Řešení stability sesuvného území geofyzikou, stavba dálnice D8

EŠENÍ STABILITY SESUVNÉHO ÚZEMÍ GEOFYZIKOU, STAVBA DÁLNICE D8
SOLVING THE LANDSLIDE STABILITY BY GEOPHYSICS; BUILDING OF HIGHWAY D8
Milan Hrutka 1 , Marek Spšný 2
Abstrakt
Vhodné použití a kombinování geofyzikálních metod, jako jsou nap. elektrická odporová tomografie (ERT), dipólové
elektromagnetické profilování (DEMP) a mlká refrakní seismika (MRS), mže mít velký vliv na ešení problematiky v sesuvných
územích a následné sanaci postižených svah. Tyto metody mohou upesnit mocnost pokryvných sediment, rozlenit zájmové území na
litologické celky a zjistit míru porušení horninového prostedí aktivních sesuv. Dále mohou ovit pítomnost možných diskontinuit
v hlubších zónách, ovit a upesnit polohy zvodnní a vymezit místa pedpokládaných smykových ploch tchto sesuv. Píkladem je
popsané geofyzikální mení na stavb dálniní komunikace D8 u obce Dobkoviky v eském Stedohoí.
Abstract
Appropriate use and the combination of geophysical methods, such as electrical resistivity tomography (ERT), dipole
electromagnetic profiling (DEMP) and shallow seismic refraction (SSR), can have a major impact on solving problems in areas of landslide
and follow the rehabilitation of the affected slopes. These methods may specify the thickness of near-surface sediment deposits, divide area
of interest to lithological units and determine the degree of violation of the geological environment of active landslides. They can also
verify the presence of possible discontinuities within the deeper zones of rock, validate and refine the position of saturation and define
places of expected slip surface of landslides. An example is the described geophysical measurements on the construction of highway D8 by
the village Dobkoviky in the Czech Central Mountains.
Klíová slova
svahový pohyb, sanace, elektrická odporová tomografie (ERT), dipólové elektromagnetické profilování (DEMP), mlká refrakní
seismika (MRS)
Keywords
mass movement, rehabilitation, electrical resistivity tomography (ERT), dipole electromagnetic profiling (DEMP), shallow seismic
refraction (SSR)
- 37 -
1 Úvod
Oblastí geofyzikálního przkumu bylo sesuvné území na
stavb dálniní komunikace D8
u obce Dobkoviky v eském
Stedohoí. Zájmová oblast mení
byla pedevším mezi staniením
56,160 – 56,755 km, kde výstavba
silniního tlesa byla realizována
v odezu svahu ve dvou etážových
úrovních. Odezy svah byly
provedeny v navrženém sklonu
1 : 2. V suchém stavu byly zeminy
svahované v tomto sklonu stabilní.
Vlivem sezónního zvodnní v roce
2010 (duben až erven) došlo ke Obr.1 Výchoz hlubší smykové plochy po reaktivaci sesuvu .2
tyem svahovým pohybm (sesuv
. 1 až sesuv . 4) horního záezu nad etáží . 1 – smr na Prahu a ke dvma svahovým pohybm (sesuv . 5 a sesuv . 6) dolního záezu
nad etáží . 2 – smr na Ústí nad Labem v oblasti pod sesuvem .3 a sesuvem .4 horního záezu. Smykové plochy tchto sesuv byly
predisponovány ztekuceným povrchem nepropustných sediment (tercierních jíl a kídových slínovc), které pekrývala zvodnlá báze
kvartérních sutí. K nestabilit svah došlo, vzhledem ke geologickým pomrm, pedevším vlivem výšky odezu svahu (6 – 12 m)
realizovaného v píliš strmém sklonu a nedostaten odvodnným zeminám.
Pro sanaci bylo na základ stabilitní analýzy doporueno snížit sklon svah na 1 : 2,5, sanovat sesutá místa hutnnou ediovou
strkodrtí a provést zpevnní a drenování zvodnlých míst drenážními žebry. Od dalších technických ešení, jako jsou gabiony i oprné
zdi, bylo vzhledem k obtížné prostorové realizaci upuštno. Sanace sesuv do hloubky cca 3,5 m probíhala od záí 2010 do února 2011.
Úspšnost mlkých sanací provilo jak jarní tání, tak i jarní období deš a sanované území se jevilo jako stabilní.
V dubnu 2011 došlo po sanacích planárního sesuvu . 2 (56,260 – 56,320 km) k reaktivaci hlubší smykové plochy v cca 5 – 6 m
a 10 – 12 m na bázi fosilního sesuvu. Na vrchní etáži . 1 – smr na Prahu byl viditelný výchoz smykové plochy, kde rychlost zdvihu inil
cca 4 cm za den (obr. 1). Pro stabilizaci paty sanovaného sesuvu byl realizován stabilizaní písyp, který ml za úel svah doasn
stabilizovat. Po stabilizaci svahu bylo navrženo provedení inženýrsko-geologického doprzkumu s cílem zjištní píiny reaktivace již
sanovaného sesuvu . 2 a posouzení úspšnosti všech mlkých sanací ostatních sesuv ve staniení 56,160 – 56,755 km. Mezi
- 38 -
geologickými pracemi navrženými a realizovanými v rámci IG doprzkumu jako bylo mapování, technické práce (vrtné práce, penetrace),
karotáž, inklinometrie, laboratorní práce, stabilizaní výpoty a pedbžné návrhy sanovaní, byl také realizován geofyzikální przkum.
764250
764200
764150
764100
764050
764000
763950
763900
2 Geofyzikální przkum
763850
986400
986400
X=764000.000^JY=986400.000
sesuv .4
(56,560 km - 56,600 km)
986450
986450
DB-4
To j
D
Tt
Tj
K ts
D
T t T t Tj
Toj
sesuv .3
(56,460 km - 56,560 km)
986500
Tt
K ts
Toj
D
Tt
17
Kt s
986500
15
16
13
11
14
12
10
9
8
7
6 5
DB- 3
4
3
2
1
D p- 3
24
986550
986550
23
N
Ks
t
22
20
18
986600
K ts
10 5
16
19
území nepostižené
sesuvy
(56,410 km)
DB-5
N
IND -8
21
1 00 8
1 04
302 .3 83
12
14
17
15
13
N
11
10
Kt s
Tj
9
Tj
Kt s
N
8
986600
7
Tj
Toj
K ts
Tt
6
5
4
Toj
N
Tj
3 2
1
Tt
D
N Tj
Tt
Kt s
Toj
Tv
DB- 2
Kt s
To j
124
1 00 7
10 6
29 9.9 77
1 23
I ND- 7
12 2
121
1 19
12 0
117
1 18
986650
1 16
986650
11 5
112
114
110
113 1 11
109
10 8
5 6,4 50 km
N
D
T oj
1 07
Tj
Kt s 106
105
N
To j
D
986700
sesuv .2
(56,260 km - 56,320 km)
Tj
Ks
t
104
102
N
D
Tj
T oj
1 03
K ts
10 1
Tv
N
D
986700
D
Tj
Tt
D
Kt s
Tv
25
Toj
N
24
Tt
23
IND- 4
10 41
N
100 4
D
Tv
22
N
D
21
Tt
N
Dp -2
20
To j
D
Tt
2 00 1
19
Kts
17
986750
18
16
986750
3 04 .81 0
1 5 1 09
10 31 14
13
12
IND -3
10 03 IND- 2
10 21
11
1 08
10
2 98 .08 7
9
1 00 2
29 2. 25 3
8
7
Dp -1
23
22
6
10 11
10 7 10 01
IND -1
5
20 02
4
3
2
DB- 1
21
1
20
986800
986800
19
X=764000.000^JY=986800.000
18
17
16
100 6
14
15
13
I ND- 6
12
10
11
9
8
7
6
986850
sesuv .1
(56,214 km - 56,230 km)
Profily ERT
5
D
4
Tj
Ks
t
D
Tj
986850
3
2
1
D
Profily DEMP
Tj
IND -5
10 05
10 51
Profily MRS
986900
986900
764250
764200
764150
764100
764050
764000
763950
763900
763850
Obr.2 Schéma geofyzikálních profil na dálniní stavb D8
u obce Dobkoviky v eském Stedohoí
Geofyzikální przkum byl proveden v dubnu a kvtnu 2011 jako
souást inženýrsko-geologického doprzkumu lokality pro zjištní
píin porušení svahu a ovení geologického složení v místech
provedených sananích prací v realizovaném záezu budované dálnice
D8 v úseku 56,160 – 56,755 km. K ešení této problematiky byly
zvoleny ti vzájemn se doplující geofyzikální metody: elektrická
odporová tomografie (ERT), dipólové elektromagnetické profilování
(DEMP) a mlká refrakní seismika (MRS). Geofyzikální mení bylo
situováno tak, aby zastihovalo všechny sanované úseky (sesuv . 1 až
sesuv . 6), kdy mení na sesuvech .3 a . 4, v horním záezu nad etáží
.1, zárove zastihlo úseky postižené sesuvy .5 a .6 v dolním záezu
nad etáží .2. Dále bylo provedeno srovnávací mení v úseku
nepostiženém sesuvy (nesanovaný úsek) viz obr. 2. Toto mení bylo
realizováno z dvodu možnosti porovnání výsledk mení
ze sanovaných úsek.
Elektrická odporová tomografie (ERT) byla zmena pomocí
digitální geofyzikální aparatury ARES s multielektrodovým kabelovým
systémem výrobce GF Instruments, s.r.o. Brno. Mené profily byly
vedeny po spádnici kolmo na komunikaci v délkách 117 m a 189 m
s rozestupem elektrod 3 m. Všechny geoelektrické profily byly meny
pomocí
Wenner
–
Schlumbergerova
uspoádání.
Úelem
geoelektrického mení bylo ze sestrojených odporových ez
interpretovat litologické celky geologického prostedí, stupe jejich
porušení, ovit hloubku smykových ploch aktivního sesuvu . 2,
eventuáln ovit pítomnost a hloubku pípadných smykových ploch
mlce sanovaných sesuv .1a . 3 až . 6.
Dipólové elektromagnetické profilování (DEMP) bylo provedeno
aparaturou CMD – Explorer (Electromagnetic Conductivity Meter)
- 39 -
výrobce GF Instruments, s.r.o. Brno. Cílem elektromagnetického mení bylo (rovnomrným pokrytím) rozlišit zájmovou plochu podle
vodivostních vlastností ve tech mených hloubkových úrovních do hloubky cca 7 m, detailnji upesnit mení ERT a interpretovat
hranice sesuvných a nesesuvných úsek v ploše.
Sesuv . 2
staniení: 56,260 km - 56, 320 km
JV
S2 - 270 m
metráž [m]
SZ
315
96.0
m n. m.
310
Sesuv . 1
staniení: 56,205 km - 56,230 km
JV
SZ
72.0
305
48.0
300
295
24.0
0.0
290
S1 - 214 m
285
metráž [m]
280
Úsek nepostižený sesuvy
staniení: 56, 410 km
svah
(makadam)
S2 - 290 m
JV
SZ
louka
1.etáž
svah mezi
etážemi
m n. m.
275
NS - 410 m
V-1
metráž [m]
metráž [m]
IN-3
IN-2
295
72.0
305
24.0
290 0.0
285
280
les
louka
polní cesta
svah
1.etáž
svah mezi
etážemi
96.0
48.0
rozestup elektrod: 3 m
300
295
2.etáž
metráž [m]
310
300
les
louka
makadam
svah
(makadam)
1.etáž
S2 - 310 m
48.0
1.etáž
(pitžující lavice)
96.0
72.0
305
m n. m.
m n. m.
2.etáž
svah mezi
etážemi
metráž [m]
315
koví
S1 - 225 m
310
bazaltový
lávový proud
louka
svah
polní cesta
svah
(makadam)
1.etáž
2.etáž
svah mezi
etážemi
m n. m.
m n. m.
IN-1
Schlumberger m.
24.0
290 0.0
285
275
louka
mrný odpor [ m]
makadam
svah
(makadam)
1.etáž
svah mezi
etážemi
275
louka
svah
polní cesta
svah
(makadam)
1.etáž
svah mezi
etážemi
280
Pedpokládané smykové plochy
Obr.3 Geoelektrické ezy sesuvu . 1, sesuvu .2 a úseku nepostiženého sesuvy
Seismická data byla zmena pomocí digitální seismické aparatury Geode (fy. Geometrics Ltd.). Seismické mení na lokalit bylo
provedeno na jednom profilu SP ve staniení 56,160 – 56,755 km na vrchní etáži . 1 cca 2 m od hrany svahu mezi vrchní etáží . 1
a spodní etáží . 2. ve smru JJZ – SSV. Seismické mení mlo pinést informace o mlké nízkorychlostní vrstv, která je tvoena
pevážn nezpevnnými pokryvnými uloženinami a antropogenními navážkami, o reliéfu pevnjšího podloží a o celkovém charakteru
(stupni porušení) podloží do hloubky.
- 40 -
295
2.etáž
louka
S4 - 585 m
metráž [m]
m n. m.
Schlumberger m.
305
1.etáž
svah mezi
etážemi
propustek
S4 - 595 m
metráž [m]
310
48.0
24.0
m n. m.
m n. m.
rozestup elektrod: 3 m
96.0
72.0
310
2.etáž
les
metráž [m]
315
300
pitžující
lavice
les
louka
svah
(makadam)
1.etáž
1.etáž
svah mezi
etážemi
m n. m.
S3 - 520 m
0.0
295
290
285
mrný odpor [ m]
280
metráž [m]
polní cesta
svah
(makadam)
koví
svah
(makadam)
2.etáž
1.etáž
275
svah mezi
etážemi
280
280
les
(prsek)
285
285
S3 - 500 m
24.0
0.0
290
louka
290
svah
(zemina)
295 0.0
96.0
48.0
1.etáž
24.0
300
300
svah mezi
etážemi
305
72.0
305
48.0
m n. m.
m n. m.
310
96.0
72.0
310
louka
metráž [m]
315
SZ
metráž [m]
S4 - 575 m
louka
S3 - 480 m
Sesuv . 4
staniení: 56,560 km - 56,600 km
JV
SZ
72.0
305
300
295
les
(prsek)
Sesuv . 3
staniení: 56,460 km - 56,560 km
JV
96.0
48.0
24.0
0.0
290
285
280
les
(prsek)
svah
(makadam)
1.etáž
svah mezi
etážemi
2.etáž
polní cesta
louka
louka
svah
(makadam)
1.etáž
2.etáž
svah mezi
etážemi
275
Pedpokládané smykové plochy
Obr.4 Geoelektrické ezy sesuvu . 3 (sesuv .5) a sesuvu .4 (sesuv .6)
3 Výsledky geofyzikálního mení
Dle vrtného przkumu a pedchozích geologických prací je geologické prostedí zájmové lokality tvoeno vrstvou kvartérních
a deluviálních sediment, sutmi s úlomky bazaltu, v jejich podloží se nacházejí slínovce, místy se vyskytují zvtralé bazaltové bloky
a polohy tuf.
Podle geoelektrického mení ERT bylo z mrných elektrických odpor geologické prostedí rozdleno do tí litologických skupin:
< 20 m – kvartérní pokryv a zvodnlé a porušené slínovce, = 20 – 200 m – kompaktní slínovce a sut, = 200 – 2000 m – sananí
materiál (makadam), bazalt, bazaltové úlomky až bloky. Dále byly interpretovány pedpokládané hlubší smykové plochy (erná árkovaná
ára), které dosahovaly hloubek kolem 6 m, 10 m a 20 m, a které mlká sanace sesuv nemohla zastihnout. V nkterých pípadech
(geoelektrický profil S2 – 290 m) se projevovaly obdobné známky výskytu pedpokládaných smykových ploch v hloubkách až 20 – 30 m.
- 41 -
Mapa mrných vodivostí: Cond.1 - 2,2 m
plastická zóna
sanace
sanace 986500
sesuv .4
(56,585 km)
986500
plastická zóna
sesuv .3
(56,500 km)
986550
Mapa mrných vodivostí: Cond.2 - 4,2 m
zvodnní
sanace
plastická zóna
zvodnní
sanace
zvodnní
sanace
území nepostižené
sesuvem
(56,410 km)
986650
sesuv .3
(56,500 km)
986550
zvodnní
zvodnní
986600
986600
území nepostižené
sesuvem
(56,410 km)
Y [m]
986500
sesuv .3
(56,500 km)
ediové sut, bloky
plastická zóna
sesuv .4
(56,585 km)
plastická zóna
986550
ediové sut, bloky
plastická zóna
sesuv .4
(56,585 km)
sanace
986600
Mapa mrných vodivostí: Cond.3 - 6,7 m
ediové sut, bloky
území nepostižené
sesuvem
(56,410 km)
zvodnní
zvodnní
986650
986650
zvodnní
986700
sesuv .2
(56,290 km)
986700
sesuv .2
(56,290 km)
986700
plastická zóna
vyznívání sutí
sanace
sanace
sut
986750
986750
986750
sesuv .1
(56,214 km)
sesuv .1
(56,214 km)
sesuv .1
(56,214 km)
vrt
vrt
986800
plastická zóna
zvodnní
986850
vrt
sanace
986800
sanace
plastická zóna
986800
plastická zóna
zvodnní
764150
764100
764050
X [m]
764000
763950
763900
zvodnní
986850
986850
764200
sesuv .2
(56,290 km)
764200
764150
764100
764050
764000
763950
763900
764200
X [m]
764150
764100
764050
764000
763950
763900
X [m]
Mrná elektrická vodivost
[mS/m]
Obr.5 Mapy mrných elektrických vodivostí (Cond.1 – 2,2 m, Cond.2 – 4,2 m, Cond.3 – 6,7 m)
Geoelektrickým mením v míst nezastiženém sesuvy (geoelektrický profil NS – 410 m) v horním záezu nad etáží . 1 byl
pravdpodobn zachycen nad polohou kídových slínovc bazaltový lávový proud s rozvolnným elem, který s nejvtší pravdpodobností
zapíinil vtší stabilitu svahu, a proto zde nedošlo k sesuvným pohybm. Pod etáží . 1 a etáží . 2, téhož profilu, je ale patrný náznak
pedpokládané smykové plochy, která zasahuje do hloubky až 18 m. Geoelektrické ezy namené v zájmové lokalit jsou zobrazeny na
obr.3 a obr. 4.
Z namených dat elektromagnetické metody DEMP byly interpretovány litologické polohy a podle mrné vodivosti byly rozdleny
do ty skupin: = < 20 mS/m – bazaltové sut/bloky (rozvolnné elo lávového proudu) a mlká sanace svahu stabilizaními žebry
(makadam, sut), = 20 – 40 mS/m – svahové sedimenty a sut, = 40 – 100 mS/m – plastická zóna (porušené slínovce), = > 100 mS/m
- 42 -
– zvodnní. Na sestavených mapách mrné elektrické vodivosti v hloubkových úrovních cca 2,2 m, 4,2 m a 6,7 m lze vysledovat smrem
do hloubky vzrstající velikost plochy zvodnní i její maximální hodnotu mrných vodivostí. V sesuvy nepostiženém úseku (staniení
56,410 km) nad etáží . 1 v horním záezu se smrem do hloubky snižuje mrná vodivost, což s nejvtší pravdpodobností naznauje
pechod do mén vodivých málo zvodnlých bazaltových sutí i bazaltových blok. Do hloubky také, dle pedpokladu, vyznívá úinek
nevodivých sananích žeber a pibývá plocha tzv. plastické zóny reprezentovaná porušenými slínovci (obr. 5).
Podle výsledk seismického mení MRS dosahuje svrchní nízkorychlostní vrstva (sut, hlinité písky s úlomky hornin, navážky
a nejsvrchnjší poloha zcela zvtralých (rozložených) hornin podloží – kídové slínovce) promnlivých mocností od 0,5 m do 7,5 m.
Rychlost pímé seismické vlny v této svrchní vrstv byla zjištna v rozmezí v0 = 423 – 713 m/s. Pod touto vrstvou se projevilo seismické
rozhraní o hraniních seismických rychlostech vh = 530 – 1139 m/s, které charakterizují povrch podloží, jehož stupe celkového porušení
pechází od rozvtralé horniny charakteru zeminy po horniny siln zvtralé a siln porušené. Seismické rychlosti podloží (nepesahující
hranici vmax = 2000 m/s) smrem do hloubky nerovnomrn narstají a dle zetelných tektonických poruch, které jsou na seismickém ezu
znázornny perušovanou ervenou árou a oznaeny symbolem , lze oddlit jednotlivé bloky kídových slínovc. Pomocí izolinie
rychlostí (izotachy) 1000 m/s byl pibližn vysledován úklon uložení tchto struktur a upesnna celková charakteristika promovaného
úseku (ervená plná ára). Tato ára naznauje možný výzdvih a pokles slínovcových blok v dsledku intruze bazaltových hornin (obr. 6).
Seismický profil SP 56,160 - 56,755 km
m n. m.
423 m/s
551 m/s
295
608 m/s
645 m/s
556 m/s
466 m/s
528 m/s
458 m/s
517 m/s
30 0
29 5
568 m/s
29 0
290
603 m/s
713 m/s
28 5
285
280
28 0
edi ?
56,200
56,250
56,300
56,350
56,400
56,450
56,500
56,550
56,600
56,650
56,700
staniení [km]
seismická rychlost
- tektonická porucha oddlující jednotlivé bloky kídových slínovc
- prbh zvtralých pruh kídových slínovc (izolinie 1000 m/s)
Obr.6 Mlká refrakní seismika (MRS) na vrchní etáži . 1, seismické ezy
- 43 -
[m/s]
56,750
m n. m.
300
4 Závr
V úseku budované komunikace D8 od staniení 56,160 km do staniení 56,755 km v blízkosti obce Dobkoviky v eském stedohoí
byl proveden geofyzikální przkum, který upesnil a rozlišil zájmové území na litologické celky, zjistil míru porušení horninového
prostedí aktivního sesuvu . 2 a ovil pítomnost zvodnlých poloh. Rovnž ovil pítomnost možných diskontinuit v hlubších zónách
u všech sesuv . 1 až 6. Z výsledk mení byla zjištna mocnost pokryvných sediment a charakter horninového podloží reprezentující
porušené slínovcové bloky. Výsledky geofyzikálního mení spolu s karotážními pracemi, technickými pracemi, mapováním, inklinometrií,
laboratorními pracemi a stabilizaními výpoty byly podkladem pro návrhy dalších sananích opatení sesuvného území.
References
SPŠNÝ M., HRUTKA M., VOTOEK R. Geofyzikální przkum v sesuvné oblasti stavby dálniní komunikace D8 od staniení 56,160 km do staniení
56,755 km. ARCADIS Geotechnika a.s. Praha, 2011, 12 s.
Autoi
1
Mgr. Milan Hrutka, ARCADIS Geotechnika a.s., Geologická 988/4, 152 00 Praha 5, [email protected]
2
Mgr. Marek Spšný, ARCADIS Geotechnika a.s., Geologická 988/4, 152 00 Praha 5, [email protected]
- 44 -