Przesłona przeciwfiltracyjna w podłożu zapory we Wiórach

MORY ALEKSANDRA MIROSŁAWSKA, GRAŻYNA KUCHARCZYK, SŁAWOMIR KWIECIEŃ Przedsiębiorstwo Geologiczne Budownictwa Wodnego Hydrogeo" w Krakowie Przesłona przeciwfiltracyjna w podłożu zapory we Wiórach Iby ograniczyć filtrację wody w podłożu zapory we Wiórach, a także mając na uwadze zapewnienie stateczności korpusu zapory, zaprojektowano i wykonano podziemny element budowli piętrzącej - przesłonę przeciwfiltracyjna. Przesłona ta powstała przez wtłaczanie w masyw skalny zaczynów infekcyjnych poprzez odwiercone do tego celu otwory. Fot. 1. Realizacja przesłony przeciwfiltracyjnej pomostu na lewym przyczółku S Warunki geologiczno-inżynierskie w linii przesłony przeciwfiltracyjnej Podłoże skalne w linii przesłony budują utwory wieku czwartorzędowego i triasowego (mezozoik). Utwory czwartorzędowe reprezentowane są przez gliny o różnym stopniu zapiaszczenia, mułki i iły stanowiące zwietrzelinę utworów triasowych, głównie mułowców. Wiek ich jest związany z okresem zlodowacenia środkowopolskiego i bałtyckiego. Na utworach z ruchomego tych spoczywają szarożółte, porowate lessy, z wkładkami glin w spągu, pochodzące z okresu zlodowacenia bałtyckiego. Osady aluwjalne w dolinie rzeki Swiśliny stanowią otoczaki, żwiry, piaski oraz gliny. U podstawy zboczy, a także na tarasie rzecznym występują utwory deluwialne w postaci glin z materiałem skalnym. Miąższość utworów czwartorzędowych jest zmienna, maksymalnie osiąga kilkanaście metrów. Czwartorzęd przy krywa starsze podłoże, poza naturalnymi i sztucznymi odsłonięciami. Utwory czwartorzędowe zarówno w dnie doliny, jak i na przyczółkach nie były objęte pracami iniekcyjnymi. W dnie doliny i częściowo na przyczółkach zostały całkowicie usunięte w związku z budową galerii kontrolno-zastrzykowej i płyt betonowych. Na pozostałych odcinkach (przyczółki) utwory czwartorzędowe występowały powyżej rzędnej maksymalnego piętrzenia i nie zachodziła konieczność ich uszczelniania. Utwory triasowe to wschodnia część obszaru radoszycko-łyspgórskiego, północnego obrzeża Gór Świętokrzyskich. Utwory należą do dolnego piętra triasu i reprezentowane są przez piaskowiec pstry dolny i środkowy. Piaskowiec pstry dolny to utwory kontynentalne reprezentowane przez zlepieńce, piaskowce i mułowce. Piaskowiec pstry środkowy to utwory płytkich lagun i delt, stanowią je piaskowce, mułowce, łupki i iłołupki, a więc więcej jest tu utworów ilastych i mułowcowych. Utwory triasowe, z uwagi na to, że reprezentowane są przez utwory lądowe oraz płytkich lagun i delt, nie tworzą generalnie warstw ciągłych. Częste jest zjawisko zmian facjalnych i braku kontynuacji litologicznej warstw. Utwory triasowe zalegają tak, że w stropowej części górotworu przeważają pakiety mułowcowe, niżej mułowcowo-piaskowcowe, następnie pakiety piaskowcowo-mułowcowe oraz piaskowcowe i zlepieńcowe. W dnie doliny pakiety zlepieńcowe stanowiły spąg przesłony. Warstwy skalne podłoża zapadają pod zbiornik pod kątem 12-13 na lewym przyczółku i 9 na prawym. Rozciągłość warstw jest w przybliżeniu równoległa do osi zapory (azymut rozciągłości wynosi 131-133 ). 198 Gospodarka Wodna nr 5/25

W warstwach skalnych występująnieciągłości tektoniczne w postaci: n dyslokacji tektonicznych (uskoki), n ciosu tektonicznego (spękania). Strefy uskokowe, w obrębie których górotwór jest silnie zaangażowany tektonicznie (strzaskany), zostały stwierdzone głównie na lewym i prawym przyczółku przesłony. Płaszczyzny uskokowe z reguły są zbliżone do pionu i przebiegają najczęściej w kierunkach NE-SW, i NW-SE, a więc praktycznie prostopadle do przebiegu trasy przesłony. Górotwór w stropowej części jest silnie spękany i odprężony. W obrębie górotworu występują trzy systemy spękań: poprzeczne, tj. prostopadłe do biegu warstw, podłużne, tj. równoległe do biegu warstw, i skośne do biegu warstw. Spękania są rozwarte. Wypełnienie szczelin występuje jedynie w strefach przystropowych (pod warstwą zwietrzeliny lub lessu). Rozwartość szczelin wynosi od 1-8 cm, ale też nierzadko występują spękania o rozwarciu 4-6 cm. W skałach mułowcowo-łupkowych występuje system mikrospękań o dużej gęstości i rozwartości do 1 mm równo- Fot. 2. Prace na prawym przyczółku przesłony przeciwfiltracyjnej legły do uwarstwienia i prostopadły do biegu warstw. Przepuszczalność podłoża skalnego w linii przesłony jest zróżnicowana. Największe wartości wodochłonności we Wiórach jednostkowej przekraczające przyjęte dla przesłony kryteria, niekiedy kilkaset razy, stwierdzano w trakcie badań zarówno w dnie doliny, jak i na przyczółkach. Najbardziej przepuszczalne były utwory Przesłona przeciwfiltracyjna Wióry - zestawienie wykonanych prac Długość otworu (mb) Zużycie materiałów infekcyjnych - masa sucha (kg) 1 Liczba 2 całkowita 3 4 nieprzewidywana do uszczelnienia przewidywana do uszczelnienia 5 uszczelnienia mb % póz. 5 6 7.-.'' strefami ""."'" T'---' 8 b póz. 8/poz. 5 9 iniekcje uszczelnianie konduktorki likwidacyjne 1 razem 11 l (galeria) 86 2915 231 2684 1389 52 8258 298 2943 829661 II (prawy 291 146 1945 991 51 96342 494 63768 1 2419 III (prawy 29 1421 91 1329 75 53 1 36 461 78 4319 1 79651 IV (lewy 85 4561 946 3615 245 2151633 595 832 2231665 V (lewy 41 2451 1267 1 184 748 63 691 641 584 47371 73912 VI (prawy 48 2725 717 29 1 146 144237 718 73773 1 516143 VII (prawy 42 2485 918 1567 124 65 792183 56 45337 837519 VIII (galeria) 432 9441 252 6921 327 44 3 791 82 548 6917 44926 Suma 52 549 Gospodarka Wodna nr 5/25 199

NWW SEE NW SE NNW SSĘ Lewy przyczółek G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G1 G11 G12 G13 G14 G15 G16 G17 Płyta Prawy przyczółek Strefa nieuszczelniana *+ IV- -VIII -VI- Objaśnienia: I-VIII - odcinki przesłony, Kryterium szczelności dla stref: A1 - q <,3 l/min-m-,1 MPa, B - q <,5 l/min-m-,1 MPa Rys. 1. Zapora Wióry - przesłona przeciwfiltracyjna piaskowcowe i stropowe partie zlepieńców, silnie spękane i zeszczelinowane. Partie skał mułowcowo-łupkowych charakteryzowały się znacznie mniejszą przepuszczalnością. W utworach triasowych występują wody podziemne typu szczelinowego. Woda związana jest z obecnością szczelin i spękań, głównie w piaskowcach i zlepieńcach. Z uwagi na specyfikę wykształcenia litologicznego utworów triasowych (dominującym kompleksem jest kompleks mułowcowo-piaskowcowy o naprzemianległych warstwach mułowców, łupków i piaskowców) występują tu odizolowane poziomy wód zawieszonych na różnych głębokościach. W osi przesłony główny poziom wód triasowych stabilizował się w dnie doliny na rzędnej ok. 185 m n.p.m., tj. ok. 7 m poniżej pierwotnego lustra wody w rzece Świślinie. Aby zapobiec filtracji szczelinowej w podłożu zapory i na jej przyczółkach, po spiętrzeniu wody w zbiorniku niezbędne okazały się prace iniekcyjne, których celem było ograniczenie filtracji do przyjętego kryterium szczelności. Koncepcja przesłony i technologia iniekcji Projekt przesłony przeciwfiltracyjnej opracował Hydroprojekt" Sp. z o.o., szczegółową technologię prac zaś PGBW Hydrogeo" w Krakowie, które też wykonywało przesłonę i prowadziło nadzór technologiczny nad jej realizacją. Realizację przesłony zaprojektowano dwuetapowo, l etap obejmuje prace wykonane przed pierwszym spiętrzeniem zbiornika. Decyzja o wykonywaniu II etapu prac, tj. ewentualnym doszczelnieniu i wydłużeniu przesłony na przyczółkach, ma zapaść po szczegółowej analizie wyników filtracji uzyskanych przy próbnym piętrzeniu. Przesłona biegnie w osi zapory i wchodzi na przyczółki na lewym na długość 75 m i na prawym 18 m. Ogółem długość przesłony wynosi 56 m. Na przyczółkach oś przesłony pod kątem 2 odchyla się w kierunku wody górnej. Na lewym przyczółku przesłona jest zawieszona, tzn. spąg przesłony nie sięga utworów szczelnych. Za kryterium szczelności przesłony została przyjęta wartość wodochłonności jednostkowej q <,3 l/min-m-,1 MPa w dnie doliny do głębokości 15 m poniżej spągu galerii, na przyczółku lewym przyjęto q <,3 l/min-m-,1 MPa do głębokości 15 m poniżej NPP, a na przyczółku prawym 2 m poniżej NPP (strefa A1), oraz wartość g<,5 l/min-m-,1 MPa dla stref położonych niżej (strefa B) (rys. 1). W dnie doliny spąg przesłony sięgał rzędnej 145 m n.p.m. Przesłona przeciwfiltracyjna została zaprojektowana jako pionowa, a jej realizację przewidziano otworami pionowymi i skośnymi. W dnie doliny przesłona została zaprojektowana jako dwurzędowa, natomiast na przyczółkach jako jednorzędowa. W dnie doliny przewidziano otwory pionowe i skośne rozmieszczone w dwóch rzędach o rozstawie między rzędami 1 m. Założono 5 kolejności otworów. Otwory 1 kolejności rozmieszczono co 8 m. W środku otwory 2 kolejności, otwory 3 kolejności między otworami 1 i 2 kolejności. Otwory 4 kolejności znajdują się w II rzędzie i są to otwory skośne (otwory odchylone w płaszczyźnie przesłony w kierunku prawego przyczółka pod kątem 1 ). Otwory 5 kolejności zagęszczają otwory 1, 2 i 3 kolejności w l rzędzie przesłony. Tak więc rozstaw otworów w l rzędzie wynosi 1 m. Jednorzędowa przesłona na przyczółkach realizowana była 3 kolejnościami otworów. Końcowy rozstaw otworów na przyczółkach wyniósł 2 m. W miarę potrzeb wykonywano także otwory doszczelniające i kontaktowe oraz po zakończeniu realizacji danego odcinka technologicznego otwory kontrolne. Realizacja prac uszczelniających Realizację robót na przesłonie rozpoczęto w 1993 r. i trwała ona z przerwami do grudnia 24 r. Mając na uwadze czasochłonność realizacji przesłony, związaną z technologią prac, do wykonywania otworów w dnie doliny przystąpiono jeszcze przed położeniem betonów galerii kontrolno-zastrzykowej, a więc realizację rozpoczęto z powierzchni terenu. 2 Gospodarka Wodna nr 5/25

Otwory iniekcyjne głębiono metodą obrotowo-rdzeniową urządzeniami wiertniczymi typu Crealius i UGB, przy użyciu płuczki wodnej z zastosowaniem koronek diamentowych i widłowych o średnicach 112, 93, 78 mm. Górne odcinki otworów wykonywano w rurach konduktorowych o długości ok. 1 m osadzanych w betonie, a w otworach wierconych z powierzchni terenu rurami konduktorowymi zabezpieczano partie podłoża nie uszczelniane. W trakcie głębienia otworów były prowadzone badania wodochłonności w strefach o długości 2-5 m od góry" otworów. W otworach pierwszej kolejności prowadzono je w cyklach badawczych (ciśnienia rosnące i malejące) przy ciśnieniach,2-,9 MPa. W pozostałych otworach badanie wodochłonności wykonywano przy jednym ciśnieniu, którego wartość była uzależniona od głębokości badanej strefy. Strefy o wartości wodochłonności większej od założonego kryterium szczelności iniekowano. Do wykonania iniekcji używano zaczynu złożonego ze spoiwa żużlowo-alkalicznego i cementu portlandzkiego CEM l 32,5, węglanu sodu jako aktywatora i wody. Stosowano zaczyny o wskaźniku wodno-mieszaninowym od 1,3 do,4. Po wykonaniu iniekcji i przerwie na związanie zaczynu przewiercano w otworze stwardniały korek" i wykonywano kontrolne badanie wodochłonności. Gdy wodochłonność kontrolna była większa od założonego kryterium szczelności prowadzone były iniekcje wtórne, aż do osiągnięcia żądanej szczelności, natomiast gdy kryterium było spełnione odwiercano kolejną strefę otworu. Tak postępowano aż do osiągnięcia założonej głębokości otworu iniekcyjnego. Po zakończeniu prac otwory likwidowano przez iniekcję pod ciśnieniem strefami od dołu". W trakcie realizacji przesłony cementacje bardzo często były prowadzone grawitacyjnie, tj. bezciśnieniowe. W związku z tym wprowadzono, w przypadku dużych chłonności, ograniczenia polegające na tym, że po wtłoczeniu ok. 5-6 ton iniektu do strefy, stosowano przerwy technologiczne. Niemniej w związku z dużymi chłonnościami niektórych stref konieczne było wykonywanie w nich wielokrotnych iniekcji, niekiedy nawet kilkunastokrotnych lub też wykonywanie betonowania. Z uwagi na bardzo dużą przepuszczalność podłoża skalnego w rejonie prawego przyczółka, w trakcie realizacji przesłony, na odcinku III wykonany został dodatkowo drugi (uzupełniający) rząd otworów oraz na odcinku VI i VII wykonano wiele dodatkowych otworów kontrolno-doszczelniających. Otwory dla stworzenia przesłony przeciwfiltracyjnej realizowano z dna galerii, płyt betonowych i powierzchni terenu. Na potrzeby realizacji przesłony wykonawca prac (PGBW Hydrogeo") na prawym przyczółku zapory korzystał z 2 pomostów metalowych i 5 drewnianych, a na lewym przyczółku z pomostu ruchomego. Pomosty ułatwiały prowadzenie prac na stromych zboczach doliny. Lewy przyczółek it O -r- 1...1.1.1 Prawy przyczółek 1..1 q początkowe II III K IV V K q pierwotne III K W wyniku zrealizowanych prac wykonano na długości 56 m, tj. pod zaporą i na jej przyczółkach przesłonę przeciwfiltracyjną. Łącznie odwiercono 82 otworów o łącznej długości 2889 mb. W górotwór wtłoczono 12658685 kg iniektu. Przesłona to obiekt, który powstaje w trakcie realizacji i do końca nie da się go zaplanować. Istotną rolę w trakcie prac przy przesłonie spełnia nadzór technologiczny nad wykonywanymi robotami, który dostosowuje sposób realizacji prac uszczelniających do napotkanych warunków geologiczno-inżynierskich, m.in. przez dobór ciśnień, rozstawu otworów, dobór konsystencji zaczynów itp. 25 1966 j - 2, «- s-r 15 (O -g E >. & to -q 1- luuu- E >, 8- ) *- o g- 6 N -5 4. k 248 >1659 11 92 598 \ 985 Rys. 2. Efekty uszczelnienia na przesłonie zapory we Wiórach \ 58 X 226 Ł 39 2 l \ 96 ^^isk 644 ^\ ^HJg II IN K Gospodarka Wodna nr 5/25 21

Ocena wyników wykonanych prac Ocenę skuteczności wykonanych prac uszczelniających można analizować dwuetapowo. W pierwszym etapie analizie poddano wykonane roboty iniekcyjne w otworach poszczególnych kolejności. Stwierdzono sukcesywny spadek wodochłonności i iniektochłonności w miarę zagęszczania otworów infekcyjnych, co świadczy o systematycznym procesie uszczelniania górotworu w linii przesłony (rys. 2). Wykonane otwory kontrolno-doszczelniające nie tylko sprawdzały efekty iniekcji, ale także doszczelniały górotwór w miejscach, które budziły wątpliwości co do właściwego uszczelnienia. Niemniej zakres prac, jaki został przewidziany w projekcie i został zrealizowany w l etapie, może okazać się w rejonie przyczółków za niewystarczający. Jest to związane z faktem, że na lewym przyczółku przesłona jest zawieszona i jednorzędowa, a na prawym przyczółku jednorzędowa i zbyt krótka (winna być dwurzędowa i sięgać głębiej w. II etap oceny skuteczności przesłony zostanie przeprowadzony w czasie kontroli (obserwacje w piezometrach i drenażu) pierwszej eksploatacji zbiornika, tj. pierwszego próbnego piętrzenia. Umożliwi to ocenę zjawisk filtracyjnych w podłożu i na przyczółkach zapory oraz ewentualnie wskaże na potrzeby uzupełnienia przesłony w miejscach, które będą tego wymagały. LITERATURA 1. Aneks do dokumentacji hydrogeologicznej i geofizycznej w rejonie przyczółków zapory czołowej " na rzece : Świślinie. PGBW Hydrogeo" Kraków 1998. 2. Dokumentacja powykonawcza pionowej przesłony uszczelniającej wykonanej w podłożu zapory czołowej we Wiórach na rzece Świślinie w trakcie opracowywania przez PGBW Hydrogeo" Kraków 25. 3. Projekt technologiczny pionowej przesłony uszczelniającej na przyczółkach zapory czołowej projektowanego zbiornika wodnego Wióry" na rzece Świślinie PGBW Hydrogeo" Kraków 1997. 4. Projekt technologiczny pionowej przesłony uszczelniającej w podłożu zapory czołowej projektowanego zbiornika wodnego Wióry" na rzece Świślinie. PGBW Hydrogeo" Warszawa, 1993 r. łącznie z aneksem nr1 i aneksem nr2 1993. 5. Projekt technologiczny pionowej przesłony uszczelniającej w podłożu zapory czołowej projektowanego zbiornika wodnego Wióry na rzece Świślinie. Aktualizacja. PGBW Hydrogeo" Kraków 1994. 6. Przesłona uszczelniająca w osi piętrzenia. Przyczółki - część hydrotechniczna. Hydroprojekt" Warszawa, 1996. 7. Zapora - przesłona uszczelniająca. Cz. l. - od hm -65 do 2-38. Cz. hydrotechniczna. Hydroprojekt" Warszawa, 1993. n STANISŁAW STRYCZEK, ANDRZEJ GONET Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu WITOLD BRYLICKI Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki ALEKSANDRA MIROSŁAWSKA Przedsiębiorstwo Geologiczne Budownictwa Wodnego Hydrogeo" w Krakowie Zastosowane spoiwa żużlowo-alkaliczne łjednym z podstawowych elementów warunkujących wykonanie w podłożu zapory trwałej i o żądanej szczelności przesłony przeciwfiltracyjnej jest dobór odpowiedniego materiału uszczelniającego. Na potrzeby realizacji przesłony przeciwfiltracyjnej we Wiórach zastosowano iniekt na bazie spoiwa żużlowo-alkalicznego. O doborze iniektu zadecydowały takie względy, jak: bardzo dobre wiązanie zaczynów żużlowo-alkalicznych z górotworem, szczególnie ze skałami ilastymi, jak łupki i mułowce, które występują w formie przewarstwień w podłożu zapory, możliwość regulacji parametrów technologicznych zaczynów w szerokim zakresie, dobre właściwości reologiczne zaczynów oraz względy ekonomiczne. W związku z bardzo dużą iniektochłonnością na przesłonie we Wiórach zastosowano spoiwa żużlowo- -alkaliczne, co wpłynęło na zmniejszenie kosztów inwestycji przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego poziomu jakości wykonanej przesłony. Charakterystyka spoiw żużlowo- -alkalicznych Prace nad otrzymywaniem i zastosowaniem spoiw żużlowo-alkalicznych prowadzone są w Polsce od 1972 r., początkowo w Zakładzie Materiałów Budowlanych Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH [5,6,9,11], potem w latach 198-1984 również w ITB - Warszawa a od 1988 r. na Wydziale Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH [1, 2, 3, 4, 1, 12, 15]. Ze względu na swoje specyficzne właściwości spoiwa żużlowo-alkaliczne traktowane są jako spoiwa specjalne i wykorzystywane do takich celów, jak: n stabilizacja i bezpieczne deponowanie odpadów radioaktywnych, najbardziej uciążliwych i toksycznych odpadów przemysłowych; n wykonywanie ekranów przeciwfiltracyjnych wokół składowisk uciążliwych odpadów; D betony o najwyższej odporności na korozję chemiczną; D betony ogniotrwałe; n materiały budowlane na wypełniaczach organicznych typu arbolitu (na wypełniaczu z odpadowego drewna); n betony komórkowe; n cementacja kolumn rur okładzinowych i likwidacja katastrofalnych zaników płuczki w wiertnictwie; n prace uszczelniające w hydrotechnice, geotechnice, górnictwie i budownictwie inżynieryjnym; n likwidacja samowypływów wód 22 Gospodarka Wodna nr 5/25