O budowie stacji II linii metra warszawskiego w skomplikowanych warunkach gruntowych
Wpływ warunków geologicznych na budowę obiektów podziemnych
Budowa geologiczna podłoża ma istotne znaczenie w każdej inwestycji budowlanej. Już w starożytności przykładano uwagę do lokalizacji kluczowych przedsięwzięć budowlanych lub dostosowywano fundamenty projektowanych obiektów do istniejących na danym terenie warunków wodno-gruntowych. Dowodzi tego przykład m.in. piramidy Dżesera i otaczającego jej muru zbudowanych w roku 2650 p.n.e. na starannie wzmocnionym podłożu gruntowym. Podobne rozwiązania obserwuj się w przypadku posadowienia obiektów średniowiecznych, które potwierdzają dużą wiedzę geotechniczną ówczesnych budowniczych. Spotyka się również całe miasta, których fundamenty są dostosowane do złożonych warunków podłoża gruntowego; najbardziej znanymi przykładami są Wenecja czy Sankt Petersburg. Jeszcze większe znaczenie ma budowa geologiczna podłoża w odniesieniu do budownictwa podziemnego. Najlepszym przykładem jest londyńskie metro z licznymi stacjami i tunelami, obrazujące wpływ budowy geologicznej na lokalizację obiektów metra na terenie miasta. Główne skupisko stacji i tuneli to część północna metropolii (zlokalizowana na północ od Tamizy), natomiast w część południowej zlokalizowanych jest tylko kilkadziesiąt z prawie 300 stacji, w tym znaczną część stanowią obiekty nadziemne. Wszystko za sprawą budowy geologicznej Londynu, w części północnej miasta występują tzw. london clays, grunty podobne do iłów plioceńskich z terytoriom Warszawy, które są świetnym materiałem dla budownictwa podziemnego, podobnie jak podłoże skaliste w Norwegii czy Szwajcarii. W części południowej Londynu strop iłów jest położony głęboko, powodując budownictwo podziemne znacznie trudniejszym i w rezultacie nieuzasadnionym ekonomicznie.
Ostatnie kilkanaście lat, za sprawą rozwoju maszyn typu TBM (Tunnel Boring Machine), zmieniło podejście do tunelowania zarówno w warunkach gruntów organicznych, zapadowych, jak i w słabych skałach o znacznym stopniu spękania. Jeszcze większe zmiany dokonały się w budowie tuneli w obszarach o szczególnie niekorzystnym reżimie tektonicznym, gdzie do tej pory nie uwzględniano możliwości realizacji budownictwa podziemnego. Przykładem mogą być tunele realizowane w strefach o silnej aktywności sejsmicznej (Stambuł, Kuala Lumpur). Ekstremalnym przykładem wydaje się być propozycja budowy tunelu pod cieśniną Beringa, łączącego kontynent Azjatycki z Północnoamerykańskim. W tym przypadku największą trudność będą stanowiły jednak logistyka, transport materiałów oraz ekstremalne warunki pogodowe na powierzchni terenu. Reżim tektoniczny na chwilę obecną, wydaje się być mniej znaczący, za względu na lokalizację tunelu w obrębie jednej, północnoamerykańskiej płyty tektonicznej. Granica tej płyty tektonicznej nie pokrywa się z granicą geograficzną kontynentów przebiegającą właśnie przez cieśninę Beringa. Jak pokazano na (Rys.1) znacząca część Syberii położona jest na płycie północnoamerykańskiej, zatem planowany tunel zlokalizowany będzie w części centralnej dużej jednostki tektonicznej, gdzie warunki tektoniczne nalezą do stabilnych.
W Polsce warunki tektoniczne należą do stabilnych, natomiast kluczowa jest budowa geologiczna podłoża, która może być prosta, złożona bądź skomplikowana. Budowę geologiczną Warszawy, zgodnie z wytycznymi rozporządzenia [6], należy uznać za złożoną, a lokalnie nawet skomplikowaną. Zatem, również ze względu na budowę geologiczną podłoża nie możemy wprost porównywać kosztów budowy 1 km metra w różnych miastach świata, co w ostatnim czasie bywa przedmiotem dyskusji.
O historii budowy metra warszawskiego
Początki budowy metra w Warszawie sięgają lat dwudziestych XX wieku. W roku 1928 przeprowadzono pierwszy etap badań geologicznych związanych z projektem linii A oraz B o przebiegu północ-południe, zlokalizowanych pod obecnym ścisłym centrum Warszawy. Tuż przed wybuchem II wojny światowej wykonano kolejny etap badań, a wykonane otwory badawcze sięgały 50 m poniżej powierzchni terenu (Fot. 1.). W tym czasie powstały również precyzyjne mapy geologiczne Warszawy autorstwa Sujkowskiego i Różyckiego. Początkowo stwierdzono, że jedynie w obrębie iłów plioceńskich jest możliwa budowa kolei podziemnej. Jednak po dokładniejszych badaniach i wnikliwej analizie okazało się że iły poznańskie (zwane również pstrymi, zdeponowane w okresie pliocenu na terenie centralnej Polski), w odróżnieniu od iłów londyńskich, zawierają liczne soczewki a nawet warstwy piaszczyste, uskoki i deformacje glacitektoniczne, które mogą stanowić poważne problemy podczas prac budowlanych poniżej powierzchni terenu.
Po wojnie temat budowy metra ponowie stał się aktualny. Na potrzeby budowy utworzono m.in. Zarząd Budowy Metra i „Metroprojekt” [4, 8]. Po fazie projektowej przystąpiono do realizacji tzw. metra głębokiego, wbrew obawom i wnioskom z lat trzydziestych. Budowę rozpoczęto w roku 1951. Podczas prac napotkano liczne problemy, a głównym z nich były nawodnione grunty piaszczyste, które kilkakrotnie wdzierały się do sztolni i chodników. W kilku przypadkach napór nawodnionego piasku powodował zniszczenie obudowy chodnika i wdarcie się dużych mas gruntu do wnętrza tunelu. Wówczas konieczna była budowa tamy, oddalonej od wyrobiska na tyle daleko, aby zyskać cenny czas na budowę zapory [5]. Po opanowaniu sytuacji, przystępowano ponownie do próby przejścia obszaru o trudnych warunkach wodno-gruntowych. Ostatecznie nie podołano nawodnionym gruntom piaszczystym zalęgającym na warszawskiej Pradze i po wykonaniu szybów i części tuneli dalszych prac zaniechano.
Dopiero w latach osiemdziesiątych XX wieku ponownie przystąpiono do budowy linii metra o przebiegu północ-południe, znanej jako I linią metra w Warszawie. Oczywiście podczas wielu lat prowadzonych prac budowlanych, występowały problemy z kurzawką (nawodnionym gruntem piaszczystym), jednak potrafiono sobie z nimi poradzić, głównie przez wyeliminowanie przyczyn jej wywołania niż nieskuteczną walką z samym zjawiskiem. Aby prowadzone prace budowlane nie były hamowane przez nieprzewidziane sytuacje, takie jak np. wystąpienie „kurzawki” i awarie na budowie, należy odpowiednio dokładnie przebadać podłoże gruntowe, w którym się buduje. Podczas realizacji inwestycji budowlanej w warunkach skomplikowanego układu warstw geologicznych nie należy oszczędzać na badaniach geotechnicznych w fazie projektowej. Doświadczenia z placów budów pokazują, że koszty poniesione na dodatkowe rozpoznanie gruntowe zwracają się wielokrotnie. Rozpoznanie musi być dostosowane do warunków panujących lokalnie w danym rejonie, ponieważ nawet na terenie tego samego miasta istnieją duże różnice w budowie geologicznej.
Charakterystyka iłów plioceńskich jako podłoża budowlanego
W początkowym etapie studium wykonalności nad projektem i budową metra w Warszawie uważano, że jedynie w obrębie iłów plioceńskich jest możliwe poprowadzenie podziemnej kolei. Iły plioceńskie w Warszawie są pozostałościami dużego zbiornika sedymentacyjnego obejmującego znaczną część obszaru centralnej Polski [3]. Litologicznie wykształcone są jako iły, iły pylaste oraz rzadziej gliny pylaste i pyły z przewarstwieniami piasków drobnych i pylastych. Warstwy ilaste mają różnorakie barwy – od czarnej, brązowej, czerwonej, po błękitną i żółtą. Ich powierzchnia stropowa została ukształtowana przez procesy glacitektoniczne (obciążenie lądolodem), których efektem są uskoki, procesy egzaracji (zdzieranie podłoża na skutek przemieszczania się lądolodu), skutkujące obecnością w partii stropowej przewarstwień piaszczystych oraz erozją w późniejszym etapie, czego efektem są rynny erozyjne. W zależności od rejonu stolicy, w obrębie iłów występują soczewki nawodnionych piasków pylastych lub drobnych o miąższości do 1 m oraz rzadziej warstwy piaszczyste wielometrowej miąższości. Skład granulometryczny oraz właściwości iłów zależą od strefy sedymentacji w zbiorniku plioceńskiego. Im dalej od brzegów, tym sedymentacja była spokojniejsza, pozbawiona dopływów i zaburzeń; tam obecnie spotyka się iły pylaste oraz gliny pylaste i pylaste zwięzłe. W warunkach naturalnej wilgotności iły nie są wrażliwe na działanie wody gruntowej (szczególnie te wykształcone w postaci iłów i glin zwięzłych), której obecność zazwyczaj nie wypływa na uplastycznianie się omawianych utworów spoistych. Dlatego grunty plioceńskie znajdują się głównie w stanie twardoplastycznym i półzwartym o stopniu plastyczności IL = 0,20–0,00. Pomimo tego utwory te charakteryzują się stosunkowo małymi wartościami parametrów geotechnicznych. Podczas sondowania statycznego opór na stożku (qc) wynosi przeważnie 2–7 MPa, w zależności od stanu i głębokości zalegania tych utworów, natomiast np. w glinach morenowych 4–12 MPa. Parametry odkształceniowe, takie jak moduł ściśliwości (M) czy moduł odkształcenia (E) zazwyczaj osiągają wartości o połowę mniejsze niż w gruntach morenowych o tym samym stopniu plastyczności. Zarówno w badaniach edometrycznych, jak i BET (ang. Bender Element Test), w których wartości modułów określa się przez pomiar prędkości przejścia fali przez próbkę, parametry wytrzymałościowe, takie jak kąt tarcia wewnętrznego (φ) oraz spójność (c) również nie należą do wysokich. Dodatkowo ich wartości efektywne w ostatnich latach ulegały znaczącym zmianom ze wzglądu na postęp w metodyce badań trójosiowych, jak i podejściu interpretacyjnym do otrzymywanych wyników. Zmianie uległy również poglądy odnośnie do odkształcania się dna wykopu fundamentowego, wykonywanego w gruntach ilastych, odciążonego przez usunięcie nadkładu. Jeszcze kilkanaście lat temu prowadzono intensywne pomiary geodezyjne den wykopów, a pod warstwę chudego betonu wbudowywano kilkudziesięciocentymetrowej miąższości podsypkę piaszczystą jako strefę przejściową pomiędzy konstrukcją budowlaną a ilastym podłożem, pełniącą również funkcję drenażu. Obecnie wykopy są wykonywane zdecydowanie szybciej, dna wykopów, nim zostaną przykryte płytą fundamentową, pozostają odsłonięte przez kilka dni lub tygodni, a nie kilka miesięcy. Szybsze jest również dociążanie podłoża gruntowego konstrukcją, co pozytywnie wpływa na jego zachowanie się. Dotyczy to szczególnie podłoża zbudowanego z gruntów ekspansywnych. Iły plioceńskie obecne w Warszawie są gruntami silnie ekspansywnymi, ich naturalne powierzchnie przy kontakcie z wodą wykazują znaczne pęcznienie a w warunkach przesuszenia duży skurcz. Iły plioceńskie zdeponowane zostały przed kilkoma milionami lat, natomiast obecne w nich zaburzenia glacitektonicznie powstały prawdopodobnie w czasie transgresji i regresji zlodowacenia środkowopolskiego, czyli kilkaset tysięcy lat temu. Nasuwanie się lądolodu powodowało przemieszczanie się warstw podłoża, natomiast w momencie stagnacji lądolód narastał powodując jego odkształcanie się. Obciążenia od lądolodu są trudne do oszacowania, ale zapewne wynosiły co najmniej 10 MPa, przy założeniu 1000 m miąższości lądolodu [1]. Jeśli te szacunki uznać za wiarygodne, to uzyskane wartości obciążenia należy powiększyć jeszcze o 10–20 % ze względu na obecność w lądolodzie głazów, fragmentów skał i gruntów, które zwiększały ciężar nadkładu.
Na krawędziach lądolodu, gdzie naprężenia były największe, dochodziło do ścinania się całej warstwy i powstawania uskoków, obecnie ujawniających się w postaci powierzchni zlustrzeń. Powierzchnia zlustrzenia widoczna na fot. 2 została zaobserwowana podczas głębienia ścian szczelinowych na budowie stacji Nowy Świat-Uniwersytet II linii metra w Warszawie. Podczas nadzoru geotechnicznego natrafiono na dużą bryłę iłu o niejednorodnej barwie, która po analizie wykazała wyraźną powierzchnię łupliwości, wzdłuż której przełamano bryłę i odsłonięto powierzchnię zlustrzenia charakterystyczną w przypadku iłów plioceńskich i świadczącej o aktywności tektonicznej (glacitektonicznej) na tym obszarze w przeszłości. Próba pobrana została z głębokości 20–25 m p.p.t. Kilka miesięcy później po wykonaniu ścian szczelinowych oraz płyty stropowej przystąpiono do głębienia wykopu do kolejnych poziomów stacji metra. Oględziny wykopów stwarzają możliwość obserwacji rzeczywistego układu warstw geologicznych podłoża oraz, jak w opisanym przypadku, uskoku. Zobrazowany na fot. 3 uskok w obrębie iłów plioceńskich stanowi rzadko dokumentowaną deformację w obrębie utworów nieskalistych. Trzeba zaznaczyć, że jedynie w wykopach istnieje możliwość obserwacji przebiegu linii uskokowej, ale jest to zazwyczaj trudno dostępne dla szerszego grona naukowców.
Opisywany uskok sfotografowano na głębokości około 20 m p.p.t. w trakcie oceny występujących w obrębie iłów kilkumetrowej miąższości nawodnionych soczewek piaszczystych. Soczewki zostały przecięte przez ściany szczelinowe stacji, jednak ich trudny do przewidzenia układ wymusił wykonanie dodatkowych wierceń w technice rdzeniowania (w iłach możliwe jest uzyskanie 95–100% uzysku rdzenia) w celu określenia poziomu stabilizacji wody znajdującej się w piaszczystych przewarstwieniach i ich miąższości oraz wykluczenia połączenia hydraulicznego wykraczającego poza obrys ścian szczelinowych. Ostatecznie zdecydowano się na wykonanie lokalnej instalacji igłofiltrowej, której zadaniem było zredukowanie nadwyżki ciśnienia hydrostatycznego do poziomu dna wykopu fundamentowego. Po etapowym wykonaniu prac ziemnych bezproblemowo osiągnięto rekordową głębokość wykopu sięgającą 31 m p.p.t (do poziomu posadowienia kolektora w przegłębieniu płyty dennej).
W warunkach wilgotności naturalnej iły nie wykazują tendencji do uplastyczniania się lub pęcznienia, natomiast łatwo ulegają destrukcji na skutek działalności człowieka, szczególnie podczas kontaktu z wodą. Dno wykopu fundamentowego wykonanego w ile, na skutek nawodnienia uplastycznia się dość szybko do głębokości kilkudziesięciu centymetrów [2]. Z kolei przy długotrwałym kontakcie podłoża gruntowego z wodą, w miejscach trudnych do zabezpieczania, na przykład pod otworami technologicznymi w płycie stropowej, gdzie podłoże jest narażone na długotrwały kontakt z wodą opadową spływającą zazwyczaj z całej powierzchni stropu, obserwuje się zniszczenie struktury iłu do głębokości ponad 1 m. Wówczas jest konieczne usunięcie plastycznych iłów i uzupełnienie powstałego wykopu betonem, jak miało to miejsce na budowie stacji Dworzec Wileński. Półzwartą strukturę iłu (pyłu również) łatwo zniszczyć także przez kontakt z maszynami budowlanymi, zatem niedopuszczalne jest przemieszczenie się sprzętu po docelowo przygotowanym pod fundamenty dnie wykopu. Niewskazane jest również gromadzenie na powierzchni iłów wody, zarówno pochodzenia gruntowego, jak i opadowego, w prowizorycznych wykopach, a co jest częstą praktyką na budowach.
Równie istotny, oprócz utrzymania gruntu w stanie nienaruszonym w podłożu fundamentów, jest dobór parametrów wytrzymałościowo-odkształceniowych gruntów ilastych do danego zadania projektowego. Badacze podają różne parametry tych samych gruntów, w zależności od charakteru ich współpracy z konstrukcją budowlaną. Ze względu na wielkości prognozowanych odkształceń, należy przyjmować odpowiednie do nich wartości modułów, które są inne w przypadku projektowania ścian oporowych, kotew gruntowych, osiadań czy obliczeń stateczności. Należy mieć na uwadze to, że na „obniżanie” wyników badań laboratoryjnych znaczący wpływ mają powierzchnie zlustrzeń, szczególnie te niewielkie, które w przypadku całego masywu gruntowego wcale nie muszą się ujawniać w podłożu. Duże powierzchnie poślizgu (jak widoczne na rys. 2) przy lokalizacji budowli na jej styku mogą być niebezpieczne i stanowić bardzo łatwy do uruchomienia mechanizm osuwiska, przemieszczający olbrzymie, niemożliwe do zatrzymania masy gruntu. Cenne dane o zachowaniu się podłoża ilastego w głębszych partiach można uzyskać z zainstalowanych w gruncie kolumn inklinometrycznych. Właściwa interpretacja oraz często niezbędna obróbka statystyczna umożliwiają ocenę wgłębną podłoża i rejestrację ewentualnych przemieszczeń wewnątrz masywu gruntowego znacznie wcześniej niż zaobserwuje się efekty tego procesu na powierzchni terenu. Inklinometry zamontowane w gruncie są zatem niezbędnym elementem obserwacji głębokich wykopów zlokalizowanych w sąsiedztwie istniejącej zabudowy lub skarp.
W przypadku budowy stacji metra lub podziemnych części budynków poniżej poziomu wody gruntowej, dodatkowo w zwartej zabudowie miejskiej, gdzie nie można zastosować odwodnienia w celu właściwego zaprojektowania obudowy wykopu i fazowania robót, szczególnie istotne jest precyzyjne określenie położenia stropu gruntów nieprzepuszczalnych. Niezbędne jest też właściwe zaprojektowanie i wykonanie systemu obserwacji. Niżej przedstawiono przykład realizacji obiektu podziemnego w obrębie silnie zdeformowanego podłoża zbudowanego z gruntów ilastych, o trudnym do przewidzenia układzie warstw geologicznych.
Skomplikowana budowa geologiczna na stacji II linii metra warszawskiego
Opisywana stacja II linii metra w Warszawie została zlokalizowana w gruncie o skomplikowanej budowy geologicznej, w zwartej zabudowie miejskiej. Do budowy przystąpiono po badaniach geotechnicznych, których rezultaty widoczne są na przekroju (rys. 2). Jednak dodatkowe rozpoznanie wykonane w trakcie prowadzenia robót budowlanych nie potwierdziły założeń projektowych. Bywa tak często w obszarach silnie zdeformowanych, w których warunki gruntowe są nadzwyczaj skomplikowane. W przypadku badań geologicznych ograniczonych do minimum projektant musi brać pod uwagę to, że założenia powinny charakteryzować się odpowiednim zapasem bezpieczeństwa. Przykładem może być projektowanie ściany szczelinowej w celu odcięcia dopływu wody gruntowej do wnętrza wykopu. Wrysowane granice na przekrojach geologiczno-inżynierskich są interpolowane według danych uzyskanych z punktów badawczych oddalonych od siebie o kilkadziesiąt metrów (często ponad 50 m). Zakładając na tej podstawie określoną długość ściany szczelinowej podejmuje się niepotrzebne ryzyko. Układ wrysowany na przekroju może znacznie różnić się od rzeczywistego przebiegu warstw. Dużo bardziej wiarygodne będą dane geotechniczne niezbędne do projektu konstrukcji, jeśli otwory badawcze będą wykonywane odpowiednio gęściej. Zazwyczaj ostateczną weryfikację układu warstw geologicznych przeprowadza się podczas drążenia poszczególnych sekcji ścian szczelinowych, a geolog potwierdza zagłębienie każdego panelu poniżej stropu gruntu nieprzepuszczalnego. Jednak w przypadku głębokich ścian szczelinowych lub zlokalizowanych w obszarach skomplikowanej budowy geologicznej, gdy granice warstw przebiegają nawet pionowo, precyzyjne określenie rodzaju gruntu znajdującego się w podstawie ściany szczelinowej jest obarczone błędem lub jest niemożliwe. Drążenie głębokich sekcji jest coraz częściej wykonywane przy użyciu hydrofrezu, którego wirniki tną i rozdrabniają grunt wynosząc go na powierzchnię w postaci zawiesiny. W takim przypadku również nie ma możliwości weryfikacji, w jakiego rodzaju gruncie dana sekcja ściany szczelinowej została zakończona.
Na przekroju przedstawionym na rys. 3 zobrazowano budowę geologiczną dokładnie tego samego obszaru stacji metra co na przekroju pokazanym na rys. 2, jednak po wykonaniu dodatkowych wierceń. Ten przypadek przerysowuje omawianą problematykę, ponieważ tak nieprzewidywalny układ warstw geologicznych jest w Polsce dość rzadko spotykany, jednak obszary o skomplikowanej budowie geologicznej zostały już w większości dużych miast określone i właśnie w takich rejonach jest konieczna szczególna ostrożność i doświadczenie podczas projektowania prac geologicznych. Istotna jest również świadomość istnienia ewentualnego ryzyka geotechnicznego podczas projektowania konstrukcji budowlanej posadowionej w obszarze o tak trudnych warunków wodno-gruntowych. Należy również pamiętać, że przebieg granic warstw geologicznych widocznych na przekroju (por. rys. 3), pomimo znacznego uszczegółowienia, wciąż pozostaje jednak tylko hipotetyczny, na co wpływa kilka omówionych niżej czynników.
Problemy dokumentowania obszarów o skomplikowanej budowie geologicznej
Obraz budowy geologicznej, zarówno omawianego rejonu budowy stacji metra, jak i każdego innego terenu w Polsce (z wyłączeniem terenów o czynnych procesach osuwiskowych) zazwyczaj pozostaje niezmienny w skali życia ludzkiego, jednak często obserwuje się odmienny jego obraz na różnych etapach rozpoznania i w zależności od autora badań. Rzeczywisty układ odsłania się dopiero w momencie wykonania wykopu fundamentowego. Wnikliwie obserwowane ściany wykopu umożliwiają odczytanie prawdziwego układu warstw geologicznych, często odmiennego od narysowanego na podstawie wykonanych otworów badawczych. Tę problematykę szerzej przedstawił prof. L. Wysokiński w artykule [7]. Ponadto narysowywany układ warstw na przekrojach z biegiem lat i poglądów ulega zmianie i dodatkowo jest różny w zależności od konkretnego autora rysunku. Jednak zazwyczaj dominuje szkoła tradycyjna, opierająca się na fundamentalnych założeniach geologii, czyli na zasadzie pierwotnie poziomego zalegania warstw, co wynika z podstawowych praw fizyki obecnych w procesie sedymentacji. To dążenie do przyjmowania horyzontalnie położonych warstw jest widoczne na większości przekrojów geologiczno-inżynierskich zamieszczanych w różnego rodzaju dokumentacjach. Te podstawowe założenia sprawdzają się w przypadku prostej i złożonej budowy geologicznej, natomiast w przypadku budowy skomplikowanej, na skutek glacitektonicznych przemieszczeń podłoża, nie zawsze są prawidłowe. Przykład stanowi budowa geologiczna przedstawiana na przekrojach wykonanych na potrzeby rozpatrywanej inwestycji (por. rys. 3 i rys. 4).
Znajomość budowy geologicznej regionu, miasta czy dzielnicy nie sprowadza się zatem tylko do określenia rodzaju gruntu występującego na danej głębokości. Do zrozumienie problematyki procesów sedymentacji czy tektoniki jest konieczna szersza wiedza o historii geologicznej regionu. Ważne są również właściwości i zachowanie się danego rodzaju gruntu nie tylko w interakcji z konstrukcją budowlaną, ale również podczas kontaktu z wodą, sprzętem budowlanym, wibracjami, złymi warunkami atmosferycznymi oraz wiedza o skali procesów geologicznych, jakie zachodziły na danym obszarze. Właściwe udokumentowanie warunków wodno-gruntowych podłoża oraz znajomość zjawisk geologicznych zachodzących w przeszłości umożliwia hydrogeologom optymalizować proces modelowania numerycznego przepływu wody gruntowej podczas odwodnienia czy ingerencji w środowisko gruntowo-wodne w przypadku budowy np. stacji metra. Z kolei znajomość anizotropii przepuszczalności masywu gruntowego umożliwia podanie wytycznych do bezpiecznej realizacji obiektu podziemnego zlokalizowanego poniżej zwierciadła wody gruntowej oraz coraz częściej – zaproponowanie kilku konkretnych rozwiązań projektowych, z których konstruktor w porozumieniu z inwestorem wybiera najlepszy dla siebie wariant. Należy podkreślić, że przeważnie są to decydujące dane dotyczące głębokości ścian szczelinowych lub ścianek szczelnych, konieczności wykonywania poziomej przesłony filtracyjnej oraz jej lokalizacji w podłożu gruntowym poniżej płyty fundamentowej, ilości pompowanej wody z wykopu itp. W efekcie wymienione aspekty stanowią nie tylko podstawę do wykonania projektu budowlanego, ale decydują o znacznej cześć kosztów całej inwestycji. Doświadczenia z placów budów pokazują jednoznacznie, że właściwe zaprojektowane i wykonane badania geotechniczne umożliwiają planową realizację inwestycji z minimalnym ryzykiem. Zatem ocena ryzyka geotechnicznego powinna być niezbędną częścią każdego projektu budowlanego [7], z wyłączeniem najprostszych obiektów pierwszej kategorii geotechnicznej. Oczywiście każda inwestycja budowlana jest ingerencją w podłoże gruntowe. Zachodzące w nim zmiany podczas prac ziemnych czy wykonywania specjalistycznych robót geotechnicznych są procesami geodynamicznymi, zachodzącymi w bardzo małej skali, ale w bardzo szybkim tempie. Zatem istniejące geozagrożenia należy rozpoznać, a następnie w sposób uzasadniony im przeciwdziałać.
Podsumowanie
Budowa geologiczna podłoża gruntowego jest istotnym czynnikiem warunkującym prowadzenie robót budowlanych, szczególnie w budownictwie podziemnym.
W przypadku takich obiektów budowlanych, jak metro, tunele, wielokondygnacyjne garaże podziemne, odpowiednie rozpoznanie warunków wodno-gruntowych jest szczególnie istotne, a punkty badawcze powinny być odpowiednio zagęszczone. W przypadku podziemnych obiektów liniowych jest zasadne wykonywanie horyzontalnych otworów badawczych.
Projektowanie specjalistycznych robót geotechnicznych powinno odbywać się z zachowaniem odpowiedniego zapasu bezpieczeństwa, z uwzględnieniem geozagrożeń pod postacią ryzyka geotechnicznego, które powinno być przedmiotem oceny w trakcie sporządzania projektu budowlanego.
Wartości parametrów gruntu powinny być dobrane z uwzględnieniem charakteru pracy konstrukcji i jej współpracy z ośrodkiem gruntowym. Ponadto ośrodek gruntowy jest anizotropowy, zatem w rzeczywistości każdy grunt charakteryzuje się nie jedną wartością parametru geotechnicznego odnoszącą się do całej warstwy, ale pewnym przedziałem tej wartości. W przypadku badania podłoża gruntowego istotne jest uwzględnianie doświadczeń lokalnych.
PIŚMIENNICTWO
[1] Barański Z.: Występowanie ołów formacji poznańskiej w Warszawie. Iły plioceńskie Warszawy. Seminarium ITB. Warszawa, 26 lutego 2004 r.
[2] Borowczyk M.: Zachowanie iłów plioceńskich w wykopach fundamentowych. Seminarium ITB. Warszawa, 26 lutego 2004 r.
[3] Frankowski Z.: Występowanie iłów formacji poznańskiej w Warszawie. Iły pliceńskie Warszawy. Seminarium ITB. Warszawa, 26 lutego 2004 r.
[4] Opęchowski W. Metro warszawskie – rys historyczny. Materiały z konferencji „Geologiczne czynniki budowy metra w miastach europejskich”. Warszawa, 11 października 2012 roku.
[5] Rossman J. Studia i projekty metra w Warszawie 1928-1958. Warszawa 1962.
[6] Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych. DzU nr 81, poz. 463.
[7] Wysokiński L.: Błędy systematyczne w rozpoznawaniu geotechnicznym i ich wpływ na projektowanie budowlane. Materiały XXIII konferencji naukowo-technicznej „Awarie budowlane 2007”. Szczecin-Międzyzdroje, 23-26 maja 2007 r.
[8] Zeszyt „Inżynierii i Budownictwa” nr 1/1995, poświęcony projektowaniu i budowie metra warszawskiego. Opracowanie: zespół biura projektów „Metroprojekt” – koordynator Janusz Bukało.
Artykuł publikowany w nr 11/2015 Inzynierii i Budownictwa