GEOMEHANSKA ZASNOVA VAROVANJA GLOBOKE GRADBENE JAME

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO Damjan Pušaver GEOMEHANSKA ZASNOVA VAROVANJA GLOBOKE GRADBENE JAME Diplomsko delo Maribor, oktober 2011

2 I 2000 MARIBOR, Smetanova 17 Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa GEOMEHANSKA ZASNOVA VAROVANJA GLOBOKE GRADBENE JAME Študent: Študijski program: Smer: Mentor: Damjan PUŠAVER Visokošolski strokovni, Gradbeništvo Operativno - konstrukcijska izr. prof. dr. Stanislav Škrabl, univ. dipl. inţ. grad. Maribor, oktober 2011

3 II

4 III ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Stanislavu Škrabl, za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomske naloge. Posebna zahvala gre staršem, ostalim druţinskim članom, prijateljem in sorodnikom, ki so me spodbujali v času študija in mi stali ob strani v napetih trenutkih. Vsem skupaj še enkrat hvala!

5 IV GEOMEHANSKA ZASNOVA VAROVANJA GLOBOKE GRADBENE JAME Ključne besede: geološko-geomehanske raziskave, gradbene jame, hidrološke razmere, podzemne konstrukcije, precejanje talne vode, hidrotehnični objekt. UDK: : (043.2) Povzetek Zaradi vse pogostejše gradnje pod nivojem zemeljske površine, je v diplomskem delu obravnavana geomehanska zasnova varovanja globokih gradbenih jam. Opisana je izdelava energetskih nasipov, jet grouting slopov, postopki injektiranja in podrobno sidranja, saj je njihova prisotnost pri izgradnji varnih gradbenih jam vse večja. Ker se v gradbenih jamah pojavlja tudi talna voda, so predstavljeni načini omejevanja dotoka talne vode, ki omogočajo izvedbo gradbenih del pod prvotnim nivojem talne vode. Pri obravnavanem praktičnem primeru smo analizirali stabilnostne razmere pri izvedbi globoke gradbene jame za potrebe HE Mokrice na reki Savi. Upoštevali smo vplive izlivne in talne vode ter podali zasnovo podpornih ukrepov, ki lahko zagotavljajo varno in ekonomično izvedbo zahtevnih objektov ob sedanji strugi reke Save pri Mokricah.

6 V THE GEO-MECHANICAL SCHEME FOR PRESERVING A DEEP CONSTRUCTION PIT Key words: geological-geomechanical investigations, construction pits, hydrological conditions, underground constructions, filtration of ground water, hydro-technical structure. UDK: : (043.2) Abstract The graduate paper discusses the geo-mechanical scheme for preserving a deep construction pit, which is based on the increase of underground constructions. Described is the construction of energy embankments, jet grounding columns, injection methods and ground anchors, since they are playing an important part in the construction of safe construction pits. Because the construction pits are exposed to ground water, the paper also explains the methods how to reduce the flow of ground water to assure undisturbed construction works under the original ground water level. The practical part of the paper is going to analyze the stability conditions for the construction of a deep construction pit for the use of the hydroelectric power station Mokrice by the river Sava. We considered the impact of ground water and outflow of water, and recommended a scheme of retaining measures, which can assure a secure and economical realization of a required construction at the current riverbed of the river Sava by Mokrice.

7 VI VSEBINA 1 UVOD Razčlenitev diplomske naloge SPLOŠNO O GLOBOKIH GRADBENIH JAMAH Gradbena jama v širokem odkopu... 5 Gradbena jama z navpičnimi stenami NAČINI ODPIRANJA IN VAROVANJA GLOBOKIH GRADBENIH JAM Odpiranje gradbene jame v suhem... 8 Odpiranje gradbene jame v vodi Načini izvedbe varovanja globoke gradbene jame Zagatne stene Berlinska stena Pilotna stena Tehnologija "Benotto" za izvedbo uvrtanih AB pilotov Izdelava pilotov s pomočjo izplake Tehnologija "Franki" Diafragme Injektiranje Zapolnjevanje praznih prostorov v tleh Kontaktno injektiranje Kompaktno injektiranje Konsolidacijsko injektiranje Jet-grouting Enosistemski način Dvosistemski način Trosistemski način Zemeljske pregrade Homogene zemeljske pregrade Zemeljske pregrade z dodanimi drugimi material... 31

8 VII 4 POMEN HIDROELEKTRARN NA REKI SAVI IN HE BREŢICE Splošno Hidroelektrarne na srednji Savi Vloga HE na Savi v elektroenergetskem sistemu SAVI Učinki gradnje hidroelektrarne na Savi HE Mokrice GEOLOŠKO-GEOMEHANSKE RAZMERE NA OBMOČJU GRADBENE JAME HE MOKRICE Uvod Geografski pregled območja Preiskave na območju HE Mokrice Splošni geološki opis na podlagi popisa jeder Izdelava geomehanskih vrtin z izvedbo hidrogeoloških preiskav Nalivalni poskusi Črpalni poskusi Rezultati testiranj Projektni potresni parametri Definiranje ţivljenjskih dob posameznih objektov in stopnja sprejemljivega potresnega tveganja Maksimalni pospeški tal Projektni spektri Časovni potek pospeškov tal (akcelerogram) Interpretacija meritev in zaključki Prodno peščeni aluvialni zasip (savski prod) - Kvartar Karbonatne kamnine litotamnijski apnenec in triasni dolomit Laporji in laporovci - Miocen Protipoplavni nasip... 66

9 VIII 6 ZASNOVA ZEMELJSKE PREGRADE ZA VAROVANJE GLOBOKE GRADBENE JAME HE MOKRICE Izvedba pregrad za varovanje globoke gradbene jame Presoja stabilnosti pregrade ZAKLJUČEK VIRI, LITERATURA PRILOGE Seznam slik Seznam tabel Naslov študenta Kratek ţivljenjepis

10 IX UPORABLJENI SIMBOLI d E F L Lf Np Q 100 Q 20 Qsr Sb Sc v/c premer modul elastičnosti jekla površina jeklenega sidra dolţina prosta dolţina sidra napenjalna sila kritični pretok sto letnih voda kritični pretok dvajset letnih voda srednji pretok posedek tal pod betonskim blokom elastično podaljšanje sidra vodo cementni faktor

11 X UPORABLJENE KRATICE AB EN HE IBO MB m n. m. NEK PVC RA SIA 191 SIST SN armirani beton evropska norma hidroelektrarna sistem samo uvrtanih injektiranih sider marka betona meter nad morjem nuklearna elektrarna Krško polivinilcetilen rebrasta armatura standard švicarskega zdruţenja inţenirjev in arhitektov slovenski standard soil nailing

12 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 1 1 UVOD V sedanjih razmerah obstaja vse večja potreba po gradnji stanovanjskih, poslovnih, komunalnih, prometnih in energetskih objektov v omejenih prostorskih razmerah. Večji del ljudi ţeli ţiveti v večjih mestih in ob njih. Pomanjkanje prostora v urbanih okoljih nas vodi k razmišljanju kje in kako bomo gradili v prihodnosti. V zadnjih letih pogosto gradimo globoke podzemne garaţe v okviru gradenj stanovanjskih in poslovnih objektov v strnjenih naseljih. Praktično ne obstajajo projekti večjih objektov brez dveh do petih podzemnih etaţ, ki so namenjene parkiriščem. Vsi taki podzemni objekti v strnjenih naseljih zahtevajo globoke izkope, pogosto tik ob obstoječih objektih, kar za varno izvedbo zahteva izvedbo zahtevnih podpornih konstrukcij za zavarovanje gradbenih jam. V nekaterih primerih prav zavarovanje gradbenih jam predstavlja najzahtevnejše dele izvedbe načrtovanih objektov. Pri izvedbah varovanj gradbenih jam uporabljamo v geotehnični praksi različne konstrukcijske rešitve kot so pilotne stene z zidovi ali brez njih, vkopane AB stene (diafragme), sidrane jet-grouting podporne konstrukcije, sistemska zidanja z zaščito breţin z brizganim cementnim betonom itd. Vrste in način izvedbe podpornih konstrukcij sta v manjši meri odvisna od dejanskih geoloških in geomehanskih razmer na mikrolokaciji gradbene jame in predvsem od nivoja in značaja talne vode, ki povzroča vrsto teţav pri izvedbah gradbenih jam zlasti kadar le te segajo pod koto stalnih ali občasnih nivojev talne vode. Načrtovalci in izvajalci varovanj gradbenih jam imajo še vrsto teţav z nerazumevanjem nepoučenih investitorjev, le ti v nekaterih primerih ne morejo razumeti zakaj je potrebno nameniti znatni deleţ sredstev skupne investicije za izvedbo bolj ali manj začasnih podpornih konstrukcij, ki po njihovi oceni ne prispevajo k prodajni in finančni uspešnosti obravnavanega projekta. Prav iz takšnih razlogov investitorji pogosto zahtevajo racionalizacijo in zniţanje stroškov izkopov za gradbene jame, ki lahko povzročijo velike posledice. V zadnjih letih se je v geotehnični praksi pojavila vrsta pomanjkljivosti, ki so

13 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 2 povzročile velike dodatne stroške ter ogrozile varnost sosednjih objektov, prometnic in negativno vplivale na uporabnost zgrajenih objektov. Nekaj takšnih primerov je znanih 1A Ljubljane kjer izstopa porušitev gradbene jame centra Bellevue nasproti parka Tivoli, poškodbe sosednjih objektov in zaustavitev gradnje objekta Tribuna ter teţave pri izvedbi Opere v Ljubljani. Bistveno bolj zahtevna pa je izvedba gradbenih jam pri gradnjah velikih in zahtevnih energetskih, infrastrukturnih in prometnih objektih. Nedvomno so najgloblje in s tem običajno tudi najbolj zahtevne gradbene jame za izvedbo hidroenergetskih objektov, ki lahko seţejo več 10 m pod nivo talne vode. Poznana je globina gradbene jame za ČHE Avče globine ca.50 m, načrtovana gradbena jama za ČHE Kozjak pri Mariboru znaša 100 m, ta sega ca.95 m pod nivo vode ob akumulacijskem bazenu HE Fala na Dravi. V pričujočem diplomskem delu je obravnavana idejna zasnova varovanja gradbene jame HE Mokrice na spodnjem toku Save. Gradbena jama sega na območju načrtovane strojnice ca.20 m pod površje. Zavedati pa se je potrebno, da bo le ta segala ob poplavnih razmerah največ 22 m pod nivo poplavnih voda na tem območju. Analizirano je potrebno tesnjenje breţin ob globoki gradbeni jami, izdelana pa je tudi geomehanska analiza vseh predvidenih podpornih ukrepov, ki bodo zagotavljali stabilnost gradbene jame med izvedbo projekta. Prav zaradi pomembnosti gradbenih jam v urbanih območjih, kjer lahko ogroţajo varnost ljudi, prometa in sosednjih objektov ter tudi pri gradnji energetskih in drugih objektov, kjer omogočajo izvedbo del, je prav zanesljivost teh začasnih objektov zelo pomembna ter jih je potrebno obravnavati kot zahtevne in zelo zahtevne geotehnične objekte.

14 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 3 Razčlenitev diplomske naloge V prvem delu diplomske naloge, je opisana splošna problematika pomenov in načinov izvedbe gradbenih jam, nekatere tehnike izvedbe ter zahteve in pravila za projektiranje. V drugem delu so podane preiskave in kratek opis HE Mokrice z osnovnimi podatki in pomenu hidroelektrarn na reki Savi. V tretjem delu so prikazani rezultati geotehnične analize kritičnega profila gradbene jame za strojnico HE Mokrice, izvedene s programskim orodjem Plaxis. V samem zaključku je podanih nekaj spoznanj, ki jih bo mogoče koristno uporabiti pri projektiranju podobnih objektov v geotehnični praksi.

15 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 4 2 SPLOŠNO O GLOBOKIH GRADBENIH JAMAH V geotehnični praksi obstajajo gradbeni objekti, zaradi katerih ni treba najprej izkopati gradbene jame. Gradbene jame so za izvedbo enostavne, lahko pa so bolj zahtevne, kot je izvedba temeljev objekta in samega objekta. Obteţba objekta se prenaša na temeljna tla preko temeljev. V grobem razlikujemo plitvo in globoko temeljenje objektov. V prvem primeru izvedemo temeljno konstrukcijo (točkovni temelji, pasovni temelj, temeljni nosilec ali temeljne plošče) direktno na koti dna gradbene jame. Če objekt temeljimo globoko, prenašamo obteţbo objekta na temeljna tla v večje globine, pod koto izkopa gradbene jame bodisi s koli (piloti) ali vodnjaki. Gradbena jama je prostor, kjer je potrebno zagotoviti dostopnost in varnost pri delu za izvedbo temeljenja objekta. Izvedba gradbene jame je odvisna od naslednjih tehničnih značilnosti: globine temeljenja objekta; globine (nivo) talne vode; vrsta temeljnih tal in lokacija gradbenega objekta. V temeljnih tleh je bolj ali manj vedno prisotna talna voda. Nivo talne vode je lahko blizu površja tal, lahko pa je v večji globini, niţje od dna gradbene jame. Prav tako pa vemo, da je voda pomemben obnovljivi vir energije, iz katerega v hidroelektrarnah pridobivamo električno energijo. V Sloveniji prevladujejo pretočni tipi hidroelektrarn, v katerih se potencialna energija vode uporablja za proizvajanje električne energije. Voda ločuje tudi sosednje breţine, ki jih povezujemo s premostitvenimi objekti. Nivo talne vode in globine izkopov, v največji meri vplivata na vrsto, način in tehnologijo izvedbe gradbenih jam.

16 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 5 Glede na pojav talne vode ločimo: suhe gradbene jame; gradbene jame pod gladino talne vode; gradbene jame v odprti vodi. Pri načrtovanju gradbene jame je pomembno, v kakšni vrsti tal bo izvedena gradbena jama. Pomembne so vse tri karakteristične lastnosti tal: prepustnost, deformabilnost in trdnost zemljin. Te lastnosti skupaj z lokacijo (razpoloţljivim prostorom) pogojujejo, na kakšen način bomo lahko gradbeno jamo izvedli. Gradbena jama je začasni objekt, ki ga po končani gradnji zasujemo. Zaradi varnosti same gradnje objekta, kakor tudi varnosti sosednjih objektov mora biti gradbena jama izkopana pravilno in kakovostno. V osnovi ločimo dve vrsti gradbenih jam: gradbena jama v širokem odkopu gradbena jama z navpičnimi stenami zavarovana s podpornimi konstrukcijami Zagotovo je najcenejša izvedba gradbene jame v primeru, ko ni za varovanje izkopnih breţin potrebna nobena začasna ali trajna podporna konstrukcija. Takšne gradbene jame imenujemo, gradbene jame v širokem odkopu. Gradbena jama v širokem odkopu Pri tem tipu gradbenih jam bočne površine jame izkopljemo v naklonu brez posebne zavarovalne konstrukcije. Naklon bočnih površin in samo kopanje sta odvisna od globine jame, vrste tal, načina dela, sredstev za kopanje, podnebnih razmer in razpoloţljivega časa. Dopustni nagib prostega ( nezavarovanega ) izkopa je potrebno določiti na osnovi rezultatov geomehanskih presoj stabilnosti. Med samim delom se v jamah ne sme zbirati voda, saj bi lahko zmehčala zemljišče. Če je jama odprta dalj časa, moramo poskrbeti, da ne bo na bočnih površinah prihajalo do posipanja. Le te lahko zavarujemo in preprečimo tako, da jih prelijemo s cementnim mlekom, zaščitimo z mreţo ali vegetativno zaščito. Takšne gradbene jame dobimo tudi če

17 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 6 gradbišče ob reki ali kakršnem koli drugem večjem vodnem viru varujemo z zemeljsko pregrado. Slika 2.1: Primer gradbene jame s prostimi breţinami. Gradbena jama z navpičnimi stenami V urbanih pozidanih in prometno obremenjenih zazidalnih območjih, kjer je predvidena gradnja novih objektov z več kletnimi etaţami in ob tem predvidoma velikimi globinami izkopov zaradi utesnjenosti in prostorskih omejitev niso mogoči izkopi gradbene jame s prostimi, še stabilnimi breţinami, je zaradi varnega dela in varnosti bliţnjih obstoječih objektov visoko gradenj in prometnih površin nujno potrebno dodatno varovanje breţin predvidene gradbene jame. Varovanje strmih, praviloma skoraj navpičnih breţin, je moţno opraviti na več načinov. Pri izbiri zasnove varovanja so ob predvideni globini izkopa odločujoči tudi sestava temeljnih tal, fizikalne lastnosti zemljin ter maksimalni nivo talne vode na območju gradnje.

18 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 7 Varovanje breţin gradbene jame s predvidenimi globinami izkopa in potrebnim dodatnim varovanjem bliţnjih objektov in ugotovljeno sestavo temeljnih tal je mogoče opraviti na več načinov. V praksi največ uporabljajo naslednje; z zabitimi jeklenimi zagatnicami - zagatne stene; s sistemskim zidanjem breţin in BCB oblogo, z»berlinsko«steno; z AB steno ojačano z vodnjaki večjega premera; s steno iz AB pilotov; z armirano betonsko vodotesno kontinuirano diafragmo; s steno injektiranih pilotov jet-grouting. Slika 2.2 Primer globoke gradbene jame zavarovane z berlinsko steno (kombinacija vertikalni jekleni nosilci in lesena polnila).

19 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 8 3 NAČINI ODPIRANJA IN VAROVANJA GLOBOKIH GRADBENIH JAM Zaradi funkcionalnih razlogov (kleti, podzemni prostori), lahko pa tudi zaradi zagotavljanja potrebne nosilnosti tal pod temelji (nosilnost se ponavadi z globino izboljšuje) mnogokrat izvajamo plitvo temeljenje v odprti gradbeni jami. Izdelana mora biti tako, da je povsem zagotovljena stabilnost breţin ali vertikalnih odkopnih sten ob njej. Pojem zagotovljena stabilnost obsega preprečevanje lokalnih površinskih zruškov, obseţnejših splazitev kot tudi preprečevanja loma temeljnih tal v dnu gradbene jame. Z ozirom na hidrogeološke pogoje razlikujemo odprto gradbeno jamo v suhem ter gradbeno jamo v vodi. Prav zaradi teh potreb pa so se razvile tehnologije, ki to omogočajo in olajšujejo delo. Odpiranje gradbene jame v suhem Gradbena jama s poševnimi stenami brez opiranja je najenostavnejši način izkopa. Uporabljamo ga takrat, kadar imamo dovolj prostora na razpolago in kadar so stroški izkopa manjši od stroškov opiranja in dela v omejenem prostoru. Širok izkop pogosto preprečujejo komunalni vodi, ceste, sosednji objekti ter drugi geotehnični pogoji. Širok odkop se izvede, kadar z njim ne ogroţamo stabilnosti sosednjih objektov. Največje dopustne nagibe določimo z upoštevanjem rezultatov stabilnostnih analiz. Bolj strma pobočja zavarujemo z mreţami ali s cementnimi obrizgi. Na 3-5 m višine uredimo vzdrţevalne berme ter na površini in na breţinah izdelamo jarke za odvodnjavanje površinske vode. Kadar širok izkop ni varen oziroma izvedljiv, ko so breţine oziroma stene gradbene jame navpične za zavarovanje breţin, lahko uporabimo vse vrste podpornih konstrukcij: zagatne stene, berlinske stene, opaţi, kontinuirane diafragme, pilotne stene, injekcijske zavese in tako naprej. Če je gradbena jama locirana na območju, kjer je prisotna podtalna voda, moramo nivo vzdrţevati pod dnom gradbene jame. Zniţanje nivoja talne vode v gradbeni jami

20 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 9 doseţemo z neprepustnimi zagatnimi stenami, direktnim črpanjem vode, injektiranjem, jetgroutingom ali tudi z zniţanjem nivoja talne vode na širšem območju gradbene jame. Osušitev tako delimo na neposredno in posredno. Vse te tehnologije so opisane v nadaljnjih poglavjih. Odpiranje gradbene jame v vodi Gradbene jame v odprti vodi zavarujemo z zagatnimi stenami ali z zemeljskimi pregradami in tudi z zagatni nasipi. Pri dimenzioniranju je potrebno upoštevati vplive vetra in valov ter zavarovanje zaključiti 30-50cm nad najvišjim vodostajem. V odprti vodi uporabljamo AB in jeklene zagatne stene. Lesene pa le izjemoma pri majhnih globinah oziroma pri manj pomembnih objektih. Pred izčrpanjem vode jih razpremo ter zatesnimo stike med njimi. Gradbeno jamo lahko zatesnimo tudi z zemeljskimi pregradami. Izbira vrste zemeljske pregrade je odvisna od višine vode ter lastnosti temeljnih tal. Največkrat uporabljamo zemeljske zagatne pregrade ojačene z lesenimi, betonskimi ali jeklenimi elementi. Zemeljske zagatne pregrade gradimo iz dobro nosilnih zemljin, ki vsebujejo 30-50% drobnozrnatih in malo prepustnih zemljin. Izboljšanje nepropustnosti lahko doseţemo tudi z glinastim jedrom, injektiranjem, zagatnimi stenami itd. Pri projektiranju moramo zagotoviti stabilnost nasipa kot celote, stabilnost nosilnih temeljnih tal in lokalno stabilnost breţin nasipa. Nasipe ojačene z leseno konstrukcijo uporabljamo do višine 2.0 m vode ob jami. Kadar se neprepustna in dobro nosilna (skalna) tla blizu površja uporabljamo betonske zagatne zapore. V primerih kjer so nosilna tla globoko si pomagamo z jeklenimi zagatnimi stenami, jet-grouting piloti. Ob pronicanju vode pa je potrebno izdelati jaške, ki leţijo na najniţjih točkah gradbene jame, od koder se z zmogljivimi črpalkami izčrpa voda.

21 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 10 Slika 3.1: Gradbene jame HE Blanca Načini izvedbe varovanja globoke gradbene jame Zagatne stene So upogibne podporne konstrukcije iz jeklenih, betonskih in lesenih elementov, ki jih vtisnemo, zabijemo ali pa v tla ugrajujemo z dinamičnim zabijanjem. Vrste zagatnih sten: Jeklene zagatne stene so najbolj ekonomične, saj se lahko uporabijo tudi do 10 krat. Prednost teh je predvsem v lahkem zabijanju in izvlečenju iz zemljine. Lesene zagatne stene se uporabljajo za začasno varovanje gradbenih jam. Izdelane so iz borovega ali hrastovega lesa (dolţine 15 m, širine 25 cm in debeline od 6-30 cm) in so primerne za zabijanje. Betonske zagatne stene so projektirane iz armiranega ali prednapetega betona ustrezne kvalitete ( M40, M50). V Sloveniji je uporaba zagatnih sten omejena zaradi neugodne in kompleksne sestave tal (npr. konglomeratov, kjer je mnogokrat tudi onemogočeno vgrajevanje z zabijanjem).

22 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 11 Nosilnost zagatnih sten povečamo z razporami in geotehničnimi sidri, ki jih varno zasidramo v stabilno kamninsko zaledje. Slika 3.2: Varovanje gradbene jame z jeklenimi zagatnimi stenami Berlinska stena Berlinska stena je podporna konstrukcija izvedena iz jeklenih Ι in H profilov, vgrajenih na razdalji 1-3 m. V zemljino se izvrtajo vrtine ustreznega premera, ki sluţijo za vstavitev Ι oz. H profilov. Po vgradnji profilov se prične odkop zemljine in zalaganje z lesenimi plohi, ki jih vstavimo med jeklene profile. Jeklene profile lahko sidramo z začasnimi sidri ali pa razpremo z jeklenimi razporami. Sama izvedba Berlinske stene je cenovno ugodna saj lahko njene elemente večkrat uporabimo (slika 2.2) Pilotna stena Je podporna konstrukcija, ki se uporablja v primeru velikih zemeljskih pritiskov in strmih pobočij. Postavitev pilotov je zaporedna ali pa razmaknjena. Prostor med piloti lahko ostane nezapolnjen, lahko pa ga zapolnimo z betonom. Pilotna stena je dokaj neekonomična zaradi velike porabe betona in armature. V Sloveniji se številne pilotne

23 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 12 stene uporabljajo pri gradnji tehnično zahtevnejših avtocestnih odsekov, sanacijah plazov ter tudi pri varovanjih gradbenih jam v strjenih naseljih. Glede na postavitev pilotov ločimo: pilotne stene s prekrivajočimi se koli; pilotne stene z dotikajočimi se koli; prekinjena pilotna stena z razmaknjenimi piloti. Medosna razdalja med sosednjima pilotoma more biti manjša od 3d - kola, da še lahko računamo takšno konstrukcijo kot steno. Izvedbe kolov se razlikujejo po načinu izkopa in varovanju izkopa. Slika 3.3: Zaščita pobočja s sidrano pilotno steno in sidranimi branami.

24 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Tehnologija "Benotto" za izvedbo uvrtanih AB pilotov Pri izkopavanju pilotov premera 60, 80, 00, 125, 150cm s posebno ţlico (grabeţem) izkopavamo materiale iz vrtine, zavarovane z jekleno zaščitno cevjo. Ob izkopavanju zemljin v notranjosti pilota s posebno napravo (lavirko) rotiramo zaščitno cev (kolono), da je omogočeno hidravlično potiskanje kolone v tla. Izkop mora biti pred betoniranjem v celoti zavarovan z zaščitno jekleno cevjo, ki jo ob napredovanju del podaljšujemo s segmenti dolţine m. Kadar pri napredovanju del naletimo na ovire (samice, trdna tla), jih najprej zdrobimo s posebnim dletom (sekačem), ki prosto pada na trdno oviro ter nato zdrobljen material odstranimo z ţlico (grabeţem). Ko z izkopavanjem doseţemo projektirano globino, površino izkopa dobro očistimo, vstavimo armaturni koš ter telo pilota postopoma kontraktorsko zabetoniramo, zaščitno cev nato pazljivo in postopoma izvlečemo. Benotto pilote je mogoče izdelati poševne v nagibu do največ 18. Slika 3.4: Vstavljanje armaturnega koša v jekleno cev, izkop s tehnologijo»kelly«.

25 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 14 V stabilnih zemljinah in v kompaktnih hribinah je moţna izvedba kvalitetnih uvrtanih pilotov brez zaščitnih cevi oziroma jih vgradimo le na zgornjih 3-6m globine, da se materiali ne sipljejo v vrtino. V takšnih primerih je mogoče vrtanje pilotov s spiralnim svedrom ali s posebno frezo in valjasto komoro za transportiranje izkopanih materialov na površino. Slika 3.5: Tehnologija v "Benotto" Izdelava pilotov s pomočjo izplake Izdelava pilotov s pomočjo izplake se uporablja v vseh zemljinah. Ta tehnologija se uporablja za pilote majhnih dimenzij in niţjih nosilnosti in tudi v omejenem prostoru, seveda v kolikor je garnitura dovolj majhna. Najprej se izdela odprtina s pomočjo izplake, ki pod visokim pritiskom ob konici drogovja izplakuje material. Ko doseţemo potrebno globino, vstavimo v vrtino drogovja, ki je zapolnjena z vodo in armaturni koš. Sledi betoniranje, ki iz vrtine izpodriva vodo. Na vrh vrtalnega drogovja se pritrdi naprava, ki v vrtini oziroma betonu povzroča nadtlak. Postopoma se vrtalno drogovje izvleče, nadtlak pa vtisne in skomprimira beton v odprtino. Tako je zaključen pilot.

26 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 15 Z uporabo stisnjenega zraka se zgosti beton, kar poveča nosilnost pilotov. Premeri pilotov so od 10 do 30cm, izdelujejo pa se do globine 30m. Slika 3.6: Izvedba pilotov s pomočjo izplak Tehnologija "Franki" S to tehnologijo se izdelajo betonski piloti, ki se izredno prilagodijo temeljnim tlom. Za opaţ se vzame jeklena cilindrična cev, ki je na notranji strani popolnoma gladka. Cev postavimo na tla in vanjo nasujemo zemeljsko vlaţen beton, ki ga komprimiramo z nabijačem. S tem smo izvedli betonski čep, ki se tesno prilega na stene jeklene cevi in jo zato vodotesno zapira. Zaradi učinkovanja nabijala se zgostijo tla in beton se pogrezne navzdol, pri čemer zaradi močne komprimacije betona s samim trenjem potegne cev s seboj in jo potiska v tla. Vodotesnost je tako velika, da voda ne more vdirati. Z nadaljnjim nabijanjem betona se cev in beton prebijata vedno globlje in izrivata oziroma komprimirata tla. Pri tem tresljaji niso posebno veliki v okolici, saj se nabija nogo cevi, ne pa njene glave. Odpor pri nabijanju nam pove, kdaj smo dosegli zadostno globino. Ko smo jo dosegli, fiksiramo cev s pomočjo dveh močnih jeklenih vrvi, ki sta pritrjeni na nabijalnem odru. Pri nadaljnjem nabijanju betona se cev ne mora več pogrezati naprej, pač pa se začenja zaradi nabijanja betonski čep pogrezati naprej v zemljino.

27 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 16 Ko je betonski čep samo še 40 cm v cevi, dodamo novo betonsko mešanico in nabijamo naprej dokler nimamo spet samo 40 cm betona v cevi. Pomembno je, da v cev ne prične vdirati voda. Tako postopoma izvlečemo cev in nabijamo beton in skrbimo, da iz cevi ne izbijemo betona zaradi vodotesnosti. Pri tem se beton vtiska v zemljino ne samo vertikalno, ampak tudi na stran, tako da dobimo nepravilno, zelo hrapavo površino pilota. Pilote armiramo z okroglo armaturo in s spiralnimi stremeni. Pri tem moramo paziti, da je armatura dovolj oddaljena od stene cevi, na drugi strani pa, da imamo dovolj prostora za nabijač. Slika 3.7: Tehnologija»Franki«za izvedbo pilotov z razširjeno nogo

28 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Diafragme Diafragma je upogibna podporna konstrukcija iz armiranobetonskih na mestu izdelanih panelov običajne debeline od 40 do 120 cm in širine 3 do 6 m. Prednost diafragme je v tem, da dobimo kontinuirano steno, ki je lahko tudi del objekta. Armatura je zaradi pravokotnega prereza bolje izkoriščena, konstrukcija je lahko vodotesna. Za izvedbo diafragme se najprej izdela uvodni kanal, ki sluţi kot vodilo grabilca med izkopom panela diafragme. Bager spusti čeljust grabilca do uvodnega kanala in prične z izkopavanjem materiala, ki ga odlaga na transportno vozilo. Medtem se aktivira črpalka za betonitno izplako, ki napolni vodilni kanal ter sluţi kot zaščita pred zruški zemljine. Sledi vgradnja armaturnega koša, ki ga vstavimo v panel diafragme s pomočjo bagra. Po vgradnji armature sledi faza vgradnje betona, kateri izpodriva laţjo betonitno izplako. Zaradi mešanja betonita in betona se na vrhu diafragme ustvari mešanica obeh materialov, ki zmanjšuje nosilnost, zato ta del tudi odstranimo. Slika 3.8: Faze izvedbe diafragme Za izvedbo diafragme se uporablja bager s hidravlično čeljustjo, s katero se izvaja izkop in iznos izkopanega materiala po panelih. Izkop panela se izvaja izmenično za parne in neparne segmente. Pred pričetkom izkopa se izvede vodilna stena (1), ki sluţi kot vodilo

29 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 18 hidravličnim čeljustim (2). Za zagotavljanje stabilnosti sten med izvedbo se uporablja podporna tekočina - suspenzija vode in bentonita. Podporna tekočina se pripravlja v mešalni postaji in se preko pretočnih črpalk in cevovodov dovaja v izkopano jamo (3). Po končanem izkopu in čiščenju jame se vstavi armaturni koš (4). Največkrat se armira le zgornji nosilni del konstrukcije, spodnji del stene pa preprečuje dotok podzemne vode v gradbeno jamo. Betoniranje diafragme se izvaja s kontraktorskimi cevmi (5), pri čemer je treba upoštevati navodila za podvodno betoniranje. Potrebno je preprečiti mešanje betona z izplako, ki bi povzročila diskontinuiteto panela. Sveţ beton izpodriva bentonitno izplako, ki se jo prečrpava nazaj v sedimentacijske bazene, kjer se jo pripravi za nadaljnjo uporabo Injektiranje Injektiranje je postopek, pri katerem vtiskamo suspenzijo v praznine, kaverne in razpoke, ki se nahajajo v kamninah oz. zemljinah, z namenom, da izboljšamo nosilnost primarne zemljine oziroma kamnine. Z namenom, da bi dosegli ţeljene rezultate, najprej zvrtamo vrtino v kamnino. Potem skozi to vrtino vtisnemo, in to počnemo tako dolgo, dokler niso vse razpoke v okolici vrtine zapolnjene z injekcijsko maso. Injektiranje ima v modernem inţenirstvu zelo široko območje uporabe: zmanjšanje prepustnosti; preprečevanje erozije pod temelji; povečanje nosilnosti temeljnih tal pod večjimi zgradbami in zmanjšanje derformabilnosti materiala v temeljih (konsolidacijsko injektiranje); da poveţemo različne strukturne elemente v homogeni zgradbi, tako da vtisnemo v stik med dvema elementoma izbrano suspenzijo (uporaba predvsem pri saniranju jezov); izboljšamo nosilnost armature v zgradbah; zagotovimo nosilnost sider; izravnavanje posrednih objektov; za zapolnjevanje praznin med primarno podgradnjo in kamnino v tunelih (kontaktno injektiranje);

30 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 19 za ojačanje in popravilo zgodovinsko pomembnih objektov; za utrditev podvodnih objektov, tako da vtiskamo suspenzijo v prej nasuti material in uporaba injektiranja še v mnogih drugih primerih. Injektiranje se v osnovi deli na štiri pomembnejše sklope: zapolnjevanje praznih prostorov v tleh; kontaktno injektiranje; kompaktno injektiranje; konsolidacijsko injektiranje; jet-grouting Zapolnjevanje praznih prostorov v tleh Injekcijska masa oz. suspenzija se vtiska v tla tako dolgo, dokler niso zapolnjeni vsi prazni prostori v tleh. To je doseţeno takrat, ko se injekcijska masa pojavi na ustju predhodno izvrtane vrtine ali ko se bistveno poveča pritisk na črpalki, s katero vtiskamo injekcijsko maso v tla. Slika 3.9: Zapolnjevanje praznin v tleh

31 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Kontaktno injektiranje Kontaktno injektiranje je proces zapolnjevanja praznin med kamninami in betonskimi strukturami. Torej je namen kontaktnega injektiranja zagotovitev potrebnega kontakta med kamnino in določeno strukturo (kontakt med hribino in primarno podgradnjo v tunelu). Kontaktno injektiranje se ne izvaja tam, kjer so prostori za oblogami širši od enega metra. V teh primerih kontaktno injektiranje ni pripmerno. Če imamo praznine manjših dimenzij, to je nekaj 10 centimetrov, se za zapolnjevanje le-teh uporablja cementna suspenzija. Če pa imamo večje praznine, pa lahko v cementno suspenzijo dodajamo različne aditive, kot so različni peski in podobno. Izvedba kontaktnega injektiranja za zapolnjevanje praznin za primarno oblogo tunela poteka po sledečem postopku. Injekcijske vrtine se zvrtajo do globine enega metra v kamnino. Razmak med njimi naj bo od 1,5 metra do 3 metrov. Injektiranje se izvaja od spodaj navzgor v pasovih od ene vrste odprtin do druge. Ko suspenzija prelije naslednjo vrtino v vertikalni smeri, se lahko injektiranje prestavi tudi v horizontalni smeri. Črpalki morata biti nastavljeni tako, da tlak pri injektiranju ne preseţe 10 barov, kajti pri pretiranemu visokemu tlaku lahko nastanejo poškodbe na primarni oblogi predora Kompaktno injektiranje Kompaktno injektiranje se večino uporablja za stabilizacijo tal pod objekti. Uporablja se tudi za stabiliziranje temeljev večjih objektov, vključujoč mostove in tla pod piloti. Vsem tipom zemljin se lahko izboljša nosilnost tal, vendar je efektivnost injektiranja odvisna od vrste zemljine in njene gostote. Prednosti kompaktnega injektiranja: minimalne motnje na strukture in okolna tla med izvajanjem injektiranja; kljub temu je pomembno, da napolnimo vse izvrtane vrtine v strukturi kot tudi v njeni okolici. Oprema za injektiranje se lahko nahaja nekaj metrov od samega delovišča, kamor štejemo mešalec, črpalko in vso ostalo potrebno opremo za učinkovito

32 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 21 injektiranje; minimalno tveganje med izvedbo; izkopavanja, ki lahko ogroţajo stavbe oziroma njene obdajajoče zgradbe niso nevarna za same delavce; podpira lahko celotno zgradbo; veliko zgradb stoji na slabih temeljnih tleh, ki jih je potrebno ojačati, prav tako temelje pod stenami zgradbe. To lahko izvedemo tudi z mikro-piloti, vendar je to bistveno laţje izvesti s kompaktnim injektiranjem. Injektiranje zmanjšuje posedanja tal pod zgradbami ter ima tudi naslednje prednosti; večja fleksibilnost; talna voda nima vpliva na ta tip injektiranja; podzemna voda nima bistvenega vpliva niti na vtiskanje injekcijske mase, niti ne na učinkovitost injektiranja. Slika 3.10: Primer kompaktnega injektiranja

33 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 22 Slabosti kompaktnega injektiranja: relativno slaba učinkovitost injektiranja na površju; (Slabo učinkovitost doseţemo takrat, ko je nadkritja zelo malo, kar pomeni, da v zelo plitvih globinah ne dosegamo ţeljenih rezultatov); ta vrsta injektiranja je neučinkovita za bliţnja nepodprta pobočja; teţave pri oceni rezultatov injektiranja; nevarnost zapolnitve podzemnih vodov Konsolidacijsko injektiranje Konsolidacijsko injektiranje v primerjavi s kontaktnim zajema injektiranje bistveno debelejših plasti kot pa kontaktno. Njegova uporabnost je velika, recimo pod temelji zgradb, v okolici tunelov, za pilotnimi stenami in utrjevanje čela podzemnih izkopov. Njegov namen je vzpostaviti ali izboljšati in homogenizirati hribino oz. zemljino, ki je razrahljabna, ko smo izvajali izkop podzemnega prostora. Globina injektiranja je predvsem odvisna od tipa in strukture zemljine. Glavni namen tega injektiranja je zmanjšanje deformabilnosti kamnin, praznine morajo biti zapolnjene z injekcijsko maso. Kadar injektiramo pod temelji zgradb, je pomembna kontrola injektiranih tlakov, saj ta lahko poškoduje tudi temelje. Cementni suspenziji moramo dodajati različne aditive, da suspenziji povečamo njeno permeabilnost in laţjo pretočnost z vsebnostjo čim manj vode. Uporabljajo se podobne injekcijske vrtine kot pri kontaktnem injektiranju, le da jih poglobimo do takšne globine, kot je to potrebno. Injekcijski pritisk je odvisen od velikosti praznin v kamninah in od vrste same zemlje oz. kamnine. Če imamo večji pritisk, lahko posledično doseţemo večjo stopnjo konsolidacije same suspenzije. Pritisk je tudi omejen z debelino nadkritja, kar pomeni, če je nadkritja premalo, se lahko suspenzija pojavi na površini. Če pride do dviganja površja, moramo tlak vtiskanja zmanjšati. Gostejša suspenzija in niţji tlak sta tako primerna za injektiranje bliţje površju. Če imamo praznine zapolnjene z drobnimi delci, je potrebno predhodno izpiranje. To izvedemo tako, da v vsako drugo vrtino vtiskamo zmes vode in zraka pod pritiskom. Čiščenje je končano takrat, ko iz sosednjih vrtin priteče čista voda.

34 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Jet-grouting Pri jet-grouting tehnologiji z močnim pritiskom popolnoma spremenimo strukturo tal v okolici vrtine do potrebne globine. Sočasno se ob vrtini vtiska injekcijska masa pod pritiskom in tako nastane homogena zmes, ki se po določenem času strdi in doseţe določeno tlačno trdnost. Ta tehnologija se lahko izvaja v različnih kamninah oziroma zemljinah. Zmes, katero vtiskamo skozi šobe na vrtalni glavi, je sestavljena iz vode, cementa in pepela. Po potrebi se dodajajo različni aditivi. Bistvena prednost jet-groutinga pred ostalimi tipi injektiranja je v tem, da jo lahko uporabljamo v finejših materialih s premerom zrn manjših od 0,06 mm. Prepreke, na katere naletimo med izvajanjem (kosi drv, večji kamni), lahko preprosto zalijemo z injekcijsko maso. Ta vrsta injektiranja nima ovir glede globine, saj je največja doseţena globina pri izdelavi jet-grouting pilotov 70 m. Ta tehnologija zahteva zelo visok tlak od 300 do 700 barov, injekcijsko maso pa vtiskamo s hitrostjo 250 do 330 m/s. Velika hitrost injekcijske mase nam omogoča rušenje oz. rezanje strukture tal in njeno mešanje z zemljino ali ostalimi kamninami. Slika 3.11: Jet-grouting tehnologija

35 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 24 Poznamo tri osnovne postopke izvedbe jet-grouting injektiranja: enosistemski način (injekcijska masa); dvosistemski način (injekcijska masa + voda ali zrak); trosistemski način (injekcijska masa + voda + zrak). Vsi trije postopki so izvedeni po enakem principu. Najprej izvrtamo vrtino do potrebne globine, na kateri se prične injektiranje. Ko izvrtamo vrtino na ţeljeno globino, pričnemo z vtiskanjem injekcijske mase. Sam postopek in hitrost pomika vrtalnega drogovja iz vrtine nam narekuje potreba, kako velik oziroma debel jet-grouting pilot ţelimo doseči. Vtiskanje injekcijske mase se izvaja tako dolgo, da je pilot izveden do nivoja tal, na katerem stoji stroj. Pri izdelavi vrhnjega dela pilota prihaja do iztekanja večje količine injekcijske mase, ki jo je potrebno na primeren način odstraniti. Slika 3.12: Prikaz postavitvve enofluidnega sestava za izvedbo jet-grountig

36 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 25 Slika 3.13: Zaščita gradbene jame in podpora temelja z jet-grouting piloti Enosistemski način Enosistemski način je najbolj razširjen postopek jet-groutinga. Pri tem postopku injekcijska masa sluţi za rušenje zemljine in mešanje injekcijske mase. To je v načelu insitu mešanje. Orientacija rotirajoče injekcijske mase je lahko vse od vertikale in do horizontale. Za horizontalno injektiranje se vedno uporablja enosistemski način, kajti če bi uporabljali dvo ali trosistemski način, bi na ustju vrtine iztekalo precej več mase kot pa pri enosistemskem načinu. Premeri pilotov, ki so doseţeni s tem postopkom, so naslednji: centimetrov v glini; centimetrov v peskih. Premer slopa je odvisen od tlaka vtiskanja injekcijske mase. Kritični element je visokotlačna črpalka, saj mora imeti pretok cca. 60 do 220 l/min, tlak od 400 do 500 barov in takšne pogoje mora zagotavljati kontinuirano 8 ur.

37 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 26 Pribor za vrtanje in injektiranje ima premer milimetrov, debelino ostenja vrtalnega drogovja pa 10 milimetrov. Vrtanje, ki se izvaja, je lahko rotacijsko, udarno rotacijsko ali kombinacija rotacijskega vrtanja in izpiranja tla. Ko z vrtanjem doseţemo ţeljeno globino, vključimo visokotlačno črpalko in pričnemo injektiranje s stalnim rotiranjem in dvigovanjem jcelotnega pribora in tako prične nastajati jet-grouting sklop v tleh. Slika 3.14: Enofazna tehnologija Dvosistemski način Sistemsko gledano je ta metoda popolnoma enaka kot pri enofluidnem sestavu. Razlika je v tem, da zaradi prisotnosti zraka pride do povečanja premera pilota za 2 do 2,5 krat glede na enofluidni sistem. Povečani premer pilota je posledica naslednjih dejstev: 1) Stisnjeni zrak prereţe cono med injekcijsko maso in podzemno vodo, tako se injekcijska masa širi dvakrat hitreje, kot če ne bi bilo prisotnega zraka. 2) Razbita tla se ne morejo povrniti nazaj v injekcijsko maso, kar zmanjšuje izgubljeno energijo povzročeno s turbolenco. 3) Delci razbitih tal se pomikajo iz cone rezanja skozi mehurčke stisnjenega zraka proti površini.

38 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 27 Pomanjkljivost te metode je, da stisnjeni zrak ostane v tleh, in zato je lahko izdelan pilot slabše kvalitete kot pri enosistemskem načinu. Oprema za to metodo je malce kompleksnejša kot pa pri enosistemskem načinu. Drogovje mora imeti dve ostenji. Po notranji cevi se standardno pretaka injekcijska masa, prostor med zunanjim ostenjem in notranjim pa se uporablja za pretok zraka. Ta prostor je širok pribliţno 5 mm. Pomembno je le, da je ta prostor vedno čist. Če vrtamo v večjih globinah, je velika verjetnost, da se ta prostor za zrak zapolni z injekcijsko maso. Kajti globlje kot smo, večja sila je potrebna za vrtanje in tudi zemeljski pritiski so večji. Na istem principu deluje, če se kot druga komponenta uporablja voda. Slika 3.15: Dvofazna tehnologija Trosistemski način Ta metoda je najzahtevnejša za izvedbo, saj imamo tu prisotne tri fluide: injekcijsko maso, zrak in vodo. Pri tej metodi izperemo na površino bistveno več delcev tal, ki jih je potrebno nadomestiti z ustrezno večjo količino injekcijske mase, tudi do 50%. Premeri, ki jih lahko doseţemo, so: v glini do 150 cm, v peskih do 250 cm. To omogoča izpiranje delcev proti površini in posebna injekcijska zmes.

39 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 28 Pomembno je, da sta iztok vode in zraka nad iztokom injekcijske mase. Kako so razporejeni po notranjosti drogovja, ni določeno. Ponavadi se centralna cev uporablja za injekcijsko maso, srednja za vodo in zunanja za zrak. Slika 3.16: Trofazna tehnologija

40 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Zemeljske pregrade Zemeljske pregrade prenašajo na podlago znatne obremenitve zaradi lastne teţe, hidrostatičnih in hidrodinamičnih vplivov. Razporejene so na veliki površini terena, tako da lahko takšne pregrade gradimo tudi na manj ugodnih področjih (večja stisljivost in mala striţna odpornost vgrajenih materialov). Na takšnih temeljnih tleh moramo praviloma graditi masivne toge pregrade. Kadar pa temeljna tla pod pregrado niso dovolj trdna, je priporočljivo, da geotehnične rešitve izvedemo z zemeljskimi pregradami izvedenimi iz lokalnih materialov. Poznamo različne vrste zemeljskih pregrad: homogene, pregrade z dodanimi drugimi materiali Homogene zemeljske pregrade Homogene pregrade, ki so sestavljene iz ene vrste materiala, kateri mora biti malo prepusten, da precejanja vode skozi pregrado ostanejo v tehnično dovoljenih mejah. Homogena pregrada ni trajno stabilna. Mora imeti filtre, ki so lahko: ploskovni pod dolvodnim delom pregrade in vertikalni v osrednjem delu prereza, ki so povezani z dolvodnim temeljem. Vode, ki se zbirajo v filternih slojih, ki so skozi posebne odprtine povezani z dolvodnim temeljem, se zbirajo na najniţjem horizontu. Za ureditev zbiranja in odvajanja teh voda uporabljamo drenaţe, vodoravne drenaţe laţje vgrajujemo od vertikalnih, vendar te niso dovolj učinkovite, če telo pregrade ni dovolj izotropno prepustno.

41 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 30 Čeprav je raščen material po vrsti homogen, postane zaradi vgrajevanja v plasteh anizotropno prepusten. Posledica tega je spremenjena mreţa strujnic in nivojnic z večjo omočeno cono in večjo cono precejanja. Vidimo, da vodoravna drenaţa v izotropnem materialu ne omogoča dreniranje vode v dolvodnem delu pregrade, navpična drenaţa pa omogoča bolj učinkovito dreniranje vode na dolvodnem delu, kot tudi v prepustnem nasipu. Značilnost teh pregrad je, da so gorvodne in dolvodne breţine relativno poloţne (malo prepustni materiali imajo manjšo striţno trdnost). Zaradi tega so nizke pregrade praviloma homogenega prereza. Slika 3.17: Zemeljska pregrada Beardsley (USA): (1) neprepustno jedro, melj, pesek in gramoz do ф 7,5 cm; (2) polprepustni prehodni materiali, pesek in gramoz do ф 7,5 cm, drobnejši proti prerezu 1; uvaljan gramoz z oblivanjem; (4) pesek, gramoz z oblivanjem, izbran za večjo prepustnost; (5) dobro granuliran kamniti nasip, delci > 7dm3, (6) zemeljski material, min ф=35.

42 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Zemeljske pregrade z dodanimi drugimi material Zemeljske pregrade z dodanimi drugimi materiali so zgrajene tako, da ugodne fizikalne lastnosti materialov izkoristimo na najboljši moţen način za doseganje najugodnejše stabilnosti in ekonomičnosti pregrade. Malo prepustni materiali imajo majhno striţno trdnost, zato zahtevajo poloţnejše breţine. Skozi polprepustne materiale teče večja količina vode, imajo pa večjo striţno trdnost. Vsaka površina prereza ima svojo funkcijo glede na lastnost materiala. Del pregrade, sestavljen iz malo prepustnega materiala imenujemo jedro, ki preprečuje močnejše precejanje vode skozi pregrado. Gorvodno in dolvodno od jedra so podporni nasipi, ki se gradijo s prepustnejšimi materiali z večjo trdnostjo. Gorvodni material mora biti dovolj prepusten, kajti voda lahko v porah znatno zaostaja, zlasti pri nihanjih gladine vode v jezeru. S tem preprečimo pojav najnevarnejšega strujnega tlaka v pregradi. Dolvodni material je lahko manj prepusten, saj se z vertikalnimi drenaţami precejevanje vode na površino dolvodne breţine. repreči Poloţaj določenih materialov je odvisen od: lastnosti materiala, lastnosti temeljnih tal ter od pogojev grajenja itd.

43 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 32 Slika 3.18: Prerez zemeljske pregrade iz več materialov Polisades (ZDA): (1) izbrana glina z meljem in peskom, zbitih po plasteh debeline 15 cm; (2) izbrana glina z meljem in peskom, zbitih po plasteh debeline 15 cm in z dodatkom kamenja; (3) izbrana glina z melje Porni tlak, ki nastane v glinastem materialu, icer zmanjšuje striţno trdnost, vendar dovoljuje projektiranje bolj strmih breţin jedra, ker porni tlak v tankem jedru hitro upade. Filtrski sloji preprečujejo, da ne nastane erozija in s tem degradacija jedra, omogočajo pa tudi delovanje drenaţ. Slika 3.19: Zemeljska pregrada Sabljaci: (1) zbita glina; (2) zbita humusna glina; (3)

44 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 33 4 POMEN HIDROELEKTRARN NA REKI SAVI IN HE BREŢICE Splošno Voda je edini naravni vir, ki ga je v sicer surovinsko siromašni Sloveniji v izobilju. Visokogorja na severozahodu Slovenije zadrţujejo prodore toplih in vlaţnih zračnih mas iz Sredozemlja, ki prispevajo k obilici padavin na podalpskem področju, iz katerega se napajajo vodotoki osrednje Slovenije. Reka Sava je s svojimi pritoki najpomembnejši vodotok, s porečjem, ki obsega 53.6% ( km 2 ) celotne površine Slovenije, zanjo je značilen spremenljiv reţim toka saj v gornjem toku prevladuje sneţno-deţni reţim, ki v spodnjem toku prehaja v deţno-sneţni reţim. Letni maksimumi se pojavljajo pomladi in jeseni, letni minimumi pa poleti in pozimi. Posebno značilen je hudourniški značaj vodotoka, kjer je razmerje med sušnim in poplavnim pretokom 1:100; v ekstremnih razmerah lahko tudi do 1:250. Porečje Save je za razliko od ostalih glavnih vodotokov energetsko najmanj izkoriščeno kar je prikazano v tabeli 6. Od razpoloţljivega hidropotenciala Save z Ljubljanico je trenutno izkoriščenih 18,5%, kar pomeni 12,5% deleţ celotne proizvedene hidroenergije v Sloveniji. Na Dravi je razpoloţljivi potencial praktično v celoti izkoriščen, na Soči z Idrijco pa znaša 34%. Porečje Save je v energetskem smislu razdeljeno na tri odseke: Gornja, Srednja in Spodnja Sava

45 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 34 Ideja o energetski izrabi Save sega na začetek prejšnjega stoletja, ko si bile narejene prve študije za izgradnjo verige hidroelektrarn. Ţe takrat je bila predvidena sklenjena veriga hidroelektrarn vzdolţ celotnega toka Save (slika 11.1), pri čemer so bile načrtovane čelne akumulacije v gornjem toku (HE Moste in HE Radovljica), ki bi s sezonsko akumulacijo zagotavljale obratovalno sposobnost verige v sušnem delu leta. Neposredno po vojni se je pričela gradnja hidroelektrarn na zgornji Savi: HE Moste (1952) in HE Medvode (1953). Dela na izgradnji verige so nato zastala in šele leta 1986 je bila dograjena naslednja hidroelektrarna pri Mavčičah. V tem času so bili zaradi naravovarstvenih razlogov v celoti opuščeni načrti za akumulacije na gornji Savi (Radovljica, Radovna). Tabela 4.1: Hidroenergetski potencial slovenskih rek (Porenta 2002 z dopolnitvami) VODOTOK BRUTO POTENCIAL TEHNIČNO IZKORISTLJIV IZRABLJEN POTENCIAL DELEŢ IZRABE POTENCIAL (GWh/leto) (GWh/leto) (GWh/leto) (%) Sava z =5 Ljubljanico Drava : 8 Soča z Idrijco ,0 Mura Kolpa Ostali vodotoki ,5 SKUPAJ ,1

46 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 35 Z opustitvijo čelnih akumulacij v gornjem toku reke Save, je postala aktualna veriga 15. pretočnih elektrarn od Medvod do drţavne meje pri Mokricah. Vlogo čelnih bazenov prevzemata akumulaciji hidroelektrarn Mavčiče in Medvode, vlogo izravnalnih bazenov pa akumulacija hidroelektrarne Vrhovo in deloma akumulacije Jevnica, Kresnice in Ponoviče. Gradnja verige hidroelektrarn na Savi je bila pričeta na odseku spodnje Save, ki je zaradi pritoka Savinje in Krke, energetsko tudi najbolj pomemben. Hidroelektrarna Vrhovo, prva v nizu, obratuje od leta 1993, hidroelektrarna Boštanj pa je pričela z obratovanjem pred tremi leti, torej leta in hidroelektrarna Blanca v letu Ostale hidroelektrarne; Krško, Breţice in Mokrice so pa v različnih fazah postopkov umeščanja v prostor. Predvidoma bo veriga na spodnji Savi dokončana najkasneje do leta Hidroelektrarne na srednji Savi Hidroelektrarne na srednji Savi bodo povezale stopnje na zgornji in spodnji Savi v sklenjeno verigo. Na odseku je predvidenih 9 energetskih stopenj in se v geografskem smislu deli na območji: Ljubljanske kotline s hidroelektrarnami; Jeţica, Šentjakob, Zalog, Jevnica, Kresnice in Ponoviče, Kanjonski del Zasavja s hidroelektrarnami; Renke, Trbovlje in Suhadol. Pogoje za izkoriščanje energetskega potenciala srednje Save predpisujejo akti o podelitvi koncesije, ki je bila podeljena Holdingu slovenskih elektrarn. Izgradnja verige na srednji Savi bo trajala predvidoma 20 let in bo v fazi priprave strokovnih osnov za pričetek postopka umeščanja objektov v prostor. Instalirani pretok verige na srednji Savi je opredeljen na način, da omogoča proizvodnjo električne energije v taktu z hidroelektrarnami na zgornji in spodnji Savi: na odseku do Zaloga znaša Q i =260 m 3 /s, pod sotočjem z Ljubljanico pa Q i =400 m 3 /s.

47 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 36 Bruto potencial na odseku srednje Save znaša W b =1.185 GWh/leto in je ocenjen na osnovi hidroloških podatkov v obdobju med , z upoštevanjem povprečnih letnih pretokov in bruto padcem 117 m, ki predstavlja razliko med spodnjo vodo v Medvodah in zgornjo koto na Vrhovem. Povprečna letna neto proizvodnja verige na srednji Savi je ocenjena na: W n =994 GWh/leto; moč na pragu pa: P m =295,4 MW. Karakteristični podatki o posameznih energetskih stopnjah so razvidni iz tabele 2. Tabela 4.2: Podatki o posameznih energetskih stopnja HE. VOLUMEN AKUMULACIJE NETO PADEC INSTALIRANA MOČ LETNA PROIZVODNJA (10 6 m 3 ) (m) (MW) (GWh) HE Jezica 0,4 26,0 54,5 151,4 HE Šentjakob 1.9 7,3 15,9 52,4 HE Zalog 1,1 7,2 15,7 52,8 HE Jevnica 2,4 6,9 22,9 101,4 HE Kresnice 1=5 8,3 27,7 96,4 HE Ponoviče ,8 63,0 190,7 HE Renke 0,4 8,5 28,6 97,9 HE Trbovlje 0,3 8,3 27,8 97,6 HE Suhadol 0,7 11,7 39,3 153,4 SKUPAJ 295,4 994,0

48 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 37 Slika 4.1: Prikaz Hidroelektrarn na spodnji Savi. Glede na zasnovo objektov na srednji Savi, sta predvidena dva tipa hidroelektrarn: rečne (pogonski objekt je sestavni del pregradnega objekta, hidravlični padec pa predstavlja geodetska višina med gladino v akumulaciji in spodnjo vodo pod pregrado z dolvodno leţečo strojnico) in derivacijske elektrarne (po opisu objektov iz Uredbe o koncesiji, sta hidroelektrarni Jeţica in Ponoviče predvideni kot derivacijski, ostale pa rečne. V teku je priprava projektnih zasnov, kjer je predvideno, da se zaradi racionalizacije gradnje in zmanjševanju vplivov na okolje derivacijske elektrarne nadomestijo z rečnimi elektrarnami.

49 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 38 Vloga HE na Savi v elektroenergetskem sistemu S spremembo strukture preskrbe z električno energijo (stalno večanje % termo energije), ter osamosvojitvijo slovenskega elektroenergetskega sistema (EES) v sistemu evropske interkonekcije (UCPTE), se je spremenila vloga hidroelektrarn v sistemu. Manjša se njihova vloga pri pokrivanju konstantnega dela dnevnega diagrama obteţbe in veča potreba po proizvodnji vršne energije ter po sposobnosti za prevzemanje primarne in sekundarne regulacije. Skupaj s prestrukturiranjem naše industrije se zaradi zmanjšanega deleţa velikih porabnikov veča razmerje med vršno in pasovno obremenitvijo. Energija termoelektrarn ali energija, ki jo bomo uvaţali, bo namenjena kritju potreb pasu, energija v vršnem delu diagrama (predvsem pa moč), pa mora biti po energetsko ekonomski logiki proizvedena čim bliţje potrošnji. Poudariti pa je potrebno tudi izpolnjevanje pogojev za vključevanje EES v evropske energetske interkonekcije, ki obsegajo: aktiviranje ustrezne rezervne moči pri izpadu največjega agregata (preko 300 MW), razpolaganje z rezervo delovne moči za regulacijo frekvence in moči (preko ±180MW). Pridruţitev Evropski skupnosti in uvedba trga električne energije narekuje EES, zagotavljanje iz svojih proizvodnih kapacitet lastne rezerve konične moči, rezervne moči za regulacije, rezerve jalove moči za regulacijo napetosti in črnega starta pri razpadih sistema. Veriga hidroelektrarn na Savi bo glede na predvideno vlogo v EES obratovala v dnevnem reţimu po principu pretočne akumulacije, pri čemer bosta hidroelektrarni Mavčiče in Medvode prevzeli vlogo čelnega akumulacijskega bazena, hidroelektrarne Jevnica, Kresnice, Ponoviče na srednji Savi in Vrhovo na spodnji Savi, pa do dograditve celotne verige vlogo izravnalnih in kompenzacijskih bazenov.

50 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 39 Po dograditvi celotne verige bodo omenjene akumulacije na posameznih odsekih prevzele vlogo vmesnih izravnalnih bazenov, akumulaciji Breţice in Mokrice pa vlogo izravnave celotne verige. Moţnost obratovanja po principu pretočne akumulacije se bo povečevala s stopnjo zgrajenosti verige. V začetku bodo elektrarne obratovale preteţno pretočno. S povečevanjem števila stopenj se bo povečala sposobnost verige za proizvodnjo variabilne in vršne energije ter regulacijske moči. Obratovanje bo odvisno tudi od predpisanih pogojev in omejitev obratovanja, ki jih narekujejo ostali koristniki vodotoka. SAVI Učinki gradnje hidroelektrarne na Savi Poleg energetskih, so pričakovani še drugi koristni učinki izgradnje hidroelektrarn na srednji Savi: povečana zaščita pred škodljivim delovanjem voda, izboljševanja vodooskrbe, čiščenja odpadnih voda, ureditev prometnega in energetskega omreţja, druţbeno razvojni gospodarski učinki, povečanje moţnosti razvoja rekreacijskih potencialov ter drugo. Pri hidroelektrarnah vedno poudarjamo tudi vlogo, ki jo imajo objekti v zagotavljanju stabilnih odtočnih razmer v vodotoku. Posegi so naravnani tako, da v ničemer ne poslabšujejo stanja v vodotoku, temveč morajo rešitve predstavljati novo, kvalitetnejšo vrednost v prostoru. Pri načrtovanju objektov na srednji Savi so zahtevani posebni zaščitni ukrepi, kot so: zagotavljanje poplavne varnosti, varovanje kvalitete in količine podtalne vode ter varovanje vodnega reţima in rečne dinamike.

51 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 40 Ob tem pa je treba zagotavljati tudi: prehodnost jezovnih zgradb za vodne organizme, ohranjanje biološke raznovrstnosti in avtohtonosti habitatov, ohranjanje in varovanje naravnih vrednot. Gradnja hidroenergetskih objektov pomeni nesporno pozitivne narodnogospodarske učinke, saj je slovenska industrija sposobna zagotavljati preteţni del investicije tako z dobavo opreme, kot z izvedbo. Vlaganje v izgradnjo hidroenergetskih objektov pomeni nesporno pomemben prispevek k ohranjanju konkurenčnosti in sposobnosti v prvi vrsti gradbeništva in gradbene industrije, strojne industrije ter ne na zadnje tudi industrije elektro-opreme. Hkrati z vlaganjem v hidroenergetske objekte na srednji Savi zagotavljamo delovna mesta in proizvodnjo v industriji za dobo več deset let. Z akumulacijami, kot večnamenskimi objekti, rešujemo probleme oskrbe prebivalstva s pitno vodo, namakanja kmetijskih površin, zaščite pred škodljivim delovanjem vodotoka, ter urejanje vodnega in obvodnega prostora za turistično-rekreacijske dejavnosti. Z ureditvami v vplivnem območju akumulacij pa je predvideno celovito urejanje objektov javne in lokalne infrastrukture, kot so ureditve reguliranja pritokov, prometnic, prehodnosti pregradnih objektov, komunalne in energetske infrastrukture ter čistilnih naprav.

52 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 41 HE Mokrice Hidroelektrarna Mokrice predstavlja šesti ter zadnji člen predvidene sklenjene verige hidroelektrarn na spodnji Savi. Je pretočno akumulacijskega tipa z nameščenimi tremi cevnimi agregati z instaliranim pretokom 350 m 3 /s, s petimi pretočnimi polji s prelivno zmogljivostjo pribliţno m 3 /s ter povprečno letno proizvodnjo 119 GWh. Predvidena je polna avtomatizacija elektrarne in obratovanje brez posadke ter daljinsko vodenje iz centra vodenja. Njena lokacija naj bi bila v bliţini meje s Hrvaško, kjer je Sava ţe obogatena z močjo reke Krke, in bo v načrtovanem dnevno pretočnem-akumulacijskem reţimu na Savi prevzela vlogo izravnalnega bazena. Zanimiva je tudi ideja o vzpostavitvi plovnosti Save od Breţic do Črnega morja. V ta namen naj bi ob HE Mokrice zgradili splavnico za dvigovanje ladij na drugo stran jezu. Pristanišče zanje bi zgradili v bliţnjih Jesenicah na Dolenjskem in ga prek elektrarniškega mostu povezali z ţelezniško postajo v Dobovi. Pred tem bo treba vodni reţim uskladiti še s sosednjo Hrvaško in natančno določiti lokacijo HE Mokrice. Ta naj bi po dveh od doslej štirih obravnavanih lokacij stala pol na hrvaški, pol na slovenski polovici Save, ki v tistem delu v dolţini 3,5 kilometra predstavlja naravno mejo med drţavama. Akumulacijski bazen hidroelektrarne Mokrice predstavlja skupno z bazenom hidroelektrarne Breţice izravnalni bazen za celotno verigo hidroelektrarn na Savi in zajame del poplavnega območja Krškega in Breţiškega polja na levem in desnem bregu Save, spodnji gorvodno od HE Mokrice. Velikost akumulacijskih bazenov še ni dokončno določena (ca m 3 ), saj je odvisna od sklenjenih meddrţavnih sporazumov z republiko Hrvaško v zvezi z odtočnim reţimom reke Save na drţavni meji, ki so še v fazi obravnav na pristojnih meddrţavnih komisijah. Poglabljanje struge je problematično zaradi obstoječih mostov čez Savo oziroma inundacijskega območja sotočja Save in Krke. Poglabljanje je potrebno predvsem zaradi prevelike izgube padca pri upoštevanju najvišje kote zajezitve, zaradi varnosti in potreb obratovanja nuklearne elektrarne Krško ter zaradi zagotavljanja poplavne nevarnosti urbanih območij. Okvirna kota zajezitve akumulacijskega bazena je 141 m n.m. Koristni volumen bazena po osnovni rešitvi znaša 3,75 mio m 3 vode na denivelaciji 1,3 m. Gorvodno od jezovne

53 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 42 zgradbe so levo in desno predvideni energetski nasipi, ki bodo praviloma tesnjeni do neprepustne podlage oz. izvedeni v obsegu, ki bo določen s podatki in modeli podtalnice na Krško-breţiškem polju. Kjer voda preide v obstoječe korito in so merodajni visokovodni nasipi,tesnjenje ni predvideno. Zaradi prostorsko omejenih robnih pogojev lokacija jezovne zgradbe hidroelektrarne ni predmet variantne obdelave. Lahko pa se določijo alternativne ali optimizacijske variante posameznih ostalih energetskih prostorskih ureditev, predvsem izravnalnega bazena oz. poteka energetskih nasipov ter izvedbe navezave izravnalnega bazena oz. nasipov na širše območje Krško-breţiškega polja. Na podlagi do sedaj izvedenih analiz, so dobljeni Mokrice, ki so navedeni v tabeli št predhodni glavni podatki za HE Tabela 4.3: Tehnične specifikacije HE Mokrice Srednji letni pretok 273,2 m 3 /s Q m 3 /s Koristna prostornina bazena m 3 Nazivna kota zajezitve Največja dovoljena denivelacija Nazivni neto padec 141,5 m nadmorske višine 1,3 m 7,37 m Število prelivnih polj 5 Srednja letna proizvodnja 119,1 GWh Število agregatov 2 Tip turbine vertikalna dvojno regulirana Kaplanova turbina

54 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 43 Nazivna moč turbine 11,71 MW Nazivna moč generatorja, cos FI 15 MVA, 0,85 Instalirani pretok 350 m 3 /s Nazivni pretok skozi turbino 175 m 3 /s Nazivna vrtilna hitrost 93,70 min -1 Nazivna pobeţna hitrost 260 min -1 Marca leta 2009 se je začel izvajati postopek drţavnega prostorskega načrta, katerega zaključek je predviden v letu 2010 ali leta V izdelavi je idejni projekt ter ostale študije, ki so potrebne za drţavni prostorski načrt in idejni projekt. Januarja 2012 naj bi predvidoma začeli z več kot tri leta trajajočo gradnjo HE Mokrice (predviden konec enaki naj bi bil julij 2015). Slika 4.2: Štiri variante umestitve HE Mokrice.

55 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 44 5 GEOLOŠKO-GEOMEHANSKE RAZMERE NA OBMOČJU GRADBENE JAME HE MOKRICE Uvod Na spodnjem toku reke Save je predvidena gradnja verige hidroelektrarn. Na območju Breţic si je reka vrezala korito v peščeno-prodni kvartarni zasip, ga ponekod tudi prerezala in segla še v terciarno podlago bazena. Peščeno-prodni zasipi so dobro vodoprepustni, slabo pa je vodoprepustna pred kvartarna podlaga. Hidrogeološke razmere pomembno vplivajo na potrebne ureditve HE, zato je predhodno, še pred pričetkom tehničnega načrtovanja posegov, nujno izvesti detajlne hidrogeološke raziskave ter meritve v vodonosnikih. V projektni nalogi za izvedbo geotehničinih in hidrogeoloških raziskav na območju HE Mokrice so bile podane osnove za hidrogeološke raziskave, ki so bile izvedene s strukturnimi in geomehanskimi vrtinami v oktobru in novembru Skupaj je bilo na Breţiško-Dobovskem polju v tem času izvrtano 26 geomehanskih vrtin in 4 globlje strukturne vrtine. V vseh vrtinah so bili izvedeni hidrogeološki testi za določitev hidrodinamičnih parametrov vodonosnika. (Poročilo o hidrogeoloških preiskavah na območju HE Mokrice, 2009). Geografski pregled območja Breţiško-Dobovsko polje je nadaljevanje Krškega polja v smeri proti jugovzhodu. Na severu je omejeno z Bizeljskim gričevjem na jugu pa s pogorjem Gorjancev. Nekako po sredini polja teče reka Sava, njeni levi pritoki pa so potoki Bučulen, Gabrnica in Negot. Potoki tečejo po deloma reguliranih in deloma melioriranih strugah. Največji levi pritok je reka Sotla, po njej pa poteka tudi drţavna meja s sosednjo Hrvaško. Teren je poloţen, ponekod so razvite rečne terase, celotno območje je pod vplivom intenzivnega kmetijstva, ki predstavlja potencialno nevarnost za kvaliteto podzemnih voda. Posamezni deli polj so poraščeni z gostimi gozdovi listavcev, predvsem jelše, bukve in hrasta. Ker je teren

56 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 45 ravninski je tudi poseljenost območja velika. Največje mesto so Breţice, večja strnjenja naselja pa Mostec, Čateţ ob Savi, Dobova, Loče itd. Območja neposredno ob Savi so poplavna, naselja pa so posledično zavarovana s protipoplavnimi nasipi, ki segajo od Breţic do Mihalovca na levem bregu in do Podgračena na desnem bregu reke. (Poročilo o hidrogeoloških preiskavah na območju HE Mokrice, 2009). Preiskave na območju HE Mokrice Iz jedra vrtin na območju HE Mokrice je bilo odvzetih 455 vzorcev zemljin in kamnin. Preiskave v laboratoriju so bile izvedene v okviru standarda SIST ENV :2004. Izvedene so bile naslednje terenske in laboratorijske raziskave. (Poročilo o hidrogeoloških preiskavah na območju HE Mokrice, 2009). Terenske raziskave: strukturno geološko, hidrogeološko in inţenirsko - geološko kartiranje, strukturno in geomehansko vrtanje, presiometrične meritve, meritve z dinamičnim penetrometrom DPSH in SPT meritve, meritve s seizmičnim dilatometrom SDMT, hidrogeološke raziskave (črpalni preizkus, nalivalni preizkus, infiltracijski preizkusi), geofizikalne raziskave. Laboratorijske raziskave: preiskave vlaţnosti, preiskave naravne in suhe gostote, preiskave Atterbergovih meja plastičnosti, preiskave zrnavosti,

57 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 46 preiskave direktnega striga, preiskave enoosne tlačne trdnosti, preiskave stisljivosti in vodoprepustnosti v edometru, preiskave točkovnega trdnostnega indeksa, preiskave triosne striţne trdnosti kamnin, preiskave v gradljivosti material po Proctorju, sejalne analize za določitev vodne propustnosti. Splošni geološki opis na podlagi popisa jeder Debelina kvartarnega peščeno-prodnega zasipa v večjem delu presega 5 m. V splošnem povsod prevladuje prod, ki ga je cca 75 %, peska pa 25 %, Prodniki so v glavnem karbonatni, silikatni in klasični, ki pa so redki. Prod je slabo sortiran in v splošnem zelo dobro zaobljen. Velikost prodnikov variira od 0.5 do 10 cm. Peščeno-prodni zasip navzgor večinoma prekrivajo plasti peščeno-glinenih meljev. Debelina slednjih je od nekaj dm do 1 m. Humusna plast je povsod razvita in dosega debelino do 0.5 m. Podlago kvartarnega zasipa večinoma tvori za vodo zelo slabo do neprepustni miocenski lapor oz. laporovec (ponekod je tudi uporabljeno poimenovanje melj in meljevec, vendar smo se zaradi precejšnje vsebnosti karbonatne komponente v sedimentu odločili za poimenovanje lapor oz. laporovec). Ta je značilno svetlo do temno sive barve, je gost in večinoma homogen. Ponekod je lapor rahlo peščen in sljudnat. Jedra vrtin so pokazala, da lapor navzgor prepereva v sive, srednje do teţko gnetene peščene gline. Debelina teh glin ne presega 1 m. V laporju se ponekod pojavljajo lupinice drobnih školjk in foraminifer. Na desnem bregu Save, na območju Ribnice, so geomehanske vrtine (BM-1, BM-2), navrtale tudi litotamnijski apnenec kot pred kvartarno podlago. Litotamnijski apnenec, deloma precej peščen in v zveznem prehodu v peščenjak, je del miocenske laporne formacije. Apnenec je značilno rumenkasto-oranţne barve, vsebuje številne fosilne alge gomolje in mestoma foraminifere. Je tudi precej pretrd in preperel. Na območju Podgračena, na desnem savskem bregu, so vrtine (BM-5, BM-6), navrtale kot pred kvartarno podlago zgornje triasni dolomit. Ta je značilne paralelipipedne krojitve in

58 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 47 ponekod razpokan. Savski prod je odloţen neposredno na dolomitno podlago. Antropogeni umetni nasip, ki gradi proti poplavne nasipe, je zgrajen iz kompaktiranega meljasto peščeno prodnega materiala. (Poročilo o hidrogeoloških preiskavah na območju HE Mokrice, 2009). Izdelava geomehanskih vrtin z izvedbo hidrogeoloških preiskav Skupno je bilo za potrebe geoloških, hidrogeoloških (črpalni in nalivalni poskusi) in geomehanskih testiranj (presiometer) izvrtano 30 vrtin. 26 vrtin je bilo plitvejših (do 15 m), 4 pa so bile globoke strukturne vrtine globine 30 m. Na 20 vrtinah je podjetje HGEM d.o.o iz Ljubljane izvedlo hidrogeološke teste (Tabela 1). Izvedenih je bilo 22 nalivalnih poskusov in 14 črpalnih poskusov. Strukturne vrtine so locirane na območju strojnice bodoče HE, plitvejše pa na obeh bregovih reke Save vzdolţ protipoplavnega nasipa. Vse vrtine so jedro valjne do končne globine. Po opravljenih meritvah, popisu jedra in odvzemu vzorcev so vrtine likvidiralne. Geološki nadzor je bil vseskozi prisoten med izvajanjem vrtalnih del. Po zahtevkih projektne naloge je bil predhodno pripravljen detajlni program hidrogeoloških testiranj, ki se je kasneje tudi izvedel. Pred izvedbo hidrogeološki testov so bile vrtine očiščene in aktivirane z metodo airliftinga. (Poročilo o hidrogeoloških preiskavah na območju HE Mokrice, 2009) Nalivalni poskusi Nalivalni poskusi so bili izvedeni tako, da je bila v vrtino nalita voda do ustja vrtine, nato pa je bilo v zacevljenem delu vrtine merjeno padanje nivoja vode po nalivanju. Vse meritve nivojev vode so bile izvedene z avtomatskimi merilniki, podatki pa obdelani po nestacionarnih metodah. V primeru, da je bila vrtina suha, je bil sloj najprej omočen, šele nato je sledil nalivalni poskus. Podatki pridobljeni z nalivalnimi preizkusi so bili obdelani po metodi Bouwer-Rice (primerjalno tudi po metodi Hvorsleva), metodi pa omogočata določitev koeficienta

59 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 48 hidravlične prepustnosti k v odprtih in zaprtih vodonosnikih. Nalivalni poskusi so bili večinoma izvedeni v pred kvartarni podlagi, nekaj poskusov pa je bilo opravljenih tudi v kvartarnem prodno peščenem vodonosniku in umetnih nasipih. Koeficient prepustnosti k po metodi Bouwer-Rice je bil izračunan po naslednji formuli: ( ) ( ) (5.1) kjer je; r.. polmer cevitve piezometra oziroma R ef, če se nivo vode dvigne v filtrskem intervalu L dolţina s filtri zajetega omočenega vodonosnika pred testom, h 0 začetna sprememba nivoja v času to, h t... sprememba nivoja v času t, t.čas, R polmer vrtanja, Rcont.radij vpliva, ki ga program izračuna iz razmerja L/R V primeru, ko se je nivo vode dvignil v filtrskem delu piezometra, je R ef določen z izrazom_ [ ( ) ] (5.2)

60 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 49 Po metodi Hvorsleva pa je bil koeficient prepustnosti k določen po naslednji formuli: ( ) (5.3) kjer je; r...polmer cevitve piezometra L dolţina s filtri zajetega omočenega vodonosnika pred testom, h 0...začetna sprememba nivoja v času to, ht...sprememba nivoja v času t, R...polmer vrtanja T L..čas, kjer je h t /h 0 = 0.37 Vsi podatki so bili obdelani s pomočjo programske opreme Aquifer Test Pro v3.5. (Poročilo o hidrogeoloških preiskavah na območju HE Mokrice, 2009) Črpalni poskusi Črpalni poskusi so bili izvedeni s centrifugalno črpalko, saj so bili profili vrtanja in začasne cevitve premajhni za potopno črpalko z ustrezno črpano količino, poleg tega pa so te črpalke zelo občutljive na pesek, ki je reden pojav v začetku črpanja na takšnih»začasnih«objektih. Potrebno je vedeti, da so bili poskusi izvedeni na strukturnih vrtinah, ki so bile le začasno opremljene s cevitvijo, kar pa ni enakovredno klasičnim črpalnim vrtinam, na katerih se običajno opravljajo črpalni poskusi. Poleg tega je dodaten problem pri izvedbi poskusov predstavljal tudi zelo nizek nivo vode v kvartarnih vodonosnikih, saj je bilo v času preiskav ponekod omočenega le 0.5 m vodonosnika, hkrati pa je nizek nivo omejeval moţno črpano količino vode.

61 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 50 Podatki črpalnih poskusov so bili obdelani po metodah Jacoba in Theisa za nestacionarni reţim črpanja, ker pa je na vseh vrtinah prišlo praktično zelo hitro do ustalitve nivoja vode, so bili izdelani tudi kontrolni izračuni po stacionarni metodi za odprt vodonosnik. Po metodi Cooper-Jacoba je bil izračunan koeficient transmisivnosti T po naslednji formuli: (5.4) kjer je; T...koeficient transmisivnosti (m 2 /sek); T = k.d Q...povprečna črpana količina vode (m 3 /sek), s...sprememba nivoja vode v logaritemskem ciklu časa, k...koeficient prepustnosti (m/sek), D...debelina omočenega dela vodonosnika (m) Po metodi Theisa (s pomočjo tipske krivulje), pa je bil izračun opravljen po naslednjih formulah: ( ) (5.5) kjer je; Q...povprečna črpana količina vode (m 3 /sek), s...doseţena depresija v času t (m), T...koeficient transmisivnosti (m 2 /sek); T = k.d k...koeficient prepustnosti (m/sek), t...čas izračuna (sek), W(u)...vodnjaška funkcija,

62 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 51 D...debelina omočenega dela vodonosnika (m), S...koeficient uskladiščenja (m" 1 ) Pri obeh interpretacijah črpalnih poskusov so bile upoštevane vse standardne predpostavke in sicer: neomejen, homogen odprt vodonosnik, gladina nivoja vode pred poskusom je ravna, črpana količina vode je konstantna, kapaciteta merskega objekta je zanemarljiva. Kot najbolj uporabne so se pokazale metode»naprednih rešitev«(forward solutions), v matematiki znane kot metode prediktor-korektor, uporabljena je bila Theisova metoda, enake rezultate pa je dala tudi metoda Stallmana, ki lahko upošteva tudi mejo napajanja ali hidravlično bariero. Theisova metoda (Theis forward solution) temelji na istih teoretičnih izhodiščih, kot ţe prej omenjena klasična metoda Theisa, vendar jo lahko uporabimo za izračun na enem samem vodnjaku (črpalnem mestu), ki je hkrati tudi merilno mesto, lahko pa tudi v kombinaciji z več piezometri in več vodnjaki. Izračun parametrov sloni na ne-linearnem inverznem algoritmu, ki uporablja iterativno proceduro za spremembo začetnih računskih parametrov, dokler ni doseţena najboljša rešitev oziroma se izračunana krivulja najbolje prilega merskim podatkom. Ker je praktično pri vseh črpalnih poskusih prišlo do zelo hitre ustalitve nivoja vode, smo kot kontrolne izračune koeficienta prepustnosti uporabili tudi izračun po stacionarni metodi za popolni vodnjak in odprt vodonosnik. Izračun temelji na formuli Hantush-a, v skladu z osnovno formulo Dupoit-Forcheimerja in korekcijo za uporabo na samem črpalnem objektu brez piezometrov. Po Hantushu je: ( ) (5.6)

63 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 52 kjer je; Ho.. h w.....višina vode v vodonosniku pred črpanjem (m), višina vode v vodnjaku med črpanjem (m), Q w povprečna črpana količina vode (m 3 /sek), R a...vplivni radij črpanja na vodnjaku (m), r w...radij vodnjaka (m), k w...koeficient prepustnosti (m/sek), Vplivni radij v času t smo kontrolno računali po naslednji formuli: (5.7) kjer je; R a...vplivni radij črpanja na vodnjaku (m), k...koeficient prepustnosti (m/sek) t...čas izračuna (sek), D...debelina omočenega dela vodonosnika (m), n ef...efektivna poroznost vodonosnika (%) Zadnji dve metodi (Theis forward solution in metoda Hantusha za stacionarno stanje) sta dali v večini primerov tudi najbolj primerljive rezultate, zato smo te izračunane vrednosti tudi uporabili v prikazu rezultatov. (Poročilo o hidrogeoloških preiskavah na območju HE Mokrice, 2009).

64 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 53 Tabela 5.1: Vrtine in hidrogeološke preiskave. Vrtine S so strukturne, BM pa plitve geomehanske. GLOBINA VRTINE DIMENZIJA FILTERS ZAČETNI Q KI VRTINA TIP MED SLOJA SEKTOR NIVO SREDNJI POSKUSA POSKUSOM (m) (m) (m) (m) (l/sek) S-3 črpalni do do S-3 nalivalni do do S-3 nalivalni do do S-2 črpalni do 9 6 do S-2 nalivalni do do S-2 nalivalni do do S-1 črpalni 7.5 1,4 do do S-1 nalivalni do do S-1 nalivalni do do BM-19 črpalni (min. vode) do do BM-1 črpalni do do BM-1 nalivalni do do 7.45 podlaga 12.5 BM-20 nalivalni podlaga 9 6 do 9 7 do 9 suh BM-20 nalivalni v do 6 3 do produ BM-2 nalivalni podlaga do do BM-4 nalivalni podlaga 10 7 do do 10 suh BM-22 nalivalni v 3.1 O d o do 3.1 suh nasipu BM-22 nalivalni v do 9 5 do produ BM-24 nalivalni v do do 4 suh nasipu BM-24 nalivalni do do 15 suh podlaga BM-5 nalivalni do 6 4 do 6 suh podlaga BM-6 nalivalni podlaga do do BM-7 črpalni 9 1 do do BM-29 črpalni do do BM-29 nalivalni 8 5 do do 8 suh podlaga BM-32 črpalni do 9 6 do

65 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 54 BM-32 nalivalni podlaga 15 9 do do BM-11 črpalni 10 4 do do BM-12 črpalni do do BM-33 črpalni do do BM-33 nalivalni podlaga do do BM-15 črpalni do do BM-15 nalivalni do do podlaga S-4 nalivalni do 15 8 do podlaga S-4 črpalni do do

66 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Rezultati testiranj Izračunani rezultati so podani v Tabeli 5.2. Grafikoni izračunov se za vsak poskus na vrtini nahajajo v prilogah. (Poročilo o hidrogeoloških preiskavah na območju HE Mokrice, 2009). Tabela 5.2: Rezultati opravljenih meritev. Tabelirani koeficienti prepustnosti k pov so povprečne vrednosti rezultatov večih analitičnih metod. VRTINA NALIVALNI POSKUS k pov [m/sek] ČRPALNI POSKUS k pov [m/sek] OPOMBE S E E-2 Nalivalni 1 Nalivalni E-9 S E E-2 Nalivalni 1 Nalivalni E-10 S E E-2 Nalivalni 1 Nalivalni E-8 S E-9 5.4E-2 BM E E-2 Podlaga litotamnijski apnenec BM E-7 Ni predviden Podlaga litotamnijski apnenec BM E-7 Ni predviden Podlaga dolomit BM E-7 Ni predviden Podlaga dolomit BM E-7 Ni predviden Podlaga dolomit BM-7 Ni predviden 2.09E-3 BM E E-3 BM-12 Ni predviden 1.13E-3 BM E E-3 Podlaga litotamnijski peščenjak BM-19 Ni predviden 2.93E-4 BM E-10 Ni predviden Nalivalni v podlagi Nalivalni v 5.52E-5 produ BM E-5 Ni predviden Nalivalni v nasipu Nalivalni v 7.31 E-4 produ BM E-3 Npredven Nalivalni nasipu BM E BM E BM E-6 2.E-2

67 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 56 Projektni potresni parametri Definiranje ţivljenjskih dob posameznih objektov in stopnja sprejemljivega potresnega tveganja Potresne obremenitve predstavljajo za večino, grajenih na potresnih območjih, najbolj kritične obremenitve, po drugi strani pa je verjetnost, da bo v ţivljenjski dobi prišlo do zelo močnega potresa v bliţini lokacije konstrukcije, majhna. Iz tega razloga je splošno sprejeto načelo, da se konstrukcije projektira najmanj na dva nivoja potresnih obremenitev. Prvi, niţji nivo predstavlja tako imenovan "projektni potres". Za ta potres obstaja sorazmerno velika verjetnost, da se bo pojavil v ţivljenjski dobi objekta in bi morala konstrukcija tak potres praviloma prenesti nepoškodovana ali z majhnimi poškodbami, ki jih je enostavno mogoče sanirati. Drugi, višji nivo predstavlja tako imenovan "maksimalni potres". Moţnost, da se bo tak ali večji potres dogodil v ţivljenjski dobi objekta, je zelo majhna. Posledice takega potresa, ki jih dopuščamo na objektih, so odvisne od pomembnosti objektov. Pri običajnih objektih pride pri maksimalnem potresu lahko do poškodb konstrukcije, ne sme pa priti do rušenj in s tem do izgube človeških ţivljenj. Pri pomembnejših objektih, ki morajo delovati neposredno po potresu (npr. bolnišnice) je velikost dopustnih poškodb omejena. Najzahtevnejši so kriteriji glede dopustnih poškodb pri najbolj pomembnih objektih, ki predstavljajo potencialno nevarnost za okolico (npr. jedrski reaktorji, velike pregrade). Od pomembnosti objekta in od posledic njegovih poškodb ali porušitve za okolico je odvisna tudi stopnja tveganja, ki smo jo pripravljeni prevzeti. V praksi se običajno uporablja pojem povratna doba potresa. Povratna doba je definirana kot doba, v kateri se v povprečju ponavljajo potresi določene ali večje jakosti. V Eurocode 8 je npr. predlagano, da se za običajne konstrukcije upošteva pri projektiranju potres s povratno dobo R = 475 let. Verjetnost (PT), da se bo v ţivljenjski dobi objekta T zgodil potres, ki ima povratno dobo R, lahko izračunamo z enačbo: ( ) (5.8) (Poročilo o geofizikalnih preiskavah na območju HE Mokrice, 2009)

68 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 57 Povratna doba potresa T (let) Slika 5.1: Odvisnost med povratno dobo in verjetnostjo je prikazana za različne ţivljenske dobe. Iz enačbe in iz slike sledi, da obstaja 10 % verjetnost, da se bo v ţivljenjski dobi T = 50 let zgodil potres, ki ima povratno dobo 475 let ali več. Verjetnost 10 % je majhna in potres s povratno dobo 475 let predstavlja maksimalni potres po prej podanih definicijah. Pri projektiranju običajnih objektov je predpostavljeno, da konstrukcija, projektirana na maksimalni potres, avtomatično ustreza tudi stroţjim zahtevam pri šibkejšem oziroma projektnem potresu. Eurocode 8 ne zajema konstrukcij pregrad. Teh konstrukcij ni eksplicitno zajemal tudi predpis za projektiranje objektov visoko gradnje na seizmičnih področjih, ki je veljal v bivši Jugoslaviji, in ki se v Sloveniji še vedno uporablja vzporedno z Eurocodom 8. Posredno so bile pregrade in ostali pomembni hidrotehnični objekti "izven kategorije". Dokument, ki je v bivši Jugoslaviji določal kriterije za projektiranje inţenirskih objektov v potresnih področjih, je "Pravilnik o tehničnih normativih za projektiranje in proračun inţenirskih objektov v seizmičnih področjih«, ki sicer ni bil nikoli uradno sprejet, se pa je uporabljal v praksi. Po tem pravilniku se za vse inţenirske objekte za maksimalni potres uporablja potres s povratno dobo 1000 let, za projektni potres pa potres s povratno dobo 100 let, razen za pregrade, kjer se uporablja potres s povratno dobo 200 let. Pri ţivljenjski dobi pregrade pribliţno 100 let pomenita povratni dobi 1000 in 200 let pribliţno 10% in 40 % verjetnosti, da se bo zgodil potres predvidene ali večje moči.

69 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 58 Izbira ţivljenjske (amortizacijske dobe) dobe objektov in sprejemljivega tveganja je odločitev investitorja. Prav tako je treba v soglasju med investitorjem in projektantom definirati kriterije, ki jih projektant uporablja pri projektiranju na projektni in maksimalni potres. Maksimalni potres: za pregrade in pomembnejše objekte: povratna doba T = 1000 let za manj pomembne objekte: povratna doba R= 475 let Projektni potres: za pregrade in pomembnejše objekte: povratna doba R = 200 let za manj pomembne objekte: povratna doba R = 100 let Ob predpostavki, da znaša ţivljenjska doba pregrade in pomembnih objektov 100 let, ostalih manj pomembnih objektov pa 50 let, predlagane vrednosti pomenijo 10 % in 40 % verjetnosti prekoračitve izbranih projektnih parametrov Maksimalni pospeški tal Maksimalni horizontalni pospeški tal za različne povratne periode potresa na lokaciji objektov HE "Mokrice" so določeni s posebno študijo. Vrednosti se nanašajo na površino tal, ki so v Eurocode 8 definirana kot tla kategorij A in B. Imenovali jih bomo osnovna tla - kamnina (povprečna tla). Rezultati so podani v tabeli 5.3 Tabela 5.3: Maksimalni horizontalni pospeški tal na površini "povprečnih tal" in (g). Povratna doba (let) HE "Mokrice" Rezultati na podlagi ocen seizmičnega hazarda so glede na maksimalni pospešek s povratnimi periodami 100 do 1000 let podani v tabeli 5.3. Dobljene vrednosti veljajo za vse objekte HE "Mokrice": pregrade, strojnice, prelivna polja in nasip.

70 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 59 Definitivne vrednosti pospeška tal za posamezne globine (kota temeljenja, površina lokacije in podobno) se dobijo, ko te vrednosti pomnoţimo s faktorjem dinamičnega koeficienta amplifikacije površinske plasti. Dejanske karakteristike tal so bile določene s terenskimi geofizikalnimi raziskavami na mikrolokacijah posameznih objektov. V prejšnjem poglavju so opisani rezultati študije vpliva tal na posameznih mikrolokacijah na maksimalne pospeške tal in deloma tudi na frekvenčni sestav spektra odziva. Opaţeno je bilo določeno povečanje pospeškov glede na pospeške "povprečnih" tal. Po drugi strani rezultati študije kaţejo, da se pospeški zmanjšujejo po globini od površja navzdol. V tabeli 5.4 so za vse lokacije podane vrednosti pospeškov na površini in v tisti globini, ki ustreza koti temeljenja objekta. Vertikalni pospeški tal so manj pomembni in o njihovih vrednostih obstaja manj podatkov kot o horizontalnih. Ker v neposredni bliţini lokacije ne pričakujemo močnejših potresov, izberemo v skladu z običajno prakso naslednje razmerje vertikalni pospešek / horizontalni pospešek = 0.7. Vrednosti maksimalnih vertikalnih pospeškov dobimo torej tako, da vrednosti v tabela 5.4 pomnoţimo s faktorjem 0.7. (Poročilo o geofizikalnih preiskavah na območju HE Mokrice, 2009)

71 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 60 Tabela 5.4: Maksimalne vrednosti horizontalnih pospeškov na površini makrolokacije in na koti temeljenja v (g) Povratna doba (let) DAF sr HE " Mokrice " Osnovna tla Nivo temeljenja pregrade, strojnice in prelivna polja Nasip: Na desni strani akumulacije od pregradnega profila do Cateškega polja (cona B) Na levi strani akumulacije in na desni strani od začetka Čateškega polja do Breţice (cona A) Projektni spektri Spekter odziva predstavlja maksimalne pospeške konstrukcije z eno prostostno stopnjo v odvisnosti od nihajne dobe in od dušenja konstrukcije. Spekter odraţa frekvenčni sestav nihanja tal pri potresu, ki ga pričakujemo na izbrani lokaciji. Prikazali ga bomo v normirani obliki, ki ustreza enotnemu maksimalnemu pospešku tal (maksimalni pospešek tal je enak ordinati v spektru za nihajni čas T = 0). Za račun konstrukcij se uporablja projektni spekter, ki ni nujno enak spektru odziva. Pri projektnem spektru lahko upoštevamo različne vplive v zvezi z obnašanjem konstrukcij na ta način, da korigiramo spekter odziva. Glede na navedeno in glede na lokalne značilnosti tal smo kot projektni spekter za objekte na lokaciji HE "Mokrice" izbrali elastični spekter odziva po Eurocode 8 za vrsto tal (srednja tla) z omenjeno spremembo. Normiran spekter, ki velja za 5 % pridušitev, je prikazan na sliki 5.2. (Poročilo o geofizikalnih preiskavah na območju HE Mokrice, 2009)

72 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 61 Slika 5.2: Normirana projektna spektra za 5 % in 10 % pridušitev Za koeficiente ξ pridušitev, ki so različni od 5 %, se po Eurocode 8 spekter korigira s faktorjem ( ) (5.9) V primeru pridušitev g =10 %, ki je primerna vrednost za nasute pregrade, dobimo faktor n=0.764, s katerim pomnoţimo ordinate spektra za 5 % pridušitev. Faktor se upošteva samo za periode višje od T = Spekter za 10 % pridušitev je prikazan na sliki 5.2. Dejanski projektni spekter dobimo tako, da normiran spekter pomnoţimo z ustrezno vrednostjo maksimalnega pospeška tal iz tabele 4. Tako dobljeni spektri veljajo ob predpostavki povsem elastičnega obnašanja, kjer je edini mehanizem za sipanje energije viskozna pridušitev. Če v konstrukciji obstajajo drugi mehanizmi, ki omogočajo sipanje energije (npr. sodelovanje konstrukcije in tal, neelastično histerezno obnašanje v duktilnih konstrukcijah), potem se pri pribliţnih analizah takih konstrukcij ugoden vpliv sipanja energije pribliţno zajame z zmanjšanjem vrednosti v projektnem spektru. (Poročilo o geofizikalnih preiskavah na območju HE Mokrice, 2009)

73 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Časovni potek pospeškov tal (akcelerogram) Za račun časovnega odziva konstrukcij je potrebno podati časovni potek gibanja tal med pričakovanim potresom. Izbrati je treba take akcelerograme, ki pribliţno ustrezajo razmeram na lokaciji. Praviloma ni na razpolago akcelerogramov, ki bi bili dobljeni med prejšnjimi potresi na sami lokaciji ali v njeni bliţini. Zato za analize izberemo bodisi sintetične akcelerograme, ki ustrezajo izbranemu projektnemu spektru ali pa dejanske akcelerograme, registrirane v podobnih razmerah. Odziv na posamezne akcelerograme je lahko precej občutljiv na majhne spremembe v karakteristikah konstrukcije, zato je treba račun vedno ponoviti za več akcelerogramov in upoštevati povprečne vrednosti. Vse akcelerograme normiramo tako, daje maksimalni pospešek tal enak projektnemu pospešku. Od vseh potresov, med katerimi so bili zabeleţeni akcelerogrami, so za ozemlje Slovenije najbolj relevantni potresi v Furlaniji. Zato predlagamo, da se kot eden od akcelerogramov pri dinamičnih analizah uporabi akcelerogram Kobarid N-S, Robič N-S, (Furlanija 1976) in Bitola (1994) za lokalni potres. V nadaljevanju predlagamo, da se uporabljajo naslednji akcelerogrami, kot regionalni zemljotres normirani na ustrezen maksimalni pospešek tal: Albatros N-S Elcentro Povprečen spekter teh petih (normiranih) akcelerogramov se sorazmerno dobro ujema z elastičnim spektrom po Eurocode 8 (slika 5.3 do 5.5). Slika 5.3: MODEL M-2

74 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 63 Normalizirani spektri odgovora za 5% pridušitev, a= 0.25 g za analizo lokacij: pregrade in sosednjih objektov - strojnice in prelivnih polj Slika 5.4: MODEL AM-3 Normalizirani ţivljenjski spektri odgovora za 5 pridušitev; a = 0.25 g za analizo nasipa na desni strani akumulacije od pregradnega profila do Čateškega polja (Prilipskega potoka). Slika 5.5: MODEL AM-9

75 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 64 Normalizirani spektri odgovora za 5% pridušitev, a= 0.25 g za analizo nasipa na levi strani akumulacije in na desni strani od Prilipskega potoka do Breţice. (Poročilo o geofizikalnih preiskavah na območju HE Mokrice, 2009) Interpretacija meritev in zaključki Na podlagi popisov jeder in rezultatov hidrogeoloških testiranj lahko na preiskovanem območju ločimo 3 hidrogeološke enote. Prodno peščeni vodonosnik savskega aluvialnega zasipa, Slabše prepustne karbonatne kamnine - litatamnijski apnenec in triasni dolomit, Zelo slabo prepustne in neprepustne plasti miocenskih laporjev in laporovcev. Kot dodatna enota je bil preiskovan material protipoplavnega zasipa Prodno peščeni aluvialni zasip (savski prod) - Kvartar Opravljeni črpalni poskusi v prodnem zasipu so dali pričakovane rezultate. Vodonosnik z med zrnsko prepustnostjo ima koeficient prepustnosti ranga k=10-2 do 10-3 m/sek, kar je za tovrstne vodonosnike značilno. Izdatnost je dobra in odvisna od debeline zasičene cone. Ker so bili poskusi opravljeni v času nizkih nivojev je bila zasičena cona ponekod debela le okoli 0.5 m. Meritve opravljene v oktobru in novembru 2008 dajejo zelo podobne rezultate kot so jih dale meritve, ki so bile opravljene na piezometrih, ki tvorijo mreţo hidrogeološkega monitoringa za HE Mokrice Karbonatne kamnine litotamnijski apnenec in triasni dolomit Na vrtinah BM-1, BM-2 in BM-15 tvori podlago kvartarnemu zasipu litotamnijski apnenec oz. peščenjak Nalivalni poskusi, ki so bili opravljeni v litotamnijskem apnencu, kaţejo na koeficient prepustnosti ranga k = 10-7 m/sek, kar je v bistvu značilno za slabo prepustne

76 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 65 plasti. Nalivalni poskus opravljen v litotamnijskem peščenjaku pa na koeficient prepustnosti ranga k = 10-4 m/sek, kar je bistveno bolj prepustno, kot pa apnenec. V vrtinah BM-4, BM-5 in BM-6 tvori podlago kvartarnemu zasipu triasni dolomit. Nalivalni poskusi, ki so bili opravljeni v dolomitu, so dali koeficient prepustnosti ranga k = 10-7 m/sek Laporji in laporovci - Miocen Podlago kvartarnemu zasipu v večini vrtin tvorijo miocenski laporji in laporovci. Ti sedimenti oz. kamnine so večinoma homogeni, gosti in vodo neprepustni. Nalivalni poskusi, ki so bili opravljeni v teh formacijah, kaţejo na koeficiente prepustnosti ranga k = 10-7 do m/sek. V vrtini BM-32 je bil opravljen nalivalni poskus v trdnem laporovcu, ki je bil precej razpokan in je bil koeficient prepustnosti višji ter ranga k = 10-5 m/sek. V globljih strukturnih vrtinah so bili nalivalni poskusi opravljeni na dveh sektorskih globinah. Plitvejši sektorji so okarakterizirani s koeficientom prepustnosti ranga k = 10 7 do 10-8 m/sek, globlji sektor pa s k = 10-8 do m/sek.

77 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran Protipoplavni nasip Vrtini BM-22 in BM-24 sta bili locirani na temenu protipoplavnega nasipa, V telesu nasipa sta bila opravljena dva nalivalna poskusa. Nalivalni poskus v vrtini BM-22 kaţe na koeficient prepustnosti velikosti k = 10-5 m/sek, v vrtini BM-24 pa ranga k = 10-3 m /sek. Antropogeni nasip je heterogene sestave in zato je zanj značilna tudi razlika v vrednostih koeficienta prepustnosti.

78 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 67 6 ZASNOVA ZEMELJSKE PREGRADE ZA VAROVANJE GLOBOKE GRADBENE JAME HE MOKRICE Izvedba pregrad za varovanje globoke gradbene jame Izvedba pregrade je predvidena iz lokalnega materiala (meljasto glinasti in meljasto peščeni material), saj gre za začasni gradbeni objekt, ki naj bi bil grajen v dveh fazah najprej del na območju strojnice ter nato v drugi fazi prelivna polja. Upoštevati je potrebno dimenzije in globino gradbene jame. Geometrija pregrade bo v splošnem trapezni profil, s širino krone 4.00 m in nakloni breţin 1:1, 1:1.5, 1:2. Predvidena je izvedba širokih začasnih pregrad. Breţine na delu gradbene jame so za dodatno nosilnost in varovanje obbetonirane in sidrane v notranjost pregrade. Sidra so dolţine od 8 m do 17 m in prednapeta. Za zatesnitev pregrade bo uporabljen injekcijski sistem jet-grouting. Globina tesnilne zavese sega pod krono nasipa 18m. Debelina zavese je 80 cm. Shema pregradne hribine in dodatnih podpornih ukrepov, je prikazana na sliki 6.1. Tlorisno situacijo pregrade HE Mokrice prikazuje slika 6.2, na sliki 6.3, je prikazan koordinatni sistem, ki je bil uporabljen pri numeričnih analizah. Slika 6.1: Profil pregrade z opisom plasti in ostalih elementov.

79 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 68 Slika 6.2: Situacija pregrade HE Mokrice. y x Slika 6.3: Pregrada in pripadajoče koordinate v relativnem koordinatnem sistemu.

80 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 69 Tabela 6.1: Koordinate točk v relativnem koordinatnem sistemu. TOČK KOORDINATA X KOORDINATA Y TOČ KOORDINATA KOORDINATA A (M) (M) KA X (M) Y (M) 1 0,00 0, ,40 25,00 2 2,80 13, ,40 7,00 3 5,80 13, ,20 7, ,80 23, ,20 25, ,80 23, ,80 25, ,80 25, ,80 14,20 Začasna pregrada levo in pregrada desno sta si po koordinatnih točkah v relativnem koordinatnem sistemu enaki, relativni koordinatni sistem pa je postavljen v točki ena. Presoja stabilnosti pregrade Zaradi zanimivosti in uporabnosti objekta smo v okviru diplomskega dela določili ustrezni prečni profil začasne pregrade in izdelali presojo stabilnosti začasne pregrade. Stabilnostne razmere smo analizirali s stabilnostno elastoplastično analizo telesa začasne zemeljske pregrade v profilu, ki je po naši oceni lahko najbolj kritičen. Geomehanske podatke in fizikalne lastnosti smo privzeli na osnovi obseţnega geološko geomehanskega elaborata, ki ga je izdelalo podjetje ECONO d.o.o., za fazo idejnega projekta - IP. V stabilnostni presoji so bile upoštevane naslednje lastnosti materialov (tabela 6.2).

81 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 70 Tabela 6.2: Lastnosti materialov MATERIAL γunsat kn/m3 γsat kn/m3 k x m/dan k y m/dan ν / Eref kn/m2 cref kn/m2 Φ / NASIP PREPARELI LAPOR LAPOR TESNITEV E E Izračun je bil izdelan z računalniškim programom PLAXIS na Fakulteti za gradbeništvo Univerze v Mariboru. Programsko orodje PLAXIS omogoča elasto-plastiče geomehanske analize temeljnih tal, podpornih sistemov z upoštevanim vplivom stoječe in precejajoče se talne vode. Orodje deluje na osnovi metode končnih elementov. Analize potekajo po metodi korak za korakom kot bodo geotehnični objekti grajeni v praksi. Najprej se določi začetno napetostno stanje v tleh ter v nadaljnjih analizah spremembe napetosti v vseh analiziranih diskretnih točkah v posameznih končnih elementih. Za zemljine je upoštevan Mohr-Coulomb-ov materialni model. V kolikor se pripadajoči Mohrovi krogi nahajajo pod poševno premico τ t = c + σ tgυ, se zemljine obnašajo elastično, v kolikor pa Mohrovi krogi sekajo striţno premico, se prične proces plastifikacije, kjer se preseţne obremenitve prenašajo v območju kjer še ni izčrpana vsa striţna trdnost. Ko se izčrpa striţna trdnost na nekem zaključenem področju, prerazporeditve napetosti niso več moţne, deformacije tal naraščajo in nastopi mejno stanje nosilnosti, ki v praksi ni več dopustno. Betonske obloge in prednapeta geotehnična sidra v obravnavanem modelu upoštevamo kot elastične konstrukcijske elemente.

82 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 71 Pri geotehničnih analizah smo upoštevali naslednje obremenitve: obremenitev zaradi lastne teţe tal, hidrostatične obremenitve talne vode, obremenitve zaradi izkopa peščenega dela in izgradnje spodnjega dela nasipa, obremenitve zaradi izvedbe nasipa, obremenitve zaradi izvedbe injektiranja in hidrostatične obremenitve zaradi polnjenja akumulacije. Rezultati geomehanskih analiz kritičnega profila začasnih pregrad za varovanje gradbene jame HE Mokrice, so prikazani na slikah 6.4 do 6.19 za desno pregrado, 6.20 do 6.32 za levo pregrado. Najprej smo analizirali kritični profil na desni strani akumulacije. Na sliki 6.4, je prikazana mreţa končnih elementov, shema podpornih ukrepov (zavarovanje z IBO sidri), ter neprepustno jet-grouting pregrado. Slika 6.5 prikazuje pomike zgornjega dela po izkopu, medtem slika 6.6, prikazuje pomike spodnjega dela po izkopu brez varovanja s prednapetimi geotehničnimi sidri. Nato smo zaledja obremenili s talno vodo ter upoštevali stacionarno stanje, dodatni porni tlak v zaledju so prikazani na sliki 6.7. Nato smo analizirali mejno stanje nosilnosti γ m = 1.25, γ G = 1.0, ter ugotovili, da talna zdimenzionirana podporna konstrukcija ne ustreza zahtevani stopnji zanesljivosti, ki jo določa standard SIST EN 1997, tu so premiki pri delnem količniku γ m = 1.09, presegli vse realne vrednosti. Deformacije breţine in podpornih ukrepov so prikazane na slikah 6.8, 6.9 in Nato smo dodatno ojačali podzemne ukrepe s štirimi prednapetimi geotehničnimi sidri na spodnjem delu izklopa. Uporabili smo štiri geotehnična sidra, katerih dovoljena nosilnost pri mejnem stanju nosilnosti dosega cca. 600 kn ter jih umestili v razmikih po 2.0 m v vzdolţni smeri.

83 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 72 Deformacije podporne konstrukcije po dvigu zaledne vode pri mejnem stanju uporabnosti γ m = 1.0, γ q = 1.0, so prikazane na sliki Pri analizi mejnega stanja nosilnosti se deformacije podporne konstrukcije povečajo. Deformirane mreţe končnih elementov so prikazane na sliki 6.12, sile v prednjih geotehničnih sidrih dosegajo max. vrednost kn/m. Izolinije enakih premikov v tleh so prikazane na sliki 6.13, slika 6.14 pa prikazuje smeri glavnih efektivnih napetosti v zaledju. Na sliki 6.15 so prikazane osne sile v spodnjem delu prednapetega geotehničnega sidra v spodnjem delu. Slika 6.16, prikazuje precejanje talne vode ob neprepustni steni izdelani po jet-grounting tehnologiji. Slika 6.17, prikazuje precejanje talne vode pod neprepustno steno v zaledju, ter kaţe da bi bilo pri takšni zasnovi pretok talne vode cca m 3 /dan. Obravnavan je tudi kritični profil gradbene jame ob levi strani,kjer je potrebno najprej zgraditi cca m visoki zagatni nasip višine 12.0 m iz gramoznih materialov, ki se na notranji strani vgrajujejo s sistemskim sidranjem (IBO sidra + brizgan beton). Shema gradnje je prikazana na sliki Postopna izvedba podpornih ukrepov in izborov v notranjosti gradbene jame je prikazano na slikah 6.19, 6.20 in Premiki oziroma deformacije mreţe končnih elementov za mejno stanje nosilnosti je prikazana na sliki 6.22 ter območje elastičnih premikov ob zunanji steni zaradi zelo strme breţine na sliki Slika 6.24 prikazuje izolinije skupnih premikov ter slika 6.25 smeri glavnih efektivnih napetosti pri mejnem stanju uporabnosti Slika 6.26 prikazuje smeri precejanja talne vode ob neprepustni jet-grouting zavesi, ter slika 6.27, ki prikazuje precejanje talne vode v gradbeno jamo, ki kaţe na dotok talne vode m 3 /dan.

84 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 73 Slika 6.4: Mreţa končnih elementov desne breţine ob gradbeni jami.

85 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 74 Slika 6.5: Deformacije po izkopu zgornjega dela.

86 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 75 Slika 6.6: Deformacije po izkopu spodnjega dela brez vode.

87 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 76 Slika 6.7: Porni tlaki v tleh.

88 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 77 Slika 6.8: Deformacija mreţe končnih elementov

89 Prikaz linij krožne porušitve za primer brez zidov Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 78 Slika 6.9: Izolinije enakih premikov brez prednapetih sider

90 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 79 Slika 6.10: Smeri premikov v primeru brez prednapetih sider.

91 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 80 Slika 6.11: Deformacije breţine po dvigu zaledne vode na koto m.

92 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 81 Slika 6.12: Sile v spodnjem sidru.

93 Izolinije premikov Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 82 Slika 6.13:Izolinije premikov v tleh.

94 Glavne napetosti Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 83 Slika 6.14: Totalne napetosti v tleh.

95 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 84 Slika 6.15: Diagram poteka osne sile v spodnjem sidru.

96 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 85 Slika 6.16: Smeri precejanja talne vode v gradbeno jamo.

97 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 86 Slika 6.17: Precejanja talne vode v zaledju.

98 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 87 Slika 6.18: Mreţa končnih elementov.

99 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 88 Slika 6.19: Deformacije po prvem delu izkopa.

100 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 89 Slika 6.20: Deformacije po drugem delu izkopa.

101 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 90 Slika 6.21: Deformacije po celotnem izkopu brez vpliva zaledne vode.

102 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 91 Slika 6.22: Deformacija začasne pregrade po dvigu zaledne vode na koto m.

103 Geomehanska zasnova varovanja globoke gradbene jame Stran 92 Slika 6.23: Prikaz območij enakih premikov podzemnega sistema