FI126288B - Menetelmä läjitysalueen tiivistyskerroksen rakentamiseksi - Google Patents

Description

MENETELMÄ LÄJITYSALUEEN TIIVISTYSKERROKSEN RAKENTAMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä erityisesti jäte- ja rikastushiekka-altaan ja sivukiven läjitysalueen tiivistyskerroksen rakentamiseksi.

Menetelmän käyttökohteena ovat lähinnä kaivosteollisuuden sivukiven läjitysalueiden ja rikastushiekka-altaiden pohjarakenteet, joilta vaaditaan pientä vedenläpäisykykyä ja hyvää haitta-aineiden pidätyskykyä. Läjitysalueet muodostavat hoitamattomina ympäristöongelman. Näistä jakeista liukunee sadeveteen ympäristölle haitallisia aineita, joten on estettävä veden virtaus pohjan läpi. Perinteisesti altaan eristys on hoidettu kaupallisilla tuontituotteilla kuten muovikalvolla, vahvistetulla huovalla, hentoniittimatolla ym. Viimeaikoina on joissakin kohteissa altaan pohjalle on levitetty turvetta, joka on haettu joltain läheiseltä suolta. Tällöin kuitenkin pohjakerroksen tiiveys on ollut varsin epämääräinen, sillä on havaittu esimerkiksi pistemäisiä vuotokohtia, jotka ovat pilanneet muuten hyvästä tiivistysrakenteesta saadun hyödyn. Jotta tiivistetty turvekerros toimisi suunnitellulla tavalla, sen tulee olla vedenjohtavuudeltaan ja kokoonpuristuvuudeltaan tasalaatuista, yhtenäistä ja massamaista materiaalia, joka ei sisällä palamaisia puiden juurenkappaleita eikä kiviaineksia. Tasalaatuisuudella varmistetaan, että turvekerros painuu tasaisesti eikä vedenläpäisevyydessä tapahdu äkillisiä muutoksia vaaka- eikä pystysuunnassa.

Luonnonsuossa turpeen kosteus on tyypillisesti 90 p-% (88 - 95 p-%) ja turpeen vedenjohtavuus suuruusluokkaa 10"6 8 m/s. Tämä ei ole aina riittävä, vaikka se puristuksessa jonkin verran paranee. Normaalisti suon pintarahka joudutaan poistamaan, koska sillä ei ole riittävän pieni vedenjohtamisominaisuus. Pintarahkan poisto on kallis toimenpide.

Keksinnön tarkoituksena on löytää parannus turvetiivistyskerrosta käyttäviin tiivistysrakenteisiin. Keksinnön mukaisen menetelmän tunnusmerkilliset piirteet on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1.

Tyypillisesti pintarahkassa vedenjohtavuus on suurinta suon kerroksista. Muokattaessa pintarahkaa sen vedenjohtavuus pienenee rakenteen rikkoutuessa ja hienontuessa tyypillisesti kymmenen tai jopa sata kertaa pienemmäksi (10~7 9 m/s). Kun turve siirretään rakenteeseen ja sen päälle ajetaan esimerkiksi noin 1 metrin moreenikerros painoksi ja esitiivistykseen, turpeen vedenjohtavuus pienenee tiivistymisen ja veden poistuman myötä. On tutkittu että turve voi painua ja tiivistyä kuormituksesta riippuen 60 - 80 %. Samalla turpeen kosteus pienenee suuruusluokkaan 50 - 60 %, jolloin turpeen kuiva-ainepitoisuus nousee moninkertaiseksi alkuperäisestä ja samalla vedenjohtavuus pienenee jopa suuruusluokkaan 10~1° 11 m/s. Tällöin täytetään tiivistysrakenteiden vedenjohtavuudelta vaadittavat ominaisuudet.

Menetelmän avulla voidaan lujittaa heikosti kantava ja runsaasti kokoonpuristuva rikastushiekkakerroksen pintaosa esim. sekoittamalla rikastushiekkaan lujittavaa emäksistä sideainetta kuten sementtiä, lentotuhkaa ja metallurgisen teollisuuden kuonia. Lujittunut rikastushiekkakerros toimii kantavana alustana ja mahdollistaa päälle tulevien peiterakennekerrosten rakentamisen. Sideaineen sekoituksella on myös sulfidisten rikastushiekkojen haitta-aineiden liukoisuutta vähentävä vaikutus.

Kun epähomogeenista turvemateriaalia, joka sisältää mm. kerroksellisia maatumisasteeltaan erilaisia turvelaatuja, varpuja, maatumattomia puiden juuria, käsitellään pohjarakenteessa mekaanisesti, ainakin levitetyn kerroksen yläosan turve homogenisoituu valitulta paksuudelta. Mekaanista jauhamista ja sekoitusta tehdään siinä määrin, että pohjarakenteen tiivistyskerroksen laatuvaatimukset saavutetaan tasalaatuisuuden osalta.

Homogenisointi tehdään esimerkiksi siten, että turve käsitellään kaivinkoneen kauhan tilalle asennetulla jyrsinyksiköllä tai vaihtoehtoisesti työkoneeseen kytketyllä erillisellä jyrsintäyksiköllä. Edullisesti ylimmäisen kerroksen muokkauksen yhteydessä turpeeseen voidaan lisätä tiettyjä apuaineita kuten sementtiä, lentotuhkaa ja metallurgisen teollisuuden kuonia, millä parannetaan pohjarakenteen haitta-aineen pidätysominaisuuksia

Homogenisoimalla turvetta saadaan siitä riittävän tasalaatuista käytettäväksi pohjarakenteiden tiivistyskerroksessa. Samoin menetelmä toimii pintarakenteiden tiivistyskerroksia rakennettaessa.

Mekaanisesti murskaamalla ja hienontamalla pohjarakennustyön aikana rakenteeseen siirretty turve ja siinä kasvava puuaines, saadaan turvekerroksesta homogeeninen, edullisesti muotoiltava ja helposti tiivistettävä valmis rakennekerros, joka toimii pohjarakenteen tiivistyskerroksena tai osana sitä.

Keksinnössä kyse on pohja- ja pintarakenteen tiivistyskerroksessa käytettävän turpeen laadun parantamismenetelmästä. Parempi laatu on mitattavissa sellaisilla suureilla kuin tasalaatuisuus, homogeenisuus, juurien palakoko, vesipitoisuus, kerroksellisuus ja puisuus.

Menetelmää apuna käyttäen voidaan myös suon pintarahka käyttää osana tiivistyskerrosta. Suon karkearakeiset pintarahkakerrokset voidaan käsitellä suon pinnassa ns. syväjyrsintänä ja myös tiivistää paikallaan ennen siirtoa lopulliseen rakennekerrokseen. Siirtämällä muokattu pintarahka tulevan rakennekerroksen pohjalle saadaan siitä samalla paras hyöty. Menetelmää voidaan käyttää myös suolle perustetun, pohjarakenteen pintaturvekerroksen homogenisointiin, sillä menetelmä paikallistaa ja poistaa myös pistemäiset pystysuuntaiset reiät tai lähteet, joita havaitaan usein suon pintakerroksessa. Hienonnettu turvemassa pystytään myös samalla tiivistämään luonnontilaansa tiiviimpään tilaan, jolloin sen huokostila pienenee ja samalla vedenjohtavuus pienenee.

Tarvittaessa käsitellyn turvekerroksen päälle voidaan levittää kantavuuden parantamiseksi geosynteettisiä vahvisteita, kuten kankaita, mattoja, verkkoja tai kennoja sekä sekoittaa turvekerrokseen sen vedenläpäisevyyttä pienentävää ja haitta-aineita sitovaa reaktiivista materiaalia. Kun sekoituksessa käytetään ainetta, mikä myös stabiloi ja vahvistaa turvetta, kuten sementti tai tuhka, voidaan päällyskerroksien täytöissä säästää aikaa tai ohentaa esitäyttökerroksia. Tämä tuo samalla säästöjä.

Menetelmää voidaan toteuttaa pohjarakenteeseen siirretyn turpeen ja suopohjalle rakennettavan pohjarakenteen valmistamiseen sekä kesä- että talviaikana. Suon ja turvepohjan kantavuudesta riippuen käytetään jyrsintään erilaisia kaupallisesti saatavia teriä.

Turvekerroksen homogenisointi tehdään työkoneen esim. kaivinkoneen puomiin, edullisesti pitkäpuomikoneen puomiin kytkettävällä mekaanisella jyrsintäyksiköllä (kuten puomimurskain). Jyrsintä liikutetaan puomin avulla askeleittain tai yhtäjaksoisesti turvekerroksen päällä. Tällöin ulottuvalla koneella voidaan liikkua kantavalla pohjalla vaikka rakennettava kohde ei ole kantava. Työn eteneminen selviää piirroksista.

Jyrsin voi olla myös turvekerroksen päällä vedettävä tai edessä työnnettävä, jolloin työkoneena voi olla myös muu työkone kuten maataloustraktori tai erityisesti siihen työhön kehitetty konekalusto.

Tarittaessa homogenisointikäsittelyn löyhyttämä turve tasataan ja tiivistetään jyrsinyksikön perään tai rinnalle sijoitetulla lisälaitteilla, kuten painorummulla tai täryttimellä. Käsittelysyvyys ulottuu kesäaikaan 20 - 40 cm syvyyteen (ns syväjyrsintä-menetelmä). Talviaikana voidaan routatilanteesta riippuen käsitellä 5 - 30 cm paksuinen turvekerros. Jyrsimen pinta-ala on suuruusluokallisesti noin 1...6 m2 ja jyrsintäteho noin 500 - 3000 m2 tunnissa. Vaikka pinta jouduttaisiin käsittelemään useampaan kertaan, kustannukset pysyvät edullisina. Menetelmä on erittäin edullinen muihin vastaaviin tiivistysrakenteisiin verrattuna.

Turpeen vedenjohtavuus on luontaisesti pieni ja käsittely pienentää sitä lisää. Lopullisessa rakenteessa, kun turpeen päällä on painona ohut mineraalinen maakerros ja rikastushiekkakerros tai sivukivikasa, turpeen vedenjohtavuus pienenee vielä moninkertaisesti.

Seuraavassa keksintöä kuvataan esimerkkien avulla ja viittaamalla oheisiin kuviin.

Kuva 1 esittää suon käsittelyä ja tiivistyskerroksen rakentamisen alkuvaiheita.

Kuva 2 esittää tiivistyskerroksen rakentamisen myöhempää vaihetta Kuva 3a esittää tiivistyskerroksella varustettua rikastushiekka-allasta Kuva 3b esittää tiivistyskerroksella varustettua sivukivikasaa

Tiivistysrakenne valmistetaan suolta saadusta epähomogeenisesta turvemateriaalista käsittäen myös pintarahkan. Kuvan 1 mukaisesti tiivistettävä alue voi olla suon (kuvan vasen puoli) yhteydessä, jolloin rakennettava alue kattaa sekä itse suon että sen lähialueen. On kuitenkin helppo ymmärtää, että rakennettava alue voi olla etäälläkin suosta, josta raakaturve hankitaan.

Kuvan 1 mukaisesti rakennettavan alueella on kova pohja 10. Siinä on edullisesti luonnon mukainen notkelma, mutta tarvittaessa altaan reunat muodostetaan pengertämällä.

Luonnontilainen suo käsittää hyvin maatuneen turvekerroksen 12 ja sen päällä olevan pintarahkan 14, joka alaosaltaan hitaasti maatuu ja pintakerros kasvaa uutta rahkaturvetta. Koska pintarahka on varsin epähomogeenista, sen vedenpidätyskyky jää vaatimattomaksi. Tämän haitallinen vaikutus eliminoidaan jyrsimällä se suon sisään esimerkiksi työkoneen 16 vetämällä jyrsimellä 18 ja tasataan siihen kuuluvalla painorummulla. Kuorma-ajoneuvon 20 tuoma turvekerros homogenisoidaan tiivistyskerrokseksi 20 kaivinkoneen 24 käyttämällä jyrsintäyksiköllä 26. On oleellista, että tiivistyskerros 22 on käsitelty riittävän syvältä, jolloin kerroksen vedenläpäisy-ominaisuudet ovat kaikkialla alueella samanlaiset ja maatuneen turpeen luonnollisen korkea vedenpidätyskyky tulee yhtenäisesti esiin.

Kuvassa 2 kaivinkone 24 käsittelee toista tiivistyskerrosta 22’ kantavan kerroksen 28 (moreeni) päältä sulan maan aikana. Samaa kautta voidaan tuoda myös uudet kuormat (ei näytetty).. Kaivinkone 24 levittää ja tasoittaa uuden kerroksen 22’ samalla kun se käsittelee sen. Kuvassa 2 alueen laitteen on muodostettu kantava materiaalista tehty penger 32 altaan reuna muodostamiseksi.

Talviaikaan massan kuljetus ja kaivinkoneen työskentely voivat tapahtua ensimmäisen tiivistyskerroksen 22 päällä. Kesäaikaan nämä täytyy tehdä kantavan kerroksen 28 kautta samalla laajentaen kantavaa kerrosta 28 työn edistyessä.

Kuvassa 3a on valmis rikastushiekka-allas reunapenkereitten 32 välissä. Alimaisena kovaa maata vasten on homogenisoidusta turpeesta aikaansaatu tiivistyskerros 22, joka ulottuu penkereitten 32 sivulla ylös saakka. Tämän päällä on painekerros 28, joka muodostuu mineraalisesta maasta. Tämä tiivistää turvekerrosta jo jonkin verran. Suurin tiivistyksen lisäys saadaan kuitenkin itse varastoitavan aineen painevaikutuksesta. Tässä rikastushiekan 30 paino aikaansaa voimakkaan paineen tiivistyskerrokseen 22.

Samalla tavalla sivukivikasa 40 on rakennettu altaaseen, jonka penkereet 32 ei tarvitse olla koko kasan korkuiset. Altaassa on tässäkin kantavan kerroksen 10 päällä tiivistyskerros 22 ja painekerros 28, joka muodostaa altaan pintamateriaalin. Sivukivikasan 40 paino tiivistää tehokkaasti homogenisoidusta turpeesta valmistetun tiivistyskerroksen 22. Alkuaan noin yhden metrin paksuinen kerros tiivistyy kolmannekseen.

Claims (4)

1. Menetelmä erityisesti jäte- ja rikastushiekka-altaan sekä sivukiven läjitysalueen tiivistyskerroksen rakentamiseksi, jossa kantavan pohjan päälle levitetään epähomogeenista turvetta muodostamaan tiivisturvekerros, ja jonka päälle levitetään altaan pohjapinnan muodostava esitäyttökerros painamaan turvekerrosta kasaan, tunnettu siitä, että ainakin tiivisturvekerroksen yläosa homogenisoidaan mekaanisen jauhamisen ja sekoituksen avulla siten, että kerroksen vedenläpäisy alenee valitun rajan alapuolelle, ja että mekaanisen käsittelyn syvyys on kesäaikana 20 - 40 cm ja talviaikana 5 - 30 cm.

2. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tiivistyskerroksen turvemateriaalissa on 1 - 10 % apuainetta.

3. Patenttivaatimuksen 1- 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulan maan aikana homogenisointi tapahtuu kovalta pohjalta, jolloin kantava kerros 28 muodostetaan työn edistyessä käsitellyn tiivistyskerroksen 22, 22’ päälle.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että routamaan aikana homogenisointi tapahtuu tarvittaessa rakennetun tiivistyskerroksen 22, 22’ päältä, joka routaisena kantaa työkoneiden painon. Patentkrav