Leca®-soran ja pilaristabiloinnin kustannusvertailu

Vertailu Leca-soralla kevennetyn sekä pilaristabiloidun pohjamaan päälle perustetun tienpenkereen pohjarakennuskustannuksista. Leca-kevytsoralla osittaisesti kevennetty ratkaisu muodostuu kustannustehokkaimmaksi ratkaisuksi paksuilla pehmeiköillä pilaripituuden määrittäessä muodostuneen kustannuseron eri menetelmien välillä.

Leca-sora rakennusmateriaalina

Leca-soran tilavuuspaino on alhainen verrattuna tavanomaiseen luonnon kiviainekseen. Toimiessaan kevennysmateriaalina kevytsora tasaa ja vähentää painumia sekä parantaa rakenteen stabiliteettia ja alueellista vakavuutta. Tienrakennuksessa yleisesti käytetyn Leca-sora 4–32 mm kevytsoralajitteen tilavuuspainon ominaisarvo on 4 kN/m³, kun normaalin kiviaineksen tilavuuspaino on 18–22 kN/m³ rakenteeseen tiivistettynä. 

Leca-kevytsoran kuivairtotiheys on keskimäärin 15–20 % tavanomaisen kitkamaa-aineksen kuivairtotiheydestä ja sen kitkakulma vaihtelee tiiviysasteen mukaan välillä 33°–40°. Tiivistetyn Leca-kevytsoran kitkakulman arvona voidaan pitää 37°. 

Rakenteen keventäminen Leca-kevytsoralla voidaan tehdä osittaisena kevennyksenä, jolloin tien pengerkuormaa pienennetään korvaamalla osa kiviaineksesta Leca-kevytsoralla. Mikäli pengerkuorman osittainen keventäminen ei riitä, voidaan rakenne toteuttaa kokonaiskevennyksellä, jolloin maapohjalle aiheutuva kuormitus kompensoidaan kokonaisuudessaan siten, että maapohjaan kohdistuva kuormitus ei lisäänny. 

Osittainen kevennys on mielekkäintä silloin, kun maaperän painumat ovat suurelta osin jo tapahtuneet tai niiden voidaan olettaa tapahtuvan suhteellisen nopeasti. Myös pohjavedenpinnan ollessa korkealla tai rakenteen sijaitessa lähellä vesistöä on osittainen kevennys usein perusteltu vaihtoehto pohja- tai avoveden rajoittaessa kevennyksen paksuutta. 

Leca-kevytsoraa käyttämällä voidaan rakentaa routimattomia tie- ja katupenkereitä kevytsoran toimiessa sekä keventeenä, kuivatuskerroksena että routaeristeenä tai pelkästään routaeristeenä

Kuva 1. Kokonaiskevennetty ja osittain kevennetty rakenne, kaaviokuvat

Pohjarakenne

Pilaristabilointi

Pilaristabilointi on syvästabilointimenetelmä, jossa maahan sekoitetaan sideainetta tavallisesti 0,5–0,8 m halkaisijaltaan olevalla sekoittimella. Sideaineen reagoidessa pehmeän pohjamaan kanssa muodostuu lujittunut pilari, joka yhdessä pohjamaan kanssa toimii pohjanvahvistuksena. 

Suomessa pilaristabiloinnin enimmäissyvyys on tyypillisesti 18–20 m. Pilareiden välinen etäisyys eli k/k-väli riippuu kohteen pengerkuormasta, liikennekuormasta, pohjamaan ominaisuuksista, pilarin lujuudesta ja halkaisijasta sekä sallitun painuman suuruudesta. 

Kevytsoran ja pilaristabiloinnin yhteiskäyttö

Korkeiden penkereiden pilareille kohdistamaa pengerkuormaa voidaan pienentää korvaamalla raskasta kiviainesta kevyellä Leca-kevytsoralla, mikä mahdollistaa pilarivälin kasvattamisen. Leca-sorakevennyksen ja pilaristabiloinnin yhdistelmärakenteet ovat teknisesti toimivia ja kustannustehokkaita vaihtoehtoja vakavuudeltaan erityisen haastavissa kohteissa, kuten vesistöjen läheisyydessä tai paksuilla pehmeikköalueilla, joissa pelkällä pilaristabiloinnilla riittävän vakavuuden saavuttaminen on teknisesti vaikeaa (tai mahdotonta) tai yhdistelmärakenne on kustannustehokkaampi.

Pohjarakennekustannukset 

Osittaisen kevennyksen kustannukset muodostuvat kevytsoran hinnasta sekä kuljetuskustannuksista ja ovat siten suoraan riippuvaisia kevytsorakerroksen paksuudesta. Kevytsoralla korvataan osa muutoin penkereessä käytettävästä kiviaineksesta, jolloin muodostuvat säästöt voidaan vähentää kevytsoran hinnasta verrattaessa menetelmää esim. pilaristabilointiin. 

Kokonaiskevennyksen kustannukset tiepenkereen maanpinnan (tai tarkemmin sanottuna raivauksen) yläpuolisessa osassa ovat vastaavat kuin osittaiskevennyksessä. Tämän lisäksi kokonaiskevennyksen kustannukset ovat suoraan riippuvaisia maanpinnan alapuolisen kevytsorakerroksen paksuudesta. 

Lisäkustannuksia aiheutuu pohjamaan kaivusta ja kaivumassojen poiskuljetuksesta ja mahdollisista vastaanottomaksuista sekä mahdollisista kuivatusrakenteista. Vastaanottomaksujen suuruuteen vaikuttavat mm. kohteen sijainti ja kaivumaan laatu (pehmeä savi, kuivakuorisavi, täyttö, yms.).

PilaristabiIoinnin kustannuksiin vaikuttaa mm. pilareiden k/k-väli, pilarihalkaisija ja pehmeikön syvyys sekä käytettävä sideaine ja sen määrä. Pilariväliin vaikuttavat mm. penger- ja liikennekuorma, pilarihalkaisija ja pilareiden leikkauslujuus. Leca-sorakevennyksen ja pilaristabiloinnin yhdistelmärakenteen kustannukset muodostuvat osittaisen kevennyksen ja stabiloinnin kustannuksista. 

Kevennyksen paksuuden ja pilarivälin yhdistelmä tulee optimoida tapauskohtaisesti pilareiden halkaisijan ja lujuuden sekä kevennyspaksuuden avulla edullisimman toiminnalliset vaatimukset täyttävän ratkaisun löytämiseksi. Laskelmassa käytettäviin kevennyksen ja stabiloinnin yksikköhintoihin luonnollisesti vaikuttavat mm. kohteen sijainti ja laajuus. 

Kustannusvertailu

Tiepenkereen rakentamisen kustannuseroja pilaristabiloinnin ja kevennysrakenteiden välillä vertailtiin erilaisilla yhdistelmärakenteilla. Pelkän pilaristabiloinnin pohjanvahvistuskustannuksia verrattiin ratkaisuihin, joissa Leca-kevytsoraa käytettiin osittaiskevennyksenä 1,0 m sekä 1,8 m kerroksena osana pengerrakennetta.

Lisäksi tarkasteltiin kokonaiskevennyksen kustannuksia ilman pilaristabilointia. Kokonaiskevennyskerroksen paksuus vaihteli välillä 1,2–2,5 m, riippuen pehmeikön paksuudesta. Leca-kevytsoran hinnan vaikutusta kokonaiskustannuksiin mallinnettiin vertailemalla kahta eri hintaluokkaa (35 ja 40 €/m³rtr, alv. 0 %). Materiaalien, kuljetusten ja työsuoritteiden kustannukset perustuvat Rapal Oy:n FORE-kustannuslaskentatietokantaan. 

Pelkkä pilaristabilointi on kustannustehokkain ratkaisu keskimäärin 5,5–6,5 m pehmeikön syvyyteen asti (kuva 2 ja 3), jonka jälkeen erityyppiset yhdistelmärakenteet sekä kokonaiskevennysrakenteet muodostuvat edullisemmiksi vaihtoehdoiksi.

Kuva 2. Pilaristabiloinnin ja yhdistelmärakenteiden kustannusten vertailu. Vertailu on tehty kahdella Leca-kevytsoran hintaluokalla ja se on esitetty pehmeikön paksuuden (pilaripituuden) suhteen. Pelkkä pilaristabilointi on kustannustehokkain vaihtoehto noin 6,5 m pilaripituuteen asti, jota suuremmilla pituuksilla osittaiskevennetyt rakenteet muodostuvat edullisemmiksi vaihtoehdoiksi riippuen Leca-kevytsoran hintaluokasta. 

Kuva 3. Pilaristabiloinnin ja kokonaiskevennettyjen rakenteiden kustannusten vertailu. Vertailu on tehty kahdella Leca-kevytsoran hintaluokalla ja se on esitetty pehmeikön paksuuden suhteen. Pelkkä pilaristabilointi on kustannustehokkain vaihtoehto noin 5,5 m pilaripituuteen, jota suuremmilla pilaripituuksilla kokonaiskevennetyt vaihtoehdot muodostuvat edullisemmiksi vaihtoehdoiksi riippuen Leca-kevytsoran hintaluokasta.

Lähemmin tarkasteltuna osittaiskevennetyt rakenteet ovat kustannustehokkaampia pilaristabilointiin verrattuna 6,4–8,5 m pilaripituuden jälkeen riippuen Leca-kevytsoran yksikköhinnasta. Alemmalla hintaluokalla (35 €/m³) kevennysrakenne on edullisin vaihtoehto pilaripituuden ylittäessä 7,1 ja 6,4 m. Vastaavasti ylemmässä hintaluokassa (40 €/m³) kevennysrakenne on edullisempi pilaripituuden ylittäessä 7,6 ja 8,5 m. Kokonaiskevennetty rakenne on edullisempi pilaripituuden ylittäessä 5,5 m tai 7,2 m.

Osittainen kevennys osana pohjanvahvistusta on toimiva ratkaisu erityisesti suurilla pilaripituuksilla. Myös ohuemmilla pehmeiköillä osittaiskevennyksellä voidaan saavuttaa hyötyä, jos kohde on teknisesti vaativa tai Leca-kevytsoralla haetaan myös muuta hyötyä, kuten esim. routasuojausta. 

Tällöin erikoisolosuhteista aiheutuvat rakentamisen lisäkustannukset voivat kompensoida kevytsoran kustannuksia. Kokonaiskevennys vaatii pohjamaan poistamista määräsyvyyteen. Vaihtoehtojen kustannusten vertailu tuleekin laatia aina tapauskohtaisesti huomioiden vallitsevat olosuhteet.