Badania geologiczno-inżynierskie podłoża gruntowego obiektów dla rozbudowy podziemnych magazynów gazu ziemnego Strachocina w Karpatach fliszowych

Transkrypt

1 WARSZTATY 9 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str. 1 1 Zbigniew BEDNARCZYK Instytut Górnictwa Odkrywkowego Poltegor-Instytut, Wrocław Badania geologiczno-inżynierskie podłoża gruntowego obiektów dla rozbudowy podziemnych magazynów gazu ziemnego Strachocina w Karpatach fliszowych Słowa kluczowe geologia inżynierska, monitoring geotechniczny, badania in-situ, testy laboratoryjne Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki badań podłoża gruntowego dla celów posadowienia obiektów infrastruktury związanych z podziemnym magazynowaniem gazu. Do roku 1 planuje się zwiększyć pojemność magazynów Strachocina ponad dwukrotnie o 15 mln m 3. Niezbędne jest w tym celu posadowienie sprężarek, chłodni gazu i innych budynków na skrzydle antykliny fliszowej cechującej się zmiennymi parametrami wytrzymałościowymi i skomplikowaną budową tektoniczną. W celu rozpoznania budowy podłoża wykonano wiercenia rdzeniowe, opróbowanie NNS, profilowania GPR, badania podstawowych parametrów fizycznych gruntów, edometryczne badania ściśliwości oraz badania parametrów wytrzymałościowych gruntów w aparacie bezpośredniego ścinania. Zastosowanie różnorodnych metod badawczych, monitoringu inklinometrycznego i piezometrycznego oraz modelowanie stateczności pozwoliło na charakterystykę podłoża gruntowego. Stwierdzono wyraźną różnicę pomiędzy płaskim obszarem zlokalizowanym na szczycie antykliny, charakteryzującym się płytkim zaleganiem skał zwięzłych a dolinami na północ i południe od niego, gdzie wykryto przemieszczenia wgłębne. Posadowienie projektowanej infrastruktury, w taki sposób, aby zapewnić jej maksymalne bezpieczeństwo, jest możliwe. Wymagać to będzie jednak zmian w projekcie, przeniesienia części obiektów oraz posadowienia pozostałych na fundamentach palowych. Niezbędne będzie także prowadzenie monitoringu w celu kontroli wykonanych zabezpieczeń 1. Wstęp W miejscowości Strachocina, koło Sanoka wyeksploatowane krajowe złoże gazu wykorzystywane jest w celu jego podziemnego magazynowania. Do roku 1, Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo planuje powiększyć pojemność magazynu ponad dwukrotnie do 33 mln m 3. Wykonany w tym celu projekt budowlany przewiduje posadowienie obiektów technicznych oraz budynków na stoku zbudowanym z gruntów fliszowych (rys. 1.1). 1

2 Z. BEDNARCZYK Badania geologiczno inżynierskie podłoża gruntowego obiektów... Rys Teren projektowanej inwestycji Fig Design investment area Obszar przewidziany do tego celu ma szerokość ok. m i długość ok. m. Górna część terenu jest stosunkowo płaska, natomiast w kierunku północnym i południowym nachylenie zboczy się zwiększa, w niektórych miejscach osiągając %. W kierunku północnym, po obydwu stronach terenu projektowanej inwestycji, zlokalizowane są dwie głębokie doliny (rys. 1.). Dla określenia warunków geologiczno-inżynierskich, inwestor początkowo wykonał wstępnie wiercenia ręczne, jednak ze względu na płytkie występowanie wód gruntowych oraz niekorzystne warunki geotechniczne, zdecydował się na wykonanie szczegółowych badań oraz instrumentację stoku. W dokumentacji wykorzystano metody badań użyte przez autora we wcześniejszych projektach w Karpatach [-9]. Wykonano wiercenia rdzeniowe, badania laboratoryjne pobranych próbek gruntów oraz wstępne obliczenia stateczności, zgodnie z PN [3-9]. Instrumentacja zawierała instalację sprzętu do pomiarów przemieszczeń wgłębnych, ciśnienia porowego i poziomu wód gruntowych. W badaniach wykorzystano także wnioski z badań rejonów zagrożonych procesami osuwiskowymi w Polsce [1,19-,31,33,35,37] oraz zagranicą [1,1,15,17,19,,3,3]. Dokumentacja dostarczyła nowych danych dotyczących parametrów wytrzymałościowych i budowy podłoża gruntowego projektowanej inwestycji. Stwierdzono, że rejon ten charakteryzuje się skomplikowaną budową geologiczną i tektoniczną. Jego górna część zbudowana jest ze zwięzłych, zapadających pionowo iłołupków i iłowców, natomiast pozostałe części terenu, schodzą do dolin charakteryzujących się niekorzystnymi parametrami, co wyraża się występowaniem silnie nawodnionych zwietrzelin, pospółek gliniastych, glinami i iłów do głębokości 11-1m poniżej powierzchni terenu.

3 WARSZTATY 9 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie A A1 () 5 C1 B1 Y A 1P X1 CC1(1/1) () P Y1 C CO( 1/1)) 5P 3P CC5(/) CC3(/1) (1) 13.5 X () B P CC(/) C () CC1(/1) P A LEGENDA A1 profilowania GPR otwory wiertnicze (gleb. otw. ) inklinometry (gleb. otw. / gleb. inklin.) piezometry/czujniki cisnienia porowego granice osuwisk przekroje geologiczno - inzynierskie uskoki - m Rys. 1.. Mapa dokumentacyjna Fig. 1.. Site documentation map. Budowa geologiczna Badany obszar zlokalizowany był w obrębie antykliny Strachociny przebiegającej poprzez wschodnią cześć Centralnej Depresji Karpackiej (pomiędzy Dolinami Sanu i Wisłoka). Podłoże reprezentowały utwory trzeciorzędowe fliszu Karpackiego składającego się ze skał osadowych serii łupkowo-piaskowcowej, powstałych w okresie paleogenu. Zostały one wypiętrzone podczas fałdowania alpejskiego tworząc struktury fałdowe i płaszczowiny. Fałd występujący w rejonie Strachociny jest strukturą antyklinalną, w osi której na powierzchnię wychodzą, starsze eocenśkie łupki pstre i warstwy hieroglifowe, a po obu jej stronach znajdują się oligoceńskie łupki, piaskowce i rogowce - warstwy melinitowe. Miąższość łupków pstrych wynosi w badanym rejonie do 35m [1,3]. Antyklina cechuje się stromym ułożeniem skrzydeł fałdu i bardziej łagodnym, ale zmiennym ułożeniem warstw na jego grzbiecie. Budowa tego typu predysponowała teren do występowania zespołów spękań i nieciągłości dysjunktywnych w strefach przegubowych fałdu. Tego typu zaburzenia zostały stwierdzone w wykonanych pracach wiertniczych i badaniach geofizycznych. Główne linie uskoków o kierunku NW-SE, przecięte są porzecznymi dyslokacjami o przebiegu SW-NE. Ukształtowanie powierzchni terenu uformowane zostało częściowo w trzeciorzędzie oraz jest wynikiem działalności niszczących czynników rzeźbotwórczych, które przyczyniły się do powstania głębokich dolin rzecznych. 3

4 Z. BEDNARCZYK Badania geologiczno inżynierskie podłoża gruntowego obiektów... W czwartorzędzie powstały pokrywy deluwialno-zwietrzelinowe i zboczowe o miąższości 3-1 m, wykształcone w postaci pospółek gliniastych, glin pylastych zwięzłych z domieszka rumoszu skalnego, spoczywającego na zwietrzelinach warstw skalnych. Pod względem litologicznym skały reprezentowały naprzemianlegle ułożone warstwy fliszu łupkowego a w przypowierzchniowej części zwietrzeliny. Ukształtowanie powierzchni było w części terenu formowane przez procesy paleoosuwiskowe i zjawiska geodynamiczne. 3. Zakres badań geologiczno-inżynierskich W celu określenia warunków geologiczno-inżynierskich terenu projektowanej inwestycji wykonano wiercenia, badania laboratoryjne, badania geofizyczne-profilowania georadarowe oraz ionstrumentację i monitoring przemieszczeń wgłębnych i ciśnienia porowego. 3.1 Wiercenia rdzeniowe Wykonano 1 otworów rdzeniowych o długości 15 m, średnicy 13 mm, podwójnym aparatem rdzeniowym, makroskopowy opis gruntów i polowe badania wytrzymałości na ścinanie. Pobrano także 5 próbek do badań laboratoryjnych. W celu zbadania, czy rejon inwestycji jest miejscem bezpiecznym dla posadowienia projektowanych obiektów, w wykonanych otworach zainstalowano sześć punktów pomiarów przemieszczeń wgłębnych do głębokości od do 1 m poniżej powierzchni terenu oraz dwa czujniki ciśnienia porowego wód gruntowych i cztery piezometry z filtrem na głębokości 5m. 3. Badania geofizyczne Pomiędzy wykonanymi otworami, wykonano osiem profilowań georadarowych GPR z użyciem anteny MHz. Wykonano osiem profilowań łącznie 13 m w kierunku zgodnym i poprzecznym do nachylenia stoku (rys. 3.1, 3.). Miały one za zadanie uszczegółowienie budowy geologicznej. Profile GPR zostały zaplanowane przez autora zgodnie z przekrojami geologiczno-inżynierskimi i skorelowane z otworami dokumentacyjnymi. Pozwoliło to na uszczegółowienie profili geologiczno-inżynierskich oraz bardziej dokładne rozpoznanie tektoniki podłoża do głębokości 15- m. Kalibracja głębokości profilowań została wykonana na podstawie wykonanych otworów wiertniczych. W tym celu dla różnych rodzajów skał występujących w podłożu. tzn. zwięzłych łupków i mułowców, iłowców oraz koluwiów przyjęto charakterystyczne wartości diaelektryczne tłumienia (dbm -1 ) i przepuszczalności fal elektromagnetycznych (Daniels ). Dane były następnie interpretowane w programie GroundVision oraz topografizowane za pomocą programu CorelDraw. W wyniku interpretacji wykazano że koluwia znajdują się do głębokości 7 9 m poniżej powierzchni terenu. Opowiadało to najbardziej zawodnionym koluwiom z otworów dokumentacyjnych. Profilowania umożliwiły uszczegółowienie informacji dotyczących tektoniki i stratygrafii badanego terenu jak również, w powiązaniu z danymi dokumentacyjnymi i instrumentacją, głębokości zalegania gruntów koluwialnych. Należy jednak zwrócić uwagę że interpretacja profilowń GPR możliwa była dzięki stosunkowo dużej ilości danych dokumentacyjnych, monitoringowych. Było to uzasadnione tym, że w metodzie georadarowej głębokości zalegania poszczególnych warstw są wynikiem interpretacji i wymaga ona bardzo oraz uważnej kalibracji wyników.

5 WARSZTATY 9 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys Przekrój georadarowy A-A (podłużny) Fig Ground Penetration Radar A-A1, longitiudinal cross-section Rys. 3.. Przekrój georadarowy B-B1 (poprzeczny) Fig. 3.. Ground Penetration Radar B-B1, transverse cross-section 5

6 Z. BEDNARCZYK Badania geologiczno inżynierskie podłoża gruntowego obiektów Instrumentacja i monitoring Aby zbadać czy w podłożu gruntowym projektowanej inwestycji występują aktywne przemieszczenia wgłębne oraz w celu poznania poziomu wahań zwierciadła wód gruntowych i parametrów ciśnienia porowego, w okresie od maja do lipca, zainstalowano system monitoringu osuwiska. System ten został rozbudowany o dwa dodatkowe punkty, na przełomie /9. W sumie zainstalowano m rur inklinometrycznych ABS, o średnicy 7 mm, dwa pneumatyczne mierniki ciśnienia porowego oraz trzy piezometry z filtrem umieszczonym na głębokości 5 m. Pomiary wykonywano, co.5 m z dokładnością od.1 do.3 mm, dwupłaszczyznową sondą, mierzącą nachylenie w płaszczyznach A (zgodnym z kierunkiem osuwiska) i B (prostopadłym do niego, odwróconym o 1 o ). Były one powtarzane w celu eliminacji błędów. Nachylenia rur wyrażone w stopniach przeliczono na wielkości przemieszczeń poziomych w milimetrach na podstawie funkcji trygonometrycznych [13]. Umożliwiło to określenie wielkości, głębokości i kierunku ruchu osuwiska. Przemieszczenia w każdym z otworów i dla każdej serii pomiarowej były obliczane poprzez porównania bieżących odczytów z początkowymi z zastosowaniem wzoru : iy u = Lx [sin( θ ) sin( θ )] (1) gdzie: θ iy - nachylenie sondy w (i) sekcji pomiarowej (y) serii pomiarowej, θ - nachylenie sondy w (i) sekcji pomiarowej w pomiarze zerowym. io Skumulowane przemieszczenia były obliczane jako suma wszystkich jednostkowych przemieszczeń u od dołu do góry otworu według wzoru: iy iy iy = {Lx[sin( θy iy ) sin( θio )]} io u () Do końca lutego 9, w zależności od punktu wykonano od 3 do serii pomiarowych (tab. 3.1, 3., 3.3). W punkcie zlokalizowanym w dolnej części projektowanej inwestycji (rys. 3.3) po dziewięciu pomiarach kontrolnych (maj luty 9) sumaryczne przemieszczenia w kierunku A były zmienne i w zależności od głębokości wynosiły mm do głębokości 1 m. Największe przemieszczenia występowały do głębokości 1 m. W środkowej części terenu po wykonaniu cykli pomiarowych (lipiec luty 9) sumaryczne przemieszczenia do głębokości 11-1 m wyniosły mm (rys. 3.). Przemieszczenia na poszczególnych głębokościach były zmienne, co wskazuje, że koluwia są niejednorodne. Na południe od terenu projektowanej inwestycji (rys. 3.5), pomimo wykonania jedynie trzech serii pomiarowych, także stwierdzono przemieszczenia. mm do głębokości 1.5 m. Pomiary w górnej części terenu charakteryzującej się korzystnymi parametrami wytrzymałościowymi nie stwierdziły jak dotąd przemieszczeń (CC5).

7 WARSZTATY 9 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Deflection (mm) - - LEGEND Initial 1 V 3 VI VII 1 VIII 11 IX 1 X 13 XII 1 I9 1 II9 Deflection (mm) - - Depth (m) Depth (m) ,9 mm at 17,3 m7,1 mm at, m 1 1 -, mm at 5,3 m 5, mm at, m Cumulative Deflection Cumulative Deflection Direction A Direction B Underground Gas Storage Strachocina, Inclinometer CC1 PGNIG Sanok Strachocina Rys Skumulowane przemieszczenia inklinometr CC1 - dolna część terenu Fig Cumulated displacements inclinometer CC1-lower part of research area Deflection (mm) - - LEGEND Initial 1 VII 1 VIII 11 IX 1 X 13 XII 1 I9 1 II9 Deflection (mm) - - Depth (m) Depth (m) , mm at,3 m 5, mm at, m1 1 -,9 mm at 15,3 m5, mm at, m Cumulative Deflection Cumulative Deflection Direction A Direction B Underground Gas Storage, Inclinometer CC PGNIG Sanok Strachocina Rys. 3.. Skumulowane przemieszczenia inklinometr CC - środkowa część terenu Fig. 3.. Cumulated displacements inclinometer CC-central part of research area Deflection (mm) LEGEND Initial 1 XII 1 I9 1 II9 Deflection (mm) Depth (m) 5 5 Depth (m) , mm at, m, mm at, m, mm at, m 1, mm at, m Cumulative Deflection Cumulative Deflection Direction A Direction B Underground Gas Storage, Inclinometer CC PGNIG Sanok Strachocina Rys.3.5. Skumulowane przemieszczenia inklinometr CC1 strefa na południe od terenu badań Fig Cumulated displacements inclinometer CC1-south from the research area 7

8 Z. BEDNARCZYK Badania geologiczno inżynierskie podłoża gruntowego obiektów... Tabela 3.1. Wyniki monitoringu przemieszczeń wgłębnych Table 3.1. Ground movements monitoring results Lp. Przemieszczenia/głęb [mm/m] kierunek A Przemieszczenia/głęb. [mm/m] kierunek B Ilość pomiarów Inklinometr 1. 7,1/1 (1) 5,/1 (1) 9 CC1. 5,/1 5,/1 7 CC 3. 5,/1,/11 CC3,/1,5 1,/1,5 3 CC 5, (+-1,), (+-1,) CC5 Tabela 3.. Wyniki monitoringu ciśnienia porowego Table 3.. Pore pressure monitoring results Lp. Data Ciśnienie porowe CC [kpa] Ciśnienie porowe CC5 [kpa] Metoda I Metoda II Metoda I Metoda II ,57 33,. -7-1,77 3, ,3, , 15, ,9 5, ,11,71, 39, ,1 1,3 39,9 31, Tabela 3.3. Wyniki monitoringu poziomu wód gruntowych Table 3.3. Groundwater level monitoring results Lp. Data Głębokość zwierciadła wód gruntowych [m p.p.t.] Piezometr CCO1 Piezometr CCO3 Piezometr CCO 1. --, , ,, ,3, ,, ,97,, ,7,,5,

9 WARSZTATY 9 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie 3.. Badania laboratoryjne W celu określenia podstawowych parametrów fizycznych wykonano testy podstawowych parametrów fizycznych gruntów - 5 zestawów badań (oznaczenia składu ziarnowego, wilgotności naturalnej, gęstości objętościowej, gęstości właściwej, gęstości szkieletu ziarnowego, oznaczenia granicy płynności i plastyczności oraz zawartości części organicznych). Wykonano także badania parametrów wytrzymałościowych gruntów i badania ściśliwości oraz badania chemicznego składu wody pobranej z otworu wiertniczego. W aparacie bezpośredniego ścinania (AB) wykonano siedem badań przy prędkości ścinania.1 mm/min. W czterech badaniach edometrycznych określono moduły ściśliwości pierwotnej i wtórnej metodą I. Otrzymane wyniki wskazują na bardzo wysoką wilgotność gruntów, do 51%, najczęściej w granicach 5 3 %. Wartości stopnia plastyczności wykazywały na dużą zmienność badanych próbek od gruntów w stanie twardoplastycznym do miękkoplastycznych o bardzo wysokim stopniu plastyczności IL =.5 -.7, występujących najczęściej do głębokości 3m. Grunty reprezentowane były najczęściej przez iły, gliny pylaste, pospółki gliniaste do żwirów gliniastych. Charakteryzowały się one bardzo wysoką zawartością substancji organicznej (bitumicznej), wynoszącą w niektórych przypadkach %. Wyniki badań w aparacie bezpośredniego ścinania wykazały stosunkowo wysokie wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójności jednak wykonywane one były głównie dla gruntów, których skład ziarnowy został określony jako pospółki gliniaste i ze względu na występowanie licznych fragmentów iłołupków (blokujących skrzynki aparatu bezpośredniego ścinania) wydaje się, że wartości te są prawdopodobnie zawyżone. Przyjęte do obliczeń stateczności, na podstawie badań laboratoryjnych parametry wytrzymałościowe gruntów koluwialnych były następujące φ u (n) = 7 o, c u (n) = kpa, ρ = 1.3 g/cm 3, (IL =.5). Rezultaty badań edometrycznych wykazały, że grunty cechują się ekstremalnie wysokim stopniem ściśliwości. Edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej E o (n) wynosił dla gruntów koluwialnych kpa, natomiast moduł ściśliwości wtórnej M o (n) =1 kpa. Przy obciążeniach σ n = 1.5, 5, 5,, i kpa badania konsolidacji próbek (odkształcenia) trwały od jednego do dwóch tygodni. Wskazuje to na możliwość wystąpienia bardzo wysokich wartości osiadań w przypadku posadowienia bezpośredniego w części badanego terenu charakteryzującego się niekorzystnymi parametrami geotechnicznymi. Wyniki badań laboratoryjnych wskazują, że grunty o najwyższych wilgotnościach naturalnych (3 5 %) i najwyższych wskaźnikach plastyczności, znajdują się na głębokościach do m (rys.3.). Wilgotność naturalna, wskaźnik plast. [%] 5 3 y = -,7x + 3,51 R =,3175 y = -1,953x + 3,75 R =, Głębokość osuwiska Głębokość [m] Wilgot. naturalna [%] Wskaźnik plast. [%] Rys. 3.. Wyniki badań wilgotności i wskaźnika plastyczności gruntów wraz z głębokością Fig. 3.. Results of moisture content and plasticity tests index with depth 9

10 Z. BEDNARCZYK Badania geologiczno inżynierskie podłoża gruntowego obiektów.... Charakterystyka warunków hydrogeologicznych Obszar wykonanych badań charakteryzował się płytkim występowaniem wód gruntowych, na głębokości m. W obrębie warstw rumoszu zwietrzelinowego i glin zboczowych poziom wód gruntowych zależał od nachylenia terenu i ilości opadów atmosferycznych i stabilizował się na głębokości,5 5, m, przy czym wyraźnie obniżał się on w pobliżu zboczy. W utworach położonych w pobliżu dolin potoków ich zwierciadło stabilizowało się na głębokości ok.,5 m, natomiast w obrębie terenów zabagnionych i torfowisk u podnóża zboczy było równe z powierzchnią terenu. Bardzo płytkie występowanie zwierciadła wód gruntowych wpływa niekorzystne na warunki geotechniczne części badanego terenu, w wyniku, czego spada wytrzymałość gruntów na ścinanie. Duże wielkości opadów oraz lokalizacja miąższych stref zwietrzelinowych i koluwiów na stokach powodowały, że w obrębie gruntów koluwialnych stwierdzono bardzo wysokie wartości ciśnienia porowego. Wykonane pomiary pneumatycznym urządzeniem pomiarowym w zainstalowanym na głębokości 5m czujniku dały bardzo wysokie wartości ciśnienia porowego zawierające się w granicach od 9 do 5 kpa. Wzrastały one o ok. 3 5 % po intensywnych opadach atmosferycznych, jakie miały miejsce w lipcu. Roczna ilość opadów w Pakoszówce położonej w pobliżu Strachociny wynosiła ok. 91 mm. Dla klimatu tego regionu charakterystyczne są krótkotrwałe gwałtowne opady związane z przejściem gwałtownych burz i obfitych opadów. Wielkości odpływu wód są znacznie większe niż na innych obszarach ze względu na górski charakter rzek i potoków. Powodować to mogło dużą dostawę wód opadowych na powierzchnię i w obręb koluwiów osuwiskowych oraz na niżej ległe tereny. Wilgotności naturalne gruntów koluwialnych szczególnie w górnej ich części były ekstremalnie wysokie i wynosiły od 35-5 %. Szczególnie duże wilgotności stwierdzono w obrębie nasypów i glin czwartorzędowych, w głębszych strefach wynosiły ok. 5%. Czynniki te zmniejszały wytrzymałość gruntów na ścinanie i mogły przyczyniać się do aktywacji procesów geodynamicznych. 5. Charakterystyka warunków geologiczno-inżynierskich Warunki geologicznio-inżynierskie rejonu projektowanej inwestycji kształtowane były przez rodzaj gruntów i skał występujących w podłożu, duże nachylenie terenu (w częściach schodzących do dolin) występowanie uskoków i nieciągłości, pionowy kąt upadu warstw sprzyjający infiltracji wód opadowych w obręb podłoża i wpływający na małą głębokość występowania zwierciadła wód gruntowych. Grunty cechowały się zmiennymi cechami fizykomechanicznymi oraz różnym stopniem diagenezy. Najczęściej występującymi odmianami gruntów i skał były pospółki gliniaste iły, gliny pylaste, gliny z domieszką rumoszu iłołupki, iłowce z przewarstwieniami piaskowców. Rejon projektowanej inwestycji, częściowo jest miejscem występowania aktywnych procesów osuwiskowych. W budowie terenu uwidacznia się wyraźne zróżnicowanie pomiędzy jego górną, stosunkowo płaską częścią (zrównaniem grzbietowym) a niżej ległymi obszarami położonymi na północ i południe od niego. Zapadające pionowo i występujące w górnej części iłołupki i iłowce barwy szaroczarnej (utwory skalne) zdecydowanie różnią się parametrami wytrzymałościowymi od występujących poniżej pokryw zwietrzelinowych i gruntów koluwialnych o ekstremalnie wysokiej wilgotności naturalnej i wysokim stopniu plastyczności. W kierunku północnym utwory koluwialne schodzą do dwóch dolin, które łączą się w odległości ok. 7 m od szczytu.

11 WARSZTATY 9 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie W kierunku południowym (poza projektowanym rejonem inwestycji) nisza osuwiskowa dochodzi w bezpośrednie sąsiedztwo drogi asfaltowej, co może potencjalnie stwarzać dodatkowe zagrożenia. Wykonane wiercenia i profilowania georadarowe (GPR) pozwoliły na wykonanie czterech profili geologiczno-inżynierskich. Przekroje podłużne były zlokalizowane wzdłuż badanego terenu i schodziły do dolin w bocznych częściach projektowanej inwestycji A-A1 i A-A a przekroje poprzeczne B-B1 i C-C1 były prostopadłe do nich (rys..1, 3.1, 3., 5.1). Rys Przekrój geologiczno-inżynierski A-A1 Fig Engineering geology cross-section A-A1 W przekrojach podłużnych wyraźnie widoczna jest budowa fałdu Strachociny. W jego centralnej części w obrębie tzw. zrównania grzbietowego pod warstwą nawodnionych glin czwartorzędowych od głębokości około 3 m występowały zwięzłe iłołupki i iłowce ciemnoszare. Ku południowi i północy za uskokami równoległymi do przebiegu fałdu utworzyły się struktury paleoosuwiskowej i aktywne obszary osuwiskowe. W dolnej części badanego terenu strefa osuwiskowa rozdziela się i schodzi do dwóch dolin, pomiędzy którymi prawdopodobnie występuje wyniesienie podłoża. Badania i wiercenia wykazały, że było to spowodowane występowaniem uskoków poprzecznych do przebiegu fałdu. Wiercenia stwierdziły, że koluwia osuwiskowe o miąższości 5-1 m cechują się wyraźną dwudzielnością. Dolną ich część budują rumosze o miąższości od ok. - m. Górną część reprezentują grunty spoiste miękkoplastyczne charakteryzujące się niekorzystnymi parametrami wytrzymałościowym i bardzo wysoką wilgotnością naturalną. W celu sprawdzenia stateczności badanego rejonu w kierunku północnym wykonano wstępne obliczenia stateczności metoda równowagi granicznej (LEM). Metoda Janbu [1] wykazała, że teren cechuje się bardzo niekorzystnym relatywnym współczynnikiem stateczności Fs =.7 (przyjmuje się, że zbocze jest bezpieczne gdy Fs 1.3). Obliczenia wskazują, że najbardziej prawdopodobna powierzchnia poślizgu znajdowała się w górnej części stoku (rys. 5.). Obliczenia te będą sprawdzone poprzez analizy metodą elementów skończonych (FEM) z uwzględnieniem wyników mionitoringu przemieszczeń wgłębnych oraz pomiarów ciśnienia porowego wód gruntowych. Wykonane badania i analizy pozwalają jednak stwierdzić, że część terenu projektowanej inwestycji wymagać będzie posadowienia na fundamentach palowych. 11

12 Z. BEDNARCZYK Badania geologiczno inżynierskie podłoża gruntowego obiektów.... Podsumowanie Rys. 5.. Analiza stateczności metodą Janbu Fig. 5.. Slope stability analysis by Janbu method Badania geologiczno-inżynierskie dla rozbudowy podziemnych magazynów gazu ziemnego Strachocina wykazały, że część terenu projektowanej inwestycji znajduje się w rejonie występowania aktywnych procesów geodynamicznych do głębokości - 1 m, cechuje się płytkim zaleganiem i wypływami wód gruntowych oraz obecnością plastycznych i miękkoplastycznych gruntów koluwialnych, które dyskwalifikują część terenu jako podłoże obiektów budowlanych i sprężarek. Potwierdziły to wykonane pomiary monitoringowe, które po 3-9 seriach pomiarowych, w okresie od czerwca do grudnia, wykazały w zależności od miejsca pomiaru, skumulowane przemieszczenia od do 7 mm. Teren cechuje się skomplikowaną budowa geologiczną i tektoniczną, pionowym upadem warstw, sprzyjającym infiltracji wód opadowych, płytkim zaleganiem wód gruntowych, wysokimi wartościami ciśnienia porowego oraz niekorzystnymi warunkami stateczności. W budowie geologicznoinżynierskiej badanego terenu uwidacznia się wyraźna dwudzielność pomiędzy podłożem o korzystnych parametrach wytrzymałościowymi znajdującym się w górnej części terenu a niżej ległymi rejonami gdzie występują grunty koluwialne. Konieczność usytuowania projektowanych obiektów w pobliżu odwiertów gazowych nakazuje posadowienie budynków, sprężarek i chłodni w najbardziej bezpiecznym miejscu i zabezpieczenie pozostałego obszaru gdzie będą przebiegać linie przesyłowe gazu, co wymaga zmian projektowych. W celu ochrony terenu przed procesami osuwiskowymi konieczne jest zaprojektowanie odpowiednich zabezpieczeń oraz monitoring. Niezbędna będzie także budowa systemu odwodnienia wgłębnego oraz rowów odprowadzających wody z obszarów źródliskowych i bezodpływowych do dolin potoków jak również rezygnacja z wykonania nasypów i stawów, które dodatkowo mogłyby znacząco pogorszyć warunki stateczności. Wykonane prace pozwalają na wprowadzenie tych zmian na etapie projektowym, co ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa planowanej inwestycji. Uzyskane dane są obecnie podstawą do zmian w projekcie budowlanym. W tym celu planuje się umiejscowienie budynków i obiektów technicznych, w tym sprężarek gazu w najbardziej bezpiecznym rejonie oraz zabezpieczenie linii przebiegu gazociągów i pozostałej infrastruktury poprzez posadowienie ich na fundamentach palowych. 1

13 WARSZTATY 9 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Literatura [1] Archiwalne materiały geologiczne: Szczegółowa mapa geologiczna Polski 1:5 arkusz Sanok () wraz z objaśnieniami. Wydawnictwa Geologiczne Warszawa 199. [] Bednarczyk, Z. 9: Ground Penetrating Radar (GPR) Scanning In Geological And Geotechnical Recognition Of Mountain Site For Polish Oil & Gas Company, SAGEEP Symposium, Environmental and Engineering Geophysical Society, Fort Worth, Texas USA, [3] Bednarczyk, Z., : Landslide geotechnical monitoring network for mitigation measures in chosen locations inside the SOPO Project Carpathian Mountains, Poland Proceedings of The First World Landslide Forum, ICL, ONZ, [] Bednarczyk Z. : Flysch landslides geotechnical monitoring in Beskidy, The Carpathian Mountains Poland, ISC-3 Conference on Site Characterization, ISSMGE, Taipei, Taiwan, Taylor and Francis Group/Balkema London, 9-7. [5] Bednarczyk, Z., : Application of GPR Scanning for Landslide Investigations in Polish Carpathians - Near Surface : - 1th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, EAGE, Krakow, B-1, CD, -. [] Bednarczyk Z., 7: Badania geologiczno-inżynierskie karpackich osuwisk fliszowych w rejonie Gorlic (Beskid Niski). III Ogólnopolskie Sympozjum Współczesne Problemy Geologii Inżynierskiej w Polsce, PKGIŚ, Wydawnictwo Uniwersytetu Adama Mickiewicza Geologos, Poznań, [7] Bednarczyk, Z., 5: Examples of mass movement investigations in different types of deposits. EU Centre of Excellence REA, Kraków, PGI Spec.Pap., 9-1. [] Bednarczyk Z, : Landslide monitoring and instrumentation for Sękowa Landslide Stabilization Project (Carpathian Mountains). EU Centre of Excellence REA, PGI Spec. Pap., 9 1. [9] Bednarczyk Z. 5: Examples of mass movement investigations in different types of deposits, EU Centre of Excellence REA, Krakow, Polish Geological Institute Spec. Papers., 1-7. [] Bednarczyk Z. 5: Geotechnical and geophysical methods for soil and rock design parameters characterization in mass movements areas, Proceedings of the Conference Mass Movement Hazard in Various Environments, EU Centre of Excellence REA, PGI Spec. Pap., [11] Bednarczyk Z. : Wybrane aspekty badań gruntów w rejonach występowania procesów geodynamicznych, Warsztaty Górnicze, Konferencja IGSMiE PAN w Bełchatowie, Wydawnictwa IGSMiE, Kraków. [1] Corominas J. 199: The Angle of reach as mobility index for small and large landslides, Canadian Geotechnical Journal no 33, -71. [13] Dunicliff, J., 19: Geotechnical Instrumentation for monitoring field performance.j.wiley & Sons. [1] Daniels D.J. : Ground-Penetrating Radar nd ed. IEE Radar, sonar, navigation & avionics series 15: 7. The Institution of Electrical Engineers, London U.K., MPG Books Limited. [15] Finlay P.J. G. R. Mostyn, Fell R. 1999: Landslide risk assessment: prediction of travel distance Canadian Geotechnical Journal 3, [1] Gil, E., Długosz, M., (): Threshold values of rainfalls triggering selected deep-seated landslides in the Polish Flysch Carpathians-Studia Geomorphologica Carpatho.-Balcan.: 1-3. [17] Evaluation of Embankment Stability During Construction 197: USA Army Corps of Engineers report EM [1] Janbu, N. 199: Slope stability evaluations in engineering practice, NTNU Norges Teknisk- Naturvitenskapelinge Universitet, Instittutt for Geoteknikk, Bulletin 3, Trondheim, Norway. [19] Kotarba A 19: Rola osuwisk w modelowaniu rzeźby beskidzkiej i pogórskiej. Prz. Geogr. t.5: [] Larsen J. O. : Some aspects of physical weather related slope processes. Doktor ingeniøravhandling Norges teknisk-naturvitenskapelinge Universitet Department of Geotechnical Engineering : 19, 1-7. [1] Margielewski W. : Typy przemieszczeń grawitacyjnych mas skalnych w obrębie form osuwiskowych polskich Karpat fliszowych, Przegląd Geologiczny vol. 5 nr 7. [] Poprawa D. Rączkowski W. 3: Osuwiska Karpat Przegląd Geologiczny vol.51 nr. [3] PN-/B-: Grunty budowlane. Określenia. Symbole, podział i opis gruntów. [] PN-1/B-3: Grunty budowlane. Posadowienie. bezp. budowli. Oblicz. Stat. i projektowanie. [5] PN-B-5:: Geotechnika. Badania polowe. 13

14 Z. BEDNARCZYK Badania geologiczno inżynierskie podłoża gruntowego obiektów... [] PN-B-79. Geotechnika: Dokumentowanie geotechniczne. [7] PN-B-1. Geotechnika: Terminologia podstawowa, symbole literowe i jednostki miar. [] PN-B-1:199. Geotechnika: Terminologia podstawowa, symbole literowe i jednostki miar. [9] PN-B-5:1999. Geotechnika: Roboty ziemne. [3] Przewodnik geologiczny po wschodnich Karpatach fliszowych: Praca zbiorowa pod redakcją naukową Kazimierza Żytki, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa [31] Raczkowski, W., Mrozek T. : Activating of landsliding in the Polish Flysch Carpathians by the end of the th century - Studia Geomorph. Carpatho-Balcan., 3, [3] Senneset, K 199: General Report, Natural and man-made hazards: Landslides, stability anallysis, control, case histories, NTNU Norges teknisk-naturvitenskapelinge universitet, Instittutt for Geoteknikk, Bulletin 3, Trondheim, Norway. [33] Thiel K. 199: red. Kształtowanie fliszowych stoków Karpackich przez ruchy masowe na przykładzie badań na stoku Bystrzyca w Szymbarku IBW - IG i PZ PAN. [3] Wiłun Z. 197: Zarys Geotechniki. WKiŁ Warszawa. [35] Wysokiński L. 1991: Posadowienie obiektów budowlanych w sąsiedztwie skarp i zboczy Instrukcja ITB 3 Warszawa. [3] Vaughan P.R., Walbanncke H.193: Pore pressure changes and the delayed failure of cutting slopes in overconsolidated clay, Geotechnique 3 No, [37] Zabuski L, Thiel K. Bober L., 1999: Osuwiska we fliszu Karpat polskich. Geologia, modelowanie, obliczenia stateczności, Wyd. IBW PAN, Gdańsk Engineering Geology Investigations for Foundation Design in Extension of Strachocina Natural Gas Underground Storage in Flysch Carpathians In the paper results of soil investigations for design of underground gas storage infrastructure foundations are presented. Till the year 1 Polish Oil and Gas Company will increase storage capacity of 15 mln m 3, nearly two times. It will be necessary to make foundation of compressors, gas cold storages and buildings on slopes built from fysch deposits. They are characterized by different strength parameters and complicated tectonically. Investigations included core drillings, undisturbed sampling, ground penetration radar (GPR) scanning, geotechnical laboratory index, consolidation, oedometer IL and direct shear-box tests. Different test methods, including ground movements inclinometer and piezometer measurements together with slope stability analysis allowed soils characterization. Significant difference between flat area localized on top with shallow depth of stiff rocks and colluviums valleys to the north and south were detected. Investigations proved that foundation of infrastructure will be possible, but it requires changing in design project including some buildings and other elements of infrastructure. Also some parts of slopes should be protected by piles foundations. Also control of protection works by monitoring measurements will be necessary. Przekazano: 11 marca 9 1