutkimusmenetelmä valitaan tutkittavan kohteen mukaan. Yksi menetelmä on sähköinen puristinkairaus CPTu (Piezocone Penetration Test). Ennen varsinaista puristinkairausta kairataan alkureikä erillisellä maakairalla. Tätä seuraa varsinai-nen CPTu-kairaus, jossa maaperän ominaisuuksia mittaavaa kairakärkeä puristetaan hydraulisesti maahan. Puristuksen ajaksi järjestelmä ankkuroidaan maahan riittävän reaktiovoiman ja stabiliteetin aikaansaamiseksi. Menetelmä on maailmalla yleisesti käytetty, mutta Suomessa toistaiseksi harvinaisempi.
Työn alussa käsitellään kirjallisuustutkimuksena pohjatutkimusta, maamekaniikkaa ja ankkurointia. Pohjatutkimusosiossa käsitellään yleisimmät pohjatutkimusmenetelmät, joista CPTu-kairaukseen perehdytään lähemmin. Lisäksi tarkastellaan markkinoilla olevia CPTu-kairauslaitteita. Maamekaniikassa perehdytään maalajeihin ja maaperän lujuuteen sekä kierreankkurointiin, joka on tavallisin ankkurointimenetelmä pohjatutkimuslaitteille. Kirjallisuustutkimuksen aineistoa hyödynnettiin kaksitoimimaston tuotekehitysosiossa, jossa suunniteltiin uusi tuote, kaksitoimimasto CPTu-kairaukseen. Tuotekehitykseen sovellettiin systemaattista tuotekehitysmenetelmää, jossa edetään askel kerrallaan tehtävänasettelusta kohti lopullista ratkaisua.
Kirjallisuustutkimuksessa selvisi, että CPTu-kairaus soveltuu Suomen maaperään varsin hyvin, vaikka sen käyttö on ollut tähän asti vähäistä. Tuotekehityksen tuloksena syntyi kaksitoimimasto, jossa on kaksi erillistä toimintoa, alkureiän kairaus, varsinainen CPTu-kairaus sekä järjestelmän ankkurointi. Tämän johdosta edellä mainitut työvaiheet voidaan tehdä yhdellä työkoneella. Ratkaisu yksinkertaistaa ja nopeuttaa CPTu-kairaukseen perustuvaa pohjatutkimusta. Suunnittelutyön tuloksena saatiin toimiva konsepti kaksitoimimastolle sekä sen 3d-malli.The goal of the soil survey is to find out the soil structure under the surface for building of grounding structures. The proper soil survey method to be used depends of the case to be studied. One method is the piezocone penetration test. Before the cone penetration boring, the initial hole is drilled with a separate earth auger. This is followed by the actual CPTu drilling, where the cone penetration head with embedded sensors for measuring of the soil properties is hydraulically pressed into the ground. During the drilling and compression, the system is anchored to the ground to provide sufficient reaction force and stability. The method is widely used in the world, but it is rarer in Finland so far.
The beginning of the thesis consists of literature research on soil survey and mechanics and anchoring. The soil survey section deals with the most common soil survey methods concentrated more detailly on the CPTu boring. In addition, the CPTu boring machines on the market are considered. Soil mechanics explores soil types and soil strength as well as helical anchoring, which is the most common anchoring method used in soil survey. The results of the literature research were applied in the design of the dual acting mast where a new product a dual acting mast for CPTu boring was designed. The design process was based on a systematic design method that progresses step by step from task setting to a final solution.
The literature research shows that the CPTu boring technics is very well suited to the Finnish soil although its use has so far been less. As a result of the product design a mast structure with two separate functions, drilling of initial hole through the surface followed by the actual CPTu boring, have been created. The anchoring of the whole mast structure was designed as well. So, the two separate functions can be completed using one single platform. As a result the solution simplifies and accelerates the bottom-up soil survey based on the CPTu boring technics. Additionally, a working concept for the dual acting mast and its 3D model were obtained.
