W jaki sposób wykonuje się odwierty geologiczne?

Szczegółowe badania geologiczne terenu są niezbędne przy ocenie jego przydatności inwestycyjnej, a także podczas poszukiwań złóż rozmaitych surowców oraz przygotowywaniu ich wydobycia. W ramach prac geolodzy korzystają z różnych metod poznawania podłoża, jedną z najbardziej efektywnych jest wykonywanie odwiertów geologicznych. W zależności od rodzaju prac czy dokumentacji, jaka będzie potrzebna, wiercenia mogą być prowadzone na różne sposoby.

Dlaczego badania geologiczne są niezbędne?

Rozpoczęcie każdej inwestycji budowlanej wiąże się z koniecznością określenia stanu podłoża oraz jego podstawowych parametrów. Pozwalają one na precyzyjne ustalenie, czy grunt będzie w stanie zapewnić odpowiednią stabilność wznoszonej budowli, przygotować optymalny w danej sytuacji sposób fundamentowania, a także w razie potrzeby wzmocnienia podłoża. Wśród najważniejszych charakterystyk znajdują się nośność gruntu, określająca jakie obciążenie może stanowić planowany obiekt, a także poziom wód gruntowych przesądzający o konieczności wykonania dodatkowych odwodnień lub zabezpieczeń przeciwwodnych. W niektórych lokalizacjach rozpoznanie warunków gruntowych musi obejmować także czynniki dodatkowe, takie jak ryzyko osunięcia się ziemi czy kwestie łączące się z wcześniejszą lub aktualną eksploatacją kopalin z obszaru, na którym mają być prowadzone prace budowlane. Czynności związane ze szczegółowym badaniem gruntu pozwalają na opracowanie odpowiedniego projektu architektonicznego i zastosowanie wymaganych w konkretnej sytuacji rozwiązań konstrukcyjnych – podkreśla przedstawiciel firmy Geoxx, która zajmuje się prowadzeniem badań geologicznych.

Konieczność wykonania odpowiednich do skali i lokalizacji planowanej inwestycji badań jest ściśle regulowana w obowiązujących przepisach oraz wiąże się z obowiązkiem sporządzenia odpowiedniej dokumentacji geologicznej. W niektórych przypadkach będzie to jedynie opinia geotechniczna, a w przypadku bardziej złożonych warunków geologicznych niezbędna będzie dokumentacja geologiczno-inżynierska. Jako warunki proste określa się tereny płaskie albo pofałdowane, w których poszczególne warstwy mają układ poziomy lub są w nieznacznym stopniu pochylone i mają stałe, a także bardzo wyraźnie zaznaczone poziomy. Poziom wód gruntowych jest jednolity i nie występują żadne procesy geodynamiczne albo ich natężenie jest śladowe. Warunki złożone to z kolei tereny pagórkowate, z pojawianiem warstw pochyłych i sfałdowanych. Mogą występować różne formy erozyjne, a jeśli chodzi o wody gruntowe, to mogą one mieć strukturę nawet trójpoziomową. Warunki skomplikowane będą dotyczyły terenów górskich i podgórskich, a także dolin rzecznych. Warstwy są sfałdowane, występują w nich dyslokacje i struktury łuskowe. Istnieje kilka poziomów wodonośnych, możliwe są także intensywne procesy geodynamiczne.

Dla zakresu potrzebnej dokumentacji ważna będzie także kategoria geotechniczna budynku. W pierwszej znajdują się obiekty o jednej lub dwóch kondygnacjach, które będą posadowione w łatwych warunkach gruntowych. W kategorii drugiej są budynki z fundamentami głębokimi albo bezpośrednie, które mają stanąć na gruntach prostych albo złożonych. W trzeciej kategorii geotechnicznej będą budowle, które mają być wzniesione w skomplikowanych warunkach gruntowych. Dla kategorii pierwszej sporządza się dokumentację na podstawie analizy dokumentacji i badań terenowych. Dla kategorii drugiej dokumentację wzbogaconą o wyniki badań polowych i laboratoryjnych w warunkach prostych. W warunkach złożonych potrzebne będzie również badanie specjalistyczne. Dla budynków kategorii trzeciej niezbędne będzie dołączenie do opinii geotechnicznej dokumentacji geologiczno-inżynierskiej.

Jaka jest niezbędna dokumentacja geologiczna i na jakiej podstawie powstaje?

Dokumentacja geologiczna w formie opinii geotechnicznej zawiera podstawowe informacje na temat parametrów podłoża oraz sposobów prowadzenia prac ziemnych czy posadowienia obiektu. Znajdą się w niej m.in. dane na temat możliwych przemieszczeń podłoża czy przewidywanych oddziaływań mogących wystąpić w trakcie prowadzonych prac. Zawarte w niej będą również informacje o metodzie zabezpieczenia podłoża i wód gruntowych przed zanieczyszczeniami mogącymi się pojawić w wyniku wykonywanych robót. Dodatkowym elementem dokumentacji mogą być wyniki badań podłoża gruntowego. Znajdą się w nim dane co do warstw, właściwości fizycznych podłoża i poziomu wody gruntowej. W dokumentacji geologiczno-inżynierskiej dodatkowymi elementami będą znacznie bardziej rozbudowane analizy gruntu. Będą to np. oddziaływania możliwe wskutek zachodzących procesów geodynamicznych czy zmiany, jakie mogą nastąpić z uwagi na oddziaływania antropogeniczne, jak również prognoza wpływu inwestycji na środowisko.

Dokumentacja geologiczna w zależności od swego zakresu może być sporządzana na podstawie różnych źródeł. Wśród nich znajdują się m.in. dostępne dane na temat terenu, gdzie ma być realizowana budowa w postaci istniejących map geologicznych oraz opracowań geologicznych i hydrogeologicznych. Informacji dostarcza także wizja lokalna prowadzona w terenie. Szczegółowe dane przynoszą przede wszystkim badania terenowe, dzięki którym dokonuje się szczegółowych ustaleń, ale także pobiera próbki do późniejszych badań laboratoryjnych. W ramach określania poszczególnych parametrów wykonuje się sondowania i przygotowuje rozmaite odkrywki i otwory badawcze. Możliwe jest wykorzystywanie naturalnych odsłonięć, a także przygotowywanie specjalnych wykopów. Poza wykopami, które dostarczają informacji o płytko położonych warstwach, niezbędne będzie także prowadzenie wierceń, dzięki którym można zgromadzić dane o właściwościach gruntu nawet do głębokości około 30 metrów.

Dzięki wykonywaniu odwiertów można zebrać informacje na temat układu warstw geologicznych oraz rodzaju materiału, z którego są one zbudowane. W ten sposób możliwe jest także pobieranie materiału do badań laboratoryjnych, a tym samym wyznaczanie istotnych parametrów podłoża. Przy planowaniu odwiertów geologicznych szczególnie ważne jest ich właściwe usytuowanie, które będzie uzależnione zarówno od charakteru planowanej inwestycji, jak i od złożoności warunków gruntowych, jakie występują na konkretnym obszarze. Im są one bardziej złożone i rozleglejsza lub wywierająca większy nacisk na podłoże będzie budowla, tym więcej odwiertów trzeba będzie przeprowadzić. Głębokość odwiertów jest uzależniona od przewidywanego fundamentowania, warunków, jakie zostaną stwierdzone w trakcie ich prowadzenia, możliwych naprężeń podłoża oraz możliwych oddziaływań obiektu.

Odwierty geologiczne i metody ich wykonywania

Podstawowe metody wykonywania odwiertów to wiercenia udarowe, obrotowe, obrotowo-udarowe oraz wibracyjne. W przypadku wierceń udarowych głowica wiertnicy jest zagłębiana w podłożu za sprawą nacisku mechanicznego wywoływanego przez kolejne uderzenia. Przy wierceniu obrotowym głowica świdra zagłębia się dzięki swemu kształtowi oraz obrotom wokół swej osi. Wiercenie obrotowo-udarowe jest połączeniem obu tych technik, natomiast przy wykorzystywaniu wibracji wykorzystuje się drgania używanej wiertnicy, prowadzące do rozluźniania materiału wokół niej i do stosunkowo łatwego jej zagłębiania. Jeśli chodzi o źródło napędu dla wiertnicy, to w grę wchodzą wiercenia ręczne oraz mechaniczne.

Wiertnice ręczne składają się z głowicy w postaci świdra, w którego konstrukcji mieści się materiał stanowiący kolejne pobierane próbki. Większe głębokości osiąga się przy wierceniu ręcznym, stosując kolejne przedłużki montowane między rączkami umożliwiającymi obrót a głowicą. Kształt świdra jest dopasowany do rodzaju podłoża, więc także składu wydobywanych próbek – stosowane są m.in. świdry rurowe, spiralne czy zwojowe. Wiercenia ręczne mogą być wykonywane przy pomocy narzędzi ułatwiających pogrążanie świdra np. młotów udarowych, a wydostawanie próbek usprawnione dzięki wyciągarkom hydraulicznym.

W przypadku wierceń mechanicznych wykorzystywane są najczęściej wiertnice z napędem hydraulicznym, działające za sprawą pompy napędzanej silnikiem spalinowym. Mogą one być umieszczane na specjalnych przyczepach, samochodach terenowych lub ciężarówkach. Wykorzystywane są także specjalne wiertnice na podwoziach gąsienicowych, które gwarantują możliwość swobodnego poruszania się w trudniejszym terenie. Wiertnice mechaniczne pozwalają na osiąganie większych głębokości i znacznie lepiej radzą sobie z przeszkodami w postaci kamieni. Za ich sprawą można też wykonać potrzebne odwierty znacznie szybciej, co ma znaczenie zwłaszcza przy dużych inwestycjach np. w ramach budowy dróg czy linii kolejowych.

Wiertnice są także wykorzystywane podczas odwiertów poszukiwawczych, które są związane z badaniem czy na konkretnym obszarze mogą występować złoża rozmaitych surowców np. gazu ziemnego. Najczęściej są one również wykorzystywane do określania kształtu i granic złoża, a także sprawdzenia głębokości, na jakiej się znajduje. W ramach wierceń poszukiwawczych weryfikuje się także jakość zasobów, co pozwana na oszacowanie opłacalności wydobycia.