AWARIA UJĘCIA DRENAŻOWEGO WÓD PODZIEMNYCH

Transkrypt

1 Adam Bolt 1 Witold Sterpejkowicz-Wersocki 2 AWARIA UJĘCIA DRENAŻOWEGO WÓD PODZIEMNYCH STRESZCZENIE: W obecnej dobie dochodzi dość często niekontrolowanego niszczenia starych, istniejących systemów drenażowych w wyniku prowadzonych procesów inwestycyjnych. W artykule przedstawiono opis zaistniałej awarii ujęcia drenażowego wód podziemnych, będącej wynikiem działalności człowieka. Przedstawiono również analizę warunków gruntowo-wodnych wraz z propozycją zabezpieczenia miejsca awarii i poprawy bezpieczeństwa obiektów na przyległych posesjach. 1. Wprowadzenie Podczas prowadzonych obecnie procesów inwestycyjnych dochodzi dość często do degradacji istniejących systemów drenażowych. Z doświadczenia autorów wynika, że częstym zjawiskiem jest przecięcie drenów bez wykonania obejścia. Dochodzi wówczas do sytuacji, w której istniejący drenaż mimo awarii częściowo nadal pracuje doprowadzając wody w rejon uszkodzenia, powodując dodatkową koncentrację wypływu w miejscu awarii. W artykule opisano awarię ujęcia drenażowego z lat 30-tych ubiegłego wieku będącą wynikiem zachodzących procesów inwestycyjnych. 2. Charakterystyka warunków gruntowo-wodnych Analizowany teren zlokalizowany jest w pradolinie Potoku Kacza, którą wypełniają głównie utwory żwirowe i piaszczyste pochodzenia rzecznego 1 Dr hab. inż., prof. PG, Politechnika Gdańska 2 Mgr inż., Politechnika Gdańska

2 (Rys. 1). Podłoże obszaru zbudowane jest z utworów czwartorzędowych zlodowacenia północno-polskiego, w postaci glin zwałowych i piasków zwałowych tworzących wysoczyzny polodowcowe. Zwierciadło wody gruntowej występuje na głębokości 1 6 m ppt i uzależnione jest od pory roku i występowania opadów. W rejonie występowania namułów i torfów występuje napięte zwierciadło wody gruntowej stabilizujące się na poziomie terenu. Wstępna ocena hydrogeologiczna pozwala stwierdzić, że woda wypływająca na terenie posesji pochodzi z warstwy wodonośnej. Wypływ wód na powierzchnię terenu wynika z budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych występujących w rejonie awarii. Na obszarze tym, występuje płytko położona warstwa wodonośna kilkumetrowej miąższości. Warstwa ta prowadzi wody o zwierciadle swobodnym lub napiętym (pod ciśnieniem artezyjskim) przez występujące w nadkładzie przypowierzchniowe utwory słaboprzepuszczalne (mułki, namuły, gliny piaszczyste). Z archiwalnych geotechnicznych badań podłoża gruntowego wynika, że wody gruntowe w górnej części zbocza występują pod nadkładem utworów słaboprzepuszczalnych (torfów i namułów) na głębokości od 2,3 do 2,7 m. ul. Łużycka działki nr 59, 60, 71, 72 ul. Góralska rejon awarii i wywierzysko Rys. 1. Plan sytuacyjny miejsca wystąpienia awarii

3 W warunkach naturalnych spływ wód gruntowych odbywał się do Potoku Kacza, stanowiącego naturalną bazę drenażu wód podziemnych na tym obszarze. Okresowo, wody gruntowe mogły również wypływać w niewielkich rozcięciach erozyjnych u podnóża zbocza wzdłuż ulicy Góralskiej, powodując okresowe wysięki i podtopienie terenu. Skala wysięków wód była jednak niewielka i nie powodowała niekorzystnych skutków na powierzchni terenu. Ocena ta dotyczy globalnych warunków na tym obszarze. Lokalnie, w rejonie analizowanych działek, znajduje się wychodnia warstwy wodonośnej, której wody ujęte były systemem drenażowym, obecnie nie funkcjonującym. 3. Opis i przyczyny zaistniałej awarii ujęcia drenażowego W połowie lipca 2004 r. doszło do znacznego wypływu wód podziemnych na terenie posesji nr 72 (Rys. 2). Skutkiem tego było zalanie piwnic budynku mieszkalnego i konieczność wypompowania wody. Stwierdzono wypływ wody unoszącej znaczne ilości piasku. Rys. 2. Wypływ wody na działce nr 72. Z prawej - budynek gospodarczy.

4 Wstępny szacunek ilości wypływającej wody na podstawie odpływu wody do studni drenażowej wskazuje na stały wypływ rzędu 15 m 3 /godz. W rejonie zaistniałej awarii od lat 30 ubiegłego stulecia funkcjonuje odprowadzenie wód drenażowych z terenu posesji położonych powyżej działki nr 72. Istniejący system ujęcia drenażowego, który uległ stopniowej degradacji na skutek kolmatacji oraz możliwych uszkodzeń w trakcie procesów inwestycyjnych na obszarze powyżej działki nr 72, a 5 lat wcześniej uległ poważnej awarii składał się z systemu drenów. W studzience zbiorczej istniejącej w narożniku (za budynkiem gospodarczym) na granicy działek 72, 71, 59, 60 znajduje się wyjście 7 ciągów drenarskich (Rys. 3). W chwili obecnej pracują tylko 2. Pozostałe 5 uległo zniszczeniu i w chwili obecnej nie odprowadzają wód gruntowych. Rys. 3. Wylot istniejących ciągów drenarskich z 7-iu tylko 2 są czynne. Z układu drenażowego wynika, że zasięg ujęcia może obejmować działki 58, 59, 60, 61. Wody, które znalazły sobie ujście na teren działki nr 72 są wodami uprzednio ujmowanymi przez ujęcie drenażowe funkcjonujące od lat 30 ubiegłego stulecia, będące elementem systemu Potoku Kacza. Występujący wypływ ma charakter wywierzyska i jest wypływem naturalnych wód artezyjskich ujętych systemem drenażowym. Występująca w wywierzysku sufozja (Rys. 5, 6) spowodowała osiadanie korony skarpy

5 na działce nr 59, osunięcie skarpy, zapadlisko oraz liczne uszkodzenia budynku gospodarczego usytuowanego u podnóża skarpy (Rys. 4 i 6). Rys. 4. Zapadlisko o głębokości ok. 3 m za budynkiem gospodarczym. W dnie widoczne intensywne sączenia. Przez miesiące nie przystąpiono do wykonania prac mających na celu ujęcie wód gruntowych, wykonując jedynie prace doraźne. Efektem tych zaniedbań jest postępująca degradacja podłoża gruntowego w rejonie działek nr 59 i 60. Należy stwierdzić, że obserwowany gwałtowny wypływ wód podziemnych, oprócz czynników przyrodniczych (budowy geologicznej, warunków hydrogeologicznych, ukształtowania zbocza) powstał przede wszystkim w wyniku wykonanych prac ziemnych i budowlanych (często nielegalnych), przeprowadzonych miedzy ulicą Łużycką i Góralską. W wyniku tych prac pierwotne ukształtowanie zbocza zostało znacznie zmienione, część terenu została zniwelowana, powstały sztuczne skarpy, a

6 teren wzdłuż ulicy Góralskiej obniżony, co należy uznać za bezpośrednią przyczynę intensywnego wypływu wód podziemnych na powierzchnię. Rys. 5a. Wywierzysko sufozja piasków drobnych i namułów (fot. z lipca 2004) Rys. 5b. Wywierzysko sufozja piasków średnich (fot. z października 2004) Warstwa wodonośna prowadząca wody podziemne, występujące na tym terenie pod ciśnieniem subartezyjskim lub artezyjskim, w warunkach naturalnych była przykryta kilkumetrowym pokładem utworów słaboprzepuszczalnych i izolowała wody podziemne od powierzchni terenu. W trakcie prac ziemnych część nadkładu słaboprzepuszczalnego została zdjęta, w wyniku, czego, występujące pod ciśnieniem wody gruntowe, przebiły osłabioną warstwę izolującą i wypłynęły na powierzchnię terenu. Dodatkowym czynnikiem zwiększającym napływ wód podziemnych w kierunku ulicy Góralskiej jest sztuczne, na dodatek nielegalne, zasilanie warstwy wodonośnej poprzez odprowadzenie wód deszczowych z połaci dachowych bezpośrednio do gruntu. Istniejące od lat 30-tych ujęcie drenażowe ulegało stopniowej degradacji w sposób naturalny na skutek kolmatacji. System drenażowy mimo awarii prawdopodobnie częściowo nadal pracuje doprowadzając wody do posesji nr 72. Powoduje to dodatkową koncentrację wypływu w tym rejonie. Procesy inwestycyjne na tych obszarach oraz możliwe uszkodzenia systemu drenażowego, brak fachowego nadzoru oraz nie uwzględnienie systemu w sieci miejskiej przy jego eksploatacji spowodowały powstanie omawianej sytuacji.

7 Rys. 6. Sufozja podłoża spod posadzki budynku gospodarczego. 4. Propozycja rozwiązania Proponowane prace mające na celu przechwycenie wód gruntowych, likwidację procesów sufozyjnych i stabilizację warunków gruntowowodnych w rejonie awarii przewidywane są do wykonania w 2 etapach (Rys. 7). W etapie I, na działce nr 72, korzystając z samoistnie wytworzonych wywierzysk, planuje się wykonanie studni SW pracującej na samowypływ i odprowadzającej wody gruntowe do kanału odprowadzającego wody drenażowe do kolektora w ul. Góralskiej. Po jej wykonaniu przewiduje się ujęcie wód w miejscu drugiego wywierzyska pod posadzką budynku gospodarczego E. Ujęcie to w formie drenażu powierzchniowego (Rys. 8)

8 35,78 35,85 ujmować będzie wody, jednocześnie zapobiegając procesom sufozyjnym obserwowanym obecnie w podłożu pod budynkiem. działka nr 58 działka nr 72 działka nr 59 SW studnia wiercona O400 C B SO1 39,00 O1200 bet. 34,00 E działka nr 71 kanał odprowadzający wody drenażowe w kier. ul. Góralskiej rejon istniejącego ujęcia drenażowego D A działka nr 60 SO2 39,00 O1200 bet. 34,00 Rys. 7. Plan sytuacyjny nowego systemu drenażowego. W przypadku gdyby podjęte przedsięwzięcia nie ustabilizowały wystarczająco warunków wodno-gruntowych, w etapie II przewiduje się częściowe odtworzenie starego ujęcia drenażowego (ciągi A, B, C, D) na działkach położonych wyżej, tj. nr 59 i nr 60 (Rys. 7 i 9). Ze względu na trudne warunki gruntowo-wodne w tym rejonie konieczne będzie wykonanie dwu studni osłonowych SO1 i SO2, przejmujących częściowo napływ wód ze zbocza (od strony ul. Łużyckiej). Dodatkowymi trudnościami są konieczność wykonywania większości prac ziemnych ręcznie, znaczna głębokość wykopów pod drenaże sięgająca ok. 3,0 m (w rozluźnionym gruncie) i bliskie sąsiedztwo budynków mieszkalnych, które powstały na tym terenie już w okresie funkcjonowania starego drenażu. Z wymienionych wyżej powodów i zdecydowanie większych kosztów decyzja o rozpoczęciu prac związanych z etapem II, uzależniona jest od efektów robót wykonanych w etapie I.

9 35,47 35,47 zakład 30 cm, łączenie klamrami z pręta stalowego O6 mm co 30 cm 50 Ps (z wykopu) Pd+K Ż # geowłóknina polyfelt F60 rura perforowana PVC-U O180 Ż+K Pr+K 31,77 GpH Pr+K 31,17 GpH Po+K profil geologiczny na podstawie otworu nr 2 Rys. 8. Przekrój przez ujęcie drenażowe pod posadzką budynku gospodarczego (na działce nr 72). 38, ,57 38,17 nasyp (gleba) gleba (z wykopu) nasyp (T, Nm, PdH) Ps (z wykopu) ,77 36,07 GH Ż # ,57 60 geowłóknina polyfelt F60 34,97 34,67 G(+H) G(+H) rura perforowana PVC-U O180 38,57 G(+H) profil geologiczny na podstawie otworu nr 3 Rys. 9. Typowy przekrój poprzeczny przez zbieracze A, B, C, D (na działkach nr 59 i 60).

10 5. Zakończenie Przedstawiony przypadek stanowi przykład dość powszechnego niedoceniania zmian wprowadzanych w naturalnie zrównoważonym środowisku gruntowo-wodnym. Analiza zaistniałej awarii wskazuje, że czynnikiem degradującym istniejące ujęcie drenażowe, oprócz naturalnych procesów starzenia i kolmatacji, było zwiększenie zasilania warstwy wodonośnej na skutek procesów inwestycyjnych na obszarze zlewni zasilającej warstwę wodonośną oraz możliwe uszkodzenia sieci drenarskiej. Procesy te wpływają znacząco na lokalne zwiększenie się wydatków krótko okresowych i wymagają dostosowywania lokalnych ujęć drenażowych do nowych warunków. W analizowanym przypadku awaria systemu drenażowego objawiła się gwałtownym wypływem wód gruntowych na powierzchnię terenu. W innych przypadkach uszkodzenia systemu drenażowego, w wyniku prowadzonych robót budowlanych, dochodzi zazwyczaj do mniej gwałtownych, jednak bardzo uciążliwych następstw np. podmakanie ścian, zalewanie piwnic. Najważniejsze jest jednak, aby inwestor przed przystąpieniem do wykonawstwa, rozważył problem kompleksowej regulacji stosunków wodnych (z uwzględnieniem istniejących systemów drenarskich) w taki sposób, aby w czasie budowy, jak i użytkowania obiektów, uniknąć problemów z wodą gruntową. FAILURE OF DRAINAGE INTAKE Summary In this paper a failure of drainage intake as a result of human activity is described. Analysis of soil conditions is presented with proposal of protection the place of failure and assure building s safety.