1 Instytut Budownictwa Wodnego PAN, ul. Kościerska 7, Gdańsk, tel , kom.

Transkrypt

1 ZALECENIA dotyczące zabezpieczenia się przed osuwiskami i postępowania w przypadku ich wystąpienia OPRACOWAŁ : Lesław Zabuski Instytut Budownictwa Wodnego PAN w Gdańsku 1 przy współpracy Państwowego Instytutu Geologicznego, Oddział Karpacki w Krakowie oraz Instytutu Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania PAN, Stacja Naukowa w Szymbarku 1 Instytut Budownictwa Wodnego PAN, ul. Kościerska 7, Gdańsk, tel , kom , lechu@ibwpan.gda.pl

2 CZĘŚĆ 1 PRZYCZYNY POWSTAWANIA POSTĘPOWANIE ZABEZPIECZAJĄCE

3 UWAGI OGÓLNE Karpaty są bardzo podatne na tworzenie się osuwisk. Rejony Gorlic I Szymbarku - mieszkańcy, urządzenia techniczne, drogi, brzegi potoków - są szczególnie na nie narażone. Celem WSKAZÓWEK jest zwiększenie świadomości zagrożenia i przedstawienie oraz wyjaśnienie pewnych problemów, związanych z osuwiskami. Można przyjąć, że poniższe uwagi I wskazania pomogą społeczności lokalnej, żyjącej na terenie zagrożonym oraz administracji terenowej w zrozumieniu tych procesów i stanowić będą poradnik, mówiący, jak postępować w przypadku wystąpienia osuwiska. Niektóre wskazówki mogą wydawać się oczywiste, jednak jak wskazuje codzienna praktyka nawet oczywiste działania przeciwdziałające osuwiskom nie są podejmowane. Trzeba podkreślić, że niniejsze wskazówki, choć opracowane dla terenu badań (Szymbark, Bystra), mogą znaleźć zastosowanie także na innych terenach. JAKIEGO RODZAJU DZIAŁAŃ NALEŻY UNIKAĆ? Powstanie lub odnowienie się osuwiska jest w większości przypadków związane z czynnikami niezależnymi od działań człowieka z ukształtowaniem terenu, geologią, ciśnieniem wody podziemnej, podcięciem zbocza przez ciek wodny. Nie jesteśmy w stanie tych czynników zmienić i musimy z nimi żyć. Są jednakże sytuacje, w których osuwisko może powstać w wyniku niewłaściwych działań człowieka. Poniżej przedstawiono przykłady pewnych działań, których nie należałoby podejmować i pewnych zjawisk, których można byłoby uniknąć, gdyby oznaki osunięcia zostały wcześnie zauważone I podjęto by odpowiednie środki zaradcze. Dla ułatwienia zrozumienia wywodu, tekst ilustrowano fotografiami.

4 Konstrukcje na terenie źle zbadanym i rozpoznanym Przyczyny: Słaba stateczność terenu wskutek niekorzystnych a jednocześnie niedokładnie i niedostatecznie rozpoznanych warunków geologicznych. Podłoże drogi i jej otoczenie niewłaściwie rozpoznane z punktu widzenia istnienia osuwiska lub możliwości jego powstania. Przeciwdziałanie: Przed wykonaniem budowli (budynku, drogi, mostu) konieczne jest przeprowadzenie dokładnego rozpoznania geologicznego I hydrogeologicznego (warunków wodnych) Podłoże drogi powinno być umocnione (niekiedy konieczna jest wymiana gruntu), a materiał budowlany nie może być zbyt sztywny, aby mógł się deformować bez pęknięć w przypadku niewielkich przemieszczeń; z drugiej strony materiał nie może być zbyt podatny, gdyż byłby on poddany dużym przemieszczeniom, stawiając mały opór Przed rozpoczęciem budowy warto sprawdzić, czy można będzie budowlę ubezpieczyć, a po zakończeniu budowy warto to uczynić

5 Podcięcie zbocza Przyczyny: Zbyt duże podcięcie (wybranie materiału z rejonu podstawy zbocza) podczas wykonania drogi, budynku, itp. Brak rozpoznania geologicznego I analizy stateczności, które należałoby wykonać przed przystąpieniem do prac. Nierozsądne zachowanie wykonawcy I inwestora. Przeciwdziałanie: Dokładne rozpoznanie geologiczne I hydrogeologiczne przed rozpoczęciem prac (w ramach dokumentacji geologiczno-inżynierskiej); często źle pojęte oszczędzanie na badaniach staje się przyczyną zniszczenia konstrukcji i w efekcie ponoszenia wysokich kosztów jej naprawy koszt badań jest bardzo niski w porównaniu zn kosztami wynikającymi ze zniszczenia budowli Obliczenia stateczności zbocza z uwzględnieniem zmian profilu (na skutek podcięcia), obciążenia przez budowlę oraz środków zabezpieczających Podcięcie zbocza na jak najmniejszej szerokości I następnie wykonanie zabezpieczenia podciętej części, dopiero potem podcinanie kolejnego odcinka; stateczność zależy bowiem od szerokości podciętej strefy, im jest ona większa, tym niższa stateczność Najlepszym choć nie zawsze możliwym jest takie zaprojektowanie budowli, aby uniknąć podcinania

6 Budowle w bezpośrednim sąsiedztwie stromego zbocza Przyczyny: Lokalizacja budowli pod stromym zboczem. Nadkład czwartorzędowy (słaby grunt) może zsuwać się z dużą prędkością, szczególnie podczas bardzo intensywnych opadów. Ściany budynków od strony zbocza ulegają zniszczeniu I przewróceniu (w budynku na fotografiach jedna osoba poniosła śmierć). Przeciwdziałanie: Przy wyborze lokalizacji budynku należy wziąć pod uwagę miejsca położone niezbyt blisko zbocza. Nawet wówczas, gdy nachylenie zbocza nie jest duże, może ono zsuwać się powoli, także powodując zniszczenia Drzwi wejściowe I w miarę możliwości okna do budynków powinny znajdować się po stronie przeciwnej do zbocza W przypadku budynków już istniejących warto wykonać prace stabilizujące, takie jak drenowanie, podpory, zmiana kształtu (usunięcie gruntu z wyższych partii zbocza, zalesienie

7 Niewłaściwa lokalizacja drogi, intensywny ruch, niewłaściwe utrzymanie drogi Przyczyny: W przypadku wykonania drogi na zboczu, na którym wcześniej obserwowano deformacje można się spodziewać, iż droga może zostać wcześniej czy później zniszczona. Dodatkową przyczyną zniszczenia może być intensywny ruch kołowy, zwłaszcza ciężkich pojazdów. Złe utrzymanie drogi, brak napraw spękanej nawierzchni, zaniedbany system odwodnienia, są to dodatkowe przyczyny przyśpieszenia zniszczeń dróg. Przeciwdziałanie: Ograniczenie ruchu ciężkich pojazdów oraz maksymalnej dopuszczalnej prędkości Wprowadzenie jeśli to możliwe ruchu jednokierunkowego Podparcie skarpy poniżej drogi, poprzedzone badaniem geologicznym I obliczeniową analizą stateczności Systematyczne czyszczenie I naprawy systemu odwodnienia Naprawa spękanej nawierzchni spękanych pęknięć (zamknięcie dród infiltracji wody pod powierzchnię drogi) Zmiana lokalizacji drogi (w miarę możliwości)

8 Zniszczenie koryta I brzegów cieku wodnego (rzeka, potok)

9 Przyczyny: W czasie I po intensywnych, czasami długotrwałych opadach I wskutek wysokiego poziomu wody w korycie, brzegi ulegają osunięciom I rozmywaniu. Niekiedy tworzą się wskutek tego zapory, zaburzające przepływ wody. Małe z początku uszkodzenia brzegu mogą przenosić się w górę zbocza, powodując powstawanie większego osuwiska. Niekiedy przyczyną tego są nieprzemyślane działania człowieka (tak, jak to pokazano na fotografiach powyżej). Przeciwdziałanie: Brzegi cieku powinny być zabezpieczone konstrukcjami inżynierskimi; w miarę możliwości powinny to być środki ekologiczne, w których wykorzystuje się roślinność (faszyna, gałęzie, itp.) W każdym przypadku większej inwestycji (budowy, naprawy) konieczna jest współpraca geologa I geotechnika Starannie wykonany system drenażu powierzchni powyżej cieku jest pomocny w utrzymaniu stateczności zbocza Koryto rzeki powinno zostać przełożone bądź ujęte w przewód podziemny (rura); takie rozwiązanie ma podwójne działanie pozytywne uniemożliwia podmywanie brzegów I tworzy dodatkowe podparcie dla zbocza Koryto powinno byc odpowiednio wyprofilowane, a dla rozproszenia energii wody, należy w nim wykonać progi I bloki, rozpraszające energię wody

10 Droga spływu wody Pęknięcia i nieregularności na powierzchni terenu Przyczyny: Przyczyn może być wiele. Najczęściej jest to skutek osłabienia gruntu I skały przez wode, infiltrującą w głąb zbocza I sił od niej pochodzących. W przypadku nawierzchni drogi pęknięcia są pierwszym objawem zniszczenia, które może rozwijać się, prowadząc do znacznych uszkodzeń. Podobnie jest w przypadku powierzchni zboczy. Przeciwdziałanie: Powierzchnia zbocza: należy zamknąć pęknięcia poprzez ich wypełnienie materiałem nieprzepuszczalnym (np. Iłem, gliną), podparcie osunięć jeśli takie występują, zainstalowanie powierzchniowych rowów odwadniających dookoła miejsc, w których widoczne są pęknięcia Droga: należy obserwować nawierzchnię a w przypadku powiększania się pęknięć, nierówności, rozstępów, przystąpić jak najszybciej do przebudowy drogi; konieczne jest również wyczyszczenie i naprawa systemu odwodnienia drogi oraz zamknięcie dróg dopływu wody do miejsc uszkodzonych

11 Drenaż, odwodnienie Brak drenażu Zbyt sztywne elementy drenażu na deformującym sie zboczu Zniszczony lub zanieczyszczony przepust pod drogą Zniszczony rów drenażowy

12 Przyczyny Brak odwodnienia, system zaniedbany lub niewłaściwie zaprojektowany i wykonany Przeciwdziałanie: W przypadku każdej konstrukcji konieczne jest rozpoznanie warunków wodnych (hydrogeologicznych) Należy zaprojektować poprawny system drenażu, z uwzględnieniem bilansu wody na zboczu, czyli wzięciem pod uwagę ilości wody dopływającej i odpływającej ze zbocza I otoczenia Elementy drenażu muszą być dostosowane do warunków lokalnych z jednej strony nie powinny być zbyt sztywne, z drugiej zbyt podatne Rowy drenażowe wzdłuż drogi powinny być wyłożone trwałym materiałem (niezbyt sztywnym); muszą być one systematycznie czyszczone (tak często jak to możliwe I konieczne) należy usuwać roślinność I nieczystości wypełniające rowy a w przypadku zniekształcenia, rowy powinny być odbudowane zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami Mokre, błotniste I bagniste tereny na zboczach powinny być systematycznie odwadniane przez rowy oraz osuszane Należy często sprawdzać drożność przepustów drogowych, in usuwać z nich nieczystości Należy wyrównywać zagłębienia powierzchni terenu, aby nie dopuścić do gromadzenia się w nich wody, która będzie infiltrować w głąb zbocza Pęknięcia, szczeliny, pojawiające się na powierzchni terenu należy zamykać przez wypełnienie nieprzepuszczalnym materiałem (iłem, gliną, itp.) Zaleca się wykonywanie drenów podziemnych o głębokości do 3 metrów (opisane w części 2)

13 CZĘŚĆ 2 ŚRODKI ZAPOBIEGAWCZE I STABILIZUJĄCE PROSTE METODY STABILIZOWANIA

14 ZALECANE DZIAŁANIA W ZALEŻNOŚCI OD WARUNKÓW STATECZNOŚCI ZBOCZA Stabilizowanie zbocza Prace naprawcze Drenowanie powierzchni (istniejące osuwisko) mokrych (stale lub okresowo) Zbocze stateczne F > 1.15 ( )* małe prawdopodobieństwo zniszczenia Zbocze słabo stateczne F = średnie prawdopodobieństwo zniszczenia Zbocze niestateczne F < 1.0 wysokie i bardzo wysokie prawdopodobieństwo zniszczenia Zabezpieczenie powierzchni (np. obsianie trawą, zalesienie) Ustabilizowanie i wzmocnienie powierzchni terenu (żywopłoty, gałęzie) Kombinacja metod inżynierskich tradycyjnych i z wykorzystaniem roślinności Kombinacja roślinności oraz metod i środków inżynierkich * F - WSKAŹNIK STATECZNOŚCI ZBOCZA; wartości przyjęte jako bezpieczne w przypadku zboczy w sąsiedztwie budowli (budynków, dróg, itp.) PRZYKŁADY (1) ZALESIENIE

15 (2) STABILIOWANIE POWIERZCHNI ROŚLINNOŚCIĄ (a) Kolejność postępowania 30 cm 50 cm Wiązka faszyny, minimum 5 żywych gałązek wierzby (średnica 50 mm), spięcie drutem w rozstawie 70 cm 2. Pręt stanowy; długość 60 cm, rozstaw 80 cm 3. Pal drewniany lub stalowy; długość 100 cm, rozstaw 80 cm (b) 1-3 m m min.10 o Gałęzie, pędy wierzby 2. Gałęzie drzewa iglastego 3. Okrąglak (średnica 8-12 cm)

16 (3) DRENAŻ POWIERZCHNIOWY cm cm cm cm Żywa gałąź Rura drenażowa Żwir cm Żywe gałęzie ca. 40 cm ca. 80 cm Geokrata Żywa gałąź Martwe gałęzie Geowłóknina+ Bentomata Grunt (4) DRENAŻ PODZIEMNY Żwir Geowłóknina Grunt zagęszczony Grunt Rura perforowana PCW Żwir Rura perforowana PCW

17 (5) KONSTRUKCJE OPOROWE (A - inżynierskie) Grunt wypełniający Geowłóknina Mur oporowy Grunt wypełniający Grunt gruboziarnisty (żwir) Otwór drenażowy Piasek średnioi gruboziarnisty Gabion Geowłóknina Piasek średnioi gruboziarnisty Warstwy z materiału sztucznego (np. geowłóknina, geokrata) Rura perforowana Geowłóknina i grunt gruboziarnisty

18 (B - roślinność) Oryginalny profil zbocza (przed osunięciem) Materiał drenujący (warstwa żwiru, o grubości cm) Profil zbocza przed odbudową Żywe gałęzie Rura drenażowa Żywe gałęzie wierzby w szczelinach między kamieniami

19 15-20 cm Gabion m m

20 (6) REGULACJA CIEKÓW WODNYCH (ROZPRASZANIE ENERGII WODY, STABILIZOWANIE BRZEGÓW) Zbocze z czynnym osuwiskiem Gabiony Zapora regulująca Rzeka, potok Koryto Grunt/Skała

21 Rzeka, potok Rzeka Potok Rzeka, potok

22 CZĘŚĆ 3 OBSERWACJE ZACHOWANIA SIĘ ZBOCZY

23 ZASADY I METODY Obserwowanie zachowania się zboczy (zwane również monitorowaniem, monitoringiem) jest ważnym elementem zarządzania ryzykiem osuwiskowym. Dzięki niemu można wcześniej zauważyć oznaki niekorzystnych procesów na zboczu lub obserwować jego zachowanie się po wykonaniu prac stabilizacyjnych. Wcześnie zauważone niekorzystne zmiany umożliwiają szybką reakcję, dzięki czemu w pewnych przypadkach można zapobiec rozwijaniu się osuwiska lub co najmniej zminimalizować straty, które mogłyby powstać w przyszłości. Wszystko według starej zasady: lepiej zapobiegać chorobie, niż ją leczyć. Istnieje wiele metod obserwowania od bardzo prostych do skomplikowanych. Te pierwsze, to obserwacje wizualne. Wystarczy oglądać powierzchnię terenu, co pozwala spostrzec zmiany na niej zachodzące. Najłatwiej zauważa się zmiany w postaci pęknięć, rozwartych szczelin. Trudniejsze do stwierdzenia jest powstawanie nierówności terenu te można zaobserwować dopiero wówczas, gdy są względnie duże i wyraźne. Trzeba zauważyć, że w tym przypadku najlepszymi obserwatorami są mieszkańcy terenu, na którym zmiany się pojawiają. Ich spostrzeżenia są cenne, jednak nie ma systemu przekazywania informacji (przez nich) do władz administracyjnych. Dlatego najczęściej nic nie wiadomo o tworzeniu się osuwiska do czasu, gdy przemieszczenia są bardzo duże, a straty materialne znaczne. Obserwacja wizualna daje w rezultacie informację jakościową; Naj jej podstawie można powiedzieć, że zmiany i formy są duże, małe, szerokie, wąskie, szybkie, powolne, itp. Jednak dopiero informacje o charakterze ilościowym pozwalają na dokładniejsze rozpoznanie ruchu i podjęcie decyzji o przeciwdziałaniu (bądź nie) powstającemu zagrożeniu. Aby takie informacje uzyskiwać, potrzebne są pomiary. Najwłaściwsze są pomiary przemieszczeń powierzchniowych i podziemnych a to z uwagi na względną łatwość mierzenia i analizowania wyników. Urządzenia pomiarowe są z reguły niedostępne lub trudno dostępne. Nawet jeśli są one do dyspozycji i wykonuje się pomiary, pozostaje problem analizy wyników i wyciągania właściwych wniosków. Jednakże można wykonywać we własnym zakresie proste urządzenia, pozwalające na przybliżony pomiar przemieszczenia. Są to różnego rodzaju i konstrukcji szczelinomierze lub mierniki odległości. Bardziej zaawansowane pomiary powierzchniowe może wykonywać firma geodezyjna. Najprostsze są pomiary niwelacyjne, umożliwiające rejestrowanie zmian wysokości wybranych punktów na zboczu. Trudniej jest prowadzić pomiary przemieszczenia poziomego, a ich dokładność jest mniejsza niż w przypadku niwelacji. Najpełniejszą informację o ruchu jego głębokości, prędkości dają pomiary wgłębne wykonywane w otworach metodą inklinometryczną. Niezależnie od metody pomiarowej, wszystkie informacje o przemieszczeniach są cenne i zawsze dają mniej lub bardziej wiarygodny pogląd o tym, czy zachodzi ruch zbocza, czy jest on przyśpieszony, czy się stabilizuje. W tej części wskazówek przedstawiono proste schematy metod i urządzeń pomiarowych oraz przykładowo pokazano, jakie korzyści można osiągnąć dysponując ich wynikami.

24 PRZYRZĄDY I METODY POMIAROWE - PRZYKŁADY ZMIANY ROZWARCIA SZCZELINY LUB ZMIANY ODLEGŁOŚCI MIĘDZY DWOMA PUNKTAMI Przyrząd ma prostą konstrukcję. Składa się z dwóch prętów, wbitych w ziemię i drutu (3) łączącego pręty. Na pręcie poniżej szczeliny zamocowana jest rolka (4), na którą nawinięty jest drut. Na końcu drutu umocowany jest ciężarek (5). Rozwieranie się szczeliny (lub zmiana odległości między prętami) powoduje unoszenie się ciężarka. Wielkość tego unoszenia odczytuje się na skali (6). Wielkość ta odpowiada zmianie rozwarcia szczeliny, lub zmianie odległości między prętami szczelina 2 - pręt wbity w ziemię powyżej szczeliny 3 - drut 4 - rolka 5 - ciężarek 6 - miarka POMIAR NIWELACYJNY OSIADANIE TERENU Ruch osuwiska powoduje osiadanie punktu P. Przyrząd pomiarowy (niwelator 1) pozwala zmierzyć wielkość tego osiadania. 1 Pomiar osiadania P Osiadanie punktu P - punkt osiadający 1 - przyrząd pomiarowy (niwelator) Osuwisko Ośrodek nienaruszony

25 INKLINOMETRYCZNY POMIAR PRZEMIESZCZENIA PODZIEMNEGO (a) Zasady Otwór w zboczu, w momencie wykonania jest prosty. Jeśli na pewnej głębokości zachodzi ruch osuwiskowy (np. wzdłuż powierzchni 3), otwór ulega skrzywieniu. Przyrząd pomiarowy inklinometr (1), połączony z miernikiem (2), pozwala zmierzyć wielkość tego skrzywienia. Pomiar pierwszy pozwala ustalić początkowy kształt otworu. Pomiar drugi umożliwia określenie kształtu otworu po pewnym czasie. Różnica między kształtem początkowym i określonym w drugim pomiarze odpowiada przemieszczeniu otworu. Następne pomiary umożliwiają określenie zmian w czasie, tj. przemieszczanie się otworu, czyli zbocza w miejscu jego położenia. Pomiary inklinometryczne dają informację nie tylko na temat wielkości przemieszczenia, ale pozwalają również określić głębokość zsuwu inklinometr 2 - miernik 3 - powierzchnia zsuwu Osuwisko 3 Podłoże OTWÓR 1 Osuwisko 3 Podłoże (b) Określenie kształtu osuwiska Wykonanie pomiarów w kilku otworach pozwala ustalić kształt osuwiska i głębokość zsuwu OTWÓR BRYŁA ZSUWU OTWÓR

26 (c) Przykładowe wyniki Głębokość [m] Przemieszczenie [mm] (a) STREFA POŚLIZGU Pomiar LEGENDA odniesienia 20 IX X XI XII II III IV V VI VIII IX X XI XII I II III IV V VI VIII IX X XI2003 Głębokość [m] Przemieszczenie [mm] (b) STREFA POŚLIZGU Pomiar odniesienia LEGENDA 24 VI VIII IX X XI XII I II IV V VI VIII IX X XI2003 ZALETY POMIARÓW INKLINOMETRYCZNYCH Określenie z dużą dokładnością wielkości i kierunku przemieszczenia poziomego zbocza w punktach lokalizacji otworów pomiarowych Określenie głębokości powierzchni zsuwu Łatwość i szybkość wykonania Możliwość analizy wyników w krótkim czasie po zakończeniu pomiaru Niski koszt (np. w stosunku do pomiarów geodezyjnych)

27 POMOCNICZA ROLA POMIARÓW W OBSERWOWANIU ZACHOWANIA SIĘ ZBOCZA i KONSTRUKCJI Pomiary wykazywały przemieszczenie (1), dlatego zaprojektowano i wykonano drenaż zbocza. Prędkość przemieszczenia zmniejszyła się (2), ale zbocze nie ustabilizowało się całkowicie. Dlatego wykonano mur oporowy i dzięki temu nastąpiła jego pełna stabilizacja. Po pewnym czasie zaobserwowano ponowne przemieszczenia (4). Stwierdzono, że przyczyną jest zanieczyszczenie i uszkodzenia elementów drenażu oraz muru. Dokonano napraw, oczyszczono system drenujący i dzięki temu zbocze ustabilizowało się ponownie (5). Brak pomiarów nie pozwoliłby na zaobserwowanie ruchu (1), co mogłoby doprowadzić do zniszczenia zbocza. Następnie gdyby nie mierzono przemieszczenia nie można byłoby stwierdzić, czy drenaż spowodował pełną stabilizację zbocza. Dzięki pomiarom zauważono, iż nie jest on wystarczający (2), dlatego wykonano mur oporowy. Pomiary po zakończeniu prac, czyli w czasie eksploatacji, pozwoliły zauważyć, iż po pewnym czasie zachodzą ponowne przemieszczenia (4). Poszukując przyczyn stwierdzono, że niektóre elementy systemu drenażu oraz mur oporowy są uszkodzone. Dokonano napraw i dzięki temu nastąpiła ponowna stabilizacja (5). Przykład pokazuje, jakie znaczenie mogą mieć pomiary w obserwowaniu zachowania się zbocza i konstrukcji stabilizujących. Czas Przemieszczenie Zniszczenie! Zniszczenie! 1 - obserwowany (mierzony) zsuw 2 - wykonanie drenażu 3 - wykonanie muru oporowego 4 - zanieczyszczenie drenażu, uszkodzenie muru 5 - oczyszczenie drenażu, naprawa muru 4 5 Zniszczenie!