raport końcowy - giigs.agh.edu.pl

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska
Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej
Narodowe Centrum Badań i Rozwoju
RAPORT KOŃCOWY
z badań do projektu rozwojowego NCBiR Nr N R09 0017 04/2008
na temat „Regionalna ocena geotechnicznych właściwości
gruntów południowo-wschodniej Polski na podstawie
sondowań oraz kontrolnych badań laboratoryjnych”
Kierownik projektu:
Wykonawcy:
prof.dr hab.inż. Stanisław Rybicki
dr inż. Piotr Krokoszyński
dr inż. Robert Kaczmarczyk
dr hab.inż. Henryk Woźniak
dr inż. Aleksandra Borecka
inż. Jacek Dąbrowski
st.ref.tech. Aleksander Sanocki
mgr inż. Sylwia Tchórzewska
dr inż. Janusz Herzig
Kraków, lipiec 2011 r.
1. Wstęp
Szeroko zakrojone obecnie prace przy budowie krajowych dróg i autostrad stawiają
pytania o sposoby, koszty i czas rozpoznania warunków geologiczno-inżynierskich
i geotechnicznych podłoża tych dróg oraz budowli im towarzyszących (mosty, wiadukty itp.).
Zakres i sposoby tego rozpoznania oprócz Rozporządzenia Ministerstwa Środowiska
w sprawie
sporządzania
dokumentacji
geologiczno-inżynierskich
reguluje
zwłaszcza
„Instrukcja badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych” wydana przez
Generalna Dyrekcję Dróg Publicznych [19]. W obydwu wymienionych wyżej aktach
prawnych, do rozpoznania podłoża gruntowego zaleca się między innymi różne sondowania
na podstawie, których określa się charakter profilu gruntowego oraz niektóre cechy fizycznomechaniczne gruntów. Związki pomiędzy wynikami sondowań, a tymi cechami ustalane są
empirycznie i często mają charakter regionalny, zależny od rodzajów i genezy badanych
gruntów oraz historii geologicznej danego rejonu. Zamysłem, badań podjętych w ramach
niniejszego projektu rozwojowego jest ustalenie tych związków poprzez porównanie
własnych i archiwalnych wyników sondowań statycznych sondą CPTU, a dodatkowo sondą
dynamiczną DPL i sondą obrotową FVT z laboratoryjnymi wynikami badań próbek gruntów
pobranych z otworów badawczych w miejscach sondowań. Ma to na celu częściowe
zastąpienie rozpoznania podłoża gruntowego przy pomocy otworów badawczych oraz
laboratoryjnych badań gruntów, szybszym i tańszym w wykonaniu sondowaniem.
2. Wybór obszaru badań
Zgodnie z wnioskiem o finansowanie projektu rozwojowego obszarem badań była
południowo-wschodnia część kraju, a ściślej biorąc pas terenu w sąsiedztwie przebiegu
autostrady A-4 na odcinku Kraków-Korczowa. Obszar ten jest, bowiem interesujący ze
względu na warunki geologiczno-fizjograficzne (pogranicze dwóch jednostek geologicznych
– Zapadliska Przedkarpackiego i Karpat Zewnętrznych), występują tu grunty różnorodne pod
względem litogenetycznym, a także jest on lepiej rozpoznany pod względem warunków
geologiczno-inżynierskich. Ponadto budowanej obecnie autostradzie A-4 towarzyszy lub
będzie towarzyszyć szereg obiektów (mosty, wiadukty, węzły drogowe, miejsca obsługi
podróżnych MOP, zabudowa przemysłowa itp.), co stwarza zapotrzebowanie na rozpoznanie
warunków posadowienia tych obiektów w rejonie przebiegu autostrady.
1
3. Ogólna charakterystyka geograficzno-morfologiczna
oraz geologiczna obszaru badań
Dla obszaru badań istnieją opracowania z zakresu geografii regionalnej Polski [15, 16]
oraz geologii [17, 18] mapy geologiczne szczegółowe w skali 1:50 000 oraz mapy w skali
1:200 000, publikacje [14, 26, 29], a zwłaszcza szereg dokumentacji geologicznoinżynierskich związanych głównie z budową autostrady A-4 [3, 4, 5, 6, 7, 8, 23, 24, 30, 31].
Obszar badań pod względem geograficzno-morfologicznym położony jest głównie
w południowej części makroregionu Kotliny Sandomierskiej przynależnej do podprowincji
Północne Podkarpacie, a także do makroregionu Zewnętrzne Karpaty Zachodnie [15, 16].
Makroregiony te idąc od Krakowa w kierunku wschodnim składają się z kilkunastu
mezoregionów, spośród których do szczegółowych badań wybrano tylko kilka z nich (rys.1)
tj.:
1 – Podgórze Wielickie (Wysoczyzna Wielicko-Gdowska) – miejscowość Kłaj,
2 – Dolina Raby – miejscowość Ostra,
3 – Wysoczyzna Szczepanowska – miejscowość Szczepanów,
4 – Dolina Uszwicy – miejscowość Wokowice,
5 – Wysoczyzna Tarnowska – miejscowość Borowa,
6 – Dolina Wisłoki – miejscowość Zawierzbie,
7 – Podgórze Rzeszowskie – miejscowości Świlcza, Mirocin i Jankowice.
W
wymienionych
wyżej
mezoregionach
fizyczno-geograficznych
w
strefie
przypowierzchniowej terenu (do rozpatrywanej w badaniach głębokości 9 m, stanowiącej
potencjalne podłoże budowlane budowli drogowych), występują różnorodne grunty. Są to
głównie grunty czwartorzędowe oraz trzeciorzędowe. Miejsca badań dobrano tak, aby
uwzględnić możliwie różne typy litogenetyczne gruntów w obszarze badań, opierając się przy
tym na Szczegółowych Mapach Geologicznych Polski w skali 1:50 000 i pomocniczo
Mapach Geologicznych Polski w skali 1:200 000, a także uwzględniając przebieg autostrady
A-4. W efekcie badaniom poddano następujące typy litologiczno-genetyczne gruntów
czwartorzędowych i trzeciorzędowych:
I – Osady rzeczne
a) osady organiczne – namuły,
b) mady gliniaste,
c) piaski rzeczne,
d) żwiry rzeczne,
2
II – Osady glacjalne, fluwioglacjalne, interglacjalne
a) osady eoliczne – lessy i osady lessopodobne,
b) gliny zwałowe zlodowacenia południowo-polskiego,
c) piaski fluwioglacjalne i glacjalne,
d) żwiry fluwioglacjalne,
III – Osady morskie
a) iły mioceńskie.
Według Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski, a także opracowań archiwalnych na
Wysoczyźnie Wielicko-Gdowskiej w strefie przypowierzchniowej terenu do głębokości 10 m
na podłożu trzeciorzędowym występują spoiste i sypkie wodno-lodowcowe grunty
czwartorzędowe o przeciętnej miąższości około 4 m, przykryte pokrywą osadów eolicznych
(lessy i utwory lessopodobne) o miąższości około 7 ÷ 10 m. Strop wyniesionego podłoża
trzeciorzędowego (mioceńskie warstwy grabowieckie) występuje na ogół na głębokości około
20 m.
Na Wysoczyźnie Szczepanowskiej w strefie przypowierzchniowej występują
czwartorzędowe spoiste osady glacjalne (gliny zwałowe) z soczewkami piasków o miąższości
do około 6 m, oraz utwory wodno-lodowcowe (piaski, żwiry) przewarstwione gruntami
spoistymi o miąższości około 2 ÷ 6,5 m. Brak tu pokrywy utworów lessowych. Podłoże
trzeciorzędowe (iły mioceńskie, warstwy grabowieckie) występuje na głębokości około 3 ÷
7 m.
Wysoczyzna Tarnowska zbudowana jest z wyniesionych osadów miocenu (warstwy
grabowieckie i jarosławskie), nad którymi występują czwartorzędowe gliny i piaski
o miąższości od kilku do około 20 m. W dolnej części są to zazwyczaj utwory lodowcowe
zlodowacenia południowo-polskiego (gliny zwałowe, piaski, żwiry) odsłaniające się też
lokalnie w strefie przypowierzchniowej, w górnej części utwory wodno-lodowcowe (głównie
piaski), a także utwory wydmowe.
Podgórze
Rzeszowskie
to
wyniesienie
morfologiczne
zbudowane
z
iłów
trzeciorzędowych (mioceńskie iły krakowieckie), na których zalegają głównie utwory lessowe
lessopodobne o miąższości od kilku do kilkunastu metrów. Są one lokalnie podścielone przez
gliny zwałowe lub piaszczysto gliniaste utwory wodno-lodowcowe o miąższości do około
10 m.
Osady rzeczne badane w dolinach rzeki Raby, Uszwicy i Wisłoki mają wiele cech
wspólnych pod względem wykształcenia i następstwa gruntów w profilu pionowym. Prawie
3
we wszystkich przypadkach zachowany jest układ i następstwo warstw gruntowych idąc od
góry:
a) mady rzeczne gliniaste, rzadziej osady organiczne (namuły, torfy),
b) seria piasków rzecznych o różnym uziarnieniu,
c) seria żwirów rzecznych.
Utwory te o różnej miąższości w poszczególnych dolinach zalegają w badanym
obszarze na iłach mioceńskich, których strop w dolinach rzecznych występuje płycej pod
powierzchnią terenu, niżeli na wysoczyznach. W obrębie serii piasków lub żwirów występują
lokalnie cienkie, około 20 ÷ 90 cm przewarstwienia namułów lub mad gliniastych.
Przykładowe profile gruntowe z badanych dolin rzecznych ilustruje rys.2.
Warunki wodne w strefie przypowierzchniowej na badanym obszarze nie są
skomplikowane. Na wszystkich badanych wysoczyznach ciągłe zwierciadło wód gruntowych
występowało poniżej zasięgu badań (9 m). W gruntach występowały tu jedynie lokalne
sączenia wody zawieszonej bądź strefy większych zawilgoceń. W dolinach rzecznych ciągłe
zwierciadło wód występowało dość płytko, na ogół na głębokości około 0,5 ÷ 2 m. Miało to
swój wpływ na stany konsystencji badanych gruntów – z reguły konsystencje plastyczne
i miękkoplastyczne w dolinach rzek oraz twardoplastyczne i półzwarte (rzadko plastyczne) na
wysoczyznach.
W podsumowaniu można stwierdzić, że na całej trasie autostrady A-4 od wysokości
Krakowa do wschodniej granicy kraju biegnie ona w około 49 % przez Wysoczyzny,
Płaskowyże i Pogórza, a w około 51 % przez tereny dolin (doliny Wisły, Raby, Dunajca,
Wisłoki, Sanu). Teren jest tu pokryty utworami czwartorzędowymi (plejstocen, holocen)
o zmiennej miąższości od około 5 ÷ 20 m, pod którymi występuje starsze podłoże zbudowane
z iłowców i iłów (iły z przewarstwieniami piasków) miocenu. W dolinach rzek i mniejszych
cieków powierzchniowych występują bardzo zmienne utwory plejstocenu, głównie gliny,
piaski i żwiry rzeczne, z reguły na tarasach wyższych oraz utwory holocenu – głównie mady,
mułki, gliny, piaski, żwiry, lokalnie torfy – głównie na tarasach niższych. Na obszarach
wysoczyznowych występują osady plejstoceńskie – wodno-lodowcowe (piaski, żwiry, iły)
i lodowcowe (piaski, żwiry, gliny zwałowe) oraz eoliczne (lessy i utwory lessopodobne,
piaski wydmowe). Te ostatnie występują też lokalnie na obszarach dolin rzecznych. W wielu
przypadkach osady czwartorzędu nie są dokładniej rozdzielone.
4
4. Ogólna charakterystyka archiwalnych wyników badań
właściwości fizyczno-mechanicznych gruntów w pasie
autostrady A-4 między Krakowem a Korczową
Istniejące materiały archiwalne, a zwłaszcza dokumentacje geologiczno-inżynierskie
do projektów budowlanych poszczególnych odcinków autostrady A-4, pozwalają na ogólną
charakterystykę
właściwości
i
rodzajów
gruntów
badanego
obszaru.
Podawane
w dokumentacjach dane o cechach fizyczno-mechanicznych i rodzajach gruntów poparte są
w dużej mierze na ocenach makroskopowych, w mniejszym zakresie na kontrolnych
badaniach laboratoryjnych i w niektórych przypadkach na wynikach sondowań statycznych
i dynamicznych.
Wartości charakterystyczne różnych parametrów fizyczno-mechanicznych oraz
zakresy ich zmian dla odcinków autostrady A-4 zestawiono w tab.1 i tab.2. Dane zawarte
w tabelach 1 i 2 wskazują na duże zróżnicowanie litogenetyczne gruntów w badanym
obszarze, zwłaszcza w dolinach rzecznych. Generalnie grunty spoiste i organiczne osadów
rzecznych mają większą wilgotność i wyższe stopnie plastyczności niż grunty spoiste
wysoczyzn i podgórzy. Te pierwsze pozostają głównie w plastycznym i twardoplastycznym
stanie konsystencji, te drugie głównie w stanie twardoplastycznym i częściowo półzwartym.
Grunty podłoża
mioceńskiego
w
części
stropowej
pozostają
głównie
w
stanie
twardoplastycznym, głębiej w stanie półzwartym i zwartym.
5. Krótka analiza archiwalnych wyników sondowań
statycznych w pasie autostrady A-4 na odcinku KrakówKorczowa
Archiwalne wyniki sondowań obejmują odcinek autostrady A-4 pomiędzy
Przeworskiem, a wschodnią granicą kraju. Własną interpretację tych wyników zawartych w
analizowanych dokumentacjach sprowadzono tylko do oceny średnich wartości oporów
sondowań (qc) i oporów tarcia na pobocznicy sondy (fs) oraz zakresu zmian tych oporów dla
poszczególnych typów litologiczno-genetycznych sondowanych gruntów. Do tego celu
wykorzystano karty dokumentacyjne otworów wiertniczych, przy których wykonywano
sondowania, z zaznaczoną litologią gruntów i ich stanem konsystencji (zagęszczenia) oraz
same wykresy sondowań z zarejestrowanymi zmianami qc i fs z głębokością. Typy
5
litologiczno-genetyczne gruntów przyjęto w oparciu o wydzielenia i opisy dokonane
w analizowanych dokumentacjach geologiczno-inżynierskich oraz na podstawie map
geologicznych. Uznano, że powiązanie oporów sondowań CPT z typami litologicznogenetycznymi znanymi z tych map, a nie tylko rodzajami granulometrycznymi gruntów, jak
to jest w interpretacji Robertsona (wg PN-B-04452; Geotechnika – badania polowe) wzbogaci
i ułatwi możliwości interpretacji tych sondowań w ujęciu terytorialnym. Jest to ważne,
zwłaszcza dla dróg i autostrad, które jako budowle liniowe przebiegają przez duże obszary,
często o znacznie zróżnicowanych typach gruntów, których charakter, lokalizacja i zasięg
terytorialny jest przedstawiony na Szczegółowych Mapach Geologicznych Polski w skali
1:50 000, a także na mapach geologicznych w skali 1:200 000. Zestawienie średnich wartości
oraz zakresów zmian oporów stożka sondy (qc) i oporów tarcia na pobocznicy sondy (fs) dla
wydzielonych typów litologiczno-genetycznych gruntów oraz ich stanów konsystencji
(stanów zagęszczenia) według ocen na podstawie kart dokumentacyjnych otworów
przedstawiono w tab.3. Należy tu dodać, że wydzielenia warstw geotechnicznych (miąższość,
głębokość zalegania, barwa i rodzaj gruntu, stan konsystencji) przedstawione w kartach
dokumentacyjnych otworów wiertniczych nie zawsze dobrze pokrywały się ze zmianami
oporów sondowań wykonanych przy otworze, które mogłyby takie wydzielenia potwierdzać.
Może to wynikać zarówno z krótkodystansowych zmian rodzajów i właściwości gruntów
(sondy były wykonywane w odległości 0,5 ÷ 2,5 m od otworu), jak i z subiektywności ocen
makroskopowych rodzajów i stanów konsystencji przewiercanego profilu gruntowego.
Zawarte w tab.3 wartości qc i fs są wartościami uśrednionymi dla odcinków na wykresach
sondowań posiadających mniej więcej wyrównane opory sondowania (qc) lub opory tarcia (fs)
w danych przelotach głębokościowych, przyporządkowanych też wydzielonym warstwom
geotechnicznym w karcie dokumentacyjnej otworu wiertniczego.
Oceniając dane zawarte w tab.3 można stwierdzić, że opory sondowań statycznych są
wyraźnie powiązane z typami litologiczno-genetycznymi gruntów, a ściślej biorąc z ich
rodzajem, miejscem i warunkami powstawania oraz historią geologiczną, co też wpływa na
ich aktualne zawilgocenie i stany konsystencji. Dla organicznych i spoistych gruntów dolin
rzecznych (pod względem granulometrycznym są to głównie namuły gliniaste i różne rodzaje
glin, a zwłaszcza gliny pylaste) pozostających głównie w plastycznym stanie konsystencji
w zdecydowanej większości przypadków opory sondowań qc < 2 MPa, w tym dla gruntów
organicznych qc < 1 MPa. W rozbiciu na poszczególne stany konsystencji opory te rosną
systematycznie od stanu miękkoplastycznego do półzwartego (tab.3). W gruntach rzecznych
sypkich (piaski, żwiry) opory sondowań według badań archiwalnych są znacznie większe niż
6
w gruntach spoistych. W piaskach wynoszą przeciętnie 11 MPa, a w żwirach powyżej 30
MPa, rosnąc od stanu luźnego do zagęszczonego.
Grunty pochodzenia glacjalnego (fluwioglacjalnego) i interglacjalnego występowały
w badanym obszarze głównie na wysoczyznach i podgórzach. Opory sondowania statycznego
(tab.3) spoistych rodzajów tych gruntów są przeciętnie większe niż gruntów w dolinach rzek,
co też wiąże się z ich przeważającym twardoplastycznym stanem konsystencji.
Osady morskie miocenu występujące pod utworami rzecznymi w dolinach oraz pod
gruntami pokrywającymi wysoczyzny, charakteryzują się oporami sondowań zbliżonymi do
glin zwałowych (tab.3). Z uwagi na historię geologiczną w obydwu przypadkach są to grunty
przekonsolidowane, co uzasadnia ich większe opory sondowań, podczas gdy utwory eoliczne
i grunty dolin rzecznych można zaliczyć do normalnie skonsolidowanych.
6. Opis zakresu badań własnych i zestawienia ich wyników
6.1 Badania terenowe
Badania przeprowadzono w dziewięciu rejonach (rys.1), z których sześć z uwagi na
bliskie sąsiedztwo określono jako 1A i 1B, 2A i 2B, 3A i 3B. Podstawowym obiektem badań
był tzw. „węzeł badawczy” jako fragment terenu, na którym wykonano badawczy otwór
wiertniczy do głębokości 9 m, a wokół tego otworu (w odległościach 1 ÷ 2 m) wykonano po
pięć sondowań statycznych (CPTU lub CPT) oraz po dwa sondowania sonda dynamiczną i
sonda obrotową do głębokości od kilku do 9 m (rys.3). W danym rejonie lokalizowano z
reguły cztery węzły badawcze (niekiedy trzy lub dwa) odległe od siebie o około 5 ÷ 10 m i
usytuowane najczęściej w linii prostej lub łamanej, zależnie od dostępności terenu. Ogółem
wykonano 30 badawczych otworów wiertniczych oraz 150 sondowań statycznych i po 60
sondowań sondą obrotową FVT (w jednym rejonie – Świlcza, sondą obrotową PSO) i sondą
dynamiczną DPL.
W badawczych otworach wiertniczych określono makroskopowo rodzaje i stany
konsystencji (zagęszczenia) gruntów oraz pobrano z różnych głębokości 157 prób
cylindrycznych próbnikiem Schelbiego o nienaruszonej strukturze (rdzenie o długości 40 ÷
80 cm i średnicy 8,3 cm. Próby te w dalszych badaniach dzielono jeszcze na 2 ÷ 4 próbki
laboratoryjne.
Wyniki badań terenowych przedstawiono głównie w postaci profili geologicznoinżynierskich otworów wiertniczych, profili zmian oporów sondowań statycznych,
7
dynamicznych i obrotowych z głębokością (rys.4). Wyniki badań zestawiono także w tabelach
(tab.4, 5, 6) uwzględniając też łącznie badania archiwalne i własne.
6.2 Badania laboratoryjne
Badaniom laboratoryjnym poddano 497 próbek gruntów spoistych, określając
w różnym zakresie ilościowym takie ich cechy fizyczno-mechaniczne jak: wilgotność
naturalną (Wn), gęstość objętościową (ρ), gęstość właściwą (ρs), zawartość frakcji ziarnowych
(I, , P, ż), granice plastyczności i płynności (WP, WL), edometryczny moduł ściśliwości
(M0), wskaźnik przekonsolidowania (OCR), całkowite (pozorne) parametry oporu ścinania
określone w aparacie trójosiowym (cu, u, c’, ’). Ponadto określono na rdzeniach gruntowych
(w warunkach laboratoryjnych) opory penetracji penetrometrem kieszonkowym i ścinarką
obrotową. Wyniki badań laboratoryjnych dla próbek z poszczególnych otworów i rejonów
zestawiono w tab.7.
7. Analiza wyników badań terenowych i laboratoryjnych
Zebrany materiał badawczy jest bogaty i różnorodny, stanowiąc podstawę do wielu
szczegółowych analiz. Z uwagi na syntetyczny charakter niniejszego raportu będzie on tu
omówiony w sposób zgeneralizowany z uwypukleniem podstawowych związków pomiędzy
wynikami sondowań, a wynikami laboratoryjnych badań różnych cech geotechnicznych
w nawiązaniu do wydzielonych typów litologiczno-genetycznych gruntów. Ogólnie analiza ta
jest zorientowana na możliwość szacowania niektórych cech geotechnicznych gruntów oraz
wydzielania warstw geotechnicznych w podłożu budowli drogowych w oparciu o wyniki
sondowań przy ograniczeniu wykonawstwa otworów badawczych oraz badań laboratoryjnych
prób gruntowych. Odnosi się też do dokładności (wiarygodności) tych oszacowań.
7.1 Ogólna ocena wykształcenia i jednorodności typów
litologiczno-genetycznych gruntów w badanym obszarze i jej
związek z oporami sondowań
Wydzielone typy litologiczno-genetyczne gruntów mimo ogólnego podobieństwa
w swoim wykształceniu i właściwościach określanych wstępnie (terenowo) na podstawie
oceny makroskopowej, w świetle bardziej szczegółowych badań laboratoryjnych są mniej lub
bardziej niejednorodne (rys.5). W gruntach występują, bowiem różne przewarstwienia,
8
wkładki i mniejsze lub większe skupienia różniące się składem granulometrycznym, barwą,
wilgotnością
i
stanem
konsystencji
(zagęszczenia).
Oprócz
tych
drobniejszych
niejednorodności, których efektem są najczęściej „pikowe” wartości oporów sondowań
(maksymalne lub minimalne) na krótkim odcinku profilu pionowego, w gruntach danego typu
litogenetycznego występują „strefowe” zmiany oporów sondowań o względnie wyrównanych
wartościach w obrębie danej strefy, a wynikające z bardziej generalnych zmian charakteru
i właściwości danego typu w profilu pionowym (np. wzrostu zawilgocenia z głębokością,
systematycznym wzrostem zailenia itp.).
Najbardziej jednorodnym typem litogenetycznym w danym obszarze w całym profilu
pionowym, a także w rozprzestrzenieniu poziomym są lessy (grunty lessopodobne).
W terenowych ocenach makroskopowych urobku wierceń badawczych lessy ze wszystkich
rejonów tj. 1A – Kłaj na Wysoczyźnie Wielicko-Gdowskiej; 4, 5, 6 – Świlcza, Mirocin,
Jankowice na Podgórzu Rzeszowskim określano głównie jako pyły () – średnio 77 % ocen,
a w pozostałych przypadkach jako gliny pylaste (G) – średnio 23 % ocen. W badaniach
laboratoryjnych w zasadzie wszystkie pyły z ocen makroskopowych oznaczono jako gliny
pylaste (tab.7). Tak, więc z punktu widzenia składu granulometrycznego lessy badanych
rejonów są w zdecydowanej większości przypadków glinami pylastymi, sporadycznie pyłami
lub glinami pylastymi zwięzłymi.
Opory sondowania statycznego (CPTU), a także sondowań dynamicznych (DPL)
i sondowań sondą obrotową (FVT/PSO) są w profilu pionowym lessów stosunkowo mało
zmienne w porównaniu do innych typów litologiczno-genetycznych. Strefowe opory
sondowań statycznych wahają się najczęściej w granicach około 1,50 ÷ 4,50 MPa, zależnie od
stanu konsystencji lessów (tab.5). Przeciętne strefowe opory sondowań statycznych w lessach
uwzględniając udziały procentowe poszczególnych stanów konsystencji lessów wynoszą
2,71 MPa (tab.5). Zakres zmian wartości pikowych oporów sondowań statycznych jest
większy i zawiera się w granicach około 0,5 ÷ 10,0 MPa. Wartości strefowych oporów
sondowań dynamicznych oraz oporów z sondy obrotowej zależnie od stanu konsystencji
lessów zestawiono w tab.6.
Zróżnicowanie strefowych oporów sondowań statycznych w lessach w zasięgu
poziomym (wokół otworu badawczego) jest również mniejsze niż w innych wydzielonych
typach litologiczno-genetycznych gruntów. Analiza różnic wartości oporów stożka (qc)
w 5-ciu sondowaniach wokół każdego z otworów badawczych w danej strefie lub danej
głębokości wykazują, że różnice oporów w lessach wahają się przeciętnie w zakresie 0,2 ÷
1,2 MPa, co stanowi około 8 ÷ 41 % (średnio 23 %) wartości średniej z tych 5-ciu sondowań
9
w danych strefach głębokościowych. Oczywiście występują tu pewne różnice pomiędzy
rejonami badań – średnio Kłaj 25 %, Świlcza 18,2 %, Mirocin 25,2 %, Jankowice 22,9 %,
lecz jak widać nie są one duże.
Zróżnicowanie strefowych oporów sondowań statycznych w lessach w danym rejonie
(pomiędzy sondowaniami przy czterech otworach badawczych) jest odpowiednio większe niż,
dla sondowań wokół pojedynczych otworów. Waha się ono dla wszystkich rejonów
przeciętnie w zakresie qc = 0,7 ÷ 2,8 MPa, co stanowi około 33 ÷ 78 % (średnio 63 %)
wartości oporów średnich z danych stref głębokościowych w rejonie. Można, więc
powiedzieć, że pojedyncze sondowanie statyczne w utworach lessowych na badanym
obszarze
charakteryzuje
dość
dobrze
cechy geotechniczne
w
profilu
pionowym
i rozprzestrzenieniu poziomym na względnie dużym obszarze (do około 1 000 m2) przy
średnich różnicach oporów sondowań około 63 %.
Najbardziej niejednorodnymi typami litologiczno-genetycznymi, zarówno w profilu
pionowym, jak i w rozprzestrzenieniu poziomym na badanym obszarze są gliny zwałowe oraz
mady rzeczne. Gliny zwałowe w rejonach 2A – Szczepanów na Wysoczyźnie
Szczepanowskiej i 3A – Borowa na Wysoczyźnie Tarnowskiej w ocenie makroskopowej
w trakcie wierceń badawczych określano głównie jako gliny pylaste zwięzłe lub gliny zwięzłe
laminowane najczęściej piaskiem drobnym lub/i pyłem piaszczystym i zawierające otoczaki
lub kamienie. Serie glin na Wysoczyźnie Tarnowskiej zawierają przewarstwienia piasków.
W ocenie laboratoryjnej gliny te określano jako gliny zwięzłe, gliny, gliny piaszczyste,
a sporadycznie jako ił pylasty. Zwłaszcza ocena rdzeni wiertniczych (próby NNS) w trakcie
badań
laboratoryjnych,
często
wykazywała
bardzo
duże
zróżnicowanie
rodzajów
granulometrycznych glin zwałowych, nawet na krótkich odcinkach rdzenia. Nie można, więc
wykluczyć, że część gruntów zaliczonych do glin zwałowych jest zwietrzeliną tych glin lub
osadem zwietrzałym i wtórnie redeponowanym w warunkach wodnych, na co wskazywałoby
warstwowanie (laminowanie) niektórych glin.
Niejednorodności wykształcenia glin zwałowych przedkłada się na zróżnicowanie ich
oporów sondowań w profilu pionowym (rys.6). Strefowe opory sondowań w profilu
pionowym serii glin zwałowych (nie uwzględniając przewarstwień i skupień piasku) wahają
się w granicach qc = 1,17 ÷ 23,0 MPa (średnio 3,98 MPa), najczęściej jednak około 2 ÷ 8 MPa
zależnie od stanu konsystencji oraz rodzaju granulometrycznego i domieszek żwirku oraz
kamieni (tab.5). Wartości pikowe oporów sondowań statycznych wahają się w nieco szerszym
zakresie niż opory strefowe.
10
Zróżnicowania strefowych oporów sondowań glin zwałowych w zasięgu poziomym
(wokół otworu badawczego) jest stosunkowo duże. Różnice wartości oporów stożka (qc)
w 5-ciu sondowaniach wokół każdego z otworów badawczych w danej strefie lub danej
głębokości wahają się w rejonie 2A – Szczepanów zależnie od otworu w zakresie około
1,0 ÷ 8,0 MPa, co stanowi około 14,7 ÷ 121 % (średnio 66 %) wartości średniej z tych 5-ciu
sondowań w danych strefach głębokościowych.
Zróżnicowanie strefowych oporów sondowań statycznych glin zwałowych w całym
rejonie 2A w rozprzestrzenieniu poziomym pomiędzy czterema odwierconymi tu otworami
badawczymi jest odpowiednio większe niż dla sondowań wokół pojedynczych otworów
i waha się w zakresie 2,5 ÷ 8,0 MPa, co stanowi około 39 ÷ 129 % (średnio 98 %) wartości
oporów średnich z danych stref głębokościowych w rejonie.
Gliny zwałowe w rejonie 3A – Borowa są bardziej jednorodne niż w rejonie 2A –
Szczepanów. Zróżnicowanie strefowych oporów sondowań glin zwałowych w profilu
pionowym wynosi tu maksymalnie 0,8 ÷ 7,5 MPa, najczęściej jednak zawiera się w granicach
około 1,5 ÷ 2,5 MPa. Różnice wartości oporów statycznych (qc) z pięciu sondowań wokół
pojedynczych otworów w zasięgu poziomym wynoszą tu około 0,0 ÷ 1,0 MPa zależnie od
otworu, co stanowi około 0,0 ÷ 60 % (średnio 31 %) wartości oporów średnich z danych stref
głębokościowych
w
rejonie.
Zróżnicowanie
strefowych
oporów
sondowań
w rozprzestrzenieniu poziomym w całym rejonie pomiędzy wszystkimi otworami
i otaczającymi ich sondowaniami jest nieco większe niżeli wokół pojedynczych otworów
i zawiera się w przedziale 0,5 ÷ 1,2 MPa, zależnie od otworu, co stanowi 38 ÷ 69 % (średnio
48 %( wartości oporów średnich z danych stref głębokościowych w rejonie.
Osady rzeczne (namuły, mady gliniaste, piaski i żwiry, a także iły mioceńskie)
z uwagi na mniejszą liczbę badań nie są dokładniej analizowane pod względem zmienności
strefowych oporów sondowania statycznego zarówno w profilach pionowych, jak
i rozprzestrzenieniu poziomym. Ogólnie tylko stwierdza się, że zmienności te są w osadach
rzecznych (zwłaszcza w madach gliniastych) procentowo większe niż w innych osadach.
Średnie różnice oporów sondowania statycznego wokół pojedynczych otworów wynoszą tu
około 25 ÷ 100 % wartości średnich oporów w danej strefie, zaś różnice te w danym rejonie,
uwzględniając 2 ÷ 3 otwory wynoszą około 60 ÷ 142 %. Pojedyncze sondowanie w takich
osadach jest, więc stosunkowo mało reprezentatywne, jeśli chodzi o przestrzenną
charakterystykę (w profilu pionowym i rozprzestrzenieniu poziomym) oporów sondowań
i cech geotechnicznych takich osadów.
11
7.2 Omówienie wyników własnych badań laboratoryjnych dla
określenia geotechnicznych cech gruntów w obszarze badań
Własne badania laboratoryjne zrealizowano na 497 próbkach różnych litologicznogenetycznych typów gruntów z badanego obszaru, Około polowy z tego stanowiły próbki z
lessów. Różne cechy fizyczno-mechaniczne próbek badane były w różnym zakresie
ilościowym. Dla wszystkich próbek (kształtek) wycinanych z większych prób cylindrycznych
o nienaruszonej strukturze określano powszechnie wilgotność i gęstość objętościową,
w mniejszym zakresie granice konsystencji, skład granulometryczny, gęstości właściwe,
moduły ściśliwości edometrycznej oraz parametry oporu ścinania. Typowanie próbek do
różnych badań uwzględniało podobieństwo charakteru gruntu w profilu otworu badawczego,
stan „techniczny” prób (niektóre próby były popękane, rozwarstwiały się na kawałki, miały
wkładki i skupienia piasku itp.), jak również przewidziane w kosztorysie projektu prac ilości
poszczególnych badań na 1 otwór badawczy.
Uzyskane wyniki badań zestawione zwłaszcza w tab.7 nie są łatwe do interpretacji,
a zwłaszcza porównań między sobą i porównań z wynikami badań terenowych (wynikami
sondowań). Wynika to ze zmienności gruntów, zwłaszcza w profilu pionowym, wyrażającej
się
zmianami
wilgotności,
składu
granulometrycznego
(przewarstwienia,
skupienia
piaszczyste, pylaste), stanu konsystencji, ale także wpływem czynników mających wpływ np.
na cechy wytrzymałościowo-deformacyjne badanych próbek (naruszenia struktury gruntu,
orientacja lamin i warstwowania, obecność w próbce ziaren żwirku i kamieni itp.). Ta
zmienność oznaczanych parametrów fizyko-mechanicznych próbek (kształtek) pobieranych
z większej próby NNS zaznaczała się zwłaszcza w glinach zwałowych oraz osadach
rzecznych, a także w utworach miocenu. Stosunkowo mniejszą zmiennością oznaczanych
parametrów kształtek gruntu charakteryzowały się grunty lessowe. O skali tej zmienności
może mówić powszechnie oznaczana wilgotność około 3 ÷ 6 próbek pobieranych z
większych prób cylindrycznych mających najczęściej długość około 0,5 ÷ 0,6 m. Różniła się
ona w gruntach lessowych średnio o 1,52 % do 2,14 % zależnie od rejonu, wahając się
najczęściej w zakresie 0,4 ÷ 6,0 %. W glinach zwałowych średnia wartość różnicy
wilgotności próbek w obrębie jednej próby wynosiła 6,96 % (0,2 % ÷ 21,5 %). W madach
rzecznych rzeki Raby różnice te wynosiły średnio 3,86 % (1,0 % ÷ 5,8 %), rzeki Uszwicy
średnio 14,96 % (0,9 % ÷ 32,6 %), rzeki Wisłoki średnio 4,8 % (0,2 % ÷ 8,0 %) – ogólnie
w madach rzecznych średnio 8,6 %. Duża zmienność wilgotności występowała też w próbach
12
utworów miocenu (iły pylaste, iły) i wynosiła średnio 8,0 % (2,2 % ÷ 15,3 %). Jeśli zatem
poszczególne parametry gruntów oznaczane były na różnych próbkach (w przypadku badań
wytrzymałościowych różnych 3 ÷ 4 kształtkach) to porównanie (korelacja) niektórych
wyników badań ze sobą nastręcza duże trudności. Już niewielkie zmiany wilgotności,
zwłaszcza w lessach sprawiają, że następuje zmiana stanu konsystencji tych gruntów.
Podobnie jest i w madach rzecznych oraz glinach zwałowych. Można tu jedynie operować
wartościami uśrednionymi i zakresami zmian badanych parametrów, co pokazuje tylko
ogólne tendencje w związkach (korelacjach) parametrów fizyko-mechanicznych między sobą,
a także tych parametrów w związkach z wynikami sondowań. Zestawienie średnich wartości
oraz zakresów zmian pozornych i efektywnych parametrów oporu ścinania oraz modułów
ściśliwości edometrycznej oraz odpowiadających im wilgotności i stopni plastyczności
w badanych gruntach przedstawiono w tab.8. Uwzględniono tu tylko te wyniki ścinania, które
dawały się poprawnie interpretować (nie uwzględniano wyników z ujemną spójnością).
Parametry oporu ścinania wyznaczono jako tzw. pierwotne (ze ścinań 3 ÷ 4 odrębnych
kształtek wyciętych z tej samej większej próby). Dane w tab.8 wskazują, że zarówno pozorne,
jak i efektywne parametry oporu ścinania, a także moduły ściśliwości zmniejszają się,
przechodząc od konsystencji półzwartej do twardoplastycznej. Mało wiarygodne są tu jednak
dane dla konsystencji plastycznej (we wszystkich typach gruntu) ze względu na niewielkie
ilości wyników badań próbek tej konsystencji.
7.3 Omówienie wyników sondowań statycznych w badanym
obszarze na tle stosowanych w naszym kraju klasyfikacji i
związków korelacyjnych pomiędzy cechami geotechnicznymi
gruntów z parametrami sondowania
Wyniki sondowań statycznych, dynamicznych i obrotowych charakteryzują się
określonym rozrzutem rejestrowanych wartości oporów sondowań w obrębie badanych typów
litologiczno-genetycznych, co ogólnie ilustrują dane zestawione w tabelach 5 i 6,
uwzględniające zarówno badania własne, jak i archiwalne. Statystyczne opracowanie
zmienności parametrów sondowań wykonano jednak tylko dla części wyników badań
własnych, gdzie dysponowano równoległymi danymi z pomiarów sondowań statycznych,
dynamicznych i obrotowych z odczytów, co 0,5 m głębokości w profilach sondowań. Nie
uwzględniono tu także oporów sondowań lessów sondą obrotową PSO dla miejscowości
Świlcza, gdyż opory te znacznie różniły się od tych, jakie uzyskiwano z sondy FVT (z uwagi
13
na inne parametry techniczne obu sond). Histogramy ilustrujące rozkłady zmienności oporów
stożka (qc) sondy statycznej CPTU, ilości uderzeń (N10L) dla sondy dynamicznej DPL oraz
oporów ścinania (τmax) dla sondy obrotowej FVT ilustrują: rys.7 dla lessów, rys.8 dla glin
zwałowych, rys.9 dla mad gliniastych rzecznych. Z uwagi na małą liczbę danych nie
uwzględniono tu osadów rzecznych o typie namułów. Inne liczebności analizowanych danych
powodują, że średnie wartości rejestrowanych parametrów sondowań, a także zakres ich
zmienności (wartość minimalna i maksymalna) na rysunkach różnią się nieco od wartości
podanych w tabelach 5 i 6. Prezentowane histogramy informują tylko o zmienności
i parametrach statystycznych (wariancja, odchylenie standardowe, współczynnik zmienności
itp.) w obrębie całego danego typu litologiczno-genetycznego, bez uwzględnienia
zróżnicowania stanu konsystencji gruntów (a także ich rodzajów granulometrycznych).
Zmienności te są mniejsze w obrębie danych stanów konsystencji, lecz z uwagi na małe ilości
danych w niektórych podzbiorach nie wykonano tu ich statystycznego opracowania.
Odnosząc wyniki przeprowadzonych sondowań statycznych zestawione w tab.5 do
stosowanych w naszym kraju diagramów interpretacyjnych [22, 25, 32] wiążących opory
całkowite stożka sondy (qc) lub opory netto stożka (qn) z wartościami stopnia plastyczności
(IL) sondowanych gruntów spoistych można stwierdzić, że związki te dla badanych typów
litologiczno-genetycznych gruntów dobrze wpasowują się w te diagramy (rys.10, 11). Lepsze
dopasowanie występuje tu na diagramie wg Wiłuna (rys.11) niż wg normy PN-B-04452/2002
(rys.10). Dla sondowanych gruntów przyjęto tu średnie wartości stopnia plastyczności dla
danego typu litologiczno-genetycznego uzyskane z badań laboratoryjnych i średnie wartości
oporów sondowań z tab.5. Interpretację pozwalającą określać rodzaje sondowanych gruntów,
opartą na wartości współczynnika tarcia Rf = ft/qt i samych wartościach skorygowanego oporu
(qt) przedstawiono na rys.12. Są one generalnie zgodne z makroskopowymi i laboratoryjnymi
ocenami rodzaju granulometrycznego badanych gruntów. Wykonując, więc sondowania
statyczne (CPTU) w danym typie litologiczno-genetycznym gruntów w obszarze południowowschodniej części kraju można też wykorzystywać diagramy (rys.13) do zgeneralizowanej
oceny stanu konsystencji (stopnia plastyczności) badanych gruntów.
7.4 Związki pomiędzy parametrami sondowania statycznego
(CPTU) oraz dynamicznych (DPL) i obrotowych (FVT)
Wyniki sondowań sondą dynamiczną DPL i obrotową FVT zestawione w tab.6
pozwalają stwierdzić, że i tutaj, podobnie jak w sondowaniach sondą statyczną CPTU opory
14
sondowań związane są nie tylko ze stanami konsystencji gruntów, lecz częściowo i ich typem
litologiczno-genetycznym, a zatem warunkami i środowiskiem ich powstawania, stopniem
skonsolidowania itp. Dla tych samych stanów konsystencji gruntów spoistych (przy
niewielkich różnicach średnich wartości ich stopnia plastyczności) największe opory
sondowań sondą udarową (DPL), a także obrotową (FVT) wykazują tu iły mioceńskie oraz
gliny zwałowe, odpowiednio mniejsze opory dają lessy i mady gliniaste, najmniejsze zaś
namuły rzeczne. Przeciętne wartości oporów sondowań dynamicznych i obrotowych gruntów
spoistych badanego obszaru dla poszczególnych stanów ich konsystencji (bez względu na typ
litologiczno-genetyczny) zestawiono w tab.9. Niezbyt liczne pomiary sondowań piasków
i żwirów przedstawia tab.6.
Próba skorelowania ze sobą wyników wszystkich trzech rodzajów sondowań –
statycznego (CPTU), dynamicznego (DPL) i obrotowego (FVT) wykazała, że istnieją dobre
związki korelacyjne, zwłaszcza pomiędzy wartościami oporów stożka (qc) w sondowaniu
statycznym i ilością udarów N10L w sondowaniu dynamicznym dla lessów (rys.14). Na dobrą
korelację pomiędzy wynikami takich sondowań w lessach wskazują też inni autorzy [13]. Dla
lessów w badanym obszarze istnieją również dobre korelacje pomiędzy wartościami oporów
stożka (qc) i oporów sondy FVT, a także pomiędzy wartościami N10L z sondy DPL
i wartościami oporów z sondy FVT (rys.15, 16). Dla innych typów gruntów związki
korelacyjne przedstawiają rys.17, 18 – gliny zwałowe, rys.19 – piaski glacjalne i rys.20 – iły
miocenu. Spośród gruntów spoistych w badanym obszarze najlepsze związki korelacyjne
występują właśnie w lessach. Są to, bowiem grunty stosunkowo jednorodne i w profilach
pionowych i w rozprzestrzenieniu poziomym. W innych gruntach spoistych (gliny zwałowe,
mady gliniaste, namuły oraz iły mioceńskie), a także w gruntach sypkich (piaski i żwiry
rzeczne oraz utwory lodowcowe) korelacje pomiędzy wynikami sondowań są na ogół słabsze
lub niemożliwe do wiarygodnego ustalenia, ze względu na małą ilość wyników badań.
Stosunkowo gorsze od innych korelacje pomiędzy wynikami poszczególnych sondowań
uzyskano dla spoistych osadów rzecznych (mady gliniaste, namuły), co można tłumaczyć
dużą zmiennością ich wykształcenia, nawet na krótkich metrowych dystansach, wziąwszy pod
uwagę fakt wykonywania poszczególnych sondowań w pewnej odległości od siebie. W tabeli
10 zestawiono dane o sile związków korelacyjnych pomiędzy poszczególnymi sondowaniami
dla różnych typów litologiczno-genetycznych gruntów badanego obszaru (wzięto pod uwagę
tylko związki o większej ilości danych). Korelacje o wartościach współczynnika w granicach
r = 0,5 ÷ 0,7 uznaje się tu za słabe, dla r ≥ 0,7 uznaje się za wyraźne, przy r ≥ 0,9 za bardzo
wyraźne.
15
Dobre korelacje pomiędzy niektórymi rodzajami sondowań dla niektórych typów
gruntu umożliwiają ewentualnie stosowanie zamiennych rodzajów sondowania w zależności
od posiadanego sprzętu. Dysponując stosunkowo licznymi i dobrymi wynikami badań dla
lessów sporządzono wykres zależności średniej wartości (wg badań laboratoryjnych) stopnia
plastyczności tych gruntów (w poszczególnych stanach konsystencji), a uśrednionymi dla
tych konsystencji wartościami dynamicznego oporu sondowania DPL (N10L) i wartościami
oporów sondowania sondą obrotową FVT (τmax, kPa) – rys.21. Pozwala on na przybliżone
określanie stopnia plastyczności lessów w badanym obszarze, przy zastosowaniu sondowań
dynamicznych (DPL) lub obrotowych (FVT).
7.5 Porównanie wyników oporów sondowań oraz wyników
laboratoryjnych oznaczeń cech geotechnicznych gruntów dla
przedmiotowego obszaru badań
Głównymi celami sondowań, jako badań komplementarnych dla otworów badawczych
jest z jednej strony uszczegółowienie wydzieleń warstw geotechnicznych, ich przebiegu
i miąższości; z drugiej, oszacowanie wartości niektórych cech geotechnicznych, zwłaszcza
stopnia plastyczności gruntów spoistych i stopnia zagęszczenia gruntów sypkich. Dokonuje
się tego w oparciu o zróżnicowanie oporów sondowań w pierwszym przypadku oraz
w oparciu o empirycznie opracowane związki korelacyjne pomiędzy oporami sondowań,
a danymi cechami geotechnicznymi w drugim przypadku. Te związki korelacyjne są wciąż
przedmiotem badań i z natury rzeczy nie są zbyt precyzyjne, na co wpływa szereg czynników
lokalnych i regionalnych – typ litologiczno-genetyczny gruntów, zmienność ich
wykształcenia, historia geologiczna, brak praktycznych możliwości poboru prób gruntów do
badań laboratoryjnych dokładnie w miejscu sondowania itp. Także i we własnych badaniach
omawianych w niniejszym raporcie, porównanie wyników sondowań, a zwłaszcza
sondowania statycznego CPTU z laboratoryjnie oznaczonymi wartościami niektórych cech
geotechnicznych, charakteryzuje się dużym rozrzutem i może mieć tylko charakter ocen
globalnych (uśrednionych). Takie oceny, chociaż mało precyzyjne, są jednak praktycznie
przydatne i w przypadku dokumentowania podłoża dla celów budownictwa drogowego,
zwłaszcza dla oceny warunków podłoża trasy drogi czy autostrady, często wystarczające.
Chodzi tu, bowiem, głównie o rozpoznanie głębokości zalegania (miąższości) podłoża
nośnego, co rzutuje na zakres i charakter robót ziemnych. Rozpoznanie podłoża pod takie
obiekty drogowe, jak mosty, wiadukty itp. wymaga oczywiście badań dokładniejszych, lecz
16
poprzedzające sondowania pozwalają tu na wstępne rozpoznanie podłoża i dokładniejsze
zlokalizowanie otworów badawczych, zakres ich opróbowania itp.
Wykonane własne badania pozwalają na następujące stwierdzenia natury ogólnej
i szczegółowej, które należałoby wykorzystywać w rozpoznaniu podłoża budowli drogowych:
1 – W dokumentowaniu warunków geotechnicznych podłoża budowli drogowych winno się
szerzej wykorzystywać istniejące arkusze Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski
w skali 1:50 000 i pomocniczo mapy geologiczne w skali 1:200 000. Pokazują one zasięg
i charakter litologiczno-genetyczny gruntów strefy przypowierzchniowej, co już pozwala
na wstępną ocenę spodziewanych warunków geotechnicznych podłoża drogi na trasie jej
przebiegu. Ocena ta może być dalej udokładniona przy wykorzystaniu stwierdzonych
związków pomiędzy danym typem litologiczno-genetycznym gruntu, a laboratoryjnie
określonymi wartościami danej cechy geotechnicznej. Związki takie dotyczą w zasadzie
obszaru badań, na którym je ustalono, lecz jak wynika z porównania diagramu
normowego z wynikami własnych badań (rys.10) mają one też charakter bardziej
uniwersalny.
2 – Średnie wartości stopnia plastyczności (lub ogólnie stanu konsystencji) dla danych typów
litogenetycznych badanych gruntów spoistych można szacować w oparciu o wyniki
sondowań ma podstawie danych z tabel 5 i 6, wykresu – rys. 13 oraz dodatkowo dla
lessów w oparciu o dane z sondowań dynamicznych (DPL) i obrotowych (FVT)
z wykresu – rys.21.
3 – W zdecydowanej większości przypadków opory sondowania statycznego CPTU
wszystkich spoistych gruntów czwartorzędowych na badanym terenie nie przekraczają
wartości około 3 MPa (spoiste utwory miocenu około 5 ÷ 7 MPa), co może pozwalać na
ich odróżnienie w profilu sondowania od gruntów sypkich (piaski, żwiry), których oporu
sondowania są wyraźnie większe i zawierają się na ogół w granicach około 3,5 ÷ 25 MPa,
a najczęściej około 7 ÷ 14 MPa.
4 – Grunty spoiste bez względu na typ litologiczno-genetyczny na badanym terenie o oporach
sondowania CPTU poniżej około 1,8 MPa, a zwłaszcza poniżej 1,0 MPa, należy uznać za
słabe lub bardzo słabe podłoże budowli drogowych, wymagające wymiany lub
wzmocnienia, przy ich miąższościach przekraczających około 0,2 ÷ 0,3 m. Za słabe
podłoże zbudowane z gruntów spoistych należy też uznawać takie, gdzie opory
sondowania sondą dynamiczną DPL wynoszą N10L < 10 ÷ 15, a opory sondowania sondą
obrotową FVT wynoszą τf < 60 ÷ 80 kPa.
17
5 – Wyniki porównań parametrów wytrzymałościowo-deformacyjnych określonych
laboratoryjnie z oporami sondowań gruntów badanego obszaru, nie upoważniają jeszcze
do daleko idących wniosków. Dla wstępnych ogólnych oszacowań parametrów oporu
ścinania i modułów ściśliwości edometrycznej badanych typów litologiczno-genetycznych
gruntów można wykorzystywać dane zawarte w tab.8.
Literatura i materiały wykorzystane
1. Borowczyk M., Frankowski Z. – Zmienność właściwości geotechnicznych lessów
w świetle współczesnych metod badań. Kwartalnik Geologiczny, t.23, zesz.2. 1979.
2. Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla projektu budowlanego autostrady A-4
Kraków-Brzesko, odcinek I km 436+000 – 440+000. Zakład Wiertniczo-Geologiczny.
Kraków, październik 2004.
3. Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla projektu budowlanego autostrady A-4 węzeł
Wielicka – węzeł Brzesko odcinek II km 440+000 – 455+900. Zakład WiertniczoGeologiczny. Kraków, grudzień 2004.
4. Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla projektu budowlanego autostrady A-4 węzeł
Wielicka – węzeł Brzesko odcinek III km 455+900 – 469+000. Zakład WiertniczoGeologiczny. Kraków, marzec 2005.
5. Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla projektu budowlanego autostrady A-4 węzeł
Wielicka – węzeł Brzesko odcinek IV km 469+000 – 479+000. Zakład WiertniczoGeologiczny. Kraków, maj 2005.
6. Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla budowy autostrady A-4 na odcinku węzeł
Rzeszów Centralny – węzeł Rzeszów Wschodni km 574+300 – km 581+250. Zakład
Usług Geologicznych „Geotech” Rzeszów. (Część IA trasa drogi, część IB, część II
obiekty inżynierskie, część III badania laboratoryjne). Warszawa, grudzień 2007.
7. Dokumentacja geologiczno-inżynierska dla potrzeb wstępnego ustalenia geotechnicznych
warunków posadowienia obiektów budowlanych odcinka autostrady A-4 od Przeworska
do Korczowej (granica państwa). Zakład Usług Geologicznych „Geotech” Rzeszów.
Rzeszów, wrzesień 2008.
8. Dokumentacja hydrogeologiczna dla potrzeb wstępnego rozpoznania warunków
hydrogeologicznych w rejonie budowy autostrady A-4 na odcinku od Przeworska do
Korczowej (granica państwa). Zakład Usług Geologicznych „Geotech” Rzeszów.
Rzeszów, wrzesień 2008.
18
9. Frankowski Z. – Wpływ litogenezy na fizyczno-mechaniczne właściwości lessów
określane metodami polowymi. Przegląd Geologiczny, nr 1, 1979.
10. Frankowski Z. – Geologiczno-inżynierska charakterystyka lessów w Polsce. Podstawowe
profile lessów w Polsce. Wyd. Uniwersytetu Marii Curie Skłodowskiej. Lublin 1991.
11. Frankowski Z. – Ocena parametrów wytrzymałościowych gruntów spoistych metodami
polowymi. Mat. X Krajowej Konf. Mech. Grunt. i Fund. Warszawa 1993.
12. Frankowski Z., Grabowski D. – Geologiczno-inżynierskie i geomorfologiczne
uwarunkowania erozji wąwozowej w lessach w rejonie Kazimierza Dolnego (wawóz
Opolska Droga). Przegląd Geologiczny, vol.54, nr 9;777-823, 2006.
13. Frankowski Z., Majer E., Pietrzykowski P. – Geological and geotechnical problems of
loess deposit from south-eastern Poland. Proc. of the Int. Geot. Conf. „Geotechnical
Challanges in Megacities”, vol. 2, Moscow, Russia, 2010.
14. Grabowska-Olszewska B. – Inżyniersko-geologiczna rejonizacja lessów w Polsce. Mat.
Konf. n.t.: „Współczesne Problemy Geologii Inżynierskiej w Polsce”. Kiekrz/Poznania,
maj 1998.
15. Klimaszewski M. (red.) – Geomorfologia Polski. Tom 1. Polska południowa, góry
i wyżyny. PWN. Warszawa 1972.
16. Kondracki J. – Geografia regionalna Polski. PWN. Warszawa 2000.
17. Kowalski W.C. – Regionalna geologia inżynierska Polski. Tom 1, cz. 2. Główne typy
gruntów Polski. Wyd. Uniwersytetu Warszawskiego. Warszawa 1978.
18. Kolasa M. – Geotechniczne własności lessów okolic Krakowa. Praca doktorska. AGH,
Kraków 1961.
19. Kłosiński B., Bażyński J., Frankowski Z., Kaczyński R., Wierzbicki S. – Instrukcja badań
podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych. Generalna Dyrekcja Dróg
Publicznych. Warszawa, 1998.
20. Lunne T., Sandven R. – Cone penetration testing-CPT’95. National report for Norvay.
21. Pozzi M., Mzyk T. – Ocena warunków podłoża gruntowego w świetle sondowań CPTU.
Zeszyty Naukowe Politechniki Gliwickiej. Gliwice 2007.
22. Polska Norma PN-B-04452 (2002) Geotechnika – badania polowe.
23. Projekt prac geologicznych na rozpoznanie warunków geologiczno-inżynierskich dla
potrzeb ustalenia geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych
autostrady A-4 na odcinku od km 502+796 do km 571+111 od węzła Krzyż do węzła
Rzeszów Zachód. Zakład Usług Geologicznych „Geotech” Rzeszów. Tom I. Rzeszów,
marzec 2008.
19
24. Projekt prac geologicznych na rozpoznanie warunków geologiczno-inżynierskich dla
potrzeb ustalenia geotechnicznych warunków posadowienia obiektów budowlanych
autostrady A-4 na odcinku od Przeworska do Korczowej (granica państwa). Zakład Usług
Geologicznych „Geotech” Rzeszów. Rzeszów, luty 2008.
25. Sikora Z. – Sondowania statyczne – metody i zastosowanie w geoinżynierii. Wyd. Nauk.
Tech. Warszawa 2006.
26. Sroczyński W. – Karpackie pokrywy czwartorzędowe w świetle wyników standardowych
badań laboratoryjnych dla budownictwa wodnego obiekty: Dobczyce, Krempna,
Niewistka. Studia i Rozprawy Monograficzne 53. Polska Akademia Nauk. Wyd.
CPPGSMiE. Kraków 1998.
27. The CPT-test – Swedish Geotechnical Institute. Information 15E. Linköping 1995.
28. Tschuschke W., Wierzbicki J. – Zastosowania statycznego sondowania do oceny
parametrów geotechnicznych podłoża. Mat. Konf. n.t.: „Współczesne Problemy Geologii
Inżynierskiej w Polsce”. Kiekrz/Poznania, maj 1998.
29. Turlik-Borkowska K. – Zmienność właściwości fizycznych – w tym mechanicznych –
utworów lessowych Nowej Huty. Praca doktorska. AGH, Kraków 1982.
30. Uzupełnienie do Dokumentacji geologiczno-inżynierskiej dla projektu budowlanego
autostrady A-4 Kraków-Tarnów odcinek węzeł Brzesko – węzeł Krzyż km 479+000 –
512+796. Geoprojekt Kraków. Kraków, grudzień 2006.
31. Uzupełnienie do Dokumentacji geologiczno-inżynierskiej dla projektu budowlanego
autostrady A-4 Kraków-Tarnów odcinek węzeł Brzesko – węzeł Krzyż km 479+000 –
512+796 – obiekty mostowe. Geoprojekt Kraków. Kraków, grudzień 2006.
32. Wiłun Z. – Zarys geotechniki. Wyd. Kom. i Łącz., Warszawa, 1982.
33. Wysokiński L., Godlewski T., Wszędyrówny-Nast. M. – Zależności regionalne
parametrów geotechnicznych podłoża na podstawie sondowań CPTU i DMT. Eurokod 7.
Projektowanie Geotechniczne: Mat. XV Kraj. Konf. Mech. Grunt. i Inżyn. Geot.,
Bydgoszcz: 235-242, 2009.
Spis rysunków
Rysunek 1. Przebieg projektowanej autostrady A$ z lokalizacją rejonów badań.
Rysunek 2. Przykładowe profile geologiczne utworów rzecznych (wg. ocen terenowych).
20
Rysunek 3. Schemat rozmieszczenia sondowań wokół otworu wiertniczego w węźle
badawczym.
Rysunek 4. Przykładowe zestawienie danych z badań terenowych w wybranym węźle
badawczym (utwory lessowe).
Rysunek 5. Przykład profilu geologicznego w lessach na podstawie terenowego profilowania
otworu i po wykonaniu dodatkowych badań laboratoryjnych.
Rysunek 6. Przykładowe zestawienie danych z badań terenowych w wybranym węźle
badawczym (gliny zwałowe).
Rysunek 7. Histogramy rozkładu qc (CPTU), max (FVT), N10L (DPL) dla lessów.
Rysunek 8. Histogramy rozkładu qc (CPTU), max (FVT), N10L (DPL) dla glin zwałowych.
Rysunek 9. Histogramy rozkładu qc (CPTU), max (FVT), N10L (DPL) dla mad rzecznych.
Rysunek 10. Diagram klasyfikacyjny IL = f(qn) (wg. Polskiej Normy).
Rysunek 11. Diagram klasyfikacyjny IL = f(qc) (wg. Wiłuna).
Rysunek 12. Diagram klasyfikacyjny Rf % - typ gruntu.
Rysunek 13. Diagram klasyfikacyjny IL = f(qn).
Rysunek 14. Utwory eoliczne – lessy. Korelacja oporów stożka qc (sonda CPTU) i N10L
(sonda DPL).
Rysunek 15. Utwory eoliczne – lessy. Korelacja oporów stożka qc (sonda CPTU) i oporów
ścinania max (sonda FVT).
Rysunek 16. Utwory eoliczne – lessy. Korelacja oporów ścinania max (sonda FVT) i oporów
stożka N10L (sonda DPL).
Rysunek 17. Utwory glacjalne – gliny zwałowe. Korelacja oporów stożka qc (sonda CPTU) i
N10L (sonda DPL).
Rysunek 18. Utwory glacjalne – gliny zwałowe. Korelacja oporów stożka qc (sonda CPTU) i
oporów ścinania max (sonda FVT).
Rysunek 19. Utwory glacjalne – piaski. Korelacja oporów stożka qc (sonda CPTU) i N10L
(sonda DPL).
Rysunek 20. Iły mioceńskie. Korelacja oporów stożka qc (sonda CPTU) i N10L (sonda DPL).
Rysunek 21. . Diagram klasyfikacyjny IL = f(N10L, max).
21
Spis tabel
Tabela 1. Wartości charakterystyczne oraz zakresy zmian parametrów geotechnicznych
gruntów w rejonie autostrady A-4 na odcinku Kraków-Rzeszów wg [6, 23].
Tabela 2. Zakresy zmian wartości parametrów geotechnicznych gruntów w rejonie autostrady
A-4 na odcinku Przeworsk-Korczowa wg [7].
Tabela 3. Zestawienie uśrednionych wartości oraz zakresów zmian archiwalnych wyników
sondowań (CPTU) na trasie autostrady A-4 na odcinku Przeworsk-Korczowa.
Tabela 4. Zestawienie wyników sondowań statycznych (CPTU) z badań różnych typów
litogenetycznych gruntów w rejonach trasy autostrady A-4 na odcinku KrakówKorczowa – badania własne w latach 2009-2010.
Tabela 5. Zestawienie wyników sondowań statycznych (CPTU) z badań różnych typów
litologiczno-genetycznych gruntów w rejonach trasy autostrady A-4 na odcinku
Kraków-Korczowa z badań własnych w latach 2009-2010 oraz z badań
archiwalnych – średnie ważone.
Tabela 6. Zestawienie wyników sondowań dynamicznych (DPL) oraz sondowań obrotowych
(FVT) dla typów litologiczno-genetycznych gruntów w rejonie trasy autostrady
A-4 na odcinku Kraków-Korczowa z badań własnych w latach 2009 i 2010.
Tabela 7. Zbiorcze zestawienie wyników badań.
Tabela 8. Wartości średnie oraz zakresy zmian parametrów z własnych badań laboratoryjnych
Tabela 9. Zestawienie przeciętnych wartości oporów sondowania spoistych gruntów
czwartorzędowych z rejonu przebiegu autostrady A-4 Kraków-Korczowa.
Tabela 10. Zestawienie wartości wskaźników związków korelacji i determinacji dla oporów
sondowań w poszczególnych typach badanych gruntów.
22