WISŁA - USTROŃ KRAKÓW XX OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA WARSZTAT PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI Wisła - Ustroń, 01 04 marca 2005 r. Wiesław OPĘCHOWSKI 1 ODWODNIENIA BUDOWLANE WYKOPÓW NA PRZYKŁADZIE OBIEKTÓW ZREALIZOWANYCH W WARSZAWIE 1. WPROWADZENIE 1.1. Uwarunkowania prawne odwodnień budowlanych Zadaniem opracowań projektowych odwodnień budowlanych jest określenie warunków hydrogeologicznych dla potrzeb projektowania odwodnienia, ustalenie i zdefiniowanie schematu hydrodynamicznego i obliczeniowego oraz podanie projektu odwodnienia wraz z prognozą oddziaływania odwodnienia na środowisko przyrodnicze i obiekty budowlane oraz programem monitoringu przyrodniczego i obiektowego. Problematykę odwodnień budowlanych regulują przepisy ustawy prawo geologiczne i górnicze oraz prawo wodne. W przypadku planowania odwodnień budowlanych studziennych wymagany jest następujący porządek postępowania: 1. Zaprojektowanie i wykonanie badań hydrogeologicznych w trybie przepisów Ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. Nr 27, z późn. zm.). 2. Opracowanie Dokumentacji hydrogeologicznej, określającej warunki hydrogeologiczne w związku z projektowaniem odwodnień budowlanych otworami wiertniczymi zgodnie Ustawą z dnia 4 lutego 1994 r. prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. Nr 27, z póź. zm.) oraz Rozporządzeniem MŚ z dnia 19 grudnia 2001 r. w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinny odpowiadać dokumentacje hydrogeologiczne i geologiczno-inżynierskie (Dz. U. Nr 153, poz. 1779). 3. Uzyskanie przyjęcia Dokumentacji przez państwowy organ administracji geologicznej (przy wydajności > 50 m 3 /h przez Wojewodę, poniżej przez Starostę). W przypadku odwodnień igłofiltrowych pkt. 2 i 3 nie są wymagane. 4. Opracowanie Projektu odwodnienia budowlanego wykopu fundamentowego oraz odprowadzenia wód z odwodnienia. 5. Przygotowanie rejestru geodezyjnego właścicieli nieruchomości znajdujących się w zasięgu oddziaływania odwodnienia (z mocy prawa właściciele ci są stronami, których interes może być naruszony). 1 Mgr, Pracownia GEOSYSTEM, Warszawa 297
6. Przygotowanie operatu wodnoprawnego zgodnie z wymaganiami Ustawy z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne (Dz. U. Nr 115, poz. 1229) na odwodnienie budowlane i odprowadzenie wód (chyba, że odprowadzenie następuje do kanalizacji mającej stosowne pozwolenie wodnoprawne). 7. Uzyskanie w trybie przepisów ustawy Prawo wodne decyzji wodnoprawnej zezwalającej na wykonanie odwodnienia budowlanego wykopu i odprowadzenie wód. Organem właściwym do wydania decyzji jest Starosta. Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne (Dz. U. Nr 115, poz. 1229) w art. 37 stanowi, że szczególnym korzystaniem z wód jest korzystanie wykraczające poza korzystanie powszechne lub zwykłe, w szczególności pobór oraz odprowadzanie wód powierzchniowych lub podziemnych. Art. 122 ust. 1 ustawy precyzuje iż, jeżeli ustawa nie stanowi inaczej, pozwolenie wodnoprawne jest wymagane na odwodnienie obiektów lub wykopów budowlanych oraz zakładów górniczych. Art. 131 ustawy określa, że pozwolenie wodnoprawne wydaje się na wniosek a do wniosku dołącza się: - operat wodnoprawny, - decyzję o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu lub wypis i wyrys z miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego, - opis prowadzenia zamierzonej działalności sporządzony w języku nietechnicznym - dokumentację hydrogeologiczną (w przypadku odwodnień otworami wiertniczymi). Pozwolenie wodnoprawne na odwadnianie obiektów nie jest wymagane jedynie w przypadku gdy zasięg leja depresji nie wykracza poza granice terenu, którego zakład jest właścicielem (art. 124 pkt. 6). Dodać należy, że jest obowiązek prawny uzyskania pozwolenia wodnoprawnego także na długotrwałe obniżenie poziomu zwierciadła wody podziemnej (art. 122, ust.1, pkt. 5) co odnosi się do drenaży, np. chroniących bloki energetyczne elektrowni. 1.2. Możliwe zagrożenia w obszarze oddziaływania odwodnienia Dokumentacje projektowe odwodnień powinny zapewniać bezpieczeństwo prowadzenia robót ziemnych i fundamentowych przy minimalizacji oddziaływania odwodnienia na otoczenie. W kwestii oddziaływania na otoczenie rozpatrzyć trzeba następujące zagadnienia: - zdefiniowanie zasięgu oddziaływania odwodnienia, - indentyfikacja zagrożeń, jakie mogą wystąpić z tytułu czasowego obniżenia zwierciadła wody (naporu hydrostatycznego) w obszarze oddziaływania odwodnienia. 1.2.1. Zasięg oddziaływania odwodnienia Określanie zasięgu oddziaływania, z racji dowolności stosowania różnych metod obliczeniowych, może prowadzić do uzyskiwania, dla tych samych przypadków, wyników różniących się nawet kilkunastokrotnie. Zauważyć należy, że w praktyce inżynierskiej nadal równolegle funkcjonują: a) proste wzory empiryczne, np. Kusakina, Sichardta, wyprowadzone prawdopodobnie w I połowie XX wieku, uwzględniające jedynie wybrane parametry techniczne i hydrogeologiczne, b) wzory analityczne, wyprowadzone z teorii Theisa [1], uwzględniające czynnik czasu, c) rozwiązania numeryczne, rozwiązujące równanie przepływu wód podziemnych, najczęściej metodą różnic skończonych. Poniżej podaje się przykład obliczenia zasięgu oddziaływania odwodnienia R dla przypadku odwodnienia (depresja s = 5 m) warstwy wodonośnej o miąższości H = 10 m i współczynniku filtracji k = 1 m/h: 298
a) wg wzoru Kusakina: R = 151 m b) wg wzoru Theisa-Jacoba: R = 574 m (dla czasu odwodnienia t = 2 miesiące) c) wg równań różniczkowych przepływów wód, teoretyczny zasięg oddziaływania biegnie do nieskończoności. Zauważyć należy rozbieżnością pomiędzy dokładnością praktyki inżynierskiej (różne zasięgi zależnie od metody obliczeniowej) a wymaganiami prawa (stronami postępowania wodnoprawnego są wszyscy właściciele nieruchomości znajdujący się w zasięgu oddziaływania odwodnienia, nawet jeśli zasięg ten wkracza na niewielką część nieruchomości). Wydaje się, że w tej sytuacji aby zdefiniować zasięg oddziaływania trzeba przyjąć (określić) umowną dopuszczalną wielkość obniżenia zwierciadła wody, np. 0.5 m, 1.0 m czy 2.0 m zależnie od podatności otoczenia na oddziaływanie odwodnienia. Ku takiemu poglądowi skłania się Departament Zasobów Wodnych Ministerstwa Środowiska, interpretując, że obszar zasięgu oddziaływania odwodnienia to obszar, na którym pobór wód podziemnych może stanowić zagrożenie, np. dla wegetacji roślin, obiektów budowlanych czy zasobów eksploatacyjnych innych ujęć wód (interpretacja podana w piśmie Urzędu m.st. Warszawy, nr OŚ-II-GW-AS/6225/6-3/3006/03, skierowanym do P. Wiesława Opęchowskiego, w sprawie pozwolenia wodnoprawnego dla metra warszawskiego). 1.2.2. Zagrożenia Z tytułu czasowego obniżenia zwierciadła wody w obszarze oddziaływania odwodnienia mogą wystąpić zagrożenia, takie jak: 1. Dogęszczenie szkieletu gruntowego, skutkujące osiadaniem podłoża gruntowego pod obiektami budowlanymi i deformacją tych obiektów (zarysowania, spękania, osłabienie konstrukcji). 2. Osłabienie podłoża gruntowego wskutek wtłaczania wód z odwodnienia (w przypadku stosowania tzw. zamkniętych systemów odwodnieniowych). 3. Pogorszenie warunków siedliskowych drzewostanu, prowadzące do utraty kondycji i usychania drzew i krzewów. 4. Naruszenie bilansu wodnego wód powierzchniowych (jezior, stawów, starorzeczy itp.), powodujące wysychanie tych form i zanik życia biologicznego. 5. Zaburzenia warunków eksploatacji innych ujęć wód podziemnych, do zaniku wody w tych ujęcia włącznie. 6. Zdeformowanie własności fizyko-chemicznych wód, np. wskutek uruchomienia dopływu zanieczyszczeń. 7. Odrębną grupę zagrożeń stanowią procesy mogące wystąpić w obszarze prowadzenia robót ziemnych i fundamentowych, takie jak: wyparcie dna wykopu, osunięcia skarp, sufozja i rozluźnienie szkieletu gruntowego. 1.3. Schemat budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych Warszawy Dla prześledzenia przykładów projektów odwodnieniowych, przedstawionych w rozdziale drugim, wymagane jest uprzednie podanie zarysu budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych Warszawy. Zarys ten podaje się (rys. 1, rys. 2) za pracą PIG Z. Sarnacka, 1992 r. (poz. [2]) publikacją bardzo przydatną dla planowania obiektów głęboko fundamentowanych w Warszawie. Przekrój geostrukturalny uzupełnia się o schematyzację hydrogeologiczną wg W. Opęchowski. Obszar Warszawy to zdenudowana wysoczyzna polodowcowa oraz dolina Wisły. Podłożem osadów czwartorzędowych są iły pstre pliocenu /4/, mające ponad 100 m 299
miąższości. Strop tych osadów jest silnie zaburzony glacitektonicznie, w szczególności w strefie krawędziowej wysoczyzny, gdzie jest wypiętrzony i ogranicza spływ wód podziemnych z wysoczyzny do doliny Wisły. Iły pstre to gliny i iły pylaste z przewarstwieniami zawodnionych piasków pylastych i drobnych, ich strop zalega na głębokości od kilku do ok. 50 m. Zaburzenia glacitektoniczne spowodowały, że układ warstw jest często prawie pionowy. Na wysoczyźnie na podłożu ilastym zalega dwudzielny kompleks osadów piaszczystych stanowiący naporowy, dwuwarstwowy II poziom wodonośny, zbudowany z: - preglacjalnych piasków ze żwirami /5/ (dolna warstwa IIC) z mułkami rzecznymi w stropie (tworzącymi przeponę filtracyjną IIB); przepona występuje na głębokości około 30 m; - interglacjalnych piasków ze żwirami /21/ (górna warstwa wodonośna), o stropie na głębokości kilkunastu m i poziomie stabilizacji wód na głębokości 6 9 m. Rys. 1 Szkic sytuacyjny (Fig. 1 wg [2]) 1 linie przekrojów geologicznych, 2 stroma krawędź wysoczyzny, 4 granica najwyższego tarasu nadzalewowego Wisły, otwockiego (IIc), 5 - krawędź wyższego tarasu nadzalewowego Wisły, falenickiego (IIb), 6 - krawędź wyższego tarasu nadzalewowego Wisły, falenickiego (IIb), 7 starorzecza Naporowy II poziom wodonośny przykryty jest glinami zwałowymi /25/ (szarymi) stadiału maksymalnego i glinami zwałowymi /29/ (brązowymi) stadiału mazowieckopodlaskiego. Miejscami pomiędzy glinami występują zawodnione piaski wodnolodowcowe (tzw. wody śródglinowe). Na osadach glacjalnych, w przegłębieniach stropu glin, zalegają przypowierzchniowe piaski tworzące umowny nieciągły I poziom wodonośny. Obecnie znacząco już zdrenowany wskutek urbanizacji. W dolinie Wisły, na iłach pstrych pliocenu zalega zawodniony kompleks rzecznych piasków i żwirów o miąższości do kilkunastu metrów. 300
Rys. 2 Przekrój geostrukturalny Warszawy od ul. Nowogrodzkiej do Wisły (Fig. 23 wg [2]) Pliocen: 4 - iły pstre; Czwartorzęd; Preglacjał: 5 - piaski ze żwirami i mułki rzeczne. Interglacjał mazowiecki: 21 - piaski ze żwirami, mułki rzeczne. Zlodowacenie środkowopolskie; Stadiał maksymalny: 24 - piaski ze żwirami wodnolodowcowe, 25 - gliny zwałowe. Stadiał mazowiecko-podlaski: 27 - iły, mułki zastoiskowe, 28 piaski ze żwirami wodnolodowcowe, 29 - gliny zwałowe. Interglacjał eemski: 30 - żwiry i piaski ze żwirami. Schyłek zlodowacenia północnopolskiego: 35 - piaski i mady rzeczne niższego tarasu nadzalewowego Wisły. 1.4. Typowe ingerencje obiektów w układ hydrogeologiczny Większość obiektów głębokiego fundamentowania była realizowana na wysoczyźnie. W dolinie Wisły nowe obiekty budowlane fundamentowane są płytko (na głębokości 2 3 m, w strefie wahań zwierciadła wody I poziomu) lub głęboko (na głębokości kilkunastu m, z osiągnięciem ścianami szczelinowymi stropu podłoża ilastego co umożliwia odcięcie się od zawodnionego otoczenia). Czynnikami wymuszającymi ten stan rzeczy są wysokie koszty odwodnienia i odprowadzenia wód oraz ograniczenia prawne i merytoryczne (podatność otoczenia na odkształcenia). Na wysoczyźnie obiekty płytko fundamentowane (jedna kondygnacja podziemna) z reguły są posadowione powyżej zwierciadła wody I poziomu wodonośnego. Obiekty głęboko fundamentowane (3 5 kondygnacji) wymagają odwodnienia (lub odcięcia wodoszczelnego) I poziomu wodonośnego oraz obniżenia naporu hydrostatycznego (a nawet odwodnienia partii stropowych) II poziomu wodonośnego. Obiekty pośrednio posadowione (2 3 kondygnacje) ingerują w I poziom wodonośny oraz wymagają obniżenia naporu hydrostatycznego II poziomu wodonośnego. Naturalny poziom stabilizacji wód II poziomu w centrum Warszawy wynosi 26 27 mn0w ( 0 W=78 mnpm) i od wielu lat jest znacząco zdeformowany wskutek kolejno po sobie następujących (lub nakładających się) odwodnień budowlanych obiektów głęboko posadowionych. Poniżej podaje się (rys.3) historię wymuszeń zmian naporu hydrostatycznego II poziomu w okresie od 1999 r. (zakończenie budowy metra i innych obiektów śródmieściu Warszawy) do 2002 r. (zakończenie budowy hotelu CENTRUM 2000 InterContinetal). 301
mn0w 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 powrót zw. wody po zakończeniu budowy metra i innych obiektów w śródmieściu Warszawy 0 Wisły = 78 m npm 08-99 09-99 10-99 11-99 12-99 01-00 02-00 03-00 04-00 05-00 06-00 07-00 08-00 09-00 10-00 11-00 12-00 01-01 02-01 03-01 04-01 05-01 06-01 07-01 08-01 09-01 10-01 11-01 12-01 01-02 02-02 03-02 04-02 odwodnienie dla Hotelu Centrum 2000 (Intercontinental) 05-02 06-02 BH 2 BH 3 BH 4B BH 7B BH 11B BH 12B BH 13B BH 18 BH 19 P3/IIC-CENTRUM 2000 P3/IIA-CENTRUM 2000 H37- D.T.CENTRUM H38-D.T.CENTRUM Rys. 3 Wykres zw. wody w piezometrach II poziomu wodonośnego 2. Warunki hydrogeologiczne i podatność otoczenia na odkształcenia a metody fundamentowania i odwadniania obiektów przegląd wybranych projektów 2.1. Obiekt Hotel Centrum 2000 InterContinental Przykład głębokiego fundamentowania w typowych warunkach hydrogeologicznych. Wykop w ścianach szczelinowych, metoda podstropowa.wykop przecina I poziom wodonośny i wody śródglinowe, dochodzi do stropu II poziomu wodonośnego (por. rys. 4). Dane charakterystyczne: - 45 kondygnacji nadziemnych i 5 podziemnych - wymiary w planie 53 44 m - głębokość dna wykopu 21 m, szacht windowy 4 m poniżej dna wykopu (25 m) - głębokość ścian szczelinowych 34 m. Wymagane było obniżenie naporu hydrostatycznego II poziomu o 10 m (a lokalnie pod szacht windowy 14 m). Pomimo bezpośredniej bliskości budynków (kilka metrów) oceniono, że dopuszczalne jest tak głębokie zdepresjonowanie. Zadanie zaprojektowania odwodnienia wykonano metodą numerycznego modelowania procesów filtracji w II dwuwarstwowym poziomie wodonośnym. Modelowano obszar o wymiarach w planie 2 km 2 km. Na modelu poszukiwano optymalnego usytuowania studni, zapewniającego uzyskanie wymaganej depresji oraz bezpieczne likwidowanie studni. Zaprojektowano 6 studni depresyjnych o zdolności poboru Q = 270 m 3 /h. Uwzględniając potrzebę koncentracji depresji przy szachcie windowym 4 studnie zlokalizowano wewnątrz wykopu a 2 na zewnętrz. Studnie wewnętrzne były filtrowane w całym przelocie a studnie zewnętrzne jedynie w odprężanym II poziomie wodonośnym. Studnie zewnętrzne pełniły dodatkową funkcję opóźniającą tempo wzniosu stanów wód podczas wodoszczelnej likwidacji studni wewnętrznych w płycie fundamentowej obiektu. Monitoring przyrodniczy polegał na pomiarach zw. wody w sieci piezometrów a monitoring obiektowy to cykliczne pomiary przemieszczeń pionowych budynków. 302
Rys. 4 Przekrój hydrogeologiczny przez obiekt Hotel Centrum 2000 (InterContinental) Rys. 5. Plan sytuacyjny obiektu Hotel Centrum 2000 (InterContinental) 303
Rys. 6 Typowa konstrukcja studni 304
Rys. 7 Typowa konstrukcja piezometrów 305
Przebieg procesu depresjonowania był zgodny z projektem. Przemieszczenia pionowe budynków nie przekroczyły prognozowanych (do kilku milimetrów) a udział odwodnienia w osiadaniach był trudny do wyodrębnienia. Poniżej przedstawia się wykres ilustrujący proces odwodnienia. Zauważyć należy charakterystyczne fazy odwodnienia: rozruch utrzymywanie depresji redukowanie depresji likwidacja odwodnienia. 33 31 29 27 Rozruch St.1 i St.4 Rozruch St.5 Rozruch St.6 25 23 21 rzędna zwierciadła wody [m n0w] 19 17 15 13 Rozruch St.2 i St.3 piezometry Wierzch płyty Spód płyty 11 9 studnie Likwidacja St.3 Likwidacja St.2 - St.4 - St.1 Likwidacja St.6 7 5 3 Likwidacja St.5 1 07-01 08-01 09-01 10-01 11-01 12-01 01-02 02-02 03-02 04-02 05-02 St.0 St.1 St.2 St.3 St.4 St.5 St.6 P1/I P3/IIC P3/IIA P4/I P5/I P6/IIA H37 H38 Rys. 8. Wykresy wskaźnikowe odwodnienia obiektu Hotel Centrum 2000 (InterContinental) 2.2. Obiekt JASNA Przykład głębokiego fundamentowania w skomplikowanych warunkach hydrogeologicznych: na kontakcie wypiętrzenia iłów pstrych pliocenu z II poziomem wodonośnym. Wykop w ścianach szczelinowych, metoda podstropowa. Wykop zgłębiony do iłów IVa (zawierających zawodnione przewarstwienia piaszczyste IVb) narożnikiem odsłaniał II poziom wodonośny (rys.9, 10). Dane charakterystyczne: - 7 kondygnacji nadziemnych i 4 podziemne - wymiary w planie 75 27 m - głębokość dna wykopu 15.5 17.0 m - głębokość ścian szczelinowych 22-24 m. 306
Rys. 9 Plan sytuacyjny obiektu JASNA Wykop w ścianach szczelinowych, metoda podstropowa. Analiza warunków wykazała, że zasadnym jest miejscowe przegłębienie ścian szczelinowych dla odcięcia się od II poziomu wodonośnego i ograniczenie robót odwodnieniowych do odwodnienia zawodnionej listy plioceńskiej (studnie St.1/IVb, St.2/IVb i agregat igłofiltrowy) oraz odpompowania odciętych wód statycznych II poziomu (studnia St.3/II). Na wybór tego rozwiązania (przegłębienie ścian dla odcięcia wód) częściowy wpływ miał również zły stan techniczny jednego z sąsiadujących budynków. Rys. 10. Przekroje hydrogeologiczne przez obiekt JASNA 307
Pokreślić należy nieregularność występowania przewarstwień piaszczysto-pylastych (IVb) w obrębie iłów pliocenu (IVa) oraz powolne odsączanie się wód. Wymagane jest dobre rozpoznanie geologiczne. Zdecydowanie skuteczniejsze w takich gruntach jest odwodnienie podciśnieniowe. Realizacja obiektu nie spowodowała szkodliwych oddziaływań na otoczenie. 30 28 26 P3/II rzędne (mn0w) 24 22 20 18 PII/IVb P1/IVb POZIOM POSADOWIENIA CZ. GŁĘBOKIEJ 18.5 mn0w Wyłączenie studni plioceńskich 16 St.3/II (likwidacja studni czwartorzędowej) 14 12 St.1/IVb St.2/IVb 10 12-02 01-03 02-03 03-03 04-03 05-03 06-03 Rys. 11 Wykresy wskaźnikowe odwodnienia obiektu JASNA 07-03 2.3. Obiekt Międzynarodowa Przykład zmiany metod budowy z uwagi na podatność otoczenia na odkształcenia i wysokie koszty robót odwodnieniowych w dolinie Wisły. Obiekt o wymiarach w planie 33 52 m i wysokości 9 kondygnacji zaplanowano posadowić na głębokości 5 m (prawie 3 m poniżej zwierciadła wód podziemnych), pod osłoną wspornikowych ścian szczelinowych. Badania geotechniczne o głębokości 8 m zakończone były w zawodnionych piaskach i żwirach rzecznych. Taki stan rozpoznania nie pozwalał na racjonalny wybór metody budowy części podziemnej obiektu. Odwodnienie w danych warunkach byłoby przedsięwzięciem niezwykle kosztownym i bardzo trudnym ze względów formalno-prawnych, głównie ze względu na oddziaływanie odwodnienia na środowisko przyrodnicze (kanał wodny łączący pobliskie Jez. Kamionkowskie z Jez. Gocławskim oraz na sąsiednie obiekty budowlane (11 kondygnacyjne budynki z wielkiej płyty). W związku z powyższym zaproponowano wykonanie badań uzupełniających, mających na celu określenie głębokości występowania i rodzaju gruntów spoistych, mogących stanowić podłoże dla wodoszczelnego zakotwienia ścian szczelinowych obiektu. Uzupełniające badania geotechniczne poprzedzono prospekcją geofizyczną (sondowanie geoelektryczne potwierdziło możliwość występowania gruntów spoistych na głębokości 12 15 m). Wykonane badania uzupełniające wykazały występowanie zastoiskowych glin i iłów 308
pylastych (por. rys.12). Umożliwiło to zaprojektowanie i realizację obiektu w ścianach szczelinowych doprowadzonych do podłoża wodonieprzepuszczalnego. Ograniczyło to roboty odwodnieniowe do odpompowania wód zamkniętych obrysem ścian szczelinowych, nie powodując oczywiście żadnego szkodliwego oddziaływania na zewnątrz. Uzyskano dodatkową kondygnację podziemną. Rys. 12. Przekrój hydrogeologiczny po obrysie części podziemnej budynku Międzynarodowa 2.4. Obiekt Hotel Hilton Przykład obniżenia naporu hydrostatycznego wód II poziomu dla zachowania stateczności dna wykopu. Obiekt o 28 kondygnacjach nadziemnych i 3 podziemnych, w realizacji. Fundamentowanie obiektu zrealizowano pod osłoną ścian szczelinowych metodą podstropową. Wykop fundamentowy o głębokości 15.5 m przeciął I poziom wodonośny i wszedł w stropowe partie glin zwałowych, napinających wody II poziomu wodonośnego (rys.14). Rys. 13 Plan lokalizacyjny obiektu Hilton 309
Rys. 14. Przekrój hydrogeologiczny wzdłuż osi HH obiektu Hilton rzędna wody [mn0w] 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 20,9-21,2 mn0w - rzędna posadowienia płyty 25,4 mn0w - staty czne zw. wody = poziom startowy d d i i 18,5 mn0w - rzędna szachtów windowy ch 03-04 04-04 05-04 06-04 07-04 08-04 09-04 st.1 st.2 st.3 st.4 P1 P2 Pg2 P3 P4 P5 P6 Rys. 15 Wykresy wskaźnikowe odwodnienia obiektu Hilton Analiza stateczności wykazała, że dla bezpiecznego wykonania płyty fundamentowej wymagane jest obniżenie naporu II poziomu o 5 m. Zadanie zaprojektowania odwodnienia wykonano metodą numerycznego modelowania filtracji. Instalację odwodnieniową stanowiły: - bariery igłofiltrowe do odpompowania zamkniętych obrysem ścian szczelinowych wód I poziomu wodonośnego - 4 studnie depresyjne zewnętrzne odprężające II poziom wodonośny. 310
Dla zminimalizowania wpływu studni na I poziom wodonośny na zewnątrz ścian szczelinowych zostały one uszczelnione w warstwie glin rozdzielających I i II poziom wodonośny. Proces depresjonowania ilustrują wykresy wskaźnikowe położenia zwierciadła wody w studniach i piezometrach (rys.15). 2.5. Obiekt Złote Tarasy W ramach Inwestycji Złote Tarasy powstają obiekty na powierzchni około 32 tys. m 2. Obiekty te posadowione są we wspólnym wykopie fundamentowym o głębokości 11 15 m ppt (rys.16). Wykonane są 4 kondygnacje podziemne. Wykop fundamentowy głębiony był pod osłoną ścian szczelinowych konstrukcyjnych kotwionych lub podpartych przyporami ziemnymi. Ściany szczelinowe nie przegradzały II poziomu wodonośnego a dno wykopu miejscowo nacinało jego strop stąd zachodziła konieczność obniżenia naporu hydrostatycznego II poziomu wodonośnego. Wymagane obniżenie naporu hydrostatycznego II poziomu wodonośnego wynosiło 6.6 m. Instalację odwodnieniową stanowiły: - bariery igłofiltrowe odpompowujące zamknięte obrysem ścian szczelinowych wody I poziomu wodonośnego, - 8 studni wewnętrznych odwadniających II poziom wodonośny (rys.16). Rys. 16 Plan rozmieszczenia instalacji odwodnieniowej na obiekcie Złote Tarasy 311
Rys. 17 Przekrój hydrogeologiczny I-I przez obiekt Złote Tarasy Monitoring oddziaływania odwodnienia stanowiły pomiary położenia zwierciadła wody w założonej sieci piezometrów (monitoring przyrodniczy) oraz pomiary geodezyjne reperów założonych na okolicznych budynkach oraz reperów ziemnych (monitoring obiektowy). Przebieg odwodnienia i oddziaływania był zgodny z założeniami projektowymi. Proces depresjonowania ilustrują wykresy wskaźnikowe położenia zwierciadła wody w studniach i piezometrach (rys.18). 312
32 [mn0w] 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 26.2 m n0w - staty czne zwieriadło wody = poziom startowy odwodnienia 20.7 m n0w - poziom posadowienia płyty f undamentowej 18.9 m n0w - poziom posadowienia szachtów windowy ch 5-03 5-03 5-03 6-03 6-03 7-03 7-03 8-03 8-03 9-03 9-03 P02/II P03/II P04/I P05/I P07/II P08/II P08/I St.1 St.2 St.3 St.4 St.5 St.6 St.7 St.8 H37 H38 HILTON 10-03 10-03 10-03 11-03 11-03 12-03 Rys. 18 Wykres wahań zwierciadła wody w czasie odwodnienia Sieć monitoringu obiektowego została przedstawiona na rys.19. Analizę oddziaływania wykopu na otoczenie przeprowadzono na wybranych przekrojach, prostopadłych do wykopu (rys.19) i przedstawiono w formie wykresów (rys.20 23). Analiza obejmowała repery na ścianach szczelinowych, budynkach oraz repery ziemne. Rys. 19 Plan rozmieszczenia reperów-przemieszczenia pionowe 313
Z analizy monitoringu obiektowego wynika, iż brak jest widocznego wpływu odwodnienia (zmian obniżenia zwierciadła wód podziemnych) na przebieg i wielkość odkształceń pionowych. Głównym czynnikiem przemieszczeń pionowych jest zależność ilości masy wydobytej ziemi do przyrostu masy konstrukcji w czasie por. krzywa zmian masy wewnątrz wykopu (rys.22). Na przekrojach widoczne są wyraźne przemieszczenia pionowe do góry w czasie głębienia wykopu (odciążenie) i wartości stałe a następnie osiadanie przy dociążaniu konstrukcją. rzędna zwierciadła wody [mn0w] 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 P08/I P03/II 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8-10 -12-14 przemieszczenia pionowe [mm] 11/02/03 25/02/03 11/03/03 25/03/03 9/04/03 23/04/03 7/05/03 21/05/03 6/06/03 20/06/03 4/07/03 18/07/03 3/08/03 17/08/03 31/08/03 14/09/03 28/09/03 12/10/03 26/10/03 9/11/03 23/11/03 BS02 BS03 GS102 GS103 GS104 GS105 GS106 BS161 P08/I P02/II Rys. 20 Wykres przemieszczeń pionowych na tle wahań zw. wody w przekroju I-I 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 P08/I P03/II 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8-10 -12-14 11/02/03 25/02/03 11/03/03 25/03/03 9/04/03 23/04/03 7/05/03 21/05/03 6/06/03 20/06/03 4/07/03 18/07/03 3/08/03 17/08/03 31/08/03 14/09/03 28/09/03 12/10/03 26/10/03 9/11/03 23/11/03 rzędne zwierciadła wody [mn0w] przemieszczenia pionowe [mm] BS08 BS09 BS16 BS17 GS114 GS116 GS117 GS118 BS163 P08/I P03/II Rys. 21 Wykres przemieszczeń pionowych na tle wahań zw. wody w przekroju III-III Wielkość przemieszczeń pionowych maleje w funkcji odległości od wykopu (rys.23). Zasięg odprężenia górotworu, powodujący mierzalne przemieszczenia pionowe, skierowane do góry, sięga na odległość 15 do 20 m od granicy wykopu, tj. 1,0 1,3 głębokości wykopu. 314
przemieszczenia pionowe [mm] 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8-10 -12-14 0-100000 -200000 4/04/03 18/04/03 2/05/03 16/05/03 30/05/03 13/06/03 27/06/03 11/07/03 25/07/03 8/08/03 22/08/03 5/09/03 19/09/03 3/10/03 17/10/03 31/10/03 14/11/03 28/11/03 12/12/03 26/12/03 9/01/04 23/01/04-300000 -400000-500000 -600000 różnica między wywiezionym gruntem i przyrostem konstrukcji [T] BS13 BS14 BS15 BS40 BS164 bilans masy Rys. 22 Wykres przemieszczeń pionowych i bilansu mas w obrębie wykopu w przekroju IV-IV przemieszczenia pionowe [mm] 14 12 10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8-10 -12-14 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 odlegość od wykopu [m] GS139 GS140 GS141 BS33 BS36 BS61 BS62 BS172 trend line Rys. 23 Wykres przemieszczeń pionowych w funkcji odległości od wykopu w przekroju IX-IX 3. Podsumowanie i wnioski 1. Badania geologiczne, w szczególności dla obiektów głęboko fundamentowanych, powinny być ukierunkowane nie tylko na parametry geotechniczne ale również na rozpoznanie miejscowego i rejonowego układu hydrogeologicznego. 2. Zasięg oddziaływania odwodnień jest z reguły duży i jest tak funkcją parametrów hydrogeologicznych i wielkości wymuszenia (depresji) jak i czasu utrzymywania depresji. Zaleca się stosowanie metod numerycznego modelowania przepływów wód. 315
3. Prawidłowe zaprojektowane i wykonane odwodnienia w gruntach nie słabonośnych z reguły nie powodują znaczących osiadań podłoża gruntowego. Przy prawidłowym rozpoznaniu geologicznym przedprojektowym, obszary występowanie gruntów słabych powinny być wykartowane. Należy wykorzystać dostępne mapy i atlasy geologiczne. 4. W projektowaniu odwodnień zaleca się stosowanie porządku postępowania jak poniżej podany spis treści typowego projektu odwodnienia. 1. Wprowadzenie 1.1. Przedmiot, cel i zakres opracowania 1.2. Wykorzystane materiały 2. Ogólna charakterystyka inwestycji 2.1. Dane ogólne i metody budowy obiektu 2.2. Schemat budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych 3. Warunki hydrogeologiczne 3.1. Stopień rozpoznania hydrogeologicznego 3.2. Charakterystyka I poziomu wodonośnego 3.3. Charakterystyka II poziomu wodonośnego 3.4. Założenia projektowe odwodnienia 4. Obliczenia hydrogeologiczne odwodnienia 4.1. Metodyka obliczeń 4.2. Wyniki obliczeń i projektowy zakres robót odwodnieniowych 5. Prognoza oddziaływania odwodnienia 5.1. Oddziaływanie odwodnienia na podłoże obiektów budowlanych 5.2. Oddziaływanie odwodnienia na środowisko przyrodnicze 5.3. Program monitoringu przyrodniczego i obiektowego 6. Projekt wykonania robót 6.1. Zakres i kolejność realizacji robót 6.2. Obliczenia konstrukcji studni 6.3. Wiercenie i filtrowanie studni 6.4. Wiercenie i filtrowanie piezometrów 6.5. Zrzut wody i zasilanie energetyczne 6.6. Obsługa i nadzór odwodnienia Piśmiennictwo [1]. Wieczysty A., Hydrogeologia inżynierska, PWN Warszawa, 1982. [2]. Sarnacka Z., Stratygrafia osadów czwartorzędowych Warszawy i okolic, Warszawa, PIG, 1992. 316