7. Sporządzanie modelu geologicznego
7.5. warunki geologiczno-inżynierskie
geo-logicznej mogące wpłynąć bezpośrednio lub pośrednio na bezpieczeństwo obiektu budowlanego na wszystkich etapach jego realizacji. Podstawą waloryzacji geologiczno-inżynier-skiej jest przeprowadzenie analizy cech budowy geologicznej takich jak:
– warunki geomorfologiczne:
• formy geomorfologiczne;
• spadki terenu;
– warunki hydrogeologiczne i hydrologiczne (wodne):
• liczba poziomów wodonośnych;
• głębokość do zwierciadła wody pierwszego poziomu wód gruntowych;
• stopień izolacji głównego użytkowego poziomu wodo-nośnego;
• charakter sieci rzecznej i warunków spływu;
– warunki geologiczne (gruntowe):
• geneza (wg instrukcji do Mapy litogenetycznej Polski MlP);
• litologia;
• układ warstw;
– występowanie procesów geodynamicznych i innych nie-korzystnych zjawisk geologicznych:
• naturalne procesy geodynamiczne: osuwiska, kras, ero-zja, abraero-zja, sufoero-zja, soliflukcja;
• naturalne niekorzystne zjawiska geologiczne: powo-dzie, podtopienia, czynniki biogeniczne (wpływ drzew);
– występowanie procesów i zjawisk antropogenicznych (Bażyński i in., 1999):
• odkształcenia na skutek eksploatacji podziemnej;
• wyciskanie podłoża wokół składowisk kopalnianych;
• osiadanie powierzchni terenu na skutek wielkoobszaro-wych odwodnień;
• zmiany powierzchni na skutek makroniwelacji;
• deformacje powierzchni powstające w wyniku zakoń-czonej eksploatacji otworowej siarki;
• zmiany powierzchni terenu na skutek składowania od-padów i gruntów nadkładu w kopalniach odkrywko-wych;
• zmiany powierzchni terenu, stanu naprężeń i warunków hydrogeologicznych w wyniku eksploatacji
odkrywko-• powstawanie i składowanie gruntów antropogenicznych;wej;
• wstrząsy sejsmiczne w wyniku odprężania górotworu;
• degradacja i zmiana chemizmu gruntów – tereny histo-rycznie zanieczyszczone;
rys. 56. uproszczona wizualizacja zagrożeń związanych z działalnością górniczą (model
geologiczny wg Kowalskiego, 1988)
• zmiany warunków zagospodarowania na skutek zabu-dowy liniowej;
• zmiany warunków hydrodynamicznych w wyniku za-budowy brzegu morskiego.
ustalenie warunków geologiczno-inżynierskich powinno dotyczyć zarówno stanu istniejącego, jak i prognozy zmian nie tylko w obrębie obiektu, lecz także w jego sąsiedztwie, czyli w ustalonej strefie możliwego wpływu.
7.5.1. określenie i ocena warunków geomorfologicznych
Znajomość formy geomorfologicznej, w obrębie której jest planowana inwestycja budowlana, pozwala wstępnie ocenić, czy teren przeznaczony pod inwestycje będzie miał proste czy skomplikowane warunki gruntowo-wodne. Z tego powodu można już na podstawie formy geomorfologicznej dokonać wstępnej klasyfikacji terenu pod kątem spodziewa-nych warunków geologiczno-inżynierskich (rys. 57). do terenów o niekorzystnych warunkach geologiczno-inżynier-skich należy zaliczyć m.in. formy rzeczne, eoliczne, akumu-lacji morskiej, formy pochodzenia roślinnego, strefy
krawę-dziowe wysoczyzn (strome stoki, klify), formy krasowe i erozyjne.
Przyjmuje się, że spadki terenu do i = 2% (przy założeniu, że 100% spadek odpowiada kątowi nachylenia 45°) pozwa-lają na dowolne kształtowanie zabudowy (Szponar, 2003).
Spadki od 2 do 12% wymagają odpowiedniego usytuowania obiektu względem kierunku spadku lub wykonania dodatko-wych prac ziemnych. Spadki powyżej 12% to tereny wyma-gające znacznych przekształceń z uwzględnieniem możliwo-ści występowania lub uruchomienia procesów zboczowych.
dlatego też dla terenów o spadkach większych niż 12% na-leży przyjmować niekorzystne warunki geologiczno-inżynier-skie. W zależności od potrzeb, warunki można oceniać w aspekcie formy geomorfologicznej lub spadków terenu. oce-nę warunków geologiczno-inżynierskich w aspekcie morfo-logicznym przedstawia tabela 37.
7.5.2. określenie i ocena warunków geologicznych (gruntowych)
W ocenie warunków geologiczno-inżynierskich rodzaj gruntów i skał w podłożu należy określać, biorąc pod uwagę
rys. 57. uproszczona wizualizacja podstawowych form geomorfologicznych
Tabela 37 ocena warunków geomorfologicznych
ocena warunków
geomorfologicznych formy geomorfologiczne Spadki terenu
[%] ocena
[pkt]
niekorzystne formy rzeczne, eoliczne, akumulacji morskiej, formy pochodzenia roślinnego, strefy krawędziowe wysoczyzn (strome stoki, klify), formy krasowe i erozyjne,
luB ≥ 12 3
średnio korzystne pokrywy zwietrzelinowe, formy denudacyjne, podłoże skalne spękane, 2−12 2 korzystne formy pochodzenia lodowcowego i wodnolodowcowego, podłoże skalne niespękane ≤ 2 1
Warunki geologiczno-inżynierskie 141
ich najistotniejsze cechy, determinujące możliwość przenie-sienia projektowanych obciążeń (uproszczoną wizualizację wydzieleń geologicznych przedstawiono na rys. 58). dodat-kowo należy także uwzględnić prawdopodobieństwo wystąpienia specyficznych procesów w obrębie masywu gruntowego (tzw. grunty problematyczne). do gruntów pro-blematycznych zalicza się grunty antropogeniczne, organicz-ne, zwietrzelinowe, zdeformowane glacitektonicznie, pęcz-niejące, zapadowe, tiksotropowe i inne podatne na defor- macje filtracyjne (patrz rozdział 6.5.3).
jednym z istotniejszych elementów oceny geologiczno--inżynierskiej gruntów jest określenie genezy, od której zale-żą (dobak, 2005):
– sposób zachowania się gruntów pod obciążeniem;
– ich stan (stopień zagęszczenia lub plastyczności);
– charakter zmienności przestrzennej w obrębie danego typu genetycznego.
Pochodzenie i wiek gruntów świadczy także o stopniu skon-solidowania, scementowania i innych procesów postdepozycyj-nych istotpostdepozycyj-nych z punktu widzenia oceny ściśliwości podłoża.
Kolejnym elementem różnicującym grunty w podłożu jest uziarnienie. W pierwszej kolejności w ujęciu ogólnym (gru-boziarniste/drobnoziarniste), a następnie w kontekście udzia-łu poszczególnych frakcji – w szczególności zawartości frak-cji iłowej. Szczegółowy podział granulometryczny w ocenie warunków geologiczno-inżynierskich ma znaczenie drugo-rzędne (dobak, 2005).
ostatnim istotnym elementem oceny geologiczno-inżynier-skiej gruntów występujących w podłożu jest stan gruntów (sto-pień zagęszczenia lub plastyczności). Można uznać, że warunki dobre w podłożu występują w przypadku występowania skał niespękanych oraz gruntów przynajmniej średnio zagęszczonych lub twardoplastycznych. ocenę warunków geologiczno-inży-nierskich w aspekcie rodzaju gruntu przedstawia tabela 38.
7.5.3. określenie i ocena warunków hydrogeologicznych i hydrologicznych
Błędna ocena warunków hydrogeologicznych jest jedną z najczęstszych przyczyn problemów w trakcie budowy i
eks-Tabela 38 ocena warunków geologicznych (gruntowych)
ocena warunków
geologicznych (gruntowych) rodzaj gruntu ocena
[pkt]
niekorzystne grunty problematyczne (antropogeniczne, organiczne, zwietrzelinowe, pęczniejące, zapadowe,
tiksotropo-we i inne podatne na deformacje filtracyjne) 3
średniokorzystne grunty w stanie luźnym, plastycznym i miękkoplastycznym, skały spękane 2 korzystne grunty w stanie średniozagęszczonym i zagęszczonym oraz twardoplastycznym, półzwartymi i zwartym,
skały niespękane 1
rys. 58. uproszczona wizualizacja wydzieleń geologicznych (model geologiczny wg Kowalskiego, 1988)
rys. 59. uproszczona wizualizacja warunków hydrogeologicznych (model geologiczny wg Kowalskiego, 1988) ploatacji obiektów budowlanych. W ocenie warunków
geo-logiczno-inżynierskich najistotniejsze jest położenie zwier-ciadła wód gruntowych i prognoza jego zmian (rys. 59).
dotyczy to nie tylko zmian sezonowych, lecz również moż-liwych zmian stosunków wodnych w wyniku realizacji inwe-stycji. Przyjmuje się, że korzystne warunki występują w przy-padku, gdy poziom wody (z uwzględnieniem jego wahań) znajduje się poniżej poziomu posadowienia. W przypadku konstrukcji posadowionych głęboko poniżej poziomu terenu, oprócz głębokości występowania poszczególnych poziomów wód gruntowych istotna jest także ocena ciśnienia hydrosta-tycznego w poszczególnych poziomach, kierunków spływu, połączeń hydraulicznych pomiędzy poziomami, wielkości zasilania oraz parametrów filtracyjnych poszczególnych warstw (w przypadku odwodnienia).
ocenę warunków geologiczno-inżynierskich w aspekcie warunków hydrogeologicznych przedstawia tabela 39.
Wa-runki można oceniać w aspekcie głębokości do pierwszego zwierciadła wód gruntowych (głównie dla posadowień bez-pośrednich) lub układu warstw wodonośnych (głównie dla konstrukcji posadowionych głęboko).
7.5.4. określenie i ocena występowania procesów geodynamicznych i innych niekorzystnych procesów
geologicznych
ocena możliwości wystąpienia procesów geodynamicz-nych (rys. 60) stanowi bardzo istotny element oceny warunków geologiczno-inżynierskich, być może nawet najważniejszy, ponieważ zjawiska takie mogą spowodować nie tylko straty materialne ale i zagrożenie dla życia ludzkiego. do procesów geodynamicznych i geologicznych zalicza się:
– ruchy masowe;
– podtopienia i powodzie;
Tabela 39 ocena warunków hydrogeologicznych i hydrologicznych
ocena warunków hydrogeologicznych
i hydrologicznych
Głęb. pierwszego zwierciadła
wód gruntowych [m p.p.t] układ warstw wodonośnych ocena
[pkt]
niekorzystne ≤ 1
lu
B kilka poziomów wodonośnych o dużych wahaniach i zasilaniu, występu-jących pod znacznym ciśnieniem hydrostatycznym w tym artezyjskim 3
średniokorzystne 1−5 jeden poziom wodonośny o znacznych wahaniach zwierciadła,
występu-jący w poziomie posadowienia lub powyżej 2
korzystne ≥ 5 brak wód gruntowych lub jeden poziom wodonośny o niewielkiej i znanej zmienności, występujący poniżej poziomu posadowienia 1
Warunki geologiczno-inżynierskie 143
Tabela 40 ocena występowania procesów geodynamicznych i innych niekorzystnych procesów geologicznych
ocena występowania procesów geodynamicznych
i innych niekorzystnych procesów geologicznych
Możliwość wystąpienia czynnych procesów geodynamicznych oCENA [pkt]
niekorzystne czynne procesy geodynamiczne 3
średniokorzystne istnieje możliwość wystąpienia procesów geodynamicznych 2
korzystne brak przejawów czynnych i potencjalnych możliwości wystąpienia procesów geodynamicznych 1
– zjawiska krasowe;
– erozję i abrazję;
– wstrząsy sejsmiczne.
Pomijając wstrząsy sejsmiczne, które w Polsce są zjawi-skiem rzadkim, najniebezpieczniejsze są procesy osuwiskowe i powodzie, dlatego też miejsca ich występowania lub poten-cjalnego wystąpienia należy zawsze zaliczać do niekorzystnych warunków geologiczno-inżynierskich. Przyjmuje się (dobak, 2005), że tereny o nachyleniu i > 12% – w przypadku Niżu, oraz te, o nachyleniu i = 20% – w przypadku podłoża zwietrzelinowo--skalistego, stanowią miejsca potencjalnie narażone na wystę-powanie ruchów masowych (samoczynnych lub indukowanych działalnością człowieka – w tym pracami budowlanymi) i na-leży je zaliczać do terenów, o niekorzystnych warunkach geo-logiczno-inżynierskich. ocenę warunków geologiczno-inży-nierskich w aspekcie możliwości występowania procesów geodynamicznych przedstawia tabela 40.
7.5.5. określenie i ocena występowania procesów i zjawisk antropogenicznych
Czynnik ten ma obecnie największe znaczenie na terenach przemysłowych i górniczych oraz zurbanizowanych. Antropo-presja powoduje wiele oddziaływań istotnych do oceny warun-ków geologiczno-inżynierskich, które występują w różnym zakresie i różnej skali w zależności od prowadzonej działalno-ści (rys. 61). Są to oddziaływania (dobak i in., 2009):
– geomechaniczne – przekształcenia górotworu, osiada-nia i deformacje, zmiany parametrów fizyczno-mecha-nicznych, przemieszczenia grawitacyjne, wstrząsy para- sejsmiczne;
– hydrogeologiczne i hydrologiczne (zmiany stosunków wodnych, mineralizacji, przepływu);
– geochemiczne (zanieczyszczenia, zmiany składu chemicz-nego gruntów i wód);
rys. 60. uproszczona wizualizacja procesów geodynamicznych i geologicznych (model geologiczny wg Kowalskiego, 1988)
rys. 61. uproszczona wizualizacja procesów antropogenicznych (model geologiczny wg Kowalskiego, 1988)
Tabela 41 ocena występowania procesów i zjawisk antropogenicznych
ocena występowania procesów
i zjawisk antropogenicznych Stopień antropopresji ocena
[pkt]
niekorzystne szkody górnicze, wstrząsy parasejsmiczne, zanieczyszczenia i degradacja gruntów, formy antropoge-niczne (hałdy, wyrobiska, zwałowiska, składowiska, osadniki np.), nasypy z odpadów 3 średniokorzystne pokrywy nasypowe z gruntów naturalnych o dużej lub zmiennej miąższości 2
korzystne brak antropopresji lub pokrywy nasypowe z gruntów naturalnych o miąższości ≤1m, nasypy
budowla-ne (budowle ziembudowla-ne, makroniwelacja) 1
– geotermiczne (podniesienie temperatury);
– gazowe (dotyczą głównie obszarów wydobycia kopalin energetycznych, a szczególnie węgla kamiennego).
obecność obszarów o znacznym nasileniu czynnika an-tropogenicznego implikuje konieczność zaklasyfikowania ich do niekorzystnych warunków geologiczno-inżynierskich z uwagi na znaczną zmienność przestrzenną gruntów antro-pogenicznych i zróżnicowanie ich wykształcenia. Z tego powodu wymagają bardziej szczegółowego udokumentowa-nia w stosunku do gruntów rodzimych. Szczególnie nieprze-widywalne z punktu widzenia bezpieczeństwa konstrukcji są szkody górnicze, zwłaszcza o charakterze nieciągłym (rozdz.
6.5.3). ocenę warunków geologiczno-inżynierskich w aspek-cie stopnia antropopresji przedstawia tabela 41.
7.5.6. ocena warunków geologiczno-inżynierskich ocenę warunków geologiczno-inżynierskich należy utoż-samiać z ustaleniem przydatności gruntów na potrzeby bu-downictwa w rozumieniu rozporządzenia w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadowienia (rozporządzenie, 2012). Przedstawioną propozycję oceny punktowej można oczywiście modyfikować oraz rozszerzać o dodatkowe czyn-niki w zależności od potrzeb, uwzględniając specyficzne z punktu widzenia projektowanego obiektu aspekty oceny (np.
o czynniki hydrologiczne).
W celu uzyskania oceny warunków geologiczno-inżynier-skich, punkty uzyskane kolejno z analizowanych grup czyn-ników (tab. 37–41) sumuje się, a otrzymany wynik zestawia z tabelą 42.
ocena ryzyka geologicznego i prognoza zmian warunków geologiczno-inżynierskich 145
7.6. oCENA ryZyKA GEoloGICZNEGo