Błędy i braki w dokumentacjach geotechnicznych
Czterdzieści lat temu monopol na badania gruntu i sporządzanie dokumentacji posiadał Geoprojekt. Bywało, że na rozpoczęcie zamówionych prac trzeba było czekać kilka tygodni. Dokumentacje sporządzane przez Geoprojekt zapewniały dobrą jakoś: wierceniom badawczym towarzyszyły sondowania i rozbudowane badania laboratoryjne. Z dużą pieczołowitością i starannością sporządzane były przekroje geotechniczne. Dziś działa liczna grupa firm geotechnicznych i geologicznych. Niestety wzrostowi podmiotów zajmujących się badaniem podłoża gruntowego w wielu przypadkach nie towarzyszy wzrost poziomu wykonanych opracowań. Choć często zamawiający otrzymuje elegancko zapakowane dokumentacje geotechniczne, po bliższym ich poznaniu okazuje się, że zawierają błędy i braki.
Przedstawione poniżej uwagi oparte zostały na analizie kilkuset dokumentacji geotechnicznych, z którymi zetknąłem się w ostatnich latach.
Nie rozwijam szerzej problemu nieuczciwie wykonanych opracowań, ale warto jednak zaznaczyć, że analiza dokumentacji wykonanych dla tej samej działki przez dwie różne firmy wyraźnie wskazuje, że część danych nie została przestawiona w oparciu o wykonane badania, a jedynie na bazie materiałów archiwalnych i wróżenia z fusów. Zdarza się, że wykonawca badań wykonuje jedynie część zaplanowanych otworów badawczych. Nieuczciwi badacze posługują się maksymą „po co wiercić wszystkie otwory, kiedy po wykonaniu kilku widzimy, że budowa geologiczna jest jednorodna”. Korzystałem z dokumentacji sporządzonej dla poważnej inwestycji projektowanej w centrum Warszawy, w której w każdym otworze jak po sznurku pod przypowierzchniowymi glinami występowały piaski. Badania uzupełniające wykazały, że w części działki budowa geologiczna jest zupełnie inna.
Zostawiam problem nieuczciwych badaczy i wracam do błędów i braków w dokumentacjach, które powstają z innych powodów.
Niepoprawne określenie stopnia plastyczności gruntów spoistych
Ciągle jeszcze znaczna część dokumentacji opracowywana jest jedynie na podstawie wierceń badawczych i sondowań piasków bez koniecznego przeprowadzenia sondowań CPTu czy choćby CPT. W związku z powyższym w dokumentacjach błędnie podawane są wartości stopnia plastyczności. Szczególnie niebezpieczne jest szacowanie stopnia plastyczności dla pyłów czy piasków gliniastych. Grunty te przewiercone w środowisku nawodnionym bardzo szybko się uplastyczniają. Praktycznie nie ma możliwości określenia ich stopnia plastyczności na podstawie jedynie wierceń, zwłaszcza gdy przeprowadzone są techniką bez rurowania. Niewłaściwą ocenę gruntów można odczytać analizując przekroje geotechniczne. Na rysunkach wszędzie tam, gdzie występują gliny piaszczyste i gliny w stanach twardoplastycznym i półzwartym towarzyszące im pyły i piaski gliniaste są plastyczne (Rys.1).
Dla plastycznych gruntów podawane są zaniżone wartości modułów ściśliwości i pozostałych parametrów wytrzymałościowych. Często wymusza to na projektantach zastosowanie pośredniego posadowienia fundamentów.
Zdarzają się opracowania, dla których wykonane zostały sondowania CPT, ale ich wyniki nie stanowiły podstawy do określenia parametrów geotechnicznych. Badania statyczne wskazują, że w podłożu zalegają dobre pod względem nośności grunty, ale już na przekrojach widoczne są grunty plastyczne, bo tak zostały opisane przez dokumentatora wierceń.
Interpretacja przebiegu warstw geotechnicznych
Przedstawienie graficzne przebiegu warstw wymaga nie tylko dobrego opisu profilu otworu wiertnicznego, ale też właściwej wiedzy ogólnej. Rysowanie prostego przebiegu warstw, gdy wyniki badań w otworach oddalonych o 40 ÷ 50 czy więcej metrów jest ryzykowne. Sytuację najlepiej przedstawia przykład z budowy drugiej linii metra w Warszawie. Projekt realizacji stacji Świętokrzyska oparty była na kilku otworach badawczych. Przekrój wykonany na podstawie trzech otworów przedstawiał dość prostą budowę geologiczną. Pod piaskami na głębokości około 20 metrów znajdował się plioceński ił. Strop warstwy iłu zilustrowany został płaską linią (Rys. 2). Taka interpretacja budowy geologicznej w tej części miasta była bardzo ryzykowna. Wiadomo bowiem, że strop iłów jest tu mocno pofałdowany. Ściany szczelinowe wykonywała włoska firma nie posiadająca wiedzy o budowie geologicznej Warszawy i niemająca świadomości o grożących niebezpieczeństwach. Poszczególne sekcje ścian szczelinowych wykonane zostały do podobnej głębokości i nie wszędzie sięgnęły do stropu iłów. Zabrakło pełnego odcięcia dopływu wody do wykopu. Podczas wykonywania robót ziemnych na poziomie minus dwa woda dostała się do wnętrza budowanej stacji. Prace zostały przerwane na kilka miesięcy. Po awarii wykonano dodatkowe badania, które kompletnie zmieniły przebieg warstw (Rys. 3). Dla dokończenia budowy trzeba było uszczelnić warstwy piasku pod ścianą szczelinową.
Na specjalnej stronie można dokładniej przyjrzeć się przekrojom na stacji metra Świętokrzyska w Warszawie, które obrazują, jak zmieniał się układ warstw podłoża gruntowego.
Pomiar poziomu występowania wody gruntowej
W wielu przypadkach projektanci ustalają poziom posadowienia nieznacznie powyżej poziomu zwierciadła wody gruntowej. Istotne jest więc precyzyjne ustalenie tego poziomu oraz określenie możliwych zmian głębokości wody. Dokładność pomiarów a także możliwość monitoringu zmian umożliwiają piezometry zainstalowane na terenie realizowanej inwestycji. Badania poziomu stabilizacji wody gruntowej w piezometrze znacznie zmniejszają możliwości popełnienia błędu. Podczas wiercenia dla właściwego pomiaru koniecznej jest zatrzymanie postępu prac i odczekanie do momentu stabilizacji lustra wody.
Bardziej kłopotliwe jest mierzenie drugiego poziomu wody gruntowej. W czasie prowadzonych prac wiertniczych konieczne jest poprawne odizolowanie obu poziomów wodonośnych. W wielu dokumentacjach nie jest podawana głębokość stabilizacji drugiego poziomu wody gruntowej ponieważ takie badanie nie zostało w ogóle przeprowadzone.
Niezwykle istotne jest przeprowadzenie analiz, które pozwolą określi możliwą amplitudę wahań zwierciadła wody gruntowej. Aktualnie w Warszawie w konsekwencji budowy drugiej linii metra i wielu budynków z kilkoma poziomami podziemnych garaży nastąpiło znaczne obniżenie głębokości występowania wody gruntowej. Dobrze ilustruje przykład działki położonej przy ulicy Karolkowej. Na początku 2019 roku woda pierwszego poziomu zniknęła, a woda drugiego poziomu została pomierzona na rzędnej 100,58 m n.p.m. Przed wykonanymi odwodnieniami stan średni wody drugiego poziomu określany był na rzędnej 104,98 m n.p.m. Woda pierwszego poziomu występowała na rzędnej 106,40 m n.p.m.
Bez informacji o możliwości podnoszenia się poziomu zwierciadła narażamy inwestora i wykonawców na spore kłopoty i nieprzewidziane koszty.
Badania wytrzymałościowe
Dla obiektów zaliczanych do drugiej kategorii geotechnicznej w złożonych warunkach wodno- gruntowych wymagane jest przeprowadzenie badań wytrzymałościowych na pobranych próbach gruntu o nienaruszonej strukturze – próby NNS. Zakres badań powinien być uzgodniony z projektantem konstrukcji. Zazwyczaj wykonuje się co najmniej dwie serie badań trójosiowych. Zalecane jest także przeprowadzenie badań metodą fali sejsmicznej BET (Bender Element Test), które określa moduł Eo i pozwala oszacować wartość współczynnika Poissona v’.
Badania wytrzymałościowe prób o nienaruszonej strukturze są kosztowne, ale konieczne. Nieśmiało przebijają się technologie „cross-hole” i „down-hole”. Na podstawie rozkładu prędkości fali poprzecznej i podłużnej można określić początkowy moduł odkształcenia postaciowego G oraz rzeczywistą wartość modułu Eo. Jak wykazały pierwsze tego typu badania wykonane w Warszawie wartość modułów odkształceniowych jest znacznie wyższa od otrzymywanych z innych rodzajów badań. Pozwala to znacznie zmniejszać koszty fundamentowania.
Niestety przeważająca część dokumentacji nie zawiera takich badań. Niezwykle istotne jest, żeby w programach badań sporządzanych przez konstruktorów znajdowało się zapotrzebowanie na ten rodzaj badań. Jeżeli projektant nie życzy sobie badań wytrzymałościowych to inwestor ich nie zleci.
Niewłaściwa lokalizacja otworu badawczego
Niewłaściwa lokalizacja otworu wiertniczego czy sondowania w terenie lub na mapie może przyczynić się do kłopotów podczas realizacji budowy. Sytuacja taka jest niebezpieczna przy projektowaniu długości ścian szczelinowych odcinających dopływ wody gruntowej do wykopu. Jeżeli otwór wykonany był w innym miejscu budowa geologiczna może być inna niż tam, gdzie sekcja ściany szczelinowej będzie realizowana.
Podobne błędy może spowodować niepoprawne określenie rzędnej terenu. W takim przypadku na innej głębokości w stosunku do otoczenia znajdzie się poziom wody gruntowej czy też strop interesującej nas warstwy gruntów.
Stosowanie nowoczesnych odbiorników geodezyjnych opartych na systemem GPS w znacznym stopniu wyklucza popełnianie błędów zarówno przy wytyczaniu otworów w terenie jak przy określaniu wysokości terenu. Należy zwrócić uwagę na zmianę rzędnych opisujących wysokość terenu w Warszawie. Obowiązujący przez lata układ względem „0” Wisły został zmieniony na panujący w całej Polsce system wyrażający poziom terenu względem poziomu morza. Część map zorientowanych jest jeszcze względem „0” Wisły, ale wszystkie nowe posługują się układem Kronsztad. Żeby przeliczyć jedne rzędne na drugie do poziomu „0” Wisły należy dodać wartość 77,87.
Informacje o występujących w podłożu głazach, kamieniach i innych przeszkodach
Istotne jest zamieszczanie we wnioskach w dokumentacjach informacji o głazach i kamieniach napotkanych w czasie prowadzonych wierceń czy sondowań. Brak takiej informacji może przyczynić się do wyboru niewłaściwej technologii przy realizacji obudowy wykopu, czy też przy uszczelnianiu podłoża.
Na budowie budynku mieszkalnego przy Al. Wilanowskiej („Pod zegarem”) wykonawca miał znaczne kłopoty przy pogrążaniu ścianki Larsena. Występująca w podłożu ciągła warstwa dużych głazów znacznie utrudniła a miejscami uniemożliwiła zagłębianie stalowych profili. Jeden z głazów usuniętych z wykopu, granit alandzki ważący 22.5 tony, można oglądać nieopodal terenu dawnej budowy na trawniku wewnątrz osiedla (Rys. 4). Warstwa głazów uniemożliwiła realizację przesłony filtracyjnej na budowie przy ulicy Klimczaka na Wilanowie (Rys. 5).
Także informacje o różnego rodzaju innych przeszkodach napotkanych w czasie badań terenowych muszą być wyraźnie zaznaczone w dokumentacji. W jednym z opracowań wskazano na obecność gruntów antropogenicznych bez opisu ich charakteru. Gdy rozpoczęto wykonywanie wykopów koparka odsłoniła potężnych wymiarów ceglane mury, piwniczne stropy i posadzki, pozostałość znajdujących się tu w przeszłości budynków. Na budowę trzeba było sprowadzić firmę zajmującą się rozbiórkami. Roboty ziemne znacznie się przedłużyły i były o wiele droższe niż pierwotnie przewidywano.
Jeszcze na etapie wykonywanych badań w terenie niezwłocznie po stwierdzeniu potencjalnego zanieczyszczenia grunty czy wody gruntowej należy powiadomić inwestora. Jeżeli badania sozologiczne dla danej działki nie były wykonane należy je przeprowadzić zgodnie z obowiązującym od września 2016 roku rozporządzenia w sprawie sposobu prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi (Dz.U. 2016 Poz. 1395). Jeżeli badania były wykonane należy przeanalizować otrzymane wyniki i opracować plan badań uzupełniających. Należy pamiętać, że badania sozologiczne przeprowadza się punktowo i w rzeczywistości znaczna część gruntu nie została zbadana. Szczególnie niebezpieczeństwo pojawia się, gdy w terenie występują grunty antropogeniczne znacznej miąższości. To głównie w gruntach nasypowych występują przekroczenia dopuszczalnych stężeń badanych substancji. W przypadku występowania zanieczyszczeń rozpoczęcie robót ziemnych jest możliwe po zatwierdzeniu w RDOŚ „Projektu prac remediacji”.
Grunty antropogeniczne powinny być dokładnie opisane zarówno pod względem składu, ale też o ile to możliwe pod względem zagęszczenia. Można skorzystać z informacji otrzymanych w czasie wykonywanych sondowań CPT. Parametry gruntów nasypowych pozwolą bezpiecznie, ale też ekonomicznie zaprojektować obudowę wykopu. Na jednej z budów ścianka berlińska niebezpiecznie przechyliła się do wykopu (Rys. 6). Jak się okazało po zewnętrznej stronie ścianki nie występowała tak jak w wykopie twardoplastyczna glina, a przebiegał luźno zasypany gruntem wykop pod wcześniej układaną sieć kanalizacyjną.
Ważne jest, aby wszystkie istotne informacje były zamieszczane we wnioskach, a nie w treści dokumentacji, do której często nikt nie zagląda. Wykonawca dokumentacji musi całą swoją uwagę i wiedzę wykorzystać przy formowaniu wniosków. Gdy w sąsiadujących obok siebie otworach napotykamy zupełnie inny układ warstw może konieczne jest wykonanie dodatkowego punktu badawczego. Jeżeli na działce znajduje się budowla, która uniemożliwia przeprowadzenie badań we wnioskach należy wyraźnie podkreślić, że po rozbiórce obiektów konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych badań.
Podsumowanie i wnioski
- Stopień plastyczności gruntów spoistych należy określać na podstawie sondowań statycznych CPT i CPTu lub w oparciu o badania laboratoryjne przeprowadzone na próbach o nienaruszonej strukturze. Jest to szczególnie istotne w przypadku występowania w podłożu nawodnionych pyłów i piasków gliniastych.
- W określaniu poziomu występowania wody gruntowej należy uwzględnić możliwości wahań tego poziomu. W przypadku realizacji głębokich wykopów konieczne jest określane poziomów stabilizacji drugiego poziomu wodonośnego. Zaleca się instalację piezometrów.
- Dla obiektów drugiej kategorii geotechnicznej w złożonych warunkach wodno-gruntowych i dla obiektów trzeciej kategorii geotechnicznej konieczne jest przeprowadzenie badań wytrzymałościowych na próbach NNS.
- Zaleca się wykonywanie nowoczesnych badań „cross-hole” i „down-hole” w celu otrzymania rzeczywistych wartości modułów odkształcenia.
- Przed rozpoczęciem prac geotechnik wspólnie z konstruktorem powinien opracować szczegółowy program badań terenowych i laboratoryjnych.
- Pomiary wysokościowe i ustalanie współrzędnych punktów badawczych należy wykonywać stosując nowoczesne odbiorniki GPS.
Referat wygłoszony 5 marca 2020 r. w Warszawie
podczas Seminarium IBDiM i PZWFS