GEOLOGICKÝ PRŮZKUM METODOU MRS PRO URČENÍ TŘÍD TĚŽITELNOSTI HORNIN A ZEMIN V ŘEZECH PODÉL TRAS KANALIZACE V OBCI CHOTĚVICE

Transkript

1 GEOLOGICKÝ PRŮZKUM METODOU MRS PRO URČENÍ TŘÍD TĚŽITELNOSTI HORNIN A ZEMIN V ŘEZECH PODÉL TRAS KANALIZACE V OBCI CHOTĚVICE Závěrečná zpráva (listopad 2013) Zadavatel: OBEC CHOTĚVICE Chotěvice tel/fax obec.chotevice@tiscali.cz Zhotovitel: SIHAYA, spol. s r.o. autor zprávy: Viktor Valtr Veleslavínova BRNO tel./fax:

2 Objednatel: OBEC CHOTĚVICE Chotěvice IČ: DIČ: CZ č.ú.: /0100 tel/fax: Zpracovatel: SIHAYA, spol. s r.o. Veleslavínova Brno IČ: DIČ: CZ Telefon: sihaya@sihaya.cz Vypracoval: Mgr. Viktor Valtr Zodpovědný řešitel pro geofyzikální problematiku: RNDr. Viktor Valtr, CSc. Název zakázky: GEOLOGICKÝ PRŮZKUM METODOU MRS PRO URČENÍ TŘÍD TĚŽITELNOSTI HORNIN A ZEMIN V ŘEZECH PODÉL TRAS KANALIZACE V OBCI CHOTĚVICE Číslo zakázky: 0606/2013 Autor: Mgr. Viktor Valtr Výtisk číslo: 1... razítko a podpis BRNO, listopad 2013 GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 1/ 10

3 ROZDĚLOVNÍK SIHAYA, spol. s r.o., Veleslavínova 6, Tato zpráva je vyhotovena ve 3 výtiscích a obsahuje 10 stran textu a 3 soubory grafických příloh. Výtisk č. 0 Výtisk č. 2 Výtisk č. 1 - archiv SIHAYA, spol. s r.o. - Ing. Vlastimil Novotný, VHK, Trutnov - Obec Chotěvice Digitální verze na CD - Ing. Vlastimil Novotný, VHK, Trutnov, Obec Chotěvice. SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK Fyzikální symbol Jednotka Popis E [MPa] Youngův modul pružnosti V P [m/s] rychlost šíření seismické P-vlny V S [m/s] rychlost šíření seismické S-vlny ρ [kg/m 3 ] objemová hmotnost ν [/] Poissonovo číslo Zkratky Jednotka Popis GRM (interpretační metoda) general reciprocal method jv. jihovýchodní jz. jihozápadní MRS (metoda) mělká refrakční seismika MS mechanické sondování s průměrem vzorkovnice 40 mm pf profil sv. severovýchodní sz. severozápadní TDC hodochrona (time distance curve) V východ (světová strana) v. východní Z západ (světová strana) z. západní LITERATURA [1] ČESKÁ GEOLOGICKÁ SLUŽBA: Digitální geologická mapa ČR 1: List citací: Měřítko 1: Praha:, [2] SKOPEC J., pro fy SIHAYA: Posouzení vztahu rychlosti šíření seismických vln ke geotechnickým parametrům a vlivu nehomogenit na charakter vlnového pole, Praha, 1993 [3] ČSN : Zemní práce. Všeobecné ustanovení. Praha: ÚNMZ, [4] ČSN : Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací, příloha D. Praha: ÚNMZ, GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 2/ 10

4 OBSAH LITERATURA ÚVOD POPIS LOKALITY GEOLOGIE LOKALITY METODIKA PRŮZKUMNÝCH PRACÍ Metoda mělké refrakční seismiky (MRS) Princip průzkumu MRS Použitá aparatura a geometrie měření MRS Zpracování měření MRS Výsledné parametry MRS a jejich vztah k IG parametrům hornin PRŮBĚH TERÉNNÍCH PRACÍ VÝSLEDKY PRŮZKUMU Odhad chyby měření MRS SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ A ZÁVĚR SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK Obrázek č. 1 Měření MRS položení 100 (pf V5) a 2 (pf A)... 3 Obrázek č. 2 Výtah z geologické mapy ČR 1: Obrázek č. 3 Hodochrony a interpretace záznamu MRS na profilu C a V8:... 5 Obrázek č. 4 Stěna výkopu (položení č.122 na pf D6-3 metráž asi 240 m):... 9 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1a a 1i Příloha 2a až 2L Příloha 3 Situace geofyzikálního měření Geologicko-geofyzikální řezy s vyznačenými výsledky průzkumu Zatřídění zemin a hornin dle těžitelnosti dle ČSN zkr. Obrázek č. 1 Měření MRS položení 100 (pf V5) a 2 (pf A) GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 3/ 10

5 1 ÚVOD Pro připravovanou výstavbu kanalizace v obci Chotěvice (u Trutnova) jsme byli zadavatelem pověřeni provedením nedestruktivního geofyzikálního průzkumu těžitelností hornin a zemin metodou mělké refrakční seismiky (MRS) podél trasy výkopů kanalizace o délce asi 10,5 km. 2 POPIS LOKALITY Lokalita se nachází v obci Chotěvice v mírně zvlněném terénu. Obrázek č. 2 Výtah z geologické mapy ČR 1: přibližná trasa výkopu kanalizace GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 4/ 10

6 nadm.výška [m] čas [ms] nadm.výška [m] čas [ms] čas [ms] SIHAYA, spol. s r.o., Veleslavínova 6, 3 GEOLOGIE LOKALITY Pod kvartérními zeminami (navážky, níže hlíny písčité, prachovité až jíly písčité, písky, štěrky až hlinito kamenité sedimenty s úlomky podložních hornin) jsou geologickou mapou očekávány zvětralé až navětralé červenohnědé aleuropelity, pískovce, lokálně pestrobarevné vápnité aleuropelity s vložkami vápenců [obr 2 ID: 330], aleuropelity, polohy pískovců, arkóz, slabé vložky pestrobarevných a šedých pelitů s vápenci a silicity, tufy a tufity [ID: 332] a hnědočervené aleuropelity, vložky pestrobarevných slínovců s polohami vápenců [ID: 333] (viz obr. 2). Obrázek č. 3 Hodochrony a interpretace záznamu MRS na profilu C a V8: profil C - hodochrony: profil C - řez: metráž [m] profil V8 - hodochrony: profil V8 řez: metráž [m] GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 5/ 10

7 4 METODIKA PRŮZKUMNÝCH PRACÍ 4.1 Metoda mělké refrakční seismiky (MRS) Princip průzkumu MRS MRS je geofyzikální metoda zjišťující rozložení rychlostí šíření seismických vln v horninovém prostředí pod linií měření, potažmo mechanickou kvalitu hornin. Vstupní data jsou získávána měřením času příchodu seismických vln ke snímačům chvění země (geofonům) od okamžiku jejich vybuzení na známém místě. Výsledné parametry jsou získány řešením obrácené úlohy šíření seismických vln horninovým poloprostorem. Rychlosti šíření seismických P-vln v horninách v přírodě zpravidla stoupají směrem do hloubky, přičemž pokryv - nejsvrchnější partie zemského povrchu tvořená většinou zeminami a zvětralinami, mívá rychlosti šíření seismických P-vln až desetkrát nižší než podloží. Díky tomu předbíhají seismické vlny, které se šíří po hladině podpovrchové vody nebo po povrchu skalního podloží, vlny šířící se zeminami při povrchu terénu. Tak vzniká tzv. lomená vlna. Skutečnost je ovšem komplikována tím, že registrované nejrychlejší seismické vlny se nešíří přímo po povrchu podloží, ale využívají ještě vyšší rychlosti v méně porušené hornině ve větší hloubce tzv. refragovaná vlna. Tato skutečnost umožňuje změřit rychlosti seismických vln i ve větších hloubkách pod povrchem podloží a klasifikovat tak jeho mechanický stav do hloubky Použitá aparatura a geometrie měření MRS Pro toto měření byl použit 50 kanálový seismograf SEISMUT IV. Je schopen rychle a přesně sčítat slabé signály od jednotlivých úderů do výsledného, dobře čitelného seismického záznamu pomocí 24 bitového A/D převodníku a s použitým vzorkovacím intervalem 96 μs (minimální je 25 μs) a tak nahradit dříve používané trhaviny slabším mechanickým zdrojem i výrazně snížit šumy okolí. Na přímé linii dlouhé 70 m je rozmístěno 50 geofonů (snímačů seismického chvění) s rozestupy 1 až 2 m mezi sebou. Tuto linii nazýváme seismické položení. Na jednom seismickém položení budíme seismickou energii mnohonásobnými údery těžkého kladiva v sedmi bodech: uprostřed, ve čtvrtinách, na krajích položení a cca 35 m za oběma konci položení Zpracování měření MRS Záznamy dat (uložené ve formátu SEG-2) jsou zpracovávány (s chybou asi 5% hloubky) interpretačním programem RIS (Sihaya, 2009) vyvinutým na základě Palmerova interpretačního postupu GRM. V první fázi byla první nasazení příchodu seismické P-vlny odečtena autooznačovacím programem SEIIS (Sihaya, 2005) a ve druhé fázi byla první nasazení upřesněna ručním označováním. Výsledkem zpracování je vertikální řez pod linií měření s vyznačenými kvazihomogenními bloky, v nichž je uvedena průměrná rychlost šíření podélné seismické vlny daným blokem Výsledné parametry MRS a jejich vztah k IG parametrům hornin Výsledné seismické parametry horninového prostředí jsou rychlosti šíření seismických podélných, eventuelně příčných vln, frekvenční charakteristika prostředí a pozorovaný útlum amplitud. Na této konkrétní lokalitě je výsledkem především GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 6/ 10

8 ρ. = použít SIHAYA, spol. s r.o., Veleslavínova 6, znalost rozložení rychlostí šíření seismických podélných vln (V p ) podél proměřených profilů do hloubky až 70 m. Tento parametr velmi dobře koreluje s objemovou hmotností většinou dle vztahu: n a * V P kde veličiny a a n jsou určovány empiricky a patří mezi materiálové konstanty. Bez jejich laboratorního zjištění je možno vztah mezi V P a ρ. pro relativní rozlišení litologicky podobných hornin dle objemové hmotnosti. V P je závislá i na elastických parametrech prostředí: V P = ( E * (1- v) / ((v + 1)*(1-2 * v))) kde v je Poissonovo číslo a E je Youngův modul pružnosti. Při znalosti rychlosti šíření i příčných seismických vln (V S ) lze určit i konkrétní hodnoty těchto elastických parametrů (V S na této lokalitě nebyla měřena). Na hodnotu V P má dále vliv pórovitost a charakter výplně pórů. Obecně platí, že rychlosti V P jsou v méně porézních a ve zvodnělých horninách vyšší, než v horninách s vysokou porózitou a horninách nezvodnělých. V P je přímo úměrná tlaku působícímu na horninu resp. stáří hornin, jež snižuje pórovitost resp. zvyšuje cementaci. V p je rovněž přímo úměrná zhutnění zemin a je možno tuto závislost odvodit za podmínky konstantní vlhkosti zemin pomocí nacejchování penetračním měřením. (Této závislosti V P na hutnosti využívají i stavební kompaktometry). Do vertikálních řezů bylo vepsáno (fialově) přibližné zatřídění hornin a zemin podle rozpojitelnosti a těžitelnosti do tří tříd podle ČSN (příloha D) dle MRS: Třída 1. těžba je prováděna běžnými výkopovými mechanizmy (buldozery, rypadla, ručně). Třída 2. pro těžbu a rozpojování horniny je nutno použít speciální rozp.mechanizmy (rozrývače, skalní lžíce, kladiva), lze použít trhací práce pokud je to z hlediska výsledné fragmentace a/nebo hospodárnosti výhodné. Třída 3. k rozpojování je nutné použít trhací práce. K rozpojování se mohou použít kladiva, rozrývače nebo jiné technologie pokud by použití trhacích prací ohrozilo okolní stavby (obydlené oblasti). 5 PRŮBĚH TERÉNNÍCH PRACÍ Měření MRS proběhlo v období od do Celkem bylo odměřeno 136 položení MRS o 50 geofonech s krokem 1 až 2 m (délka jednoho položení MRS byla 49, 73.5, 92 až 98 m) o celkové délce profilů 10.7 km. Počátky a konce jednotlivých položení MRS byly odměřeny od objektů patrných v mapě a jsou vkresleny do situace v přílohách 1a až 1i a v terénu jsou označeny sprejem nebo kolky. GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 7/ 10

9 6 VÝSLEDKY PRŮZKUMU Spojenou interpretací použitých geofyzikálních metod (MRS a rešerše dat z vrtů) byly vytvořeny desetkrát převýšené geologicko-geofyzikální řezy všech profilů v přílohách číslo 2a až 2L, které jsou podloženy pod podélné řezy příslušných částí kanalizačních stok a výtlaků (červená čára). Výsledky podle MRS refrakční rozhraní - jsou do řezů vkresleny tmavě modře, přičemž interpretované vrstevní rychlosti šíření seismických P-vln dle MRS jsou vepsány do jednotlivých vrstev tmavě modře. Barevná výplň odpovídá interpretovaným rychlostem seismických P-vln dle MRS (viz legenda přílohy 2a ). Refrakčními rozhraními podle MRS je horninové prostředí pokryvu na přílohách 2 rozčleněno na 2 až 3 vzácně až 4 kvazihomogenní bloky, jejichž mechanická kvalita do hloubky roste: 1. Nejsilnější tmavě modrá čára (nejhlouběji) refrakční rozhraní MRS - představuje povrch pevnějšího (polo)skalního podloží 2. Slabší tmavě modré čáry (nad předchozí) refrakční rozhraní MRS - představuje povrch relativně pevnějších, ulehlejších eventuelně v nižších polohách i vlhčích / mokrých zemin pod vrstvou relativně méně pevných / kypřejších, sušších zemin. Povrch pevnějšího skalního podloží se pohybuje v hloubce od 0,2 m po 10 m pod povrchem terénu. Pod tímto rozhraním lze očekávat podle MRS pevnější (polo)skalní horniny permské pískovce, aleuropelity, prachovce, jílovce nebo eventuelně i melafyry - v různém stupni porušení. Toto podložní prostředí je v přílohách 2 rozděleno isovelami (isoliniemi rychlosti šíření seismických P-vln v podloží) a v takto vzniklých kvazihomogenních blocích je popsán stav jejich porušení v legendě. Tento popis je ovšem zkreslen pravděpodobnou litologickou proměnlivostí. Tato proměnlivost je ve skutečnosti pravděpodobně větší než v řezech příloh 2, které jsou do určité míry zjednodušeným odrazem skutečnosti. Tektonické nebo i jiné poruchy hornin a oslabené zóny jsou očekávatelné v synklinálách zahloubeních isovel. Pevnější bloky jsou naopak v místech antiklinál isovel. Hladina podzemní vody se díky mělčímu skalnímu podloží souvisleji neprojevila kromě profilů v nivě (začátek pf A a B ) a kde ji lze očekávat v úrovni hladiny nejbližší vodoteče či mírně nad ní. Ve svazích potom v puklinově propustném prostředí lze h.p.v. očekávat silně pohyblivou podle srážek a lze ji odvodit rešerší hladin ve studních a podle řezů a dle nárůstu rychlostí P-vlny (v řezech je přibližná h.p.v. znázorněna černou čárou _.._.._). Zatřídění podle těžitelnosti bylo na základě požadavku zadavatele provedeno podle ČSN a je zapsáno fialově do kvazihomogenních bloků zemin a hornin v řezech. Z příloh 2 je patrné, že většina objemu výkopů je v bloku s těžitelností 2-3 nebo 3-4 třídy podle ČSN , což znamená, že podle normy ČSN většina objemu výkopů spadá do třídy 1. Největší podíl s těžitelnostmi 2 a 3 podle normy ČSN mají profily D6-3 - sever, V8 -západ, B m, D6, D6-1, V2 konec a profily G a G1, podrobněji viz přílohy číslo 2a až 2L a výčet v závěru. Největší nejistota řezů byla způsobena častým střídáním tenčích vrstev velmi pevných pískovců s prachovci rozvětralými až do stádia hlín s úlomky (obr 4). GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 8/ 10

10 Mechanické ověřovací sondy nebyly pro velké množství archivních vrtů (18 jádrových vrtů viz příloha 1a) nutné, pro potřeby interpretace byly rekognoskovány i blízké výchozy a zářezy komunikací do terénu, či jiné výkopy, viz foto na následujícím obrázku: Obrázek č. 4 Stěna výkopu (položení č. 122 na pf D6-3 metráž asi 240 m): se střídáním zvětralejších prachovců až na hlíny a pískovců Odhad chyby měření MRS Měření metodou MRS bylo zatíženo především chybou z častých inverzí rychlosti šíření seismických vln směrem do hloubky v oblasti střídání tenčích vrstev pískovce a zcela rozvětralého prachovce či jílovce (v optimálním případě rychlosti V P do hloubky rostou). V těchto inverzních případech může dojít k nedetekovatelnosti takovéto inverzní vrstvy. Slabší vrstva pískovce tady může být rovněž opominuta pro krátkou dráhu, po níž dokáže vést seismickou P-vlnu a může tak simulovat krátkodobý průběh vlny po antropogenně zpevněné konstrukci jako obrubníku a podobně. Chyba způsobená nepřesným odečtem časů prvního nasazení může být odhadnuta až na +-25 cm (díky silné proměnlivosti konzistence zemin v oblasti navážek v obci). Chyba způsobená nepřesným určením rychlosti šíření seismických P-vln v pokryvu může být až 7%. Celková chyba určení hloubky povrchu (polo)skalního podloží metodou MRS je odhadována až na 7% cm. GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 9/ 10

11 7 SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ A ZÁVĚR Ve zprávě jsou popsány a v situačních přílohách 1a až 1i a v řezech v přílohách 2a až 2L prezentovány výsledky geofyzikálního průzkumu metodou MRS zaměřeného na zjištění mechanických vlastností hornin - těžitelnosti hornin a zemin - na profilech podél plánovaného výkopu kanalizace v obci Chotěvice. Celkem bylo odměřeno 136 položení MRS (každé o 50 geofonech s krokem 1 až 2 m mezi sebou) na 10.7 km profilů. Zatřídění podle těžitelnosti bylo na základě požadavku zadavatele provedeno podle ČSN a je vepsáno fialově do kvazihomogenních bloků zemin a hornin vymezených v geologicko-geofyzikálních vertikálních řezech. Povrch pevnějšího skalního podloží se podle výsledků MRS většinou pohybuje v hloubce od 0,2 m po 10 m pod povrchem terénu. Pevnější (polo)skalní horniny (podle ČSN třídy 2 a 3) jsou v trase výkopu kanalizace především v těchto úsecích výkopů: profil A 305 až 450 m, pf B 270 až 430 m, pf B 510 až 1045 m, pf B1 v úseku 50 až 150 m, B2 240 až 423 m, pf C 257 až 325 m, D2-2 0 až 35 m, D2 185 až 240 m, D6 110 až 150 m, D až 52 m, D až 223 m, D6-2 v úseku 20 až 40 m, D6-3 v úseku 40 m až konec většina trasy, pf F 180 až 282 m, pf V1 160 až 198 m, pf V2 v úsecích 390 až 510 m, 632 až 886 m, pf G v úsecích 43 až 80 m, 132 až 309 m, pf G1 celá trasa, pf V5 v úsecích 200 až 280 m, 530 až 545 m, 870 až 970 m, pf V8 v úsecích 40 až 505 m, 535 až 548 m a 620 až 645 m. Ostatní výsledky jsou podrobně popsány v předchozí kapitole. Zprávu vypracoval: Mgr. Viktor Valtr Zodpovědný řešitel: RNDr. Viktor Valtr, CSc. V Brně, dne 25. listopadu 2013 GP metodou MRS pro určení tříd těžitelnosti hornin a zemin v řezech dle tras kanalizace v obci Chotěvice strana: 10/ 10