BUDOWNICTWO

GEOFIZYKA W BUDOWNICTWIE OBIEKTÓW LINIOWYCH I WIELKOKUBATUROWYCH

Nieniszczące badania geofizyczne (czasem nazywane NDT – Non Destructive Testing) są coraz częściej stosowane w dziedzinach niezwiązanych z poszukiwaniem i eksploatacją np. złóż kopalin, do których były pierwotnie przeznaczone. Szybki postęp technologiczny w zakresie konstrukcji geofizycznych aparatur pomiarowych jak i specjalistycznego oprogramowania geofizycznego a przede wszystkim mocy obliczeniowych komputerów, spowodował powstanie wielu nowych aplikacji nieinwazyjnych metod geofizycznych.

Od kilkunastu lat badania geofizyczne metodami elektrooporową, sejsmiczną i georadarową są wskazywane w różnych krajowych rozporządzeniach, instrukcjach, wytycznych jako narzędzie do rozpoznania struktury gruntów i skał dla potrzeb budownictwa przemysłowego.

Gwałtowny rozwój energetyki wiatrowej w Polsce od początku lat 90-tych XX wieku spowodował potrzebę dokładnego rozpoznania budowy podłoża turbin wiatrowych a w efekcie dokładnego określenia nośności i warunków posadowienia projektowanych elektrowni na farmach wiatrowych. Dla takiego zadania najbardziej odpowiednim podejściem są klasyczne wiercenia lub sondowania wraz z ciągłymi badaniami geofizycznymi metodą sejsmiczną MASW oraz niekiedy metodą elektrooporową. Mają one na celu rozpoznać ośrodek pod kątem jego struktury oraz występowania w nim stref osiadań, o obniżonej gęstości, a nawet ciągłych zmian np. dynamicznego modułu ścinania Gmax. Rozkład tego parametru w przestrzeni, objętej wpływami pracujących turbin wiatrowych, możliwy jest z sejsmicznych badań techniką analizy fal powierzchniowych MASW.

Badania geofizyczne sejsmiczną metodą refrakcyjną oraz tomografią elektrooporową, są z powodzeniem stosowane w rozpoznaniu podłoża przy drążeniu komunikacyjnych tuneli drogowych. Ciągłe profilowania nadkłądu i podłoża powyższymi metodami pozwalają dokładnie skorelować informacje z otworów a także umożliwiają określenie parametrów geomechaniczych i klas jakości górotworu. Parametry te są istotne z punktu widzenia technologii wykonania tunelu. Również podczas eksploatacji tuneli stosuje się geofizyczne badania sejsmiczne do oceny wzajemnego oddziaływania pomiędzy masywem skalnym (inaczej górotworem) a obudową tunelu. Przykładem zrealizowanego projektu jest tunel w Lalikach wydrążony w warunkach występowania utworów fliszu karpackiego.

Problematyka występowania podwyższonych stanów poziomu wody pojawia się cyklicznie wraz z porą intensywnych opadów oraz roztopów. W takich sytuacjach swoje zadanie mają do spełnienia systemy wałów przeciwpowodziowych oraz suchych zbiorników. Dla odpowiedniej analizy ich struktury i stanu technicznego, stosuje się kompleksową metodę geotechnicznych badań punktowych, skorelowanych z ciągłymi, nieinwazyjnymi badaniami geofizycznymi różnymi metodami. Dla rozpoznania struktury korpusu wału najczęściej (w zależności od materiału budującego korpus) używa się badań georadarowych, jednakże po obu stronach oraz w poprzek wałów stosuje się także metody sejsmiczne, elektrooporowe oraz elektromagnetyczne.

Powszechne jest już stosowanie geofizycznych badań jako znaczące uzupełnienie, a czasem wręcz podstawa określenia przekrojów geologiczno i inżynierskich dla obiektów takich jak autostrady, obwodnice oraz inne drogi. Ma to szczególnie duże znaczenie w podczas projektowania dróg na terenach zagrożonych występowaniem gruntów nienośnych np. torfy oraz deformacji nieciągłych ze strony pustek pogórniczych i krasowych. Powstają one w miejscach historycznej, płytkiej do kilkudziesięciu metrów, eksploatacji surowców energetycznych (węgiel kamienny i brunatny) oraz rud metali (żelaza, cynku i ołowiu). W przypadku nieudokumentowanej eksploatacji np. tzw. „biedaszybów” istnieje rzeczywiste zagrożenie dla powierzchni terenu ze strony niezlikwidowanych pionowych i poziomych wyrobisk górniczych. Jedynie nieinwazyjne pomiary geofizyczne są w stanie rozpoznać i wskazać takie zagrożenia w celu ich likwidacji np. poprzez prace wiertniczo-podsadzkowe. Pomiary na takich terenach należy wykonywać metodą sejsmicznej refrakcji (na profilach usytuowanych równolegle do osi projektowanej autostrady, obwodnicy lub drogi) oraz metodą wielokanałowej analizy fal powierzchniowych MASW 2D w rejonach stwierdzonych niejednoznacznych anomalii sejsmicznych.

Geofizyczne badania georadarowe dla zadań jak rewitalizacja, modernizacja, studium takich obiektów jak linie kolejowe, mają na celu rozpoznanie zmian w miąższości tłucznia, podsypki oraz wszelkich zmian strukturalnych w podtorzu i podłożu nasypów kolejowych. Badania takie są bardzo szybkie, nieinwazyjne oraz niewymagające reorganizacji ruchu kolejowego w trakcie ich wykonywania. W zależności od celu pomiarów badania są wykonywane w osiach torów oraz w półkach i poboczach. Pomiary są wykonywane w klasyczny sposób w formie profilowania po powierzchni, a także poprzez zamontowaną na drezynach lub lokomotywach aparaturę pomiarową.

Dla posadowienia obiektów liniowych takich jak gazociągi, wodociągi i ropociągi najczęściej proponuje się badania georadarowe, sejsmiczne oraz tomografie elektrooporowe. Są one przydatne dla uściślenia interpretacji geologiczno-inżynierskiej, wykonanej pomiędzy punktowymi otworami badawczymi i sondowaniami. Metody geofizyczne służą do ciągłego rozgraniczenia warstw geologicznych i określenia występujących warunków hydrogeologicznych. W przypadku konieczności wykonania przewiertu HDD dla redukcji ryzyka napotkania przeszkód pod powierzchnią terenu (np. głazów narzutowych) wykonuje się odpowiednio zaprojektowane pomiary georadarowe. Natomiast niewątpliwie najbardziej odpowiednią metodą do określenia położenia stropu litego podłoża skalnego jest metoda refrakcji sejsmicznej. Dobór odpowiedniej metody lub grupy metod jest uzależniony od warunków geologicznych i terenowych a także celu badań.

Coraz częściej konstruktorzy i projektanci wymagają wykonania nieinwazyjnych badań podłoża pod obiekt oraz w trakcie realizacji takich elementów jak np. filary, fundamenty, ściany, stropy, posadzki. W zależności od zagadnienia stosuje się zaawansowaną metodę MASW 2D/3D, mikrograwimetryczną, elektrooporową oraz wysokoczęstotliwościowe anteny georadarowe. Badania te mają zastosowanie m.in. w określeniu występowania stref spękań i osłabienia w podłożu pod projektowane fundamenty a na etapie powykonawczym – analizie rozmieszczenia siatki zbrojeniowej, wykrywaniu defektów wewnątrz struktury np. płyt posadzek technologicznych oraz w aspekcie występowania pod nią pustych przestrzeni, szczelin i stref związanych z procesami osiadania i sufozji.

Przedstawione powyżej zagadnienia wymagają optymalnego doboru oraz zakresu prac badawczych. Proponowane badania muszą uwzględniać wiele czynników m.in. warunki terenowe, geologiczne oraz cel tych badań. Dla uzyskania rzetelnej odpowiedzi na postawione przed geofizyką pytania, prace polowe, zaawansowane przetwarzanie specjalistycznym oprogramowaniem oraz kompleksowa interpretacja wyników badań muszą być wykonywane przez osoby z wieloletnim doświadczeniem w takich badaniach, popartym branżowymi uprawnieniami geofizycznymi.