Przemysław Kiszka

NOWATORSKIE, PODWODNE BADANIA GEORADAROWE W POLSCE BUDOWLI HYDROTECHNICZNYCH

Georadar schodzi pod wodę! Niemożliwe? A jednak to już fakt. Pod koniec sierpnia udało się przeprowadzić pierwsze w Polsce i jako nieliczne na świecie podwodne pomiary georadarowe. Na zlecenie Zakładu Energetycznego w Toruniu przy pomocy specjalnie skonstruowanego batyskafu Firma Geopartner z Krakowa wykonała szczegółowe badanie płyt betonowych i ośrodka gruntowego na ponurze i poszurze elektrowni wodnej we Włocławku. Wyniki tych pomiarów otwierają nowe możliwości w precyzyjnej diagnostyce stanu technicznego wydawałoby się niedostępnych fragmentów budowli hydrotechnicznych. Dotychczasowe metody badawcze były albo zbyt drogie i wyjątkowo skomplikowane albo ich możliwożci poznawcze (rozdzielczość) mało zadowalające. Pionierskie testy i pierwsze pomiary wykazały niezawodność metody georadarowej, odpowiednią dokładność rozpoznania oraz ekonomiczne uzasadnienie tego typy badał do monitoringu obiektów budowlanych i struktur ośrodka gruntowego znajdującego się pod wodą. Geopartner Sp. z o.o. wykonuje równieĹź bezinwazyjne badania pozostałej infrastruktury hydrotechnicznej i warunków gruntowych z powierzchni wody.

Batyskaf do badał podwodnych

Tradycyjne metody geotechniczne bazujące na badaniach punktowych nie stanowią obiektywnej oceny faktycznego stanu strukturalnego w każdym dowolnym przekroju poprzecznym, szczególnie w odniesieniu do oceny stanu budowli takich jak np. obwałowania przeciw powodziowe, zapory czy zbiorniki wodne.

Pomiar z powierzchni wody

Badania i pomiary wykonywane przez różne grupy specjalistów, różnymi metodami, przyrządami i w różnych laboratoriach nie stanowią dobrego materiału źródłowego i archiwalnego do badania zmian struktury. Interpolacja między otworowa litologii (normatywnie nie więcej, niż co 50 m), na długości setek metrów nie jest w stanie ujawnić wszystkich wewnętrznych zmian, mniejszych od połowy odległości miedzy otworami. Lokalna degradacja struktury (np. w wyniku, sufozji, przebić hydraulicznych i perforacji wywołanych przez drzewa, rośliny, gryzonie, strefy przemarzania i naturalną destrukcje wietrzeniową lub mechaniczną), jest zjawiskiem powszechnym i trudnym do odtworzenia i zobrazowania metodami punktowymi chyba, że otwór lub sonda trafia w nie odpowiednio gęsto. Punktowe sposoby oceny stanu technicznego, stanowiące bazę danych do projektowania, modernizacji czy rekonstrukcji powinny być wykonywane ze zmiennym interwałem dopasowanym do zakresu i wielkości zmian poziomych i pionowych w strukturze wału i samego podłoża. W odcinku jednorodnym wewnetrznie zdecydowanie rzadziej niż w strefie ostrych zmian.

Zestawy pomiarowe do badania wałów

Ciągły pomiar geofizyczny wykonywany jest systemem georadarowym, wykorzystującym generowanie, przejście, odbicie i rejestracje fali elektromagnetycznej w postaci impulsu radarowego. Jest to nieniszcząca technika pomiaru ciagłości i jednorodności ośrodka gruntowego, o częstotliwościach sygnału 10Mhz do kilku GHz. Ponieważ prędkość fali EM jest funkcją stałych dielektrycznych (własności fizycznych) ośrodka, w którym propaguje, to zmiana siły odbicia stanowi wskaźnik ilościowo jakościowych zmian w badanym ośrodku rozdzielonym granicami. Tak, więc czas odbicia impulsu po skalowaniu w głębokości odwzorowuje morfologie granic odbijających, natomiast zmiana amplitudy odbicia wzdłuż danej granicy świadczy o zmianach własności fizycznych w ośrodku nad i pod granicą odbijającą. W odwzorowaniu ośrodka metodą refleksyjną dominują zjawiska odbicia, dyfrakcji i rozproszenia energii elektromagnetycznej fali padającej.

Dopiero w połowie lat 80-tych zaczęto na szerszą skale adaptować techniki geofizyczne do zastosowań inżynierskich. Bezinwazyjne metody geofizyczne takie jak Georadar zaczęły być masowo stosowane do rozpoznawania struktury i stanu technicznego gruntu oraz róĹźnorodnych budowli ze względu na mały koszt oraz na dużą wiarygodność uzyskiwanych informacji. Możliwości zastosowania georadaru przy rozpoznaniu struktury obiektów zbudowanych z wiekszości materiałów oraz ciągły i nieniszczący charakter pomiarów stanowi podstawowe zalety tej metody. Bezinwazyjne metody geofizyczne zapewniają w bardzo krótkim czasie pełne informacje dotyczące stanu i struktury obwałowań przeciwpowodziowych, jazów i progów rzecznych, zapór, śluz, małych i dużych elektrowni wodnych i innych obiektów hydrotechnicznych.

Zmiany zagęszczenia, zwiększona filtracja

Takie rozwiÄzania pomiarowe sa o wiele bardziej bezpieczne niż tradycyjne wykopy czy wiercenia. Rezultatem badania jest "pełny" obraz strukturalny, bazujący na ciągłym pomiarze a nie na interpolacji punktowych wyników. Powstające w wyniku bezinwazyjnych technik geofizycznych bazy danych o stanie technicznym obiektów budownictwa wodnego, umożliwiają racjonalne zarządzanie środkami finansowymi przeznaczonymi na ich utrzymanie.

Firma Geopartner od wielu lat z powodzeniem wykorzystuje technike georadarową do oceny stan obwałowań przeciw powodziowych. W dorobku firmy znajduje się ponad 400 km profili. Pomiar georadarowy jest ściśle dowiązany do osnowy geodezyjnej działki czemu można precyzyjnie lokalizować rozpoznane obiekty czy zmiany. Na obrazach georadarowych identyfikowane i zaznaczane są wszelkiego rodzaju zmiany i nieciągłości strukturalne. Szczególna uwaga zwracana jest na strefy zwiększonego zawilgocenia, miejsca rozluźnień struktury, oraz na uprzywilejowane miejsca filtracji zarówno w korpusie wału jak i w gruncie pod nim. Technika georadarowa stanowi doskonałe narzędzie do monitoringu stanu wałów oraz kontroli wykonanych prac modernizacyjnych np. jakość wykonania ścianek szczelnych i innych robót ziemnych. Badania georadarowe są uznawane jako jedna z najlepszych metod poznawcza przy planach modernizacji sieci umocnień przeciw powodziowych. Inwestorzy otrzymują zdolność do wykrycia obszarów niekorzystnych zmian zanim ich efekty będą widoczne z powierzchni.

Kontakt wału po rekonstrukcji - przed rekonstrukcjÄ

Aby zapewnić wysoko rozdzielczy, czysty i jednoznacznie interpretowalny obraz struktury wałów i ich podłoża firma Geopartner uzywa najlepszego sprzętu pomiarowego oraz najnowocześniejszego oprogramowania przetwarzającego dane pomiarowe. Badania georadarowe naleĹźy koniecznie korelowań z tradycyjnymi badaniami geotechnicznymi. Częstotliwość wykonywania geotechnicznych przekrojów korelacyjnych jest różna i zaleĹźy od zmienności badanego ośrodka oraz od wymagan inwestora. Konieczna do wykonania dokumentacji geotechnicznych Ilość otworów i sondowań zostaje rozmieszczona według wskazań georadaru a nie proporcjonalnie do długosci badanego odcinka. Przy badaniach prowadzonych na relatywnie krótkich odcinkach z wymaganą bardzo dużą precyzją, odpowiednio zagłszczone przekroje pomiarowe mogą była przetwarzane w trójwymiarowy obraz ośrodka. Specyfika fal elektromagnetycznych i ogólne prawa fizyki wymagają kompromisu pomiędzy zasięgiem i rozdzielczością pomiaru oraz kalibracji. Surowy obraz wymaga równieĹź specjalistycznego przetwarzania i interpretacji wyników pomiarów.

Pomimo pewnych ograniczeń metoda georadarowa niepodważalnie wyznacza nowe kierunki w ocenie stanu technicznego budowli hydrotechnicznych. Reasumując georadar to nowoczesny, cyfrowy, bez inwazyjny i ciągły sposób badania budowli i obiektów hydrotechnicznych, obiektywnie identyfikuje wady struktury i zmienność badanego ośrodka, który umożliwia obserwację zjawisk w czasie rzeczywistym z możliwość wstępnej oceny uzyskanych informacji (możliwość obserwacji obwałowań np. w czasie przejścia fali powodziowej). Pozwala w około 50 % wyeliminowane punktowe badania geotechniczne wykonywane ze stałym interwałem, daje możliwość szybkiej, ciagłej kontroli i monitoringu stanu technicznego, a zatem gospodarki w zakresie planowania kosztów utrzymania, konserwacji i renowacji. Zestaw pomiarowy jest poręczny i odporny na warunki klimatyczne. Istnieje możliwość wykonywania badań bez względu na porę roku zarówno w dzień jak i w nocy. Do przeprowadzenia profilowań wymagana jest tylko jedna dostępna powierzchnia efektywna W przypadku ośrodków wielowarstwowych, nie potrzebne jest specjalne przygotowanie powierzchni pomiarów.