Turun alueen erodoituneen kallioperän yläpinnan 3D-mallinnus geoteknisten kairausten avulla

Abstract

Turun seudulla on pulaa hyvästä rakennuspohjasta, jonka vuoksi rakentaminen suuntautuu usein epäedullisimmille savikkoalueille. Tämän vuoksi geologisilla tekijöillä, kuten kallion rikkonaisuudella ja savikerrosten paksuudella, on merkittävä vaikutus rakentamiskustannuksiin. Kaupunkisuunnittelua hyödyttäisi geologinen 3D-malli, jonka avulla eri alueiden rakentamiseen vaikuttavia geologisia tekijöitä voitaisiin arvioida. Tässä työssä tarkastellaan i) erilaisten pohjatutkimusmenetelmien käytettävyyttä ja luotettavuutta kalliopinnan mallinnuksessa, ii) tuotetaan digitaalinen korkeusmalli kalliopinnasta ja iii) karakterisoidaan valikoitujen deformaatiovyöhykkeiden rakennetta.

Tässä työssä laadittiin digitaalinen korkeusmalli Turun alueen erodoituneen kallioperän yläpinnasta. Geoteknisten kairausten lähtöaineisto oli 61 325 kairausta, joista mallinnuksessa käytettiin 34 917 kairausta. Lisäksi käytettiin korkeusmallista (DEM 10 m) tuotettua kalliopaljastumien pistedataa sekä meren pohjan syvyyspisteitä ja -käyriä. Kallionpintamallin korkeus vaihtelee välillä – 69,0 m - +67,5 m merenpinnan tasoon nähden. Korkeusmallissa havaittiin useita lineaarisia painanteita, joilla on rinnekaltevuustarkastelun perusteella jyrkemmät rinteet ja tasaisempi pohja. Havaitut suunnat vastaavat alueelta aiemmin tunnistettuja myöhäis-svekofennisiä, NE-SW ja N-S –suuntaisia deformaatiovyöhykkeitä. Lisäksi korkeusmallista voidaan havaita kokonaan uusia lineaarisia painanteita tutkimusalueen itä- ja pohjoisosassa. Tarkasteluissa erottuivat kaksi jyrkkäseinäistä ja jatkuvaa painannetta: Aurajoen ja Jaaninojan painanne. Painanteissa karkearakeisen maaperän paksuudet vaihtelevat, paksuimmillaan ne voivat olla yli 30 m, mutta laaksosysteemien reunoilla savi voi olla suoraan kallion päällä.

Geoteknisistä kairauksista kalliopinnan mallintamiseen ensisijaisesti tulisi käyttää kalliovarmennettuja kairauksia, joista saadaan varmennettu kalliopinnan sijainti. Mallinnusta ohjaavina kairauksina voidaan käyttää myös kiilautuneita, kiveen, lohkareeseen tai kallioon varmentamattomasti päättyneitä kairauksia, jolloin niiden päättymistasoa tässä työssä laskettiin 2 m.

Tuotettu 3D-malli on resoluutioltaan ja luotettavuudeltaan sopiva aluesuunnitteluun ja rakentamisen kustannusten arviointiin. Mallin avulla saadaan uutta tietoa heikkousvyöhykkeiden sijainnista, niiden laajuudesta sekä morfologiasta ja maapeitteiden paksuudesta. Malli toimii myös samanaikaisesti laaditun savikkomallin pohjatietona, ja yhdessä ne muodostavat yhtenäisen alustavan maankamaramallin Turun alueelta.

There is a shortage of a good building areas in the Turku region, which is why construction is often directed to more unfavourable clay areas. Therefore, geological factors, such as the fragmentation of the bedrock and the thickness of the clay layers, have a significant impact on construction costs. Urban planning would benefit from a geological 3D model that could be used to assess geological factors affecting the construction of different areas. This work examines i) the usability and reliability of different ground survey methods in rock surface modelling, ii) produces a digital elevation model of the rock surface, and iii) characterizes the structure of selected deformation zones.

In this work, a digital elevation model of the upper surface of eroded bedrock in the Turku area was modelled. The source data for modelling included 61 325 drillings, of which 34 917 drillings were used. In addition, point data of bedrock outcrops produced from the elevation model (DEM 10 m) and depth points and contours of the seabed were used. The height of the rock surface model varies from – 69.0 m to +67.5 m relative to sea level. In the elevation model, several linear depressions were observed with steeper slopes and flatter bottoms based on slope analysis. The observed directions correspond to the previously identified late-Svekofennian, NE-SW and N-S deformation zones in the area. In addition, completely new linear depressions were observed from the elevation model in the eastern and northern parts of the area. Two steep-walled and continuous depressions were observed: the depression of the Aura River and the Jaaninoja River. In depressions, the thicknesses of coarse-grained soils vary, at their thickest they can exceed 30 m, but at the edges of valley systems, clay can lie directly on top of the bedrock.

In modelling top of the bedrock primary data should be bedrock verified drillings with elevation of the bedrock surface. Wedged drillings, drillings terminated in rock, boulder or unverified bedrock can also be used as controlling data, in which case their termination level in this work was lowered by 2 m.

In terms of resolution and reliability, the produced 3D model is suitable for regional planning and estimating construction costs. The model provides new information on the location of weakness zones, their extent, morphology, and soil cover thickness. The model also serves as the basis data for the clay model produced at the same time, and together these models form a uniform preliminary soil model of the Turku region.