INŽENÝRSKO - GEOLOGICKÝ MONITORING VÝSTAVBY PEHRADY REZAKSAY ENGINEERING GEOLOGY MONITORING OF THE REZAKSAY DAM CONSTRUCTION Shavkat Abdullaev 1 , Pavel Bláha 2 . .
Abstrakt Nedostatek vody je typický problém zemí ležících v podmínkách aridního klimatu. Specifický problém vznikl v zemích stední Asie. V dobách Sovtského svazu a jeho ízeného plánování byla výstavba vodních dl pipravována a realizována centráln. Po roce 1991 se každý ze stát chová samostatn bez ohledu na to, zda jeho sousedm vznikají problémy nebo ne. To ve státech ležících spíše v podhí než v typicky hornatém terénu vede k nutnosti budování pehrad v nepíliš vhodných morfologických podmínkách. Jednou z takových pehrad je hráz Rezaksay v Uzbekistánu. Nutnost rychlého budování retenních kapacit vedla k nutnosti vzniku skupiny nezávislého monitoringu a používání klasických i specifickým kontrolních postup. Mimo bžných inženýrsko-geologických a geotechnických metod se využívaly i geofyzikální metody. Abstract Water shortage is usual problem for arid zone countries. Specific situation has risen in Central Asia. During Soviet era, construction of dams was planned and executed centrally. After 1991, every government started to behave independently, no matter what externalities imposed on the neighbours are. Side effect for states located more on foothill belt, than in mountains, was necessity to build dams in less than ideal morphologic conditions. One of such dams is Rezaksay Dam in Uzbekistan. It was must to quickly build a retention capacity; therefore task force for independent monitoring using both standard and specific monitoring processes had to be created. Not only usual engineering-geologic a geotechnical methods were used, but also geophysical ones. . .
Klíová slova výstavba pehrady, monitoring, objemová hmotnost, vlhkost, rychlost Keywords dam construction, monitoring, bulk density, porosity, moisture, velocity . .
1 Úvod
Stavba nádrže Rezaksay v Namanganské oblasti v Uzbekistánu byla realizována s cílem vytvoit možnost akumulovat ást vod vypouštných z Toktogulské nádrže (Kyrgyzstán) mimo vegetaní období bhem podzimních a zimních msíc. Takto získané vodní -1-
zásoby budou využívány v jarních a letních msících pro zlepšení provozu zavlažovacích systém Uzbekistánu. Akumulace vody do nádrže objemu 200 mil. m3 bude zabezpeena pirozeným pítokem vody z Velkého Namanganského kanálu (VNK) a v zimním období z eky Naryn (obr. 1). Sypaná hráz pehrazuje údolí eky Rezaksay, které je charakteristické složitou geologickou stavbou. Vrchní vrstvu pedstavují kvartérní uloženiny, které tvoí ve stedu údolí aluviální štrky o mocnosti okolo 10 metr. Na bocích údolí vrstva štrk obsahuje hlíny a oky písk. Zde stoupá celková mocnost tvrtohorních sediment na 20 – 30 metr. Podloží kvartéru je tvoeno horninami neogénu (prachovce, jílovce, pískovce). V centru údolí pevládají prachovce a jílovce, na bocích prachovce a pískovce. Celková mocnost neogenních sediment je 120 – 150 metr (obr. 2). Vlastní tleso pehrady je sypané z místních materiál a jako tsnní je použito hlinité jádro. Objem nádrže je 200 mil. m3, výška pehrady 80 metr, délka pehrady v korun 2650 metr. Objem hráze je 19,8 mil. m3, z ehož 17,9 mil. m3 pipadá na štrky a 1,9 mil. m3 na tsnící hlíny. Svahy údolí eky Revaksay jsou v míst stavby pehrady proezány eišti obasných tok. Tato eišt jsou založena na píné tektonice vi smru hlavního údolí. Hráz je zavázána do prachovc neogénu. Pedbžné analýzy hornin v podzákladí hráze ukázaly, že zatížení dané výstavbou hráze mže vyvolat sedání v ádu 0,7 metru. V podmínkách složité geologické stavby, sedání hráze a nemožností výstavby výpustního tunelu bylo rozhodnuto výpust realizovat ocelovými trubkami uloženými do betonového bloku. Toto ešení bylo oveno modelovými výpoty.
-2-
2 Kontrola výstavby hráze Konstrukce samotné hráze se sestává z nkolika prvk. Vrchní a spodní ást gravitaního hranolu byla sypána ze štrk ve vrstvách s mocností 0,4 m a hutnna válci o hmotnosti 40 tun. Projektem bylo požadováno zhutnných štrk na objemovou hmotnost 2,1 t/m3, vlhkost se pipouštla v rozmezí 8–10 %, koeficient filtrace byl vyžadován v rozptí 8–10 m/den. Tsnící jádro hráze je hlinité a vzhledem k nedostatku hlín bylo na základ modelových výpot pijato rozhodnutí snížit „mocnost“ tsnícího jádra ve vrchní ásti hráze. To je novinkou v hydrotechnickém stavitelství (obr. 3). Jádro bylo sypáno ve vrstvách o mocnosti 0,3 – 0,35 m pi emž bylo hutnno válci o hmotnosti 42 tun. Projektem byly vyžadovány následující parametry jádra: objemová hmotnost 1,7 t/m3, vlhkost 15 – 16 %, koeficient filtrace 0,01 m/den. Všechny tyto faktory pedurily požadavek tvrdého dodržování podmínek budování hráze a nevyhnutelnost provádní dkladného inženýrsko-geologického monitoringu. Dokonalou kontrolu stavebních prací je možné zajistit jen systémem monitoringu, který není závislý ani na dodavateli stavebních prací ani na projekní organizaci. Výsledkem bylo zavedení kontrolních prací kvality stavebních prací pi stavb hráze nezávislou skupinou, podléhající pímo investorovi akce, tj. píslušným státním orgánm Uzbekistánu. Úkolem kontrolní skupiny bylo: x sledování tžby zemin a dodržení technických podmínek stavby hráze, výpustí, a všech dalších dílích staveb x prbžná kontrola ukládání a hutnní zemin v tle hráze x kontrolní inženýrsko-geologické vzorkování, laboratorní testy a seizmická mení x metodické vedení a analýza prací skupin geologického dozoru a kontrola laboratoí dodavatelských organizací. Monitorovací práce byly vedeny dvma smry, uskutenním pravidelné a operativní kontroly. asov spojitá kontrola se uskuteovala hloubením šachtic do hloubky 1,2 m a odbru vzork pro inženýrsko-geologické a laboratorní testy. Bhem tchto prací se urovala zrnitost, pórovitost, úhel vnitního tení, koheze a plasticita. Operativní kontrola byla provádna po nasypání a zhutnní každé vrstvy zemin. V procesu operativní kontroly byly sledovány objemová hmotnost (sk), pirozená vlhkost (W) a koeficient filtrace (Kf). Vysoké tempo stavebních prací a také nevyhnutelnost zvýšení množství kontrolních zkoušek urilo použití expres metodik urování inženýrsko-geologických vlastností. Proto pro urování objemové hmotnosti tsnícího jádra mimo tradiních metod byl používán polní hustomr systému Kovaleva. Podstata metody je založena na urení hmotnosti skeletu zemin použitých zemin (jílovito-písitých a písito-jílovitých hlín) plovákovým zpsobem. To výrazn zkracuje as potebný k provádní zkoušek tehdy, když standardní metody požadují na100-150 m3 -3-
uložených zemin. Výhodou použití polního urování objemové hmotnosti systémem Kolaleva je možnost urit hmotnost skeletu zemin zrychleným zpsobem, tj. bez urení vlhkosti zemin standardním zpsobem (Smrnice…., 1969). Pímé urování objemové hmotnosti hlín v jáde hráze bylo spojené s mením digitálním penetrometrem firmy Ejkelkamp. Tímto pístrojem byl men odpor na hrotu do hloubky 0,35 – 0,4 m. Výsledky mení se ukládaly v pamti pístroje ve form graf (obr. 4). Podle výsledk párových stanovení pímou metodou byla stanovena závislost mezi odporem na hrotu a objemovou hmotností zemin (obr. 5). Výsledky terénních mení byly uloženy do polního poítae a s použitím stanovené závislosti byly operativn ureny hodnoty objemové hmotnosti zemin. Pro stanovení kvality zhutnní štrk tížní ásti hráze byl použit hustomr typu BPD-KM používající vodu a fólii, který zkrátil as potebný k urení objemové hmotnosti na 5 až 6 minut. Pravidelné kontroly se uskuteovaly hloubením šachtic do hloubky 1,2 metru a odbrem vzork pro inženýrsko-geologické a laboratorní testy v pedem urených místech. Bhem tchto prací se urovala zrnitost, pórovitost, úhel vnitního tení, koheze a plasticita. Pro kontrolu kvality hutnní zemin mezi body pímých mení a také pro získání informací na celé nasypané ploše byla po nasypání a zhutnní dvou až tí vrstev provedena seizmická mení s použitím podélných vln. Vzdálenost geofon pi mení byla dva metry a na jedno položení byly použity ti body buzení seizmické energie. Meno bylo 24 kanálovou aparaturou LX2 ruské výroby. Sestavené hodochrony byly interpretovány metodou kritických vzdáleností. Nebylo tedy pi mení ani pi vyhodnocování seizmických prací použito možnosti sledování pronikající vlny. Je známé, že pro nenasycené kypré zeminy (hlíny, štrky) se získá dostaten pesná závislost mezi rychlostí podélných vln (Vp) a objemovou hmotností (). Tato závislost neplatí obecn a je ji teba definovat pro každý typ zemin a lokalitu samostatn. Proto pro zeminy nasypávané do hráze byly sestaveny rovnice vztahu tchto veliin cestou použití párových stanovení. Získané závislosti mají tvar:
-4-
pro hlíny: [g/cm3] = 0.0011Vp [m/s]+ 1,4253 pro štrky: [g/cm3] = 2.43Vp0,21 [m/s] Výsledky seizmických mení byly prezentovány ve form seizmických ez podél promovaných profil (obr. 6). Objemové hmotnosti urené ze seizmických mení byly ve vybraných místech kontrolovány pímými meními objemové hmotnosti hornin klasickým zpsobem. Ne na každém bodu buzení seizmické energie se podailo urit všechna seizmická rozhraní. V nkterých pípadech se ukazuje, že jednotlivé vrstvy se sníženou mocností a málo odlišnou rychlostí se chovají jako „skryté vrstvy“. Tato okolnost byla zohlednna pi korelaci jednotlivých refrakních horizont. Na obrázku 6 je v levé ásti profilu dležitá vrstva s rychlostmi nižšími než 290 m/s, což odpovídá objemové hmotnosti menší než 1,71 t/m3. To je prakticky hraniní objemová hmotnost urená projektantem hráze jako vrstva dobe nasypaného a zhutnného tsnícího jádra. Pi vyazování míst s objemovou hmotností 1,71 t/m3 bylo pihlíženo k mením na sousedních bodech. Pokud v tsném sousedství byly zjištny rychlosti vyšší než 287 m/s, bylo rozhodnuto uznat zhutnní jako vyhovující, pokud byly v okolí zastiženy rychlosti podélných vln pod 287 m/s, bylo konstatováno, je nutné vrstvu odtžit. Na doporuení geofyzik bylo tak rozhodnuto, že bylo nutné tuto vrstvu odtžit, nahradit novým kvalitním materiálem a znovu zhutnit. Opravená vrstva byla opt kontrolována seizmickým mením.
-5-
3 Závr Monitorovací inženýrsko-geologické práce bhem stavby hráze umožnily nesnižovat tempo stavby, uskutenit kontrolu jejich kvality a souasn odhalit a odstranit zjištné nedostatky. Výsledky kontrolních prací ukázaly, že ke kontrole stavebních prací lze s úspchem použít i seizmická mení. Neobvyklé bylo, že práce probíhaly pi plném stavebním provozu, tj. za podmínek relativn vysokého seizmického šumu. Dalším dležitým poznatkem byla skutenost, že kontrolní skupiny byla nezávislá na dodavateli stavebních prací a projektantovi. Pro eské specialisty ve stavebnictví i pro eské geofyziky je zajímavá skutenost, že práce nezávislé kontrolní skupiny byly pímo ízeny premiérem zem. I tato skutenost ukazuje, jaká váha byla pikládána stavb nové pehrady, a to jak z hlediska rychlosti výstavby, tak zejména z její kvality jejího provedení. Literatura BELL, F. G. Engineering Geology and Constructions. Spon Press II, New Fetter Lone, London ECAP 4EE, 2004. BIRJUKOV N. S., KAZARNOVSKIJ V. D., MOTYLEV J. L. Metodická píruka pro urení fyzikáln-mechanických vlastností zemin, Moskva, Nedra, 1975, 176 s. BLÁHA, P., MÜLLER, K. Application of Geophysical Methods in Geotechnic and Construction, Praha: EGRSE, 2003, 1 – 2. HORSKÝ O., BLÁHA P. The Application of Engineerin Geology to Dam Constriction, Repronis, Ostrava, 2011, ISBN 978–80-7329–278-2, 1–296 p. KELLY, W. E., MAREŠ S. (Eds), Applied geophysics in hydrogeological and engineering practice, Elsevier, Amsterodam, 1993. KOLOMENSKIJ N. V. Obecná metodika inženýrskogeologického przkumu, Moskva, Nedra, 1968, 342 s. LJACHOVICKIJ F. M., CHMELEVSKOJ V. K., JAŠENKO Z. G. Inženýrská geofyzika, Moskva, Nedra, 1989, 252 s. SAVI A. I., KUJUNDŽI B. D., KOPTEV V. I. Komplexní inženýrskogeologický przkum pi stavb hydrotechnických staveb, Moskva, Nedra, 1990. 462 s. YEROFEYEV, L. Y. et al. Fizika gornych porod, Tomsk: ITPU, 2006. ZINCHENKO, V. S. Petrofizieskije osnovy gidrogeologieskoj i inženernogeologieskoj interpretacii geofyzieskich dannych, Moscow: RGGU, 2005. Smrnice pro urení objemové hmotnosti a kontroly hutnní zemního tlesa automobilních cest, Orgtransstroj, Moskva, 1969, 70 s. Autoi 1 Ing. Shavkat Abdullaev, CSc., Institut GIDROINGEO, Uzbekistán, Taškent, 64 Olimlar Str., 100041,
[email protected] 2 Doc. RNDr. Pavel Bláha, DrSc., Geotest, a.s., Šmahova 1244/112, 627 00 Brno,
[email protected]
-6-
