Infra ja ympäristörakentaminen | NRO 1/2023

Kruunuvuorensilta on Suomen suurin

Vesa Tompuri, toimittaja

Kruunuvuorensilta on Suomen suurin
Havainnekuva Kruunuvuorensillasta mereltä. Kuva: WSP Finland

Korkeasaaren ja Laajasalon yhdistävän Kruunuvuorensillan rakentaminen on ollut meneillään runsaan vuoden. Runsaan kilometrin mittaisen liittorakenteisen vinoköysisillan perustukset on jo pääosin valettu. Vaativimmat, 135 metrin korkeuteen kohoavan pylonin valut ovat vuorossa seuraavien parin vuoden aikana. Kun silta vuonna 2025 valmistuu, sen tulee olla toteutettu niin, että 200 vuoden käyttöikä on realistinen tavoite.

Vinoköysisillat alkoivat yleistyä eri puolilla maailmaa 1950- ja 1960-lukujen vaihteessa. Suomessa ensimmäiset ajoneuvoliikenteelle suunnitellut vinoköysisillat ovat Rovaniemelle 1989 valmistunut Jätkänkynttilä ja neljä vuotta myöhemmin Päijät-Hämeessä avattu Heinolan Tähti. Myöhemmin rakennettiin muun muassa Raippaluodon silta ja Kärkistensalmen silta.

Vinoköysisillan keskeinen osa on pyloni eli kannatinpylväs. Sen mitoittaminen, kuten myös ristikoiden mitoittaminen, on aikaisemmin perustunut niin sanottuun graafiseen statiikkaan ja kahden 1800-luvulla eläneen tiedemiehen, matemaatikko Luigi Cremonan ja fyysikko James Clerkwell Maxwellin voimaviivateoriaan. Nykyään, tietokoneiden kehittymisen myötä, mitoitusohjelmistot ja tietomallinnus ovat olennainen osa vinoköysisiltojen suunnittelua.

– Rakenteen toiminnan ymmärtäminen on luonnollisesti suunnittelun perusta. Ohjelmiston avulla mahdollistuu rakenteiden optimointi. Vinoköysirakenteen mitoitus on lisäksi iteratiivista eli laskentakierros laskentakierrokselta tarkentuvaa, toteaa Kruunuvuorensillan pääsuunnittelija Sami Niemelä WSP Finland Oy:stä.

WSP Finlandin esittämä suunnitelma voitti aikanaan Helsingin kaupungin järjestämän suunnittelukilpailun. WSP:n vetämässä suunnitteluryhmässä oli mukana brittiläinen Knight Architects -arkkitehtitoimiston kanssa, ja tämä toimisto vastaa Kruunuvuorensillan arkkitehtuurisuunnittelusta. Siltakohteissa kokonaisuudesta vastaava pääsuunnittelija, niin myös tässä kohteessa.

– Kun siltarakenne on teknisesti mietitty, se on usein myös esteettinen ja mahdollisimman taloudellinen, Niemelä toteaa.

Ilmahavainnekuva Kruunusilloista kohti Kruunuvuorenrantaa. Suomen pisin silta, noin 1200 metriä rakennetaan Kruunuvuorenselän ylitse Korkeasaaren ja Laajasaloon kuuluvan Kruunuvuorenrannan väliin. Kuva: WSP Finland

Vaativaa mitoitusta

Jalankulkijoille, pyöräilijöille ja raitiovaunuille tarkoitettu Kruunuvuorensilta on kokonaispituudeltaan 1200 metriä ja hyötyleveydeltään ”vain” 15,3 metriä. Kun kokonaispituus on näin suuri, jännevälitkin ovat pitkät, tässä tapauksessa enimmillään 260 metriä. Näin pitkillä jänneväleillä vinoköysisilta on selvästi taloudellisin vaihtoehto. Samaan urakkaan sisältyvän Finken sillan pituus on 300 metriä, ja se rakennetaan jännitettynä, staattiselta toimintaperiaatteeltaan jatkuvana betonipalkkisiltana.

Vinoköysisillan suunnittelussa on otettava huomioon se, että vinoköysistä pyloniin vaikuttavat puristusvoimat aiheuttavat pyloniin siirtymiä. Niiden vaikutuksesta pyloniin syntyy niin sanottu toisen kertaluvun momentti, joka – kuten myös betonin viruminen ja raudoituksen vaikutus jäykkyyteen – tulee ottaa huomioon pylonin suunnittelussa niin sanottua toisen kertaluvun momenttia rakenteisiin.

– Pyloni on hoikka rakenne. Nurjahdustarkastelun kautta pääsee kiinni edellä mainittuun lisämomenttiin. Laskenta on siinä määrin mutkikasta, että tietokoneohjelmiston edut korostuvat myös tässä, Sami Niemelä toteaa.

Pyloni on sivuprofiililtaan timantin muotoinen. Sillan kannen alapuoliset haarat 23 metrin korkeuteen asti ovat poikkileikkaukseltaan umpinaisia ja kannen yläpuoliset haarat puolestaan onttoja koteloita. Yläpuoliset haarat yhdistyvät 77 metrin korkeudessa, ja pyloni kohoaa yhtenäisenä huippuun eli 135 metriin asti. Yläosan onttoihin sisätiloihin sijoitetaan paljon tekniikkaa, muun muassa kaapeleita, tikkaita, työtasoja ja hissi.

– Ylimpään 60 metriin sijoittuu myös teräksinen köysikotelo, johon vinoköysien yläpäät ankkuroituvat, toteaa Kruunuvuorensiltaa urakoivan, YIT:n ja Kreaten muodostaman TYL Kruunusillat -työyhteenliittymän laatuja ympäristöpäällikkö Jussi Laamanen.

Kuvassa Kruunuvuorensillan rakentamistyöt ovat päässeet käyntiin myös Korkeasaaren itäpuolella sijaitsevan Palosaaren päässä. Palosaaren puolelta rakennetaan välituet 1–5 ja tunkataan sillan teräsrakennetta 251 metriä. Kuva: Kruunusillat-hanke

Korkeasaaren itäpuolella sijaitsevan Palosaaren puolelta rakennetaan välituet 1-5 ja tunkataan sillan teräsrakennetta 251 m. Kuvassa Sillan tuet 1–5 ja pyloni. Näistä rakennettavista välituista tuki 5 on kooltaan suurin. Välituen peruslaatta on tilavuudeltaan 1 000 m3 eli miltei tuplaten Kauppatorin viereisen ”Allas Sea Poolin” altaan koko. Tukien 2, 3 ja 4 peruslaatat ovat tilavuudeltaan n. 650 m3. Tukien korkeus kasvaa pylonia kohden. Matalin tuki on tuki 1, jonka korkeus on 4,6 m ja tuen 5 korkeus on n. 14 m.

Työvaiheita loppuvuodelle 2022 ja vuoden 2023 alkupuolelle ovat:

  • Tuella 2 asennetaan kasuunin tukisolkia. Solkien asennuksen jälkeen kasuuni tyhjennetään ja tehdään peruslaatan raudoitus ja valu.
  • Tuella 3 asennetaan sukeltajatyönä kasuunin seinät. Seinien asennuksen jälkeen raudoitetaan ja valetaan työbetonilaatta.
  • Tuet 4 ja 5 odottavat kasuuniseinien asentamista.
  • Välitukien rakentamisen lisäksi työsillalta rakennetaan neljä tukitornia. Tukitornit ovat väliaikaisia rakenteita ja tornit ovat noin 15-18 m korkuisia ja toimivat väliaikaisina tukina merinosturilla asennettaville sillan teräslohkoille.

Ankarat säilyvyysvaatimukset

Tässä kohteessa laatu ja laadunvalvonta on kaikkea muuta kuin rutiiniasia. Se on välttämätöntä, jotta rakennuttajan eli Helsingin kaupungin vaatima 200 vuoden käyttöikä on saavutettavissa. Sillan sijainnin takia sen kantavien rakenteiden myöhempi korjaaminen on lähes mahdotonta, ja siksi myös pyloni on suunniteltava ja rakennettava kerralla niin hyvin, että se säilyy asianmukaisesti huollettuna ja välttämättömiltä osin korjattuna käyttökunnossa vähintään mainitun vuosimäärän.

Säilyvyysvaatimuksen ankaruus korostuu, kun ottaa huomioon sillan ympäristöolosuhteet. Kantavat rakenteet ovat alttiina jääkuormille sekä meriveden suolarasitukselle ja suuren osan vuodesta tiheään toistuville jäätymis- ja sulamisvaihteluille. Nämä olosuhteet yhdistettynä epätavallisen pitkään käyttöikään heijastuvat myös betonin lujuusluokkiin. Pylonin lujuuden on oltava C55/67 ja pakkasrasituskestävyyttä kuvaavan P-luvun vähintään P50. Myös betonipeitteen paksuuden tulee kauttaaltaan olla suurempi kuin betoninormeissa esitetty minimi.

Jotta nämä tavoitteet täyttyvät, betonitoimittajan on varmistettava toimittamiensa massojen ominaisuudet tavallista tarkemmin.

– Merkittävä osa betonivaluista on huokostettuja korkealujuusbetoneja. Itse pylonin perustuksissa käytetään itsetiivistyvää alhaislämpöbetonia. Myös sementtilaatujen sallittu sideainekoostumus on tavallista tarkemmin määritelty, kertoo betonitoimittaja Ruskon Betoni Oy:n laatu- ja kehitysjohtaja Vesa Anttila.

Työmaalle toimitettavan valmisbetonin laadunvalvonta jakautuu betoniasemalla tehtävään ja työmaalla tehtävään laadunvalvontaan. Työmaalla tehtävään laadunvalvontaan hankkeeseen on otettu Eurofinns eli entinen VTT Export Services. Kohteessa tehdään myös työmaalle toimitetusta betonista valmisbetonille harvemmin tehtäviä kokeita, kuten pakkassuolakestävyyskoe ja huokoskokojen jakautumisen määritys AVA-kokeella. Lisäksi kaikki tulokset kootaan yhteen, jolloin toteumat ovat kerralla nähtävillä havainnollisesti. Lisäksi tilaajaorganisaatio on rekrytoinut tähän hankkeeseen betonitekniseksi asiantuntijaksi professori Jouni Punkin, joka on laatinut myös betonin säilyvyyskriteerit yhteistyössä Seppo Matalan kanssa.

Massiivisia valuja

Pylonin pohjarakenne koostuu kahdesta päällekkäisestä paikallavaletusta, kallionvaraisesta peruslaatasta. Niistä alemman leveys ja pituus on 18 metriä ja paksuus 4,5 metriä. Pylonin suuret kuormat vaativat kaksi päällekkäistä peruslaattaa. Alempi peruslaatta valetaan merenpinnan alla Contractor-menetelmällä, ylempi puolestaan kuivatyönä teräsrakenteisen kasuunin suojassa. Näin paksujen rakenteiden valussa kehittyy erittäin korkeita lämpötiloja, joiden nousua liian korkeiksi tulee hillitä betoniteknologian keinoin.

– Pidämme valumassojen sitoutumisaikaisen lämpötilan kaikkein massiivisimmissakin rakenteissa noin 60 asteessa. 70 celsiusastetta on raja, jonka yli massan lämpötila ei saa nousta. Lämpötilojen kurissa pitämiseksi turvaudutaan myös jäähdytykseen. Kun talviolosuhteissa tehdään töitä, lämmitämme tarvittaessa muottia ulkoapäin ja jäähdytämme betonia sisältäpäin, Jussi Laamanen kertoo.

Käytetyn sideaineen on oltava lämmönkehitystä hillitsevää, käytännössä siis masuunikuonasementtiä. Vaadittava sideainekoostumus ja masuunikuonan suurin sallittu prosenttiosuus on tarkasti esitetty suunnitelmissa. Suunnitelmia jouduttiin pylonin perustusten osalta muuttamaan, sillä kallioperä osoittautui pohjatutkimusten perusteella pääteltyä ruhjeisemmaksi.

– Kalliota peruslaattojen alla piti lujittaa aiemmin arvioitua enemmän, kertoo TYL Kruunusillat -työyhteenliittymän projektipäällikkö Jari Humalajoki.

Erityisiä haasteita liittyy myös peruslaattojen raudoittamiseen. Pylonituen alemman peruslaatan raudoitus esivalmistettiin massiiviseksi, 243 tonnia painavaksi raudoitehäkiksi, joka nostettiin mereen vaativana erityisnostona telaristikkonosturilla. Vastaavia, samaa suuruusluokkaa olevia operaatioita on tulossa useita muitakin, kun kannen teräslohkoja nostetaan väliaikaisten tukien päälle.

Välitukien T2 – T5 ja T7 – T13 peruslaattojen koko vaihtelee jonkin verran perustamistavan sekä sijainnin suhteen. ”Normitapauksessa” peruslaatan tilavuus on 650 m3, ja siihen asennetaan betoniterästä noin 70 000 kg. Suurin peruslaatan tilavuus on 1000 m3, jolloin betoniteräsmenekki on 135 000 kg. Nämä peruslaatat, joiden pohja sijaitsee tasolla -5,8 metriä, valetaan kuivatyönä kasuunin sisällä.

Muista tuista poiketen maatuet T1 ja T14 on perustettu maanvaraisina merenpinnan yläpuolelle.

Olosuhteiden kannalta erityisen koville joutuvat kuitenkin Kruunuvuorensillan näkyvät ja vesirajassa sijaitsevat osat. Niiden on kestettävä sekä toistuvaa jäätymis-sulamisrasitusta, jäiden aiheuttamaa kulutusrasitusta että meriveden suolarasitusta.

Ympäristöolosuhteet ovat aivan keskeinen seikka myös työmaan arjessa ja työvaiheiden aikatauluttamisessa. Esimerkiksi Kruunuvuoren sillan kanssa perättäisen kokonaisuuden muodostavan Finken sillan kannen valua on Jussi Laamasen mukaan jouduttu siirtämään neljästi.

– Lähes kaksi viikkoa tarvitaan yhtäjaksoista, olosuhteiltaan otollista ajanjaksoa. Alun perin tämä vaihe oli aikataulutettu omaan aikatauluumme viime vuoden lopulle, mutta tarvittavaa betonoinnille, jännittämiselle ja injektoinnille sopivaa jaksoa ei ole vielä tullut. Myöhässä ei silti olla, koska alun perin tämä vaihe oli sijoitettu keväälle, hän kertoo.

Laaja kokonaisuus

Kruunusillat-hanke koostuu kahdesta osaprojektista, joista toinen keskittyy Hakaniemen uudistamiseen ja Laajasalontielle ulottuvan raitiotien rakentamiseen. Toiseen osaprojektiin kuuluu kaksi mittavaa siltaa: Kruunuvuorensilta ja Finkensilta. Ensinmainitun osaprojektin toteutusmuoto on allianssi, jonka päätoteuttaja on YIT. Lisäksi allianssiin kuuluvat Helsingin kaupunki ja Kaupunkiliikenne Oy eli entinen HKL sekä suunnittelutoimistot Ramboll Finland, Sitowise ja Sweco. Kruunuvuorensillan ja Finken sillan muodostama osahanke on puolestaan kokonaisurakka, jota toteuttaa YIT:n ja Kreaten muodostama työyhteenliittymä TYL Kruunusillat. Tähän noin 130 miljoonan urakkaan sisältyy hankekokonaisuuden tunnetuin osa, Kruunuvuorensilta. Liittopalkkisiltana toteutettavan vinoköysisillan näkyvin rakenneosa on 135 metrin korkeuteen kohoava pyloni.

”Kaikkiaan betonia tarvitaan koko tällä työmaalla noin 35 000 kuutiota, josta määrästä Kruunuvuorensillan osuus on hallitseva: 17 000 kuutiometriä. Ennen kuin perustusten tekoon päästään, on tehtävä valmistelevia töitä, kuten ruoppauksia ja silttiverhojen rakentamista”, Jari Humalajoki kertoo.

Vaikka hankekokonaisuus sisältää kaksi itsenäistä osaprojektia, niitä yhdistää raitioliikenteen edellytysten luominen: Kruunuvuoren puoleiseen kokonaisurakkaan sisältyy liikenteen mahdollistava silta, ja Hakaniemen puoleiseen urakkaan kuuluu Merihaan silta, tarvittavat katutyöt ja kiskorakenne koko hankealueella, myös Kruunuvuoren sillalla.

Kruunusillat

Kruunusillat
Kuva: WSP Finland

Rakennuttaja: Helsingin kaupunki

Siltaurakka:

  • Pääurakoitsija: TYL Kruunusillat (YIT Suomi ja Kreate)
  • Suunnittelija: WSP Finland Oy

Allianssiurakka:

  • Päätoteuttaja: YIT Suomi
  • Suunnittelijat: Ramboll Finland Oy, Sitowise Oyj, Sweco Oy , WSP Finland Oy

Hankkeen aikataulu: toukokuu 2021 – 2027
Kustannukset: 123 milj. € (siltaurakka); 326 milj. € (koko hanke)

Artikkeliin liittyviä aiheita