XXXII. PRIEHRADNÉ DNI
TÉMA 2 / 2.1
SANACE PRŮSAKŮ PODLOŽÍM VD JANOV A REKONSTRUKCE INJEKČNÍ CLONY VD KŘÍMOV Ing. David Richtr 1. Úvod Cílem tohoto příspěvku je informovat o sanaci průsaků podložím dvou gravitačních hrází ve správě podniku Povodí Ohře, s.p. Hráz VD Janov vystavěná v letech 1912 – 1914 z lomového kamene prochází od roku 2002 generální opravou a rekonstrukcí. V současné době se realizuje stavební objekt sanace průsaků podložím. V době výstavby se ještě neprováděly injektáže podloží pro snížení průsaků a vztlaků na těleso hráze jako preventivní opatření, ale jen jako náprava vzniklých stavů. Sanace podloží se nyní provádí formou ražby injekční štoly, hornickým způsobem, vedené na rozhraní tělesa hráze a skalního podloží. Z této štoly je prováděna injektáž puklinového skalního prostředí. Gravitační betonová hráz VD Křímov byla postavena v letech 1953 až 1959. Z výsledů měření TBD bylo patrné postupné zvyšování vztlaku s časem ve vrtech za injekční clonou. Sledované skutečnosti dokladovaly postupné stárnutí injekční clony. Z tohoto důvodu bylo přistoupeno k záměru realizace doplňujících vztlakoměrných vrtů, průzkumu vlastní injekční clony a následně pak k její rekonstrukci a doplnění. 2. Stručný popis vodního díla Janov Hlavním účelem vodního díla je akumulace vody pro zásobení pitnou vodou a zajištění minimálního průtoku 12 l.s-1 v toku Loupnice. Nádrž vodního díla zajišťovala zásobu vody pro obyvatele i průmysl. V současné době již není potřeba odběru vody z tohoto vodního díla z důvodu systému distribuce pitné vody v severočeském regionu a jeho dostatečné kapacity. Významná je i retenční funkce vodního díla, které částečně chrání území pod hrází před povodněmi. Kóta koruny hráze …………………………………………… 493,52 m n. m. Výška hráze nad základovou spárou …………………………… 53,0 m Šířka hráze v koruně …………………………………………… 4,5 m Délka hráze v koruně …………………………………………… 225,0 m Poloměr křivosti hráze v ose koruny …………………………… 250,0 m Objem tělesa hráze …………………………………………… 113 000 m3 Max. objem nádrže …………………………………………… 1 670 000 m3 Přehrada Janov je evidována u Národního památkového ústavu, pracoviště v Ústí nad Labem, jako kulturní památka ČR. Z hlediska technickobezpečnostního dohledu je vodní dílo Janov zařazeno do II. kategorie (kategorizace podle zákona č. 254/2001 Sb., o vodách). Hráz z lomového kamene při své výšce 53 m nad základovou spárou je nevyšší zděnou hrází v ČR. Hráz je založena na světlé rule s větším množstvím živce, rozpukané do značné hloubky. Zdivo hráze je vybaveno návodním (vertikálním) a základovým drenážním systémem. Vertikální drenáž je umístěna 1,0 až 1,5 m od návodního líce. Drenáž byla provedena z kameninových trubek o průměru 100 mm v rozteči 2,0 m. Základová drenáž je tvořena sítí drénů o průměru 50 mm a roztečích 6 – 8 m umístěných ve zdivu hráze cca 1m nad základovou spárou. Tyto drény jsou zaústěny do sběrných drénů o průměru150 a 200 mm. Vertikální i základová drenáž byly před stavebními zásahy značně zaneseny. 113
TÉMA 2 / 2.1
XXXII. PRIEHRADNÉ DNI
Vodní dílo Janov prochází od roku 2002 generální opravou a rekonstrukcí některých částí vzdouvacího prvku. K opravě se přistoupilo na základě výsledků dlouhodobého systematického technickobezpečnostního dohledu a znalostí současného nevyhovujícího technického stavu vodního díla provozovaného více než 90 let. Nevyhovující technický stav vodního díla Janov je především důsledkem přirozeného procesu stárnutí použitých materiálů i funkčních celků. Z dnešního pohledu jsou nevyhovující i tehdejší přístupy k úpravě podložní horniny a nasazení technických prostředků k omezení účinků vztlaku. V době výstavby se ještě neprováděly injektáže podloží pro snížení průsaků a vztlaků na těleso hráze jako preventivní opatření, ale jen jako náprava vzniklých stavů. Právě na přehradě Janov bylo, jako na první přehradě na území dněšní České Republiky, provedeno dodatečné těsnění podloží poté, co se při prvním napuštění nádrže v roce 1914 objevily rozsáhlé průsaky v levobřežním zavázání. Značné výrony vody (až 133 l/s) se objevily již při částečném napuštění nádrže. 3. Sanace průsaků podložím V roce 2004 byl proveden podrobný inženýrsko-geologický (IG) průzkum u návodní paty hráze pro specifikování rozsahu a hloubky porušení podložní horniny. Výsledky provedeného IG průzkumu jen potvrdily nevyhovující stav podloží a nutnost realizace sanace průsaků podložím. Výsledky IG průzkumu i dalších souvisejících průzkumných prací byly společností VODNÍ DÍLA – TBD a.s. komplexně zhodnoceny z hlediska bezpečnosti a stability vodního díla i jeho dalšího provozu. Součástí tohoto zhodnocení byl i návrh opatření k nápravě a dalšího postupu. Jednoznačným požadavkem pro zajištění dlouhodobé bezpečnosti a provozuschopnosti vodního díla Janov byla v prvé řadě nutnost sanace průsaků podložím v pravé části hráze. Provedený IG průzkum potvrdil zvýšenou propustnost v oblasti základové spáry tělesa hráze a v zastižených partiích podložní horniny. Výsledky vodních tlakových zkoušek i vrtných prací poukázaly na propustné oblasti, kterými dochází k únikům vody z nádrže. Závěrem bylo konstatováno, že v podélném profilu hráze existuje několik výrazných průsakových cest narušenou podložní horninou. Podle výsledků vodních tlakových zkoušek vycházely nejvyšší propustnosti v horizontech podloží pod základovou spárou. Žádná z testovaných etáží nevyhověla Jähdeho kriteriu přípustné propustnosti (0,1 až 0,5 l/min/m/0,3 MPa). Sanační zásah do podloží byl navržen formou dotěsnění horninového masivu. Dotěsnění bylo považováno za nejnaléhavější v pravé části hráze. V levé části bylo již dotěsnění horninového masivu v minulosti provedeno a ve stření části hráze je alespoň částečně funkční drenážní systém. V další etapě je připravována sanace průsaků podložím ve střední a částečně levé části. V budoucnu však nelze vyloučit i potřebu dotěsnění horninového masivu v dříve (1914, 1956 - 59) injektované levé části hráze. Sanace podloží VD Janov se nyní provádí formou ražby injekční štoly hornickým způsobem, vedené na rozhraní tělesa hráze a skalního podloží. Z této štoly je prováděna injektáž puklinového skalního prostředí. Tato stavba začala v červenci 2007 a její dokončení se předpokládá v roce 2010. Pro vlastní výstavbu injekční štoly bylo bezpodmínečně nutné vybudovat přístupovou (těžní) šachtu a přístupovou štolu. Přístupová šachta hloubky 16 m je situovaná u vzdušní paty hráze. Z přístupové šachty byla vyražená přístupová štola délky 29,9 m směrem k návodnímu líci v úrovni základů hráze. Přístupová štola je větších rozměrů (6,18 m2/ 2,45 x 2,8 m) než je obvyklé z důvodu zabezpečení potřebného profilu definitivní obezdívky pro pokračování těsnících prací ve střední a levé části hráze (injekční štoly a clony) v dalších letech provozu VD. Z přístupové štoly byla provedena rozrážka části
114
XXXII. PRIEHRADNÉ DNI
TÉMA 2 / 2.1
injekční štoly, která byla ražena jako dovrchní. Injekční štola je rozměrů 3,649 m2 /1,86 x 2,2 m a šikmé délky 97,6 m. Nejstrmější úsek injekční štoly je ve sklonu až 32,7°. S původní revizní chodbou je podzemní dílo spojeno krátkou spojovací štolou. Z počvy injekční štoly je po jejím dokončení prováděna injekční clona na požadovanou hloubku 2/3 výšky hráze nad základovou spárou v daném profilu. Podle výsledků IG průzkumu a průzkumné injektáže ve zkušebním poli (z injekční štoly) je navržena realizace jednořadé injekční clony provedené ve třech pořadích s konečným rozestupem vrtů cca 2,0 m. Součástí injekční clony jsou krátké šikmé připojovací (fortifikační) vrty ze dna štoly prováděné směrem na návodní i vzdušnou stranu. Účelem těchto vrtů je omezit možný únik injekční směsi mimo zájmový prostor při následném provádění vlastní clony. Tyto vrty zajišťují injektáž základové spáry štoly a horniny bezprostředně pod ní. Jejich sklon je 20°, délka 6 m. Injektovány byly vzestupně po etážích délky 3m. Vrty injekční clony průměru 56 mm byly hloubeny jádrovým vrtáním. Jsou vedeny jako kolmé z podlahy štoly. Přesnost vrtání je dána max. přípustnou odchylkou od svislice 2 % z délky vrtu (tj. pro 36 m vrt … 72 cm). Přesnost byla ověřována inklinomertickým měřením u třech nejhlubších vrtů s pozitivním výsledkem. V průběhu vrtných prací byly vždy po cca 3m realizovány vodní tlakové zkoušky (VTZ) v sestupném uspořádání. Prováděním VTZ před injektáží je mimo jiné sledováno žádoucí „propláchnutí“ puklin.
Obr. 1 Podélný řez VD Janov – schema injekčních prací Injekční clona byla prováděna metodou zahušťování podle jednotlivých pořadí. Injektáž byla provedena přednostně jako vzestupná po 3 m. Injektážní tlaky vycházely z výsledků VTZ a hloubky vrtů a provedené zkušební injektáže. Injekční tlaky nepřesáhly hodnotu 2,4 MPa. Injektování každé etáže bylo prováděno do nulové spotřeby při dosažení max. injekčního tlaku. Jako injekční směs byla použita jílocementová směs. Při sanačních pracích se musí vytvořit souvislá těsnící stěna. Pro kontrolu těsnící funkce byly provedeny VTZ na kontrolních vrtech a dále budou zřízeny vztlakoměrné vrty. Projektem dané požadavky na kriteria přípustné propustnosti (pro horní polovinu clony 0,5 l/min/m při tlaku 0,3 MPa a pro dolní část 1,0 l/min/m při stejném tlaku) byly u většiny kontrolních vrtů splněny. V případě nevyhovujícího výsledku VTZ bylo provedeno lokální zahuštění clony. Po dokončení těsnících prací budou ze štoly provedeny drenážní vrty k posílení funkce základového drenážního systému. V rámci této akce bude i rozšířeno zařízení pro měření a pozorování, které napomůže ke zkvalitnění TBD prováděného na tomto vodním díle. 115
TÉMA 2 / 2.1
XXXII. PRIEHRADNÉ DNI
4. Stručný popis vodního díla Křímov Vodní dílo Křímov bylo postaveno v letech 1953 až 1959 pod soutokem Křímovského a Menhartického potoka. Vodní dílo je součástí vodohospodářské soustavy (přečerpávací stanice Celná, úpravna vody III. mlýn, vodní dílo Kamenička) zásobující oblast severočeské uhelné pánve - dodávka vody do skupinového vodovodu Chomutov – Kadaň. Zároveň vodní dílo snižuje povodňové průtoky na Křímovském potoce a částečně chrání území pod hrází před povodněmi. Z hlediska technickobezpečnostního dohledu je vodní dílo Křímov zařazeno do II. kategorie (kategorizace podle zákona č. 254/2001 Sb., o vodách). Vodní dílo Křímov je tvořeno gravitační betonovou hrází, rozdělenou dilatačními spárami na 22 hrázových bloků. Z toho jsou dva bloky přelivné (bloky č. 10 a 12) a jeden blok je výpustný (blok č. 11). Kóta koruny hráze …………………………………………… 569,00 m n. m. Výška hráze nad základovou spárou …………………………… 46,5 m Šířka hráze v koruně …………………………………………… 4,0 m Délka hráze v koruně …………………………………………… 201,2 m Sklon návodního líce …………………………………………… 1 : 0,03 Sklon vzdušního líce …………………………………………… 1 : 0,72 Objem tělesa hráze …………………………………………… 101 000 m3 Max. objem nádrže ………………………………………….... 1 480 000 m3 Podloží hráze i zátopy je tvořeno rohovcovou rulou, lavicovitě uloženou, velmi hustě rozpukanou. Na levém břehu je hornina břidličnatá se sklonem vrstev 30° – 70° do údolí rovnoběžně se svahem. Na pravém břehu pak vrstvy zapadají do svahu ve sklonu 30° – 80°. V profilu hráze byla v základech bloků 13 až 15 zjištěna i poruchová zóna. V těchto místech se vyskytuje erlanovitá hornina, šedozelené barvy s deskovitou odlučností. Těsnícím prvkem v podloží je injekční clona. Injekční clona byla budována současně s výstavbou přehrady. Clona byla budována jako jednořadá (o třech pořadích) v ose injekční chodby hráze. Vzájemná vzdálenost injekčních vrtů je 2,0 m (vrty 1. pořadí byly provedeny ve vzdálenosti 8,0 m od sebe, vrty 2. pořadí v půlící vzdálenosti a po zainjektování byly provedeny ještě vrty 3. řádu). Vrty 1. řádu jsou hluboké 30,0 m, vrty 2. a 3. řádu 25,0 m. Injektáž byla prováděna vzestupným způsobem, délky jednotlivých etáží byly 3,0 m. Na každé etáži byla provedena vodní tlaková zkouška. Jako injekční směs bylo použito cementové mléko v poměru ředění 1:5 – 1:1. Vodní tlaková zkouška clony byla prováděna v kontrolních vrtech při dodržení kriteria 0,1 až 0,5 l/min/m/ při 0,3MPa. 5. Projevy stárnutí injekční clony na VD Křímov Pro stabilitu gravitační hráze je významným faktorem rozložení vztlaků na základové spáře. Proto sledování vztlakových poměrů a následné hodnocení účinků injekční clony patří na vodním díle Křímov k hlavním úkolům TBD. Z výsledů měření TBD je patrné postupné zvyšování vztlaku s časem ve vrtech za injekční clonou. K nejvýraznějšímu trendovému nárůstu dochází ve středních hrázových blocích č. 12 až 16. Zde byly zaznamenány nárůsty vztlakové úrovně od 0,7 až do 2,32 m vodního sloupce za 18 let. Sledované skutečnosti dokladují postupné stárnutí injekční clony. Již v průběhu provozu vodního díla bylo při výkonu TBD provedeno již několik průzkumných prací a šetření v souvislosti se zvyšující se vztlakovou úrovní za injekční clonou ve vybraných blocích. Po nadále zhoršující se situaci bylo přistoupeno k záměru realizace doplňujících vztlakoměrných vrtů, průzkumu vlastní injekční clony a následně pak k její rekonstrukci a doplnění. 116
XXXII. PRIEHRADNÉ DNI
TÉMA 2 / 2.1
V roce 2008 byl proveden soubor průzkumných prací, který spočíval v průzkumu injekční clony a doplnění vztlakoměrných vrtů. Při průzkumu injekční clony byly provedeny průzkumné vrty, vodní tlakové zkoušky (VTZ) a následné zainjektování vrtů při průzkumné injektáži. Pro průzkum injekční clony byly zřízeny tři průzkumné vrty označené P1 až P 3. Vrty jsou umístěny v ose injekční clony (v podélné ose injekční chodby) v blocích 13, 14 a 17. Jsou vedeny jako kolmé z podlahy chodby. Hloubka každého vrtu je přibližně 30 m. Ve všech vrtech byla zastižena podložní hornina tmavě šedá až černá rula zatříděná podle ČSN 73 1001 do třídy R2 (skála s vysokou pevností, pevnost 50 – 150 MPa). Na jádrových vývrtech se našlo překvapivě poměrně malé množství zbytků cementu po injekčních pracích původní clony. Pukliny byly většinou volné. Již v průběhu vrtných prací byly prováděny VTZ v sestupném uspořádání. Zkoušky byly realizovány přímo v průběhu vrtných prací vždy po cca 3 m. Zjištěné spotřeby vody byly komparativně vyhodnocovány podle Jähdeho kriteria (spotřeba vody v l/m/min. při tlaku 0,3 MPa). V celku můžeme říci, že podloží v ose injekční clony do zkoušené hloubky 30 m je velice propustné. Žádná z testovaných etáží nevyhověla Jähdeho kriteriu (méně jak 0,5 l/min/m při tlaku 0,3 MPa). Maximální naměřené spotřeby 9,0 l/min/m v vrtu P1 v etáži 27,0 – 30,0 převyšují Jähdeho kriterium téměř 20x. Zjištěné skutečnosti dokladují stárnutí injekční clony. V průběhu provozu VD docházelo pravděpodobně k proplachování puklin vyplněných jílovou výplní nebo cementem injekční clony. Po provedení vodních tlakových zkoušek a zhodnocení vrtných prací projektantem a geologem byly vrty P1 až P3 zainjektovány. Nešlo však o pouhé zaslepení vrtů. Situace byla využita k průzkumné injektáži. Cílem průzkumné a zkušební injektáže bylo shromáždění základních údajů pro návrh případného dotěsnění injekční clony. Na vrtech byla provedena zkušební vzestupná injektáž po 3 m. Tlaky v jednotlivých etážích odpovídaly nejvyšším dosaženým při VTZ a hloubce vrtu (nejvíce 0,48 MPa). Injektáž byla provedena ve 3 stupních s rozdílnou hustotou jílocementové směsi. Maximální dosažené množství začerpané řídké směsi jednoho stupně bylo 280 l, injektáž celé etáže 27 - 30 m u vrtu P1 dosáhla 515 l, ostatní maximální spotřeby se pohybovaly kolem 100 l. Dále byly vybudovány čtyři doplňujících vztlakoměrné vrty k dokreslení průběhu vztlakového obrazce v blocích se zaznamenaným nárůstem vztlaku. Zejména v bloku 13 se prokázala výrazně vyšší úroveň vztlaku i v partiích dále od injekční clony směrem ke vzdušnímu líci. Z rozboru výsledků průzkumné injektáže při srovnání s údaji o původní injektáži vyplynulo, že po téměř 50 letech provozu bude potřeba pro obnovu injekční clony v oblasti zkoušených bloků 12 až 17 do podloží začerpat možná poloviční množství injekční směsi než při výstavbě původní clony. To znamená prakticky významně celkově systematicky doplnit clonu. 6. Připravovaná rekonstrukce a doplnění injekční clony VD Křímov Rekonstrukce a doplnění injekční clony je navržena v blocích 12 až 17. Clona bude obnovená v místě původní clony situované v ose injekční chodby. Injekční clona je navržená jako jednořadá o vrtech třech pořadí. Injekční vrty prvního a druhého pořadí jsou navrženy do hloubky 30m. Vrty třetího pořadí do hloubky 25. Po provedení vrtů všech pořadí bude jejich vzájemná vzdálenost 2m. Vrty průměru 56 mm budou hloubeny jádrovým vrtáním. Injektáž bude provedena jílocementovými suspenzemi.
117
TÉMA 2 / 2.1
XXXII. PRIEHRADNÉ DNI
Za osou injekční clony budou provedeny drenážní vrty k posílení její účinnosti při snížení vztlaku. Dále budou provedeny vztlakoměrné vrty jako náhrada injekčními pracemi případně zničených stávajících vrtů. Oprava bude realizována za plného provozu vodního díla. Pouze ve vybraných fázích výstavby bude omezena zásobní funkce nádrže snížením úrovně hladiny vody v nádrži. Hladina vody v nádrži nebude během stavby snížena pod úroveň minimální hladiny zásobního prostoru. Při rekonstrukci injekční clony bude zajištěn výkon technickobezpečnostního dohledu (TBD) podle zákona č. 254/2001 Sb., o vodách (vodní zákon) a vyhlášky č. 471/2001 Sb. o technickobezpečnostním dohledu nad vodními díly. Dále je potřebné k tomuto doplnit kontrolní zařízení TBD, zvýšit četnosti měření po dobu stavby a realizovat mimořádná šetření a průzkumy související se změnou zatížení během stavby. 7. Závěr Vodní díla Janov a Křímov ve správě povodí Ohře, s.p. mají určité problémy s těsností podloží a celkovou stabilitou a bezpečností hráze. Obě gravitační hráze se sice liší konstrukčním upořádáním (zděná hráz do oblouku a betonová dilatovaná hráz) a stářím (1914 a 1959), ale jinak jsou jejich parametry velice podobné (viz výška, šířka a objem tělesa hráze, objem nádrže, atp.). Podobná je i potřeba dotěsnit horninový masiv podloží hráze. Zatímco na VD Janov jde o první systematické těsnění podloží hráze na VD Křímov se jedná o rekonstrukci a obnovu původní injekční clony vystavenou procesu stárnutí. Vodní dílo Janov probíhá v současné době zásadní generální opravou. Pro provoz vodního díla platí do dokončení všech souvisejících prací určitá omezení. Hladina v nádrži může být udržována jen na snížené úrovni. Při provozu vodního díla bez provedení sanace průsaků podložím bylo zvýšené i potenciální riziko havárie díla a vzniku zvláštní povodně (ZPV). Po dokončení sanace průsaků podložím bude vodní dílo Janov uvedeno do požadovaného technického stavu. Vodní dílo Křímov je v současné době v běžném provozu, i když i zde s určitým omezením. Při zvyšujícím se vztlaku v podloží je ohrožena stabilita a bezpečnost hráze (dokladováno stabilitními výpočty v souhrnných etapových zprávách o výsledcích TBD). Pro zajištění stability hráze bude proto v nejbližších letech nutné realizovat soubor opatření ke zvýšení bezpečnosti vodního díla. Zvýšení stability a bezpečnosti vodního díla bude provedeno snížením vztlaku pod hrází rekonstrukcí a doplněním injekční clony a zřízením drenážních vrtů. Literatura VODNÍ DÍLA – TBD a.s.: VD Janov, VD Křímov – projekty oprav VODNÍ DÍLA – TBD a.s.: VD Janov, VD Křímov – zprávy o TBD Ing. David Richtr VODNÍ DÍLA – TBD a. s. Hybernská 40, 110 00 Praha 1
[email protected] +420 221 408 319
118
